MMP9及TIMP1在小儿病毒性脑炎及细菌性脑膜炎鉴别诊断中的价值

徐迎春 李北方 张志刚

河南省鹤壁市人民医院 1 儿科 2 心内科 458000

中枢神经系统(Central nervous system，CNS)感染性疾病是指病原体侵犯脑或脊髓组织后引发的神经损伤，若未及时干预可能引发严重后果。常见的小儿CNS感染类疾病包括病毒性脑炎和细菌性(化脓性)脑膜炎等，精确诊断和及早治疗是降低患儿病死率、改善预后的关键。目前临床关于该两种疾病的诊断手段包括血液或脑脊液等实验室检查和影像学检查，其中二者的影像学表现较为相似[1-2]，而随着抗生素不规范使用的日趋严重，实验室检查往往也会出现假阴性结果。基质金属蛋白酶9(MMP-9)是MMP家族的重要成员，金属蛋白酶组织抑制因子1(Tissue inhibitors of metaslloproteinases，TIMP1)是其主要的抑制因子，二者的表达及平衡主要参与细胞的外基质降解过程[3]。MMP9已被多项研究证实在感染性疾病中异常表达，且不少研究报道了其在鉴别病毒性脑炎和细菌性脑膜炎中的作用[4-5]，但目前关于TIMP1及MMP9/TIMP1比值在此二类疾病中意义的研究较少。本研究拟通过比较不同患儿间血清及脑脊液中MMP9及TIMP1的表达，探讨二者表达及平衡在鉴别诊断小儿CNS感染疾病中的价值。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取2019年1月—2021年3月在鹤壁市人民医院儿科住院的CNS感染患儿70例。纳入标准：年龄3个月～14岁；临床表现、实验室及CT等影像学检查结果符合《诸福棠实用儿科学(第7版)》中关于病毒性脑炎或细菌性脑膜炎的诊断标准，其中符合持续性高热、意识障碍或昏迷、心跳或呼吸频率改变、持续惊厥或抽搐、脑CT表现器质性改变中任意两项以上视为重型，否则为轻型。发病至住院≤5d。排除标准：结核性、真菌性脑膜炎、支原体或衣原体感染；合并精神类疾病；合并脑外伤；合并其他感染、自身免疫性疾病、重大脏器疾病或恶性肿瘤。病毒性脑炎患儿36例(病脑组)，其中男20例，女16例，年龄(4.4±2.4)岁，轻度23例，重度13例；感染流感病毒14例、柯萨奇病毒12例、单纯疱疹病毒5例、腺病毒5例。细菌性脑膜炎患儿34例(化脑组)，其中男18例，女16例，年龄(4.0±2.6)岁，轻度19例，重度15例；肺炎链球菌感染13例，大肠杆菌10例，金黄色葡萄球菌6例，流感嗜血杆菌5例。同时收集同期住院的疑似脑部非CNS感染类患儿30例，年龄6个月～12岁，平均年龄(3.8±2.7)岁，其中毛细支气管炎5例，病毒性肺炎13例，细菌性肺炎12例。三组患儿在性别和年龄上比较均无统计学差异(P>0.05)，具有可比性。所有患儿家属对参与本研究知情同意，且本研究经我院伦理委员会批准同意。

1.2 方法 所有患儿在入院24h内抽取清晨空腹静脉血3ml，腰椎穿刺获取脑脊液2ml。静脉血离心3 000r/min、15min后获取分离的血清。采用双抗夹心酶联免疫吸附法测定血清及脑脊液中MMP9及TIMP1的含量，并计算MMP9/TIMP1比值。操作步骤参照试剂盒(武汉三鹰生物科技有限公司)说明书进行。

1.3 统计学方法 所有数据采用Excel汇总后，采用IBM SPSS19.0进行统计学分析。量化数据采用均值和标准差表示，两组间比较采用独立样本t检验，多组间比较采用F检验，多重两两比较采用LSD-t检验，均以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 三组患儿血清及脑脊液中MMP9及TIMP1水平比较 与对照组相比，病脑组和化脑组患儿的血清及脑脊液中MMP9、TIMP1、MMP9/TIMP1水平均显著升高(P<0.05)；与病脑组相比，化脑组血清MMP9、MMP9/TIMP1及脑脊液MMP9、MMP9/TIMP1水平均显著升高，差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表1 三组血清及脑脊液MMP9及TIMP1水平比较

2.2 不同严重程度CNS感染患儿间MMP9及TIMP1水平比较 病脑组和化脑组内重度患儿的血清及脑脊液MMP9、MMP9/TIMP1水平均显著高于轻度组(P<0.05)。而病脑组和化脑组重度患儿的血清及脑脊液TIMP1水平与轻度患者相比，均无显著差异(P>0.05)，见表2。

表2 不同严重程度患儿间MMP9及TIMP1水平比较

2.3 MMP9及TIMP1诊断和鉴别CNS感染的性能 以患儿CNS感染类型为因变量(病毒性脑炎=1，细菌性脑膜炎=2)，分别以血清和脑脊液指标进行ROC曲线分析，评估各指标在鉴别诊断病毒性脑炎和细菌性脑膜炎上的性能。显示脑脊液各指标诊断性能均优于血清学指标，且血清MMP9、脑脊液MMP9及脑脊液MMP9/TIMP1鉴别病毒性脑炎和细菌性脑膜炎的性能较好(AUC>0.8)。见图1、表3。

