脓毒症生物标志物研究进展

樊柳汝， 李金兰， 李筱妍

脓毒症是宿主对感染反应失调而导致的危及生命的器官功能障碍[1]。研究[2]显示,脓毒症的病死率为22%～55%，虽然近年来逐渐下降，但是其发病率正在以更快的速度增加，因此脓毒症的早期识别和诊断对疾病治疗和预后有着重要意义。脓毒症最新指南提出了快速序贯器官衰竭评分(qSOFA)的概念，以预测感染患者的不良结局。但有研究[3]表明，qSOFA评分对早期风险评估具有高度特异性，但敏感性较差，可能会导致对部分患者延迟开始适当的管理。目前仍缺乏有效的临床及实验室指标来判别脓毒症，故积极寻找高度特异性及敏感性的指标对于脓毒症的早期识别、尽早干预及改善预后至关重要。为此，研究者分析总结了降钙素原(PCT)、抑癌蛋白M(OSM)、白细胞介素(IL)-26、IL-17P、IL-37、巨噬细胞凋亡抑制蛋白(AIM/CD5L)、生化分化因子-15(GDF-15)等生物标志物在脓毒症发生、发展中的研究进展。

1 PCT

PCT是一种由116个氨基酸组成的蛋白质，分子量为13 kDa，由甲状腺C细胞产生和分泌的降钙素前体物质在细胞内被蛋白水解酶裂解为活性激素[4]。既往有研究[5]提示，PCT可作为脓毒症的生物标志物，其水平升高通常早于C反应蛋白(CRP)，并且在短时间内达到峰值。PCT有助于脓毒症的早期识别以及监测抗菌药物的治疗效果。它的连续测量已经作为一种有效监测生物标志物，以指导抗菌药物的正确使用，并且它也被证明与微生物侵袭程度和疾病严重程度相关[6]。事实上，PCT可以作为抗菌管理的有用工具，其使用可以明显减少不必要的抗菌药物应用，但在诊断侵袭性细菌感染及其严重程度评估中，PCT水平并不是最佳的，由于脓毒症病程中可能的并发症以及区分感染与非感染性疾病的挑战，不可能仅靠PCT就可以鉴别是否为细菌感染[7]。PCT可能是早期识别脓毒症的一个有用指标，但它不能被推荐作为脓毒症诊断的单一生物标志物，医学工作者在实际工作中必须结合患者临床特征和微生物学评估来明确诊断。

2 OSM

OSM是IL-6细胞因子家族的成员，最初被认为具有抑制肿瘤细胞增殖的独特活性[8]。但越来越多研究表明，OSM在炎症、造血等方面表现出许多独特的生物活性，这里只讨论OSM在炎症及脓毒症方面的研究。OSM具有两种功能性受体，其中Ⅱ型OSM受体由gp130和OSM特异性受体亚单位组成，人类OSM通过Ⅱ型受体表现出其特异性反应。OSM由活化的T细胞和单核细胞分泌，在炎症反应中发挥作用，不仅直接调节炎症，还通过产生其他细胞因子及其受体间接调节炎症[9]。OSM能够改变其他细胞因子反应，并可以激活内皮细胞上调细胞间黏附分子-1(ICAM-1)、血管内皮黏附分子-1(VCAM-1)、P-选择素、E-选择素、趋化因子配体2(CCL2)，最终促进白细胞募集[10]。有学者[10-13]已经证明，OSM在患有各种炎症性疾病的患者中表达上调，包括炎症性肠病(IBD)、过敏性哮喘、慢性鼻-鼻窦炎或肝细胞癌，但在脓毒症方面鲜有相关报道。最近一项研究发现，脓毒症患者血清OSM水平明显升高，且OSM水平与脓毒症疾病严重程度密切相关，重症监护病房(ICU)入院当天的血清OSM水平与脓毒症患者28 d病死率相关。进一步动物实验表明，利用抗OSM抗体中和OSM活性可以降低异常炎症反应和组织损伤，从而改善脓毒症动物的预后[14]。换言之，OSM可能作为一种新的生物标志物，用于识别具有较高死亡风险的脓毒症患者，OSM可能是脓毒症潜在的预后生物标志物和治疗靶点。但OSM能否作为脓毒症早期识别及预后判断的精准生物标志物，目前仍缺乏有力的证据支持，尚需大量实验和临床研究去探讨OSM在脓毒症发生、发展中所扮演的角色。

