创伤脓毒症早期预警诊断生物标志物的研究进展

向桂霖,伍秋菊,张安强

在战争、地震、海啸和泥石流等重大灾难发生时感染仍是困扰战创伤救治的棘手难题。在创伤所造成的患者死亡中，其中3/5发生在创伤现场与急救过程中，而2/5发生在患者住院期间，主要是由感染和器官功能障碍引起的[1]。伤员经历创伤打击造成的初始损伤及手术等处置措施导致机体炎症-抗炎反应平衡被打破，一方面会引起器官器质性损伤，另一方面也会增加脓毒症及相关并发症(脏器功能障碍)的发生风险。尽管早期的液体复苏、新型抗生素治疗、代谢支持及重要脏器功能支持治疗取得了显著进展，创伤即刻的病死率明显下降，但院内感染发生率仍高达20%～30%，是伤残和后期死亡的重要原因，而脓毒症是主要死因(占70%以上)，成为进一步提升创伤救治成功率的最大障碍[2]。因此早期发现及精准治疗可有效降低创伤脓毒症的发生及改善患者的预后。然而，病原体的诊断需要细菌培养，且耗时较长，对伤员感染的发现及临床诊疗决策产生延误；况且部分伤员即使发生感染，其细菌培养可呈阴性，仍无法进行早期诊断，这也是导致创伤脓毒症高发生率及高病死率的主要原因。如能对创伤脓毒症的发生进行尽早预测，并对高危伤员进行早期精准干预，则能降低脓毒症及其不良结局(脓毒性休克、多器官功能障碍)的发生，降低伤员病死率。现有针对创伤脓毒症早期预警诊断方法的研究大致可以分为伤员人口学资料、创伤严重度评分系统(AIS、ISS、NISS等)、生理和生化指标、机体遗传背景等几个方面。本文对已开展的创伤脓毒症预警诊断生物标志物研究进展进行综述，为创伤脓毒症预警诊断生物标志物的开发和临床应用提供思路。

1 伤病员人口学信息

大量临床流行病学调查和动物实验证明伤病员的年龄、性别、损伤严重程度等与伤后脓毒症的发生风险密切相关，即随着伤员年龄和损伤严重程度的增加，脓毒症发生风险显著增加；男性伤员较女性伤员更容易发生脓毒症[3]。动物实验研究也证实雄性和切除卵巢的雌性小鼠免疫功能被削弱，雌激素能够增强免疫功能和心血管保护，维持机体免疫应答的功能[4]。然而这些已被证实的危险因素在单独预测创伤脓毒症发生风险时的特异性和敏感性有待进一步检验和确认；但其仍可以作为危险因子加入联合预警中发挥作用[5]。

2 血浆生物标志物

创伤会引起机体一系列病理生理学和生物学指标的变化，这些指标的改变可能提示或参与组织损伤、细菌感染及炎症反应。理想的血浆生理学和生物学指标应该具有较早、较高的灵敏度以助于早期诊断，同时应该具有一定的特异性以指导及时正确的治疗。近年来不断有新的血浆生物标志物被发现用于创伤脓毒症的早期预测，其中个别血浆标志物已应用于临床诊疗过程中。

临床较早使用的炎症反应监控指标是血浆C反应蛋白(CRP)，属于非特异性急性期时相蛋白，是对炎症或组织损伤极其敏感的生物标志物，在机体发生感染、手术或创伤后4～6h内逐渐升高，8h左右增加1倍，36～50h达高峰，其半衰期较短(4～7h)。当机体发生炎症反应时，CRP在血浆中的浓度会迅速升高，又因其半衰期较短，当炎症消失时其浓度也会随之快速降低，并且其在临床上的检测费用相对较低，已被大规模开展。但其无法区分感染性炎症和非感染性炎症，在创伤时即有显著升高，故其对创伤脓毒症的诊断价值有限，需要结合其他指标综合应用[6-7]。

血浆降钙素原(procalcitonin，PCT)现已被证明可作为细菌感染及脓毒症发生的生物标志物，当发生细菌感染时，PCT会从甲状腺外的全身多种细胞中释放入血，在细菌内毒素及各种促炎因子如肿瘤坏死因子、白细胞介素等的刺激下，在感染开始后的最初3h即可测得，6～12h可达到高峰，与传统的生物标志物相比，半衰期接近24h，且不受肾功能状态、激素治疗的影响。在细菌感染引起的脓毒症时，PCT的敏感度和特异度均优于CRP。PCT不仅可以用来区分细菌感染和病毒感染，甚至可以用来鉴别革兰阳性菌感染、革兰阴性菌感染或真菌感染。此外动态监测PCT水平有助于创伤后脓毒症的早期诊断、评估严重程度、指导抗生素治疗、判断预后结果，其临床意义已经得到了广泛的认可和应用[6,8]。

