脓毒症的生物标记物

崔 萍，程宝莉，方向明

脓毒症是指病原微生物侵入机体的无菌性组织或体腔后所引起的全身炎症反应综合征(systemic inflammatory response syndrome，SIRS)，是创伤、烧伤、外科大手术等临床急危重患者的严重并发症之一。

据报道，美国每年大约有75万人患脓毒症［1］，且其发病率仍在以13．7%/年的速度增加［2］。脓毒症的死亡率高达35%～65%，是ICU的首要死因，且平均每位患者的医疗费用约为$22 100［3］。我国的多中心临床研究表明，外科ICU重症脓毒症的发生率为8．68%，死亡率为48．7%，相当于心肌梗死的死亡率(30%～50%)［4］。尽管近年来新型抗生素应用于临床及监测技术提高，但人口老龄化、免疫抑制剂使用、侵袭性手术或严重创伤等使脓毒症的发病和死亡人数逐年上升。脓毒症已成为全球临床医生和研究人员面临的棘手难题。

生物标记物是用于评价机体正常生物学过程、致病过程或对治疗干预的药物学反应特征的指标。然而，目前研究表明脓毒症的病理生理过程是一个涉及机体免疫系统、促炎/抗炎系统、凝血/纤溶系统及神经内分泌系统等多方面的复杂网络。因此，探寻脓毒症的早期生物学预警指标成为目前临床医生面临的重大难题。

本文将关于脓毒症生物标记物的一些研究成果进行总结，希望有助于临床医生或研究人员更好地了解不同种类的生物标记物在脓毒症的诊断预警、严重程度分级、预测预后、指导治疗等方面的作用和研究现状，以便进一步深入探索防治脓毒症的可行方法。

1 脓毒症生物标记物的作用及筛选方法

1.1 生物标记物在脓毒症中的作用

1.1.1 预警 识别可能发生脓毒症的高风险患者。研究表明，白介素-10(IL-10)基因的启动子区域IL-10-1082基因多态性与脓毒症的易感性密切相关，IL-10-1082G是脓毒症发生的高危遗传标志［5］。

1.1.2 诊断 确定病人是否发生了脓毒症，以便及时的实施合理治疗。检测presepsin(sCD14-ST)水平有助于SIRS、脓毒症、重症脓毒症或脓毒症性休克患者感染的早期鉴别诊断［6］。

1.1.3 危险分级 评判病人是否可以从治疗中获益，继而指导治疗。临床研究发现脓毒症患者血浆中pro-ADM浓度较无脓毒症患者有明显的升高，并且随着疾病严重程度的加重而相应增加。

1.1.4 疗效评估 监测患者对治疗的反应，从而对治疗剂量或疗程进行调节。新近临床研究发现血浆降印钙素原(PCT)水平的监测可用于指导抗生素的应用［7］。

1.2 脓毒症潜在生物标记物的筛选方法

1.2.1 基于脓毒症的病理生理机制，筛选出可能与疾病状态和治疗方案有生物学上的确定联系的生物标记物，如sTREM-1是炎症反应信号的增强因子，机体处于过度炎症状态时，其水平升高。新近临床研究表明，脓毒症患者体内TREM-1水平与其单核细胞凋亡的程度呈负相关［8］。在脓毒症早期，回输高表达TREM-2的髓系细胞能明显改善脓毒症小鼠的预后，减轻重要脏器的损害，减少脓毒症小鼠局部和全身的细菌负荷量［9］。

1.2.2 利用高通量的基因组学和蛋白组学等方法筛选脓毒症生物标记物，如Ramilo等［10］利用基因表达谱来区分住院发热患儿是细菌性感染还是病毒性感染。

1.2.3 一些生物标记物可能在脓毒症患者体内检出有异常表达，但与脓毒症的病理生理过程关联性不强，如降钙素原(PCT)水平在感染患者中明显增高，在感染消除后或使用足量抗生素后PCT水平下降。

目前，被人们提出或应用于脓毒症防治学的生物标记分子已超过100种，但这些分子是否真正在脓毒症的诊疗过程中有效以及如何验证其有效性还需要进一步的探索研究。

2 现有的脓毒症生物标记物

脓毒症的病理生理过程是一个涉及机体免疫系统、促炎/抗炎系统、凝血/纤溶系统及神经内分泌系统等多个方面的复杂的网络。目前，脓毒症的生物标记物是基于其病理生理过程发现的，主要包括以下7类。

