脑脊液IL-6、IL-10 和TNF-α 检测在开颅手术后颅内感染诊疗中的临床价值*

潘欣芳，迪娜·海沙尔，曲波，周绍波，赵鸿梅（中国医科大学人民医院＆ 辽宁省人民医院检验科，沈阳 110016）

神经外科手术后发生颅内感染是降低手术效果、延长住院时间、增加病死率的重要原因［1］，主要由细菌、真菌、病毒、结核杆菌等病原体入侵中枢神经系统引起。在颅内感染发生早期，各种病原体引起的临床症状和体征相似，传统的实验室检测指标如白细胞数（white blood cell count，WBC）、降钙素原（procalcitonin，PCT）、C 反应蛋白（C-reactive protein，CRP）等难以明确颅内感染的病原体。目前，病原学培养仍是颅内感染诊断的金标准，但耗时长、培养阳性率低，不能快速诊断颅内感染的发生。PCR 检测能对病原体基因或特定核酸序列在短时间内快速扩增，具有极高的检测灵敏度和特异性，使难培养病原体的检测变得迅速又准确，但由于脑脊液（CSF）样本的污染，具有较高的假阳性率，加之检测方法复杂、价格昂贵，限制了其在临床上的应用。宏基因二代测序（metagenomic next-generation sequencing，mNGS）可直接测定病原体的核酸序列，实现临床精准诊疗，但其价格昂贵且无统一的评判标准，暂不适合用于常规感染的初步筛查。有研究发现［2-3］，CSF 细胞因子对中枢神经系统患感染性疾病的早期诊断及鉴别诊断至关重要。本研究回顾性分析了我院收治的开颅手术后颅内感染患者CSF 和血清中细胞因子IL-6、IL-10、TNF-α以及炎症标志物WBC、中性粒细胞数、总蛋白（total protein，TP）、PCT 水平，以期为开颅手术后颅内感染的早期诊断、监测及预后提供参考价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选取2021 年4 月至2022 年4 月在辽宁省人民医院神经外科开颅手术后细菌性颅内感染患者（自发性脑出血33 例、颅脑外伤性脑出血4 例、颅脑良性肿瘤9 例、周围神经病变9 例）55例作为感染组，男25 例，女30 例，年龄（58.4±12.4）岁。颅内感染诊断标准依据美国传染病学会（IDSA）的医疗保健相关脑室炎和脑膜炎临床实践指南定义［4］，当患者符合以下任一诊断标准时，即可诊断为细菌性颅内感染：（1）CSF 培养阳性；（2）以下临床症状中的至少一种不能用其他原因解释（体温＞38 ℃、头痛、脑膜征、局灶性神经损伤）且满足以下任意一条：①CSF 中WBC＞100 个／mm3，蛋白质＞50 mg／dL 和／或葡萄糖＜2.5 mmol／L；②CSF 革兰染色阳性；③血培养阳性。排除标准：（1）入院前患有其他感染性疾病；（2）合并恶性肿瘤；（3）合并免疫系统疾病；（4）精神异常。依据重症颅内感染诊断标准［5］将感染组分为轻症感染组（25 例）和重症感染组（30 例）；依据扩展格拉斯哥预后量表（Glasgow Outcome Scale-Extended，GOSE）［6］分为预后良好组（GOSE 评分为5～8 分）31 例、预后不良组（GOSE 评分为1～4 分）24 例。细菌性颅内感染患者CSF 培养分离菌株如下：表皮葡萄球菌3 株、头状葡萄球菌3 株，金黄色葡萄球菌2 株，屎肠球菌1 株，鲍曼不动杆菌6 株，皮特不动杆菌3 株，肺炎克雷伯杆菌3 株，肠杆菌2 株，铜绿假单胞菌1株，其余31 例培养阴性。选取同时期开颅术后未发生颅内感染的患者（自发性脑出血18 例、颅脑良性肿瘤12 例、周围神经病变17 例、脑梗死5 例、脑积水5 例）57 例作为未感染组，男22 例，女35 例，年龄（54.1±10.3）岁；另选取未手术的非感染性疾病（脊髓病2 例、吉兰—巴雷综合征3 例、周围神经病变6 例、脑梗死5 例、脑积水2 例、癫痫1 例、阿尔兹海默症1 例）患者20 例作为对照组，男11 例，女9 例，年龄（56.0±18.1）岁。3 组研究对象性别、年龄之间差异无统计学意义（χ2＝2.766，P＞0.05和F＝1.567，P＞0.05）。本研究获得辽宁省人民医院医学伦理委员会批准（伦理批号：2022KS007），患者及家属知情同意。

