降钙素原与呼吸道感染性疾病

季娟娟 孙耕耘

自1993年Assicot等首次报道脓毒症患者血清降钙素原(procalcitonin，PCT)水平明显升高以来，一系列关于PCT的研究已在临床展开。目前国际上已将PCT作为评价临床感染的一项新指标，对判断疾病严重程度及预后均有预警作用。呼吸系统感染作为临床感染性疾病的重要组成部分，PCT对其临床应用价值尤其值得关注。现就降钙素原在呼吸道感染性疾病诊断、病情严重程度、预后判断及指导抗生素合理使用等方面的价值做一简要概述。

一、PCT概述

PCT是降钙素(calcitonin，CT)的前肽物质，无激素活性，其mRNA编码位于11号染色体的降钙素-I(CALC-I)基因上。健康个体PCT-mRNA主要在甲状腺滤泡旁细胞(C细胞)粗面内质网内翻译形成降钙素原前体(Pre-CT)。Pre-CT进入内质网膜，经糖基化和特异性酶切除N端信号肽后形成PCT。PCT由116个氨基酸组成，相对分子量约13×103，经一系列蛋白酶作用，分解为CT、氨基PCT(NProCT)和降钙蛋白(CCP-Ⅰ)。正常人血清中可测得PCT、CT、N-ProCT、CCP-Ⅰ以及CT-CCP-I复合体。

正常情况下，CALC-I基因表达被选择性抑制，PCT-mRNA仅表达于某些神经内分泌细胞，主要包括甲状腺C细胞和肺的神经内分泌细胞。由于几乎所有PCT都能转变为CT，所以生理状况下，血中PCT含量极低(＜0.1 ng/ml)。而在脓毒血症或炎症状态时，PCT主要由甲状腺以外的细胞产生。研究表明，内毒素(lipopolysaccharide，LPS)及TNF、IL-6、IL–1、IL-2等炎症因子可诱导全身多种类型细胞(包括巨噬细胞、粒细胞、脂肪细胞、睾丸细胞等)CALC-I基因的表达和PCT的释放，血PCT浓度可升高至100 ng/ml。即使甲状腺全切的患者，在严重细菌感染时，血PCT浓度仍会明显升高［1］。有关研究显示单核-巨噬细胞可能是感染时循环血PCT的主要来源［1-2］。

血浆中的PCT非常稳定，离体血中PCT浓度在室温下24 h后约下降12%，4℃时下降6%。PCT被一系列蛋白酶降解，血中半衰期约25～30 h。PCT的代谢途径尚不完全清楚，研究表明血浆PCT仅部分经肾脏清除［3］。即使肾功能异常或衰竭的患者，血浆中PCT浓度也无明显升高，PCT的半衰期亦无显著延长。因此对有肾衰竭或接受血液净化替代治疗的患者，仍可使用PCT作为评价指标。

二、PCT在呼吸道感染性疾病中的应用

1.PCT在疾病诊断中的应用:病毒感染是呼吸系统感染性疾病的重要组成部分，在门诊患者中，更是占据抗生素处方的主体，而这些处方的开出并没有明确的细菌感染依据。研究表明，血清PCT浓度在呼吸道病毒感染性疾病中不升高或仅轻度升高。针对63例病原学明确的成人下呼吸道感染住院患者研究发现，34例单纯病毒感染者血清PCT平均水平为(0.7±2.3)ng/ml，23例病毒与细菌混合感染者PCT为(2±5)ng/ml，而9例细菌感染者PCT则为(19±26)ng/ml［4］。对儿童急性呼吸道感染的研究也表明病毒感染时血清PCT水平明显低于细菌感染者［5］。Skin等［6］对2009年H1N1病毒性肺炎患者进行研究，同样发现单纯H1N1病毒性肺炎血清PCT平均水平明显低于混合细菌感染者(0.15 ng/ml vs 3.45 ng/ml，P=0.019)。实验研究显示，LPS、IL-1β 等可诱导脂肪细胞分泌 PCT，在培养基中加入IFN-γ后PCT的分泌则几乎完全抑制，而多种呼吸道病毒感染均可引起血浆中IFN-γ明显升高，这或许可以解释为何病毒感染者血清PCT浓度远低于细菌感染者。