3 IL-26

IL-26是IL-10细胞因子家族的成员，是一种分泌型蛋白质，含有大量的正电荷氨基酸，具有强大的肝素结合活性[15]。IL-26通常由活化的T细胞，特别是辅助性T细胞(Th)表达[16]。IL-26诱导单核细胞产生IL-1β、IL-6和肿瘤坏死因子(TNF)-α，上调单核细胞编码IL-19、IL-20和IL-24基因的表达，IL-26还诱导单核细胞表达许多参与先天和适应性免疫细胞募集的趋化因子[17]。IL-26是炎症的主要调节因子，是炎症级联反应上游的炎症介质。有研究[18]表明，在与细胞死亡和组织破坏相关的慢性和严重性炎症的背景下，IL-26的促炎活性可能依赖于其与细胞外脱氧核糖核酸形成复合物的能力，这一特性在与组织损伤相关的慢性炎症期间最为重要，这种独特的特性将IL-26确定为慢性炎症的主要驱动因素。同时, IL-26也显示出抗菌特性，这主要归功于它与腺苷酸的特殊结构相似性。最近一项研究[19]发现，IL-26可能在脓毒症患者风险分层和预后评估方面具有潜在价值。该研究发现，入住ICU当天的脓毒症患者IL-26水平明显高于ICU对照组和健康志愿者，血清IL-26水平与脓毒症严重程度密切相关，入住ICU当天高血清IL-26水平与脓毒症患者28 d病死率相关，且IL-26被发现是脓毒症患者28 d病死率的独立预测因子。同时有动物实验表明，重组人IL-26能够增强脓毒症小鼠清除细菌的能力，然而重组人IL-26诱导的这种抗菌防御能力并不能增加脓毒症小鼠存活率。分析其原因可能是因为IL-26增强了宿主抗菌反应，但并不能降低失调的炎症反应，因此，需要进一步的研究来探索IL-26在脓毒症发生、发展中所发挥的作用。

4 IL-17D

IL-17D是IL-17家族成员，由202个氨基酸组成，在骨骼肌、大脑、脂肪组织、心脏、肺和胰腺中高度表达[20]。IL-17D是细菌和病毒感染时的关键细胞因子，调节针对感染的保护性免疫。在感染发生时，IL-17D通过抑制树突状细胞的表达，来降低对CD8+T细胞的激活[21]。IL-17D在非免疫细胞中广泛表达，通过诱导趋化因子CCL2表达和自然杀伤细胞的募集，在抗肿瘤和抗病毒免疫中发挥作用[22]。但其在脓毒症中发挥的作用仍然缺乏相关研究。近期有研究[23]发现，ICU入院当天脓毒症患者的血清IL-17D水平明显升高，其水平与脓毒症的严重程度以及28 d病死率相关。此外，在脓毒症小鼠模型研究中发现，IL-17D抗体对严重脓毒症具有保护作用，分析其机制可能是IL-17D介导了细菌感染后巨噬细胞核转录因子(NF)-κB活化的下调，通过抑制巨噬细胞吞噬作用，从而降低对感染的控制。这不仅揭示了以往未知的IL-17D在脓毒症中的作用机制，也提出了一种新的治疗脓毒症的方法，为今后研究IL-17D在脓毒症中更广泛的作用提供了新思路。

5 IL-37

IL-37是IL-1家族中IL-18亚家族的成员，与固有免疫反应密切相关[24]。IL-37是固有免疫反应的天然抑制剂。有研究[25]发现，IL-37在巨噬细胞或上皮细胞中的表达几乎完全抑制了促炎细胞因子，但不抑制抗炎细胞因子。IL-37的主要作用是通过固有和适应性免疫反应中的负反馈机制减少过度炎症[26]。IL-37在巨噬细胞、树突状细胞和外周血单核细胞中表达，与IL-1R8、IL-18Rα形成三重复合物。这种三重配体复合物通过增加信号转导及转录激活因子3(STAT3)和人第10号染色体磷酸酶(PTEN)活性以及抑制NF-κB，从而抑制炎症，STAT3活性的增加，促进巨噬细胞和树突状细胞从促炎状态转变为抗炎和耐受状态[27]。由于其抗炎特性，IL-37被认为是固有免疫和适应性免疫的关键调节剂。近年来，IL-37已被证明是各种疾病的潜在治疗靶点，包括自身免疫性疾病、肥胖症、心血管疾病、慢性炎症和艾滋病等[28]。此外，还有研究发现，IL-37可以明显上调CD4+CD25+调节性T细胞中细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(CTLA-4)和转录因子叉头蛋白P3(Foxp3)的表达，增强CD4+CD25+调节性T细胞转化生长因子-β(TGF-β)的产生，诱导Th2细胞极化，从而增强CD4+CD25+调节性T细胞的抑炎活性。在内毒素血症小鼠模型中，用IL-37预处理降低了循环和器官细胞因子水平，可以改善脓毒症小鼠的预后[29]。但是，另有研究发现，脓毒症患者入住ICU当天的IL-37水平是28 d病死率的独立预测因子，高血清IL-37水平(≥107.05 pg/mL)的脓毒症患者死亡风险是低血清IL-37水平的脓毒症患者的4.6倍。脓毒症死亡患者的IL-37水平明显高于存活者，IL-37可以作为脓毒症患者死亡风险的生物标志物[30]。以上关于IL-37在脓毒症方面的研究似乎提示相反的研究结果，但考虑到IL-37增强CD4+CD25+调节性T细胞的抑炎活性仅限于细胞水平和动物实验，并没有进一步开展相关的临床研究，而IL-37可以作为脓毒症患者死亡风险的生物标志物的研究仅限于临床研究，尚缺乏相关的基础研究数据。因此，IL-37在脓毒症中的作用及机制尚需进一步探讨。