1.2 主要仪器及试剂 FACSCalibur 流式细胞仪（美国BD 公司），Cobas e601 电化学发光分析仪、Cobas c702 全自动生化分析仪（德国Roche 公司），XN-2000 血细胞分析仪（日本Sysmex 公司）。IL-6、IL-10、TNF-α 检测试剂盒（广州微米公司），PCT 检测试剂盒、脑脊液总蛋白检测试剂盒（德国Roche公司），XN-2000 血细胞分析仪配套检测试剂盒（日本Sysmex 公司）。

1.3 标本收集 开颅手术患者均在术后24 h 内、对照组在头痛等症状出现时（无菌操作）行局部麻醉腰椎穿刺术，收集患者CSF 3 mL 于无菌试管中，1 500×g离心5 min，同时采集3 mL 静脉血于无抗凝剂管中，1 610×g离心5 min，将CSF 上清和血清分装于EP 管中，置于-70 ℃保存，所有标本收集均在2 h 以内完成。

1.4 实验室指标检测

1.4.1 IL-6、IL-10、TNF-α 细胞因子测定 采用流式荧光技术测定CSF 和血清中IL-6、IL-10、TNF-α 含量，检测上、下限分别为2 500 pg／mL 和2.5 pg／mL，参考区间分别为0～5.30 pg／mL、4.91 pg／mL 和4.60 pg／mL。

1.4.2 PCT 测定 采用电化学发光法测定CSF 和血清中PCT 含量，严格按照试剂盒说明书操作。PCT 参考区间为0～0.05 ng／mL。

1.4.3 WBC、中性粒细胞数测定 采用仪器法检测CSF 中WBC、中性粒细胞数，均按照试剂盒说明书操作。WBC 参考区间为（0～5）×106／L。

1.4.4 TP 测定 采用比浊法测定CSF 中TP 含量，按照试剂盒说明书操作。TP 参考区间为0.15～0.45 g／L。

1.5 统计学分析 采用SPSS 25.0 软件分析所有数据。对数据进行正态性和方差齐性分析，符合正态分布的数据以表示，计量资料两独立样本比较用t检验，3 组样本比较用单因素ANOVA 检验，率的比较用χ2检验，如不符合正态分布，则应用非参数统计分析，数据以中位数（四分位数）［M（P25，P75）］表示，3 组样本比较采用K-W 检验（Kruskal-Wallis test），两独立样本比较采用M-WU检验（Mann-WhitneyUtest），采用Spearman 相关分析CSF 与血清中IL-6、IL-10 和TNF-α 水平的相关性，采用ROC 曲线计算各指标的曲线下面积（area under curve，AUCROC）、最佳诊断界值（cut-off）及其敏感性、特异性，采用二元Logistic 回归分析各指标预测概率并计算多指标的联合诊断性能。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各组CSF 和血清中各项指标水平比较结果感染组、未感染组和对照组之间CSF 和血清中各项检测指标水平的差异均有统计学意义（P均＜0.01），见表1。两组间比较结果显示，感染组CSF和血清中各项指标水平均高于未感染组（Z分别为-8.298、-6.703、-4.907、-5.731、-7.980、-8.186、-4.721、-2.465、-2.884、-4.962，P均＜0.05）和对照组（Z分别为-6.557、-6.554、-5.020、-4.182、-6.594、-6.608、-3.397、-5.529、-2.229、-3.738，P均＜0.05），未感染组CSF IL-6、IL-10、TNF-α、WBC、中性粒细胞数、TP 及血清IL-10 水平亦显著高于对照组（Z分别为-5.669、-4.735、-2.098、-6.023、-5.933、-2.423、-4.904，P均＜0.05）。

2.2 感染组CSF 与血清IL-6、IL-10、TNF-α 水平比较及其相关性 感染组CSF IL-6、IL-10、TNF-α 水平均显著高于血清水平（Z分别为-8.984、-7.966、-2.424，P均＜0.05）。Spearman 相关分析显示，CSF与血清中各细胞因子水平的相关性不显著（r分别为0.123、0.210、0.173，P均＞0.05）。