细菌性肺炎是最常见的肺炎，但由于细菌学检查阳性率低，培养结果滞后，临床通常经验性应用抗生素，从而导致部分非细菌感染者同样接受抗生素治疗，加重细菌耐药性的产生。对30例病原学明确的社区获得性肺炎(community acquired pneumonia，CAP)患者进行前瞻性研究，结果表明细菌性肺炎组中位血清PCT浓度7.64 ng/ml(0.26～63.16)明显高于非典型病原体(支原体、衣原体等)肺炎组0.80 ng/ml(0.13 ～34.90)［7］。与 C-反应蛋白(C-reactive protein，CRP)相比，PCT 区分细菌与非典型病原体引起CAP的ROC面积为0.745 vs 0.585。之后进行的1337例CAP患者的大样本调查研究同样表明，细菌性CAP患者血浆 PCT水平明显高于非典型病原体或病毒感染者［8］。针对呼吸机相关肺炎(ventilator associated pneumonia，VAP)的研究显示，PCT诊断VAP的敏感性和特异性最好，与CRP、临床肺部感染评分(clinical pulmonary infection score，CPIS)相比，ROC 面积分别为 0.828、0.544、0.651。根据ROC曲线取2.99 ng/ml为截断值联合CPIS≥5可使诊断的特异性达100%［9］。由此认为，PCT可作为对肺炎病原学诊断有重要参考价值的生物学指标。

慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD)的诱因分感染性和非感染性。对AECOPD诱因的判断关系到患者临床治疗的及时性、准确性。常春等［10］对45例AECOPD患者的研究发现，细菌感染组血清PCT水平显著高于非细菌感染组和稳定期组的患者，而后两组之间血清PCT水平无明显差别。根据ROC曲线，选取0.155 ng/ml为最佳截断值，预测AECOPD患者细菌感染的灵敏度为93.3%，特异度60%，在血清PCT浓度小于0.155 ng/ml时，对细菌感染的阴性预测值(negative predictive value，NPV)达94.7%。

Naderi等［11］对PCT在肺结核诊断中的价值进行了研究，结果表明，取0.5ng/ml作为截断值，PCT鉴别肺结核与非肺结核疾病的灵敏度、特异度、阳性预测值及阴性预测值分别为36.9%、63.1%、50%、50%，研究者认为，血清PCT不能作为诊断肺结核的指标。一项针对西非肺结核患者的研究也表明大多数肺结核患者的血清PCT水平低于一般的截断值(0.5 ng/ml)，但相比正常对照组则明显升高(P＜0.001)，且依据患者临床病情严重程度，病情越重，PCT值越高，死亡的风险也越高［12］。虽然PCT不能作为诊断肺结核的指标，但研究发现，与细菌性CAP患者血清PCT浓度相比，肺结核患者血清PCT明显降低，因此PCT有助于细菌性CAP和肺结核的鉴别诊断［13］。

关于PCT对侵袭性真菌感染(invasive mycotic infection，IMI)的诊断价值存在分歧。对ICU收治的56例IMI患者进行血清PCT检测，发现IMI患者PCT水平较健康对照组明显升高，提示PCT对IMI诊断具有一定的参考价值［14］。但PCT水平不能鉴别病原体为何种真菌。同时对ICU收治的血液细菌感染患者进行PCT测定，发现血液真菌感染与细菌感染患者之间PCT水平无显著差异。Dornbusch等［15］对55例确诊或拟诊IMI的患者血清PCT浓度进行检测，结果发现血清PCT浓度仅在不到一半的侵袭性念珠菌感染患者中升高，由于其较低的敏感性和特异性，故认为血清PCT对IMI的诊断作用不大。而对48例外科重症感染患者血清PCT浓度进行检测，发现与菌血症患者血清PCT浓度(平均12.9 ng/ml IQR［2.6～81.2］)相比，念珠菌血症患者则明显降低(0.71 ng/ml［0.5～1.1］)。根据 ROC 曲线取 2 ng/ml为截断值，PCT＜2 ng/ml时考虑念珠菌感染的阳性预测值接近94%［16］。

2.PCT对疾病病情和预后的判断价值:PCT在呼吸道感染性疾病病情严重度及预后判断中的应用价值仍有争议。Mar等［17］进行了一项由240例CAP患者组成的前瞻性研究，依据PSI(肺炎严重性指数)评分对患者进行分层，PSI评分Ⅲ-Ⅳ级及产生并发症(包括脓胸、需要机械通气、感染性休克等)或者死亡的患者PCT水平明显升高。在PSI评分Ⅰ-Ⅱ级患者中，细菌感染引起CAP者PCT浓度高于其他病原体引起CAP者，但死亡或出现并发症的患者，其PCT水平无显著差别。在PSI评分Ⅲ-Ⅳ级患者中，不同病原体引起CAP，其血清PCT的浓度无明显差别，而死亡及并发症的发生则与PCT浓度密切相关。因此研究者认为，血清PCT在成人CAP病情及预后判断中的作用，依据PSI评分的不同而有差别。在PSI评分低的患者，血清PCT可用于判定感染的病原体，但在PSI评分较高的患者，PCT则用于判断预后。对100例重症CAP患者的PCT水平进行连续监测，发现存活患者从第1天到第3天PCT水平呈下降趋势，而死亡患者则相反。气管插管患者若第3天PCT水平＜0.95 ng/ml，存活率高达95%，提示PCT的变化可反映患者的病情变化以及预后［18］。德国的一项研究指出，血清PCT浓度评价CAP严重程度以及判断预后的准确程度与CRB-65相似，PCT可以作为独立的指标预测CAP患者的死亡风险［19］。美国一项由1651位患者组成的多中心前瞻性队列研究发现，PSI评分Ⅳ-Ⅴ级及CRB-653-5分的高危患者，若 PCT浓度小于0.1 ng/ml，则病死率明显降低［20］。