6 AIM/CD5L

AIM/CD5L是一种属于富半胱氨酸清除剂受体(SRCR)超家族的可溶性蛋白，主要由淋巴组织和炎症组织中的巨噬细胞表达[31]。AIM/CD5L对巨噬细胞、T淋巴细胞和自然杀伤细胞(NK)具有凋亡抑制功能，并对抗促凋亡刺激。有研究认为, AIM/CD5L在细菌感染、炎症性肠病等疾病中发挥促炎作用。此外，AIM/CD5L可以作为非炎症病理状态和炎症病理状态之间的分子开关发挥作用[32]。关于AIM/CD5L在脓毒症中的作用，有研究[33]认为，AIM/CD5L干扰了脓毒症时宿主的稳态，包括持续炎症和免疫抑制，诱导实验动物脓毒症后，AIM/CD5L的产生增加，分析其机制可能是由于通过增加炎症介质的产生和白细胞的浸润而介导的炎症放大；也可能是由于通过增强抗炎因子IL-10的释放，促进脓毒症病程后期的细菌感染。另有研究[34]表明，脓毒症时血清AIM/CD5L水平持续稳定升高，ICU入院当天AIM/CD5L水平在预测患者28 d病死率方面优于序贯器官衰竭评分(SOFA)、PCT、CRP、乳酸(Lac)和IL-27等指标。目前, 关于AIM/CD5L在脓毒症中的研究有限，有研究表明，AIM/CD5L似乎可以作为脓毒症患者死亡风险预测的生物标志物，而靶向AIM/CD5L的药物有可能成为提高脓毒症患者生存率新的治疗策略。

7 GDF-15

GDF-15是一种应激反应细胞因子，是TGF-β超家族的成员，其表达和血清水平会随着细胞应激增加而升高[35-36]。作为炎症和应激诱导的细胞因子，GDF-15通常在组织损伤时表达增加，通过干扰趋化因子信号和β2整合素/淋巴细胞功能相关抗原1 (LFA-1)的激活，降低促炎细胞募集，限制炎症引起的损伤，保持组织完整性[37]。已有研究证实, 循环中的GDF-15水平在心肺疾病中具有预测预后的重要价值。有研究[38]发现，GDF-15表达参与了脓毒性急性肾损伤和心肌病的病理生理过程，GDF-15可降低肾和心脏器官受脂多糖诱导的细胞凋亡和中性粒细胞浸润程度，还可以降低脂多糖刺激的炎症细胞因子表达，包括干扰素-γ(IFN-γ)、IL-6、单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)和TNF-α水平，从而保护肾脏和心脏免受脂多糖诱导的损伤，GDF-15可能通过抗凋亡和抗炎介质而发挥其保护功能。另有研究[39]表明, GDF-15是脓毒症危重患者预后的预测因子。该研究发现，ICU患者GDF-15水平明显升高，并且在脓毒症患者中进一步升高，并显示出与器官功能障碍和疾病严重程度较强的相关性，且入院时GDF-15水平是ICU患者预后的独立预测因子，入院时高血清水平GDF-15，预示患者较差的存活率。GDF-15在脓毒症中的研究结果并不一致，那么GDF-15对组织损伤的保护作用是否仅限于某一特定的表达水平，尚需研究者在未来的基础和临床研究中继续探究。

脓毒症是病理生理过程中极其复杂的临床综合征，虽然在过去的十年中，脓毒症患者的病死率有所下降，但其发病率仍处于上升趋势[40]。就目前关于脓毒症相关生物标志物的研究，PCT已被证实不能作为单一生物标志物预测脓毒症的发生、发展。OSM、IL-26、IL-17D、IL-37、AIM/CD5L及GDF-15在脓毒症患者血清中明显升高，且入住ICU时高血清水平均与28 d病死率相关，提示这些因子可以作为脓毒症患者死亡风险的预测标志物，但是仍缺乏这些生物标志物在脓毒症早期识别及预测预后方面的高敏感性和特异性研究，这些因子是否可以作为脓毒症早期识别的生物标志物，是否可以作为脓毒症潜在治疗靶点，是否可以预测脓毒症患者预后，仍需要后续大量的研究加以证实。