2.3 CSF 和血清IL-6、IL-10、TNF-α 及PCT 水平与感染严重程度、预后及菌株类型的关系 重症感染组CSF IL-6、IL-10、TNF-α、PCT 及血清IL-6、PCT 水平均显著高于轻症感染组（Z分别为-3.842、-3.905、-3.085、-4.159、-2.941、-2.603，P均＜0.05），预后不良组CSF IL-6、IL-10、TNF-α、PCT 及血清IL-6、PCT 水平均高于预后良好组（Z分别为-4.401、-4.464、-3.471、-4.820、-2.698、-2.444，P均＜0.05），见表2。感染G-细菌组CSF IL-6、IL-10、TNF-α 水平［18 448.04（17 573.62，19 369.70）、51.81（25.77，415.95）、10.78（4.11，14.87）］ pg／mL 显著高于感染G+细菌组［15 702.76（2 054.45，16 085.28）、23.35（7.63，45.37）、3.11（1.91，4.98）］ pg／mL 和CSF 培养阴性组［16 743.85（8 162.99，17 860.01）、14.25（9.16，23.93）、2.03（1.66，5.61）］ pg／mL，差异均有统计学意义（Z分别为-3.855、-2.117、-2.475，P均＜0.05；Z分别为-3.381、-3.937、-3.163，P均＜0.05），而感染G+细菌组与CSF 培养阴性组之间各项指标间差异无统计学意义（P均＞0.05）。

表2 感染组患者不同病情、不同预后CSF 和血清IL-6、IL-10、TNF-α、PCT 水平比较［M（P25，P75）］

2.4 各项指标诊断开颅手术后颅内感染的ROC 曲线分析 以未感染组和对照组为对照，绘制CSF（图1A）和血清（图1B）各项检测指标诊断开颅手术颅内感染的ROC 曲线。CSF IL-6、IL-10、TNF-α诊断开颅手术后颅内感染的AUCROC均大于血清中相应的细胞因子（P＜0.05）；CSF IL-6、IL-10、WBC、中性粒细胞数的AUCROC分别为0.966、0.901、0.954和0.962，均大于0.900，其中CSF IL-6 的AUCROC最高，敏感性和特异性分别为92.7%和89.6%；在传统炎症标志物中，CSF 中性粒细胞数的AUCROC最高（P＜0.05），为0.949，敏感性和特异性分别为94.5%和80.7%；联合检测CSF IL-6、IL-10、WBC 和中性粒细胞数（图1C）诊断开颅手术后颅内感染的AUCROC可提升至0.976，见表3。

图1 各项指标诊断开颅手术后颅内感染的ROC 曲线

表3 各项指标诊断开颅手术后颅内感染的效能评价

3 讨论

随着无菌术和抗菌术的不断发展使开颅手术后颅内感染的发生率显著降低，但仍有0.8%～8.9%的发生率［7］，术后一旦发生颅内感染，会使患者病情恶化，住院时间延长，病死率升高。当机体受到细菌感染后，细菌侵入中枢神经系统，在局部释放菌体蛋白质等炎性成分，可刺激中枢神经系统中的神经元细胞等产生细胞因子，故而细胞因子对颅内感染患者的免疫反应具有重要影响。