3.PCT指导抗生素的使用:由于PCT在细菌感染性疾病中的高特异性及灵敏性，国外学者对PCT指导抗生素的应用进行了大量临床研究，并逐渐形成了一套以动态监测PCT浓度来协助指导抗生素应用的策略(图1)［21］:PCT 浓度小于0.1 μg/L，细菌感染非常不可能，避免使用抗生素;PCT 浓度(0.1 ～0.25)μg/L，细菌感染不可能，不建议使用抗生素;PCT浓度(0.25～0.5)μg/L，细菌感染可能，建议使用抗生素;PCT浓度大于0.5 μg/L，细菌感染非常可能，强烈建议使用抗生素。自2004年开始，包括大样本随机单盲试验、大样本随机对照试验及多中心随机对照试验等一系列临床研究表明，通过动态监测PCT浓度来协助决定抗生素的启用和停用，在CAP、AECOPD、VAP等下呼吸道感染性疾病乃至指导基层医疗单位抗生素的使用中，均可起到缩短抗生素平均使用时间及降低抗生素使用比例的作用［22-26］。然而值得注意的是，并不推荐以PCT浓度升高作为抗生素升级使用的依据［27］。近期一项以ICU患者为对象的临床研究显示，PCT指导下抗生素的升级使用并不能提高患者的存活率，反而可加剧相关器官的损害，延长在ICU的住院时间。

图1 下呼吸道感染患者基于PCT水平的抗生素治疗流程

三、PCT免疫中和治疗的前景

研究表明PCT是一种次级炎症因子，它的升高受到细胞因子的诱导，本身不能启动脓毒症的反应，但可作为继发介质对感染的严重程度起到放大作用。体外注射PCT对健康的动物来说影响较小，但对脓毒症动物，病死率接近100%。大量实验研究显示PCT在脓毒症中的作用机制包括以下几方面［28］:诱导白细胞的类促炎症反应，降低中性粒细胞的吞噬活性;抑制中性粒细胞的迁移，促进白细胞源性细胞因子的产生;增加NO合成等。此外PCT还可抑制降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)的活性，而后者在脓毒症时可以产生包括增加吞噬细胞活性、降低TNF-α浓度、扩张冠状动脉等作用。

基于以上PCT的生物学特性，针对PCT的免疫中和治疗展开了系列研究。给脓毒血症猪注射特异性PCT中和抗血清，可改善猪的生理和代谢参数，明显提高短期生存率(由0%升高到85%)［29］。给仓鼠注射大肠杆菌和PCT混合液后发现，仓鼠的病死率较对照组明显升高(分别为93%、43%，P=0.02);中和 PCT 可降低动物病死率(实验组 54%、对照组 82%，P ＜ 0.045)［30］。Tavares等［31］新近以LPS诱导的休克综合征大鼠作为实验动物的研究同样证实，使用PCT中和抗体可以显著改善大鼠的症状及死亡率。研究表明LPS可增加CALC-I基因的表达，从而引起PCT的升高。而长期存活者中则观察到使用抗N-ProCT抗体可以减少基因的表达，完全地抑制PCT的分泌，而且这种作用在延迟治疗时仍是有效的。由于PCT在脓毒症等重症感染时的持续长时间升高，可以为治疗提供一个更为宽裕的时间窗口。PCT免疫中和治疗作用在动物实验中已得到证实，对脓毒症患者，PCT能否成为新的治疗靶点则有待于进一步的临床研究。

四、PCT应用的局限性

PCT在感染性疾病中的应用越来越广泛，但值得注意的是，PCT应用存在其局限性，临床使用时需密切结合患者的实际病情综合考虑。一方面PCT在非感染性疾病中可以升高:如①严重的创伤和大手术后，PCT会出现中等程度的升高，随着应激的去除，PCT水平会随之降低;②心源性休克患者，血浆PCT的浓度亦可升高［32-33］。以上PCT浓度的升高并不反映感染的严重程度，而是由于机体自身的炎症反应所引起。另一方面，低水平PCT浓度并不能表明感染不存在或不严重:如①非典型病原体感染(支原体、衣原体)引起的肺炎，血浆PCT浓度几乎不升高;②感染性心内膜炎时虽PCT有轻度升高，但对诊断的特异性极低;③即使是细菌感染患者，若早期接受抗生素的治疗，血PCT浓度可正常或轻度升高［9，34-35］。

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