2.1 急性期蛋白生物标记物

2.1.1 C反应蛋白(CRP)主要由肝脏合成，生理状态下，体内合成CRP速率及血清含量低。脓毒症时，受IL-6等细胞因子刺激，CRP合成速率迅速增加并大量释放入血，其血浆浓度可达正常值的20～50倍。目前认为CRP可用于评估感染或脓毒症的发生发展，也可作为诊断性试验的参数之一［11］。大量研究显示，重症患者血浆CRP浓度与其器官衰竭和(或)死亡风险呈正相关［12-13］。然而，血浆CRP水平并不能区分伴有或如心肌梗死、外科手术等不伴有感染的全身炎症反应［14］。因此，尽管目前CRP广泛应用于临床实践，但它作为脓毒症的一个生物标记物缺乏特异性。

2.1.2 降钙素原(PCT)是降钙素的前体物质，机体在受到内毒素或由细菌感染诱导产生的介质如IL-1、TNF-α等刺激时释放大量PCT，严重全身感染者PCT水平可在24h内升高1000倍。PCT于1993年作为脓毒症和感染的潜在生物标记物首次被提出，但其生物学作用尚未阐明。与其他脓毒症生物标记物相比，PCT可以区分感染或非感染因素引起的全身炎症反应综合征，以及细菌或病毒感染［15］。目前PCT已成为诊断脓毒症和监测危重病人的常用生物指标。新近研究表明，PCT或许可用于指导抗生素治疗，以避免抗生素滥用，防止多重耐药菌产生，降低医疗费用等［7，16］。此外，2012年PCT作为诊断脓毒症的辅助生物标记物被纳入了国际严重脓毒症和脓毒性休克治疗指南［17］。

2.2 细胞因子/趋化因子类生物标记物

白介素-6(IL-6):是一种多效细胞因子，主要参与机体炎症反应、细胞免疫、造血调控等过程。TNF-α等可诱导单核细胞、B/T细胞等多种有核细胞合成IL-6。IL-6信号通路调节异常可导致包括脓毒症在内的一些炎症相关性疾病。研究显示，血浆IL-6水平在脓毒症患者中显著增高，增高幅度与脓毒症的严重程度和不良预后呈正相关［18-19］，且可作为诊断新生儿脓毒症的生物标记物［20］。IL-6基因启动子区域存在多个SNPs，包括-174G/C、-1753C/G、-2954G/C等。研究表明，具有-174C/1753C/2954G(C/C/G)、G/G/G或G/C/C单倍型的SIRS重症患者发生死亡率和多器官衰竭的风险增加。针对我国汉族人群的研究表明，IL-6基因启动子-572位点C-G的突变可降低IL-6基因的转录活性，其多态性或许可作为一个评估严重创伤演变为脓毒症相关风险性的生物标记物［21］。因此，IL-6的基因多态性有望成为脓毒症的高危遗传标记物。

2.3 细胞标记类生物标记物

可溶性单核细胞人白血病抗原-DR(mHLA-DR):属于主要组织相容性复合物(MHC)II类抗原，是表达在抗原呈递细胞上的糖基化细胞表面膜蛋白。研究表明，mHLA-DR可作为判断脓毒症患者疾病状态的生物标记物，继而指导临床免疫治疗的应用。而且，监测mHLA-DR水平的变化有助于识别高风险的继发感染。临床研究显示，以mHLA-DR为指导，对重症脓毒症患者进行GMCSF免疫增强治疗是安全有效的，且可缩短机械通气和医院/ICU住院时间［22］。因此，mHLA-DR或许可成为判定脓毒症病理状态和指导脓毒症病人免疫治疗的生物学指标。

2.4 受体类生物标记物

2.4.1 Toll样受体-4(TLR-4)是TLR家族中的重要成员，表达在巨噬细胞、内皮细胞等细胞表面的跨膜蛋白，主要识别革兰氏阴性细菌的脂多糖成分。资料显示，TLR-4基因+896 A/G(即Asp299Gly)和1196 C/T(即Thr399Ile)的多态性与对入侵LPS的低反应性及烧伤后演变为重症脓毒症的风险显著相关，即TLR-4基因的遗传变异增加了个体脓毒症的易感性，且TLR4基因896A/G是重症脓毒症的独立危险因素。因此，TLR-4基因多态性有可能成为预测脓毒症患者预后的有效生物标记物。