本研究结果表明，感染组CSF IL-6、IL-10、TNF-α水平均显著高于未感染组和对照组（P＜0.05），其水平升高可能与颅内感染后患者免疫系统被病原菌释放的丝裂原等激活，致使IL-6、IL-10、TNF-α 等多种细胞因子被大量释放出来，促使机体产生强烈且持久的免疫应答有关。此外，未感染组CSF IL-6、IL-10、TNF-α 和中性粒细胞数均高于对照组（P＜0.05），表明开颅手术引起的炎症反应会使CSF 中性粒细胞增加，继而导致CSF IL-6、IL-10和TNF-α 浓度升高。本研究还发现，感染组患者CSF IL-6、IL-10、TNF-α 水平均高于血清中的水平（P＜0.05），说明颅内感染时细胞因子是由神经细胞如星形细胞、小胶质细胞产生，而不仅仅是血液来源，CSF 细胞因子检测能更早反应颅内感染的发生。感染组患者CSF 与血清中细胞因子IL-6、IL-10、TNF-α 水平的相关性均不显著（P＞0.05），说明颅内局部产生的IL-6、IL-10、TNF-α 等炎症细胞因子不易透出血脑屏障进入血液，血清细胞因子检测不能替代CSF 细胞因子检测。本研究发现重症颅内感染患者CSF IL-6、IL-10、TNF-α 水平显著高于轻症颅内感染患者（P＜0.05），与以往的报道相一致［8-9］；预后不良患者CSF IL-6、IL-10、TNF-α 水平显著高于预后良好患者（P＜0.05），提示CSF IL-6、IL-10、TNF-α 水平与颅内感染的严重程度及患者的预后情况密切相关，其主要机制是机体受到炎症刺激后炎症细胞被大量激活，从而促进体内大量促炎因子（如IL-6、TNF-α）释放并相互作用，加重患者病情；另外炎症刺激后可启动代偿性抗炎反应机制，进而刺激抗炎因子IL-10 不断释放，而大量的IL-10 会引起免疫系统失衡，抑制细胞功能，导致过度抗炎反应，从而加重病情，导致患者预后不良。本研究还发现，细菌性颅内感染患者CSF 培养阳性率为43.6%（24／55），显著高于曹艺耀等［10］报道的27.7%，其余31 例CSF 培养阴性，可能是检验人员经验不足、操作不当、预防性抗生素的使用等原因造成的。其中G+菌占37.5%（9／24），G-菌占63.5%（15／24），以G-菌感染为主，与熊自超等［11］研究结果一致。G-菌感染组CSF IL-6、IL-10、TNF-α 水平显著高于G+菌感染组和CSF 培养阴性组（P＜0.05），其机制可能是G-菌入侵中枢神经系统后，其胞壁肽和内毒素刺激单核-巨噬细胞、神经元细胞、小胶质细胞等释放大量的IL-6、IL-10、TNF-α，从而导致CSF IL-6、IL-10、TNF-α 水平的升高。

PCT 是一类非特异性炎症介质，在正常人体内通常检测不到或含量甚微。当细菌感染时，多种细菌成分可刺激机体产生IL-6、TNF-α 等细胞因子，进一步促进PCT 大幅升高，而病毒感染或非感染性疾病时正常或轻微升高，可用于鉴别细菌性和其他类型的颅内感染［12］。本研究中感染组CSF 和血清PCT 水平显著高于未感染组和对照组，而在未感染组与对照组之间差异无统计学意义，与刘美等［13］研究结果一致，但仍有18.2%（10／55）、20.0%（11／55）的患者存在假阴性结果。因此，CSF 和血清PCT 水平显著增加可能表明感染的发生，但正常的PCT 水平不能排除感染的发生。CSF 中WBC、中性粒细胞水平被认为是鉴别细菌性颅内感染与病毒性颅内感染的重要标志，一般中性粒细胞升高表明细菌感染。在本研究中，感染组CSF WBC、中性粒细胞数明显高于未感染组，并且诊断细菌性颅内感染的AUCROC仅次于CSF IL-6，说明CSF WBC、中性粒细胞数在细菌性颅内感染的诊断中具有较高的临床应用价值。然而，仍有11.7%（9／77）、14.3%（11／77）未感染患者的WBC 和中性粒细胞数存在假阳性结果，可能导致临床误诊而过度治疗。

ROC 曲线分析表明，CSF IL-6 诊断开颅手术后颅内感染的AUCROC最高，当CSF IL-6 水平超过2 702.91 pg／mL 时，敏感性和特异性分别为92.7%和89.6%，与García-Hernández 等［14］研究结果一致。进一步联合CSF IL-6、IL-10、WBC 和中性粒细胞数可将AUCROC提高至0.976。可见通过联合检测CSF 细胞因子IL-6、IL-10 和传统炎症标志物WBC、中性粒细胞数可进一步提高对开颅手术后颅内感染的诊断价值。

本研究的局限性主要在于样本量较少，部分样本在送检前已经使用抗生素等影响研究结果的准确性。此外，本研究为一项横断面研究，笔者仅研究了生物学标志物与开颅手术后细菌性颅内感染之间的关联，但没有对患者进行随访以确定长期结果。未来希望可以扩大样本量，并通过纵向研究对上述生物学标志物进行分析，使研究结果更准确，应用范围更广。