新型生化标志物在脓毒症心肌损伤中的诊断价值研究进展

陈发超，徐银川，张召才

脓毒症是指由于宿主对细菌、真菌或病毒感染的反应失调而引起的危及生命的多器官功能障碍[1]。每年全球约有1 900万脓毒症患者，死亡率约为32.6%。脓毒症在重症监护室（ICU）中死亡率超过了1/4，而幸存者中约16%会出现认知功能障碍[2]。脓毒症休克成年患者中25%～50%会出现心肌损伤，心肌损伤是脓毒症不良预后的重要标志之一，可使脓毒症患者死亡率增加至70%[3]，因此对脓毒症心肌损伤的早期识别并积极治疗是提高患者生存率及改善预后的必要手段，而特异性的生物标志物可能会对脓毒症心肌损伤患者的诊断及治疗提供较大的临床帮助。B型脑钠肽（BNP）、心肌肌钙蛋白（cTn）等传统的心肌损伤标志物对脓毒症心肌损伤均具有一定的诊断价值，但研究证明BNP、cTn与脓毒症的严重程度呈明显相关性（无论心肌损伤与否），缺乏对心肌损伤诊断的特异性[4]。既往研究综述了新型生化标志物早期诊断脓毒症心肌损伤的价值，但多数研究在脓毒症2.0诊断标准时代[5-7]，且临床研究较少，现结合脓毒症3.0诊断标准[1]，评估新型生化标志物对脓毒症心肌损伤的诊断价值，为脓毒症心肌损伤的诊断提供高特异度的生化标志物。

1 脓毒症心肌损伤的新型生化标志物

1.1 微小RNAs（miRNAs） miRNAs是一种由约22个核苷酸组成的内源性非编码小RNA[8]，在血液、尿液、汗液等体液中可以检测到，其可以抑制转录后基因表达或促进靶向mRNA的降解，在炎性反应、免疫抑制、免疫细胞分化和凋亡以及血管屏障和内皮功能等不同层面精细地调控脓毒症的发生、发展及预后转归情况，并与心血管疾病相关[9-10]。WANG等[11]发现miRNA-223双链体（miRNA-223-3p和miRNA-223-5p）基因敲除的脓毒症小鼠会出现心功能恶化，miRNA-146a可以改善脓毒症大鼠的心脏功能障碍[12]。miRNA-146a通过抑制内皮细胞和巨噬细胞中的核因子κB（NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通道，对血管产生抗炎和抗动脉粥样硬化的保护作用[13]。一项对105例脓毒症患者（根据脓毒症3.0诊断标准）的研究表明，miRNA-495水平的下降是预测脓毒症心肌功能障碍的独立因素（OR=0.237），而后在盲肠穿刺结扎导致的脓毒症大鼠模型中，给出现心功能不全的大鼠注入miRNA-495激动剂后，大鼠的心功能得到改善[8]。

而WANG等[14]对46例脓毒症患者的研究证明，血浆miRNA-21-3p水平在脓毒症心肌损伤患者中显著升高，并与cTnT和N末端脑钠肽前体（NT-proBNP）水平呈正相关（P＜0.05），miRNA-21-3p预测脓毒症心肌损伤的受试者工作特征（ROC）曲线下面积（AUC）为0.939（P＜0.01）。脂多糖（LPS）诱导的脓毒症小鼠模型的miRNA-21-3p 水平也显著上升，且miRNA-21-3p水平抑制的小鼠能够保持正常的心功能。WU等[15]对148例脓毒症患儿分析得出心肌损伤患儿血浆miRNA-497明显高于非心肌损伤患儿，并与左心室射血分数（LVEF）呈负相关（r=-0.516，P＜0.01），miRNA-497诊断心肌损伤的AUC为0.918（最佳截断值为2.05，灵敏度为90.4%，特异度为91.2%）。薛雨晨等[16]参照脓毒症3.0诊断标准纳入了70例脓毒症患者，研究发现，miRNA-133a（AUC为0.676）及 miRNA-499a-5p（AUC为0.718）对于脓毒症心肌损伤具有一定的诊断价值。蔡华忠等[17]研究显示，miRNA-133a-3p（AUC为0.87，灵敏度为95.0%，特异度为70.0%）和miRNA-155-5p（AUC为0.92，灵敏度为97.5%，特异度为72.9%）对脓毒症心肌损伤也有较高的诊断价值。CAO等[18]发现miRNA-23b水平在脓毒症心肌损伤大鼠的外周血、心脏组织以及心肌细胞中均显著升高。