图1 MMP9、TIMP1及MMP9/TIMP1鉴别CNS感染的ROC曲线分析

表3 MMP9、TIMP1及MMP9/TIMP1鉴别CNS感染的性能

3 讨论

CNS感染是风险相对较高的小儿常见疾病，起病和进展迅速，若未及时诊断和对症干预可能引起严重后果。重度CNS感染可能引起失聪、脑瘫等严重后遗症，甚至威胁患儿生命[6]。病毒性脑炎和细菌性脑膜炎在发病初期临床表现类似，脑电图及CT等影像学表现差异也较小，因此不易鉴别。再加上目前对自主抗生素使用的不规范，极易导致实验室指标检测结果的假阴性因而误诊误治。因此，寻找鉴别CNS感染类型新的特异性和灵敏度高的指标对于临床诊断具有重要意义。

MMP9是基质金属蛋白酶家族的重要成员，而TIMP1是其主要的抑制因子，二者的主要功能是协同调控外基质降解的平衡。现有研究发现，MMP9及TIMP1在多种炎症、感染性、免疫性疾病中发挥重要作用[7-8]。如通过调控外基质降解和重塑参与肝炎、肝硬化等慢性肝脏疾病的进展[9]；在骨关节炎滑膜中介导炎症反应参与关节炎退变过程等[10]。Bojic S等[11]研究发现，MMP-9、TIMP1和MMP-9/TIMP比值是重大腹部手术后并发脓毒症的诊断或预后生物标志物，并与脓毒症相关的器官功能障碍有关。Esnault S等[12]研究认为，MMP-9作为一种蛋白酶，可以将IL-1β裂解为15kDa以下的小分子形式，从而更容易从激活的嗜酸性粒细胞中释放，因此嗜酸性粒细胞是呈MMP9依赖性分泌促炎因子IL-1β参与炎症反应的。在神经系统中，Vafadari B等[13]研究认为，MMP9参与维持脑部的正常生理学功能。MMP-9通过切割特定的靶蛋白，在突触可塑性和神经炎症中发挥重要作用，如果MMP9异常表达，则可能会导致癫痫、精神分裂症、自闭症、脑损伤、中风、脑肿瘤等各种各样的脑疾病。Matsuura R等[14]研究发现，自身免疫性脑炎患者存在血清MMP9、MMP-9/TIMP1比值异常升高，且该病的后遗症患者在亚急性期MMP-9/TIMP1比值也显著升高，可作为该病后遗症的一个预测因素。周瑜等[15]研究也发现，疱疹病毒型脑炎患者的脑脊液中也存在MMP9的表达升高。本研究结果发现，病毒性脑炎及细菌性脑膜炎患儿的血清及脑脊液中均存在MMP9、TIMP1表达及二者比值的异常升高，与现有研究结论一致。目前关于MMP9及TIMP1在病毒性脑炎就细菌性脑膜炎中的异常升高均已有研究报道，但关于其在二者疾病鉴别诊断中的意义尚不够明确。张世玲等[16]研究发现，细菌性脑膜炎患儿血清MMP9水平显著高于病毒性脑炎组。孙裕平等[4]研究也发现，化脓性脑膜炎患儿学清剂脑脊液MMP9水平均显著高于对照组和病毒性脑炎组，该指标可作为临床鉴别细菌性脑膜炎和病毒性脑炎的辅助指标。血脑屏障的通透性改变是CNS感染类疾病的关键机制，病原体入侵脑组织后可以引起促炎因子的大量分泌，进一步加剧血脑屏障的通透性升高。MMP9由于参与胞外基质降解过程的调控和炎症反应，因此与非CNS感染相比会显著升高。TIMP1作为MMP9的主要抑制因子，为维持动态平衡也会反馈性升高，但其反应程度往往不及MMP9剧烈，因此引起一定程度的MMP9/TIMP1失衡。随着血脑屏障通透性的改变，升高的MMP9及其他促炎因子流出进入外周循环系统，因此血清中各指标也随之升高。一般情况下，病毒性感染引起的免疫炎症反应不及细菌性感染剧烈、迅速，因此二者在炎症指标改变上可能存在一定差异[16]，这也是鉴别感染类型的方法之一。本研究结果提示，MMP9及MMP9/TIMP1在病毒性脑炎和细菌性脑膜炎中具有统计学差异，其中MMP9及MMP9/TIMP1鉴别诊断两种CNS感染的性能较好，且脑脊液指标相对优于血清指标，推测这可能与炎症反应主要发生于血脑屏障内部有关，提示临床在符合腰穿指征、有条件的情况下优先检测脑脊液指标，以提高检测准确度。

综上所述，本研究认为MMP9及TIMP1可能参与CNS感染疾病的进展，其中MMP9及MMP9/TIMP1鉴别诊断病毒性脑炎和细菌性脑膜炎的性能较好，临床可作为辅助参考指标。由于脑脊液获取的诸多限制，本研究样本量较小，接下来仍需要尽心大样本研究以获取更确切结论。