另一个是机体糖代谢产物血乳酸，其水平高低主要用于诊断和评估严重脓毒症和脓毒症休克。血乳酸水平与病情严重程度、疾病预后密切相关，是严重脓毒症和脓毒症休克患者预后的独立影响因素之一。严重脓毒症和脓毒症休克患者液体复苏过程中，血乳酸和乳酸清除率检测可作为判断预后的指标。临床检测血乳酸水平主要用于监测是否发生脓毒症和组织低灌注程度[6]。

IL-6是由T/B淋巴细胞、内皮细胞等多种细胞合成的糖蛋白。TNF-α和IL-1β等细胞因子或病毒或细菌成分脂多糖(LPS)等均可以诱导IL-6产生。IL-6可以诱导肝细胞合成CRP、纤维蛋白原、α1抗胰蛋白酶和补体因子等急性期反应蛋白，促进细胞毒性T细胞的分化以及增强自然杀伤细胞的活性。当机体遭受感染或组织损伤时可以激发机体循环IL-6的释放，并且可以在短短2h内达到高峰，进而参与到各种炎症反应和抗炎反应中。针对IL-6在预测创伤脓毒症发生风险的效能方面，现有研究尚存在争议[6]。有部分研究认为，IL-6可以辨别易患脓毒症的高危创伤伤员；而另有研究也显示，IL-6的浓度与伤员是否发生脓毒症并无关联。现临床IL-6检测主要用于监测炎症反应程度和创伤并发症发生情况，当创伤后IL-6迅速升高并迅速回归基线提示伤病员发生并发症风险低。尽管在感染或其他刺激后IL-6能够快速表达，是其作为生物标志物的突出特性，但是IL-6检测有明显的局限性，许多非感染因素如手术、移植排斥及多发伤等也可引起血浆IL-6升高。因此，将IL-6作为常规炎性标志物应用于创伤脓毒症的预警诊断还需要更确切的研究佐证。

除了上述在临床已被应用的血浆生物标志物外，也发现一些新的有望成为创伤脓毒症血浆生物标志物，如硫氧还原蛋白(Thioredoxin)[9]、白介素17(IL-17)[10]、可溶性白介素2受体α链(sIL-2Rα)[11]、可溶性髓系细胞触发受体1(sTREM-1)[11]、可溶性尿激酶纤维蛋白溶酶原激活物受体(suPAR)[12]、氨基末端脑钠肽前体(NT-proBNP)[13]、高迁移率族蛋白B1(HMGB1)[14]和可溶性脂肪酸合成酶(sFas)[15]等。然而这些研究大多局限在小样本、单个研究人群，其敏感性和特异性有限，缺乏大样本、多中心前瞻性研究和临床验证(表1)。

表1 新发现的创伤脓毒症血浆生物标志物研究概况

0d表示入院24h内

3 细胞生物标志物

CD64作为一种高亲和力免疫球蛋白Fc片段受体，正常情况下持续表达于单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞表面，而中性粒细胞表面几乎不表达。当感染发生时，体内中性粒细胞活化，4～6h后其表面CD64表达逐渐升高，24h左右达到峰值。当刺激因素去除后，中性粒细胞表面CD64在48h内迅速下降，7d左右恢复正常水平。应用流式细胞计数检测CD64是常用的方法，具有简单、快速、准确等优点，非常适合临床检验使用，其早期诊断脓毒症的敏感度和特异度分别为75%和86%，对细菌感染的早期诊断、评估预后及用药疗效等方面具有重要的临床价值[16]。

人白细胞DR抗原(HLA-DR)是MHCII分子中的一员，主要表达于单核细胞、巨噬细胞、树突细胞和B淋巴细胞等各种抗原呈递细胞表面。循环血中CD14+单核细胞内HLA-DR的低表达被认为是机体存在免疫抑制状态的标志。有研究证实[17-18]，CD14+单核细胞HLA-DR下降与创伤后免疫抑制所致的感染有关。严重创伤后单核细胞HLA-DR的低表达可以作为预测脓毒症发生风险的免疫功能指标。