综上所述，miRNA-223、miRNA-146a、miRNA-495以及miRNA-23b能够改善脓毒症患者心脏功能障碍[8，11-13，18]，miRNA-495、miRNA-21-3p、miRNA-497、miRNA-133a、miRNA-499a-5p、miRNA-133a-3p和 miRNA-155-5p对脓毒症患者心肌损伤均有预测价值[8，14-17]。未来，miRNAs不仅可能作为诊断脓毒症心肌损伤的新型生化标志物，也可能成为脓毒症心肌损伤治疗的新型方案。但是，还需进一步的研究去验证miRNAs在临床实践中的实用性。

1.2 心型脂肪酸结合蛋白（H-FABP） 哺乳动物脂肪酸结合蛋白在20世纪70年代初被发现[19]，其可以促进细胞对脂肪酸的吸收和细胞内转运，调节有丝分裂、细胞生长和细胞分化[20]。H-FABP是一种新兴的心脏生物标志物，是一种在心肌细胞中广泛存在的小型胞质蛋白，生理条件下不存在于血浆和组织液中，在心肌细胞损伤发生后不久，其就从心肌细胞中迅速释放到血液循环中[21]。

目前H-FABP已被报道可作为急性冠脉综合征[22]、心功能不全[23]的一种有前景的生物标志物，可以独立预测严重脓毒症和脓毒症休克患者的28 d死亡率[24]。一项纳入93例严重脓毒症患者的研究结果显示，高水平H-FABP的脓毒症患者更易出现心功能障碍；H-FABP检测脓毒症的灵敏度为83%，特异度为73%，最佳截断值为4.6 µg/L，H-FABP预测心功能障碍的AUC（0.767）高于cTnI（0.639）、BNP（0.587），但是该研究的样本量（93例脓毒症患者）较少，并且是单中心研究，患者纳入研究的标准依据为脓毒症2.0诊断标准[21]。齐洪娜等[25]研究发现，脓毒症心肌损伤患者入院1、6、24 h血浆H-FABP水平明显高于非心肌损伤组（P均＜0.05），提示H-FABP对脓毒症早期心肌损伤具有重要意义。罗思文等[26]根据脓毒症3.0诊断标准纳入60例脓毒症患者，根据LVEF≤50%临床判断为合并心肌损伤，结果提示入院3 h内脓毒症心肌损伤患者的血浆H-FABP水平较非心肌损伤患者高，入院6 h后脓毒症心肌损伤患者H-FABP水平明显升高（P＜0.05），入院6 h内H-FABP诊断脓毒症心肌损伤的AUC为0.950，特异度为96.7%，灵敏度为93.3%，但研究的病例数仍较小，需扩大样本量去验证结果的准确性。

1.3 妊娠相关血浆蛋白A（PAPPA） LIN等[27]在孕妇血清中发现了PAPPA，PAPPA在妊娠期由胎盘合体滋养层细胞及蜕膜细胞分泌，成骨细胞、巨噬细胞、内皮细胞、纤维细胞等也可生成，属于金属结合蛋白酶的锌脂多肽超家族。PAPPA被发现存在于不稳定型动脉粥样硬化斑块中，通过增强胰岛素样生长因子活性并促进肿瘤坏死因子α（TNF-α）和白介素1β（IL-1β）等在斑块中的释放，导致动脉粥样硬化形成。高水平的PAPPA是急性冠脉综合征发生的生化标志物[28]，并与心力衰竭相关[29]。

早期研究发现，PAPPA与脓毒症患者BNP水平呈正相关[30]，而后一项纳入118例严重脓毒症患者的研究表明，入院时血浆高水平PAPPA患者LVEF低于低水平PAPPA患者（P＜0.05）[31]，入院时血清中PAPPA水平预测脓毒症心肌损伤的AUC为0.661（P = 0.003），最佳截断值4.5 µg/L，灵敏度为81%，特异度为57%。但研究中脓毒症患者肝素和胰岛素的使用、脓毒症引起的血管损伤、肾脏替代治疗以及研究人群的老年化可能会影响PAPPA的准确性。

1.4 组蛋白和高迁移率族蛋白（HMGB1） 损伤相关分子模式（DAMPs）是指组织或细胞受到损伤、缺氧、应激等因素刺激后释放到细胞间隙或血液循环中的一类物质，可通过Toll样受体（TLRs）、视黄酸诱导基因蛋白1（RIG-1）样受体或核苷酸结合寡聚化结构域（NOD）样受体等模式识别受体调节自身免疫或免疫耐受[32]。细胞外组蛋白和HMGB1是目前已发现的损伤相关分子模式，能够引起脓毒症患者心肌损伤[33-34]。