2.4.2 髓系细胞表达的触发受体(TREM-1)是表达在中性粒细胞、单核巨噬细胞等细胞表面的TREM蛋白家族成员，可协同增强TLRs和NLRs识别PAMPs和DAMPs后活化的炎症信号通路［23］。研究表明，在肺炎、胰腺炎和腹膜炎等局部疑似感染的部位进行sTREM-1表达水平的评估显示出了较好的诊断效果［24］。检测尿液中sTREM-1水平在早期诊断、动态评估脓毒症严重程度以及预测预后等方面，是一种具有比WBC、CRP和PCT更高敏感性和特异性的非侵入性检查。然而，由于检测方法敏感性的不同或研究对象的差异等原因，针对sTREM-1的研究出现了不一致的研究结果［25］。因此，sTREM-1在脓毒症诊断中的应用价值仍有待更多更大样本的临床试验证实。

2.5 凝血类生物标记物

蛋白C:蛋白C通路是机体的天然抗凝系统之一，而蛋白C是其中的重要分子。活化的蛋白(APC)具有使凝血因子Va和VIIIa失活、抑制纤溶酶原活化抑制剂、减轻粒细胞的黏附和凋亡以及减少细胞因子产生的作用，故在重症脓毒症的发病机制中也起着重要作用。新近研究表明，APC受体EPCR(endothelial protein C receptor)的基因多态性可能与脓毒症的严重程度相关，即携带EPCR基因T6333C和A6936G单倍型的重症患者演变为重症脓毒症或脓毒症休克的风险较低［26］。研究表明，蛋白C水平与重症脓毒症患者器官功能衰竭及死亡风险呈负相关［27］，且应用重组人活化蛋白C治疗可显著降低重症脓毒症的死亡率。因此，蛋白C或许可作为指导临床应用rhAPC治疗脓毒症和改善脓毒症预后的生物标记物，其基因多态性或许有望成为评估脓毒症严重程度的遗传生物标记物。

2.6 器官功能障碍类生物标记物

利尿钠肽(Natriuretic peptides):包括心房利尿钠肽(ANP)、脑利尿钠肽(BNP)和C型利尿钠肽(CNP)3种，是一类具有强烈利尿、利钠、扩血管及降低血压等作用的多肽类激素。研究表明，血浆心房钠尿肽前体中肽段(MR-proANP)的水平与脓毒症的严重程度呈正相关，也是呼吸机相关性肺炎死亡率的独立影响因子。N-端脑钠肽前体(NT-proBNP)可作为一个预测重症脓毒症死亡率的独立生物标记物。若患者BNP水平超过49 pg/ml，则具有高死亡及向重症脓毒症或脓毒症休克进展的高风险［14］。有资料显示，脓毒症患者体内CNP水平升高，是预测创伤病人发生脓毒症的生物标记物［28］。近期研究表明，N-末端C型利钠肽原(NT-proCNP)水平在危重症病人中显著升高，脓毒症病人中最高，且机体的炎症反应和器官衰竭程度与血浆NT-proCNP水平密切相关［29］。然而，利尿钠肽对于脓毒症在临床上的应用价值及其敏感性和特异性需进一步的研究验证。

2.7 其他生物标记物

游离DNA(cfDNA):是一种存在于体液中的细胞外游离状态的核苷酸，主要由肝脏代谢。血浆内cfDNA过量积聚可能是由于大量细胞死亡或(和)死细胞清除效率低下导致，但其在脓毒症患者中的精确机制尚未知。临床研究表明，cfDNA和核小体水平在预后较差的脓毒症患者体内显著升高，是预测重症患者感染和ICU住院死亡率的独立生物标记物［30-31］。近期研究表明，与MODS评分、APACHEII评分或其他生物标记物的检测相比，血浆cfDNA具有更高的预测精确度。数据显示，将cfDNA与蛋白C及MODS评分联合应用或许会有更好的预测效能，或者将cfDNA纳入脓毒症危险分级系统(如PIRO分级系统)中或许有助于临床决策的制定［32］。

3 展望

尽管研究者们已针对上述如此多的生物标记物开展了大量的研究，但目前还没有一种敏感性和特异性良好的生物标记能够常规用于临床。以往多认为脓毒症的发生发展是由过度的炎症反应所致。然而，随着对脓毒症病理生理研究的逐步深入，新近观点认为，脓毒症的病理生理过程包括早期机体的过度炎症反应和随后的免疫抑制状态。临床研究观察到脓毒症死亡者主要脏器淋巴细胞数目明显减少，免疫抑制性细胞MDSC等的数目明显增多［33-34］。因此，单纯基于促炎反应的生物标记物研究的科学性似乎有待商榷，探寻识别免疫抑制与否的细胞或相应分子标记对脓毒症的预警诊治则更为重要。此外，脓毒症作为一种环境因素和遗传因素交互作用的复杂性疾病，PIRO分级系统中表观遗传标记、单核苷酸变异和基因拷贝等也将是脓毒症生物标记物研究的重要领域。

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