4 遗传生物标志物

基因不仅是机体遗传信息的载体，也是决定生老病死等生命活动的物质基础。基因序列上的碱基变异，即基因多态性是导致人类体征差异、疾病易感性、严重程度及预后和药物治疗反应差异性的重要原因。创伤本身虽然与机体遗传背景无关，但创伤引发的机体反应，特别是决定脓毒症和器官功能障碍发生的全身炎症反应，却与遗传背景密切关联。个体间遗传背景的差异性是决定创伤脓毒症易患性和预后的重要因素。正因如此，近年来，人们开始从遗传背景上探寻影响创伤脓毒症风险性的基因多态性生物标志物[19]。包括课题组在内的创伤脓毒症基因多态性研究已涉及的基因有模式识别受体(TLRs、CD14、MD2、LBP、NLRPs、MBL、FCGR、RAGE、FPR)、转录因子(NFKB、PPAR)、炎症因子(IL、TNF、HMGB1)、调控分子(microRNA、ND1)等。研究逐渐发现了一些可能影响创伤脓毒症发生风险的高危基因多态性位点(表2)，其基因型检测可能为创伤脓毒症的早期预警诊断和开展个体化治疗提供判断依据。

表2 研究发现的创伤脓毒症高危基因多态性位点研究概况

然而这些研究也存在以下局限性：(1)高危遗传生物标志物的评估方法大多采用与疾病风险性发生高低的关联度OR值进行阐述，且统计学界定P值不严格，但OR值并不能反映个体水平的风险性，还应进行如灵敏度、特异度等诊断实验方面的评估，才能说明其是否是一个合格有效的生物标志物;(2)大多研究未制定规范化统一的研究设计方案，临床研究本就影响因素较多且不易受人为控制，如在试验前不制定明确统一的标准如疾病表型的界定、研究人群的纳入排除标准、临床资料采集的代表性等，势必会导致选择性偏倚和研究结果的准确性;(3)研究人群个数和样本量普遍偏小，且缺乏多中心重复验证，按照统计学要求大多数研究仅有几十至几百例，样本并未达到公认的强度;(4)研究过程普遍缺乏质量控制，如生物样本采集、处理和保存的规范化，检测方法的准确性和检测试剂的标准化，研究人群的双/三盲性等。故这部分生物标志物的研究仍需在严格规范的研究方案指导下进行大样本、多中心重复和验证。

5 多种生物标志物联合预警

创伤脓毒症的发生，其机制往往涉及免疫炎症反应、神经内分泌反应、心血管反应、细胞代谢反应等，是众多因素相互作用的结果。单一生物标志物只能反映机体某一方面的变化，对疾病的甄别作用极为有限。而多个生物标志物联合的创伤脓毒症预警诊断研究较少[36,45,48-49]，仅有少数几篇报道单个基因多态性组合形成的单倍型可能影响创伤脓毒症发生风险，如IL-10启动子区3个基因多态性位点的单倍型(-1082-819-592ATA)在小样本人群(114例)中能够影响创伤脓毒症发生风险。在危重病人群[49]开展的血浆和细胞生物标志物的组合研究提示血浆PCT、sTREM-1和中性粒细胞CD64指数的组合在脓毒症发生风险的预警诊断中优于单个指标。这也说明单个生物标志物在复杂疾病中的预警诊断价值有限，故需要开展血浆、细胞与遗传生物标志物结合伤病员临床流行病学信息的多指标联合的创伤脓毒症早期预警诊断研究。

6 展望

若能尽早对创伤脓毒症的发生进行预测并对高危伤员进行有针对性的早期干预可以改善伤员预后，降低伤亡率。但是采用何种方法才能更好地预测脓毒症的发生对研究人员和临床医生来说仍然是一个巨大挑战。尽管近年来的研究发现了许多用于脓毒症预测的生物标志物，但经实验证实，可应用于创伤脓毒症预测的生物学指标却较少，且相关检测费用较大，难以在临床进行全面推广和应用。

然而，单纯依靠一种生物标志物难以实现快速、精准的预测脓毒症。现在和将来需要做的是：(1)借助基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学及微生物组学等组学研究手技术，发现准确性更高的创伤脓毒症预警生物标志物；(2)借助生物信息学和数学统计学手段，将多种生物标志物与临床表现相结合，建立快速、准确且临床适用性强的创伤脓毒症预测模型；(3)开展前瞻性、多中心创伤人群验证实验，通过大数据分析对战创伤感染高度可疑人群进行预判，提高脓毒症早期预警诊断模型的敏感度和特异度，针对高危伤病员实施及时有效的综合性治疗措施，进一步提高创伤脓毒症的救治成功率。