组蛋白与DNA组装形成的核小体是真核生物染色质的主要组成部分。在正常情况下，核小体在循环血液中表达极低，但在细胞凋亡时核小体会从细胞中释放至外周血，导致血浆中组蛋白水平升高[33]。脓毒症时因感染出现全身器官损伤导致组蛋白释放，而释放到细胞外的组蛋白可导致钙离子内流，引起细胞氧化还原系统失衡、线粒体功能障碍等[35]。细胞外组蛋白与TLRs结合，引起线粒体膜电位下降及细胞内ATP水平降低。微生物和病原体在宿主体内被TLRs的模式识别受体识别，TLRs在免疫细胞和心肌细胞等其他细胞中表达，并与LPS等病原相关分子模式相互作用，导致核因子κB（NF-κB）的激活和促炎因子的形成。KALBITZ等[33]发现小鼠血清组蛋白水平与心肌损伤呈正相关，ALHAMDI等[35]对65例脓毒症患者的研究发现，血浆组蛋白预测患者新发左心室功能障碍的AUC为0.865（P=0.001），灵敏度为81.8%，特异度为92.0%，最佳截断值为75 µg/ml。LU等[36]通过分析采用脓毒症3.0诊断标准纳入的93例脓毒症患者发现，组蛋白H4能够预测脓毒症心肌损伤，其AUC为0.734（P＜0.05），最佳截断值为0.22 mg/L，特异度为57.8%，灵敏度为81.3%。LU等[37]之后对121例脓毒症患者的研究证明了组蛋白H4是脓毒症心肌损伤的独立预测因子（OR=6.502，P=0.044），AUC为0.684（P＜0.01），最佳截断值为0.24 mg/L，特异度为68.9%，灵敏度为65.2%。

HMGB1是心肌细胞在LPS下释放的一种损伤相关分子模式，HMGB1相关的心功能障碍是由HMGB1与TLR4结合和相关细胞内的活性氧水平升高引起的[34]。并且，HMGB1通过TLR4和活性氧的作用引起钙离子从肌浆网内释放，导致肌浆网内钙离子减少并降低肌肉收缩力。张文伟等[38]在盲肠结扎穿孔脓毒症小鼠模型研究中发现，血浆HMGB1水平与脓毒症小鼠心肌细胞的凋亡率呈显著相关性，HMGB1可以作为脓毒症心肌病的分子标志物。在一项针对67例脓毒症患者的研究中，严重脓毒症心功能障碍组患者的血浆HMGB1水平高于非心功能障碍组，高血浆HMGB1组患者LVEF水平低，也证实了血浆中HMGB1能够预测脓毒症患者心功能障碍的发生[39]。HMGB1在脓毒症2.0诊断标准中对于患者心脏功能障碍有较好的预测性，但样本量较少，且缺乏脓毒症3.0诊断标准患者的研究。

1.5 可溶性髓样细胞触发受体-1（sTREM-1） 髓样细胞触发受体-1（TREM-1）是近年来发现的与炎症相关的免疫球蛋白超家族中的一员，表达于中性粒细胞、单核-巨噬细胞等细胞表面，与其配体激活后，在LPS、细菌等因素协同下导致髓过氧化物酶和促炎细胞因子的产生，例如IL-8、TNF-α、IL-1β，并与导致心功能不全的多种病理状态相关，如缺血再灌注、脓毒症等。sTREM-1是TREM-1的溶解形式，对脓毒症有诊断价值[40]。

有研究证明，sTREM-1是诊断脓毒症心肌损伤良好的生化标志物，TAO等[41]对于85例重症脓毒症患者的研究结果显示，sTREM-1诊断心肌损伤的AUC为0.79，灵敏度为80.6%，特异度为75.7%，最佳截断值为468.05 µg/L。而在LI等[42]的一项关于84例重症脓毒症和脓毒症休克患者的研究中，sTREM-1预测心肌损伤第1、3、5天的AUC分别为0.671、0.570、0.570，第1天sTREM-1预测心肌损伤的灵敏度为83.8%，特异度为46.8%，最佳截断值为174.5 µg/L。但是，该研究发现，入院时血浆sTREM-1水平并不是脓毒症心肌损伤的独立预测因子（P＞0.05），但对脓毒症患者的预后具有较好的诊断价值（AUC=0.773）以及较高的特异度和灵敏度。因此，sTREM-1预测脓毒症心肌损伤的价值仍有待进一步研究证实。

1.6 中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白（NGAL） NGAL是由中性粒细胞、巨噬细胞、肝细胞和肾小管细胞表达和分泌的脂蛋白家族中的内源性抑菌蛋白[43]，代表中性粒细胞的活性，是天然免疫细菌感染的重要组成部分，血浆NGAL水平在细菌感染（与病毒感染相比）中上升的最快[44]。NGAL的表达在人类和啮齿类动物肾小管损伤后增加了1 000倍，可以作为肾衰竭的早期生化标志物[45]。有研究发现高血浆NGAL水平可独立预测冠状动脉疾病预后不良[46]，慢性心力衰竭患者相比健康组血浆NGAL水平明显上升[47]，血浆NGAL水平升高提示严重心脏功能障碍[48]。并且，在急性心力衰竭患者中，尿液NGAL对心力衰竭诊断具有较高的特异性[49]。

SHAPIRO等[50]进行的一项包含971例脓毒症患者的多中心的观察性研究发现，血浆NGAL水平可预测重症脓毒症、脓毒症休克以及患者的死亡率。WANG等[51]发现在脓毒症休克患者中血浆NGAL水平升高的发生率较高，而对53例重症脓毒症和脓毒症休克患者的研究发现，血浆中NGAL水平与LVEF水平呈负相关（P＜0.01），并与血浆中BNP、cTnI水平呈正相关（P值分别为0.019 7，0.001 6），同时发现了与低水平NGAL组相比，高水平NGAL组患者更易出现心电图异常（P= 0.042）和临床心肌功能障碍（P=0.018 6）[52]。但此研究中两组患者的肾功能指标存在差异，而血浆NGAL水平易受到患者肾功能的影响[45]。

综上所述，目前缺乏血浆NGAL诊断脓毒症心肌损伤的研究，血浆NGAL预测脓毒症患者心肌损伤的特异度及灵敏度有待进一步研究评估。

2 脓毒症3.0诊断时代的新挑战

1991年、2001年美国胸科医师学会、美国危重病学会等分别发布了脓毒症1.0诊断标准[53]和2.0诊断标准[7]，脓毒症的定义为感染引起的全身炎症反应综合征（SIRS），SIRS的诊断标准包括：（1）体温＞38 ℃或＜36 ℃；（2）心率＞90次/min；（3）呼吸频率＞20次/min或动脉血二氧化碳分压（PaCO2）＜32 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）；（4）白细胞计数＞12×109/L或白细胞计数＜4×109/L或幼稚细胞＞10%。脓毒症1.0诊断标准定义严重脓毒症为脓毒症伴有器官功能障碍、组织低灌注或脓毒症介导的低血压，脓毒性休克为脓毒症伴有低血压（严重脓毒症的一种）且经充分液体复苏仍不能纠正的灌注异常或器官功能障碍。脓毒症2.0诊断标准与脓毒症1.0诊断标准相比脓毒症的诊断标准增加了诊断要点：确诊或怀疑的感染，以及全身一般情况、炎症、血流动力学、器官功能不全、组织灌注5个方面24项诊断指标，并指定了脓毒症的分阶段系统。但脓毒症2.0诊断要点复杂，可操作性差，难以在临床中广泛应用，同时脓毒症1.0、2.0诊断标准在诊疗中缺乏特异度，但灵敏度高，可导致脓毒症的过度诊断。

在2016年发布拯救脓毒症3.0诊断标准[1]，该指南将既往的以SIRS为核心更改为以器官衰竭为核心。脓毒症3.0诊断标准定义脓毒症为针对感染的宿主反应失调引起的致命性器官功能障碍，诊断标准为：感染 + 序贯性器官功能衰竭评价（SOFA）评分≥2分。脓毒症3.0诊断标准取消了“严重脓毒症”这个概念，定义脓毒性休克为感染导致的循环衰竭和细胞代谢异常，是脓毒症的一个亚型，诊断标准为在脓毒症和充分液体复苏的基础上，平均动脉压需使用血管升压药才能维持在65 mm Hg以上，并且血乳酸≥2 mmol/L。同时构建了快速SOFA（qSOFA）评分作为筛查的主要工具，评分标准包括：（1）呼吸频率≥22次/min；（2）意识状态改变；（3）收缩压≤100 mm Hg。其临床实践意义主要为简单和快捷，适用于院前、急诊及普通病房。目前大多数脓毒症心肌损伤的文献和研究中，脓毒症患者是根据脓毒症1.0和2.0诊断标准入组。因此，随着脓毒症3.0诊断标准的更新，引用脓毒症3.0诊断标准评估新型生化标志物对脓毒症心肌损伤预测能力的研究更有价值。

3 多种生物标志物组合检测

脓毒症心肌损伤涉及病原相关分子模式、TLRs、损伤相关分子、细胞因子、线粒体功能障碍、钙通道异常等多种发病机制[54]，单一的生化标志物诊断脓毒症心肌损伤的价值有限，多种生化标志物组合检测可能诊断价值更大。WU等[15]的研究中miRNA-497、cTnI和肌酸激酶（AUC分别为0.918、0.931、0.775）三项联合诊断脓毒症心肌损伤的AUC为0.940，较单一标志物诊断价值高。薛雨晨等[16]的研究结果显示，miRNA-133a和miRNA-499a-5p的联合检测对脓毒症心肌损伤的诊断较单独诊断的灵敏度和AUC均得到了提升。传统预测模型通过ROC曲线进行评估，但辨别模型的改善情况缺乏灵敏度[55]且几乎没有直接的临床相关性[56]。现在净重新分类改善（NRI）指数和综合判别改善（IDI）指数更频繁地运用于两种预测模型的比较[57]。NRI指数是病例患者风险类别的净增减风险减去对照组参与者的净增减风险，其要求存在有意义的预测风险分层。IDI指数是模型之间的Yates斜率之差，其中Yates斜率是病例患者与对照组参与者之间预测概率的平均差。在WANG等[58]的研究中，NT-proBNP与急性生理和慢性健康评分（APACHE）Ⅱ联合预测ICU死亡率的诊断价值并未得到提升（P=0.74），而通过使用NRI指数和IDI指数发现，NT-proBNP和APACHE Ⅱ联合预测得到了显著提高（NRI=16.6%，P=0.003；IDI=6.6%，P=0.007）。目前，缺乏相关生化标志物联合预测脓毒症心肌损伤的临床研究，对于多种标志物组合检测脓毒症心肌损伤的可行性和临床价值需要进一步探讨。

新型的生化标志物如miRNAs、H-FABP、PAPPA、sTREM-1、组蛋白、HMGB1等均能为脓毒症心肌损伤的诊断提供一定的帮助，而NGAL缺乏相关诊断价值研究。miRNAs涉及心血管疾病的多种病理生理情况，不仅可作为诊断脓毒症心肌损伤的新型生化标志物，同时也可能为脓毒症心肌损伤的治疗提供帮助，然而目前miRNAs相关的临床研究较少，样本量不足，其临床实用性需要进一步研究证明。组蛋白、HMGB1作为损伤相关分子模式，是引起脓毒症心肌损伤的机制之一，高血浆水平的组蛋白、HMGB1常提示心功能下降，具有不错的预测价值，但相关临床的研究偏少，有待进一步评估。虽然在罗思文等[26]的研究中发现H-FABP对于预测6 h内脓毒症患者心肌损伤具有较高的特异度及AUC，但其研究病例较少。PAPPA、sTREM-1等生化标志物对脓毒症心肌损伤均具有一定的诊断价值，但依据目前的研究分析提示，两者的特异度并不理想，同时缺乏脓毒症3.0诊断标准的临床研究，也需要多中心的研究支持，与BNP、cTn等传统标志物联合检测可能提供更好的诊断价值。因此，在脓毒症3.0诊断时代，需要结合脓毒症心肌损伤临床评估手段的进展，开展大样本临床研究重新评价脓毒症心肌损伤生化标志物的诊断价值以及多种标志物组合检测的可行性。

作者贡献：陈发超负责本研究实施以及论文撰写，进行资料的收集与整理；徐银川、张召才负责本研究的构思与设计，论文的修改；张召才对文章进行审校与质量控制，对文章整体负责。

本文无利益冲突。

文献检索策略：

英文文献通过PubMed数据库检索，检索主题词为：“marker”“biomarker”AND“sepsis”“septic”“septice mia”“septicaemia”AND“myocardial injury”“myocardial dysfunction”“myocardial damage”“myocardial depression”“cardiac dysfunction”“cardiomyopathy”； 中文文献通过万方数据库检索，检索主题词“生物标志物”“生化标记物”“标志物”与“脓毒症”“败血症”“脓毒性”与“心肌损伤”“心功能障碍”“心肌病”。此外，通过手动搜索新型生化标记物相关研究的参考文献来获取更多可能满足要求的研究，分别对新型生化标志物也进行主题词的检索。检索的时间：2010-01-01至2020-01-31。共检索出879篇文献，本文纳入了23篇文献。文献的纳入标准：（1）新型生化标志物；（2）具有代表性。文献的排除标准：（1）非生化标志物：病理标志物、影像学表现等；（2）B型脑钠肽、心肌肌钙蛋白、肌酸激酶等传统生物标志物；（3）与脓毒症心肌损伤无关；（4）学位论文、会议论文以及重复检索。