生化和免疫感染指标在新型冠状病毒感染患者中的应用

方佳丹，李伟峰，程歆琦△

1.北京协和医学院/中国医学科学院北京协和医院检验科，北京 100730;2.深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司体外诊断上游市场部,广东深圳 518000

冠状病毒是一个大型病毒家族，既往曾引起中东呼吸综合征(MERS)和严重急性呼吸综合征(SARS)等严重传染性疾病。目前，肆虐全球的新型冠状病毒(SARS-CoV-2)为β冠状病毒属中新发现的病毒种，但与此前的严重急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoV)具有高度的亲缘关系[1]。值得庆幸的是，SARS-CoV-2感染发生以来，我国政府、医务人员和相关检测厂商对该病毒进行了很多有价值的研究，对其的了解更加深入。本文针对本次SARS-CoV-2感染疫情中，实验室相关的生化和免疫指标在新型冠状病毒肺炎(COVID-19)[2]的鉴别诊断、判断患者病情严重程度及临床分型、监测治疗效果和预测临床预后中的相关研究结果进行总结，以期对COVID-19及其他感染性疾病的治疗和防控提供参考依据。

1 COVID-19简介

冠状病毒广泛分布于人类、蝙蝠等啮齿类动物及鸟类中，αCoV和βCoV多感染蝙蝠等啮齿类动物和鸟类，δCoV和γCoV多感染鸟类。目前已知对人致病的冠状病毒有6种，其中SARS-CoV和中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)可引起严重的下呼吸道感染甚至死亡[3-4]。其余4种病毒(HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63、HCoV-HKU1)可引起自限性呼吸道感染，症状较轻。SARS-CoV-2为第7种可致人感染的冠状病毒，其与bas SARS-like-CoVZXC21及bat SARS-like-CoVZC15的同源性高达89%。与SARS-CoV和MERS-CoV相似，SARS-CoV-2对紫外线和热较敏感，56 ℃ 30 min、乙醚、75%乙醇、含氯消毒剂、过氧乙酸和氯仿等脂溶剂均可有效灭活病毒。

SARS-CoV-2潜伏期为1～14 d，多为3～7 d。其传染源为COVID-19患者及无症状携带者。处于潜伏期的感染者多无明显的临床症状和体征，但具有传染性，作为传染源的意义较大，增加了切断传染源的难度[5-7]。潜在的感染者处于病毒携带状态，其传染能力只有确诊患者的一半左右，但这些人却成为导致全国80%确诊病例的传染源[8]。

COVID-19的病死率各国差异较大，我国COVID-19的病死率为2.3%(1 023/44 672)[9]，意大利为7.2%(1 625/22 512)[10]，而在危重症患者中，病死率为26%[11]～49%[9]。该病毒具有强传染性，国内传播系数R0早期的估计值为2.24～3.58[12]，后期研究显示，峰值可达3.82[13]。鉴于早期大量的无症状感染者未进行检测，感染人群可能更为广泛。对比SARS-CoV(病死率9.5%，传播系数R0约为4)和MERS-CoV(病死率35.0%，传播系数R0约为1)[14]，SARS-CoV-2对医疗资源的消耗和要求可能会更高。

SARS-CoV-2引起的COVID-19可导致患者出现肺部炎症和广泛的肺损伤。近期发布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》(以下简称为第七版方案)[15]纳入了病理改变的部分(基于尸检和穿刺组织的病理观察结果)，结果提示了肺、免疫器官的病理改变，还观察到其对心脏、血管、肝脏、肾脏和脑组织的浸润和侵袭，所以感染康复后患者的预后和疾病转归也需要引起临床医师的关注。

2 血清学感染指标在COVID-19辅助诊断中的应用

虽然病毒核酸检测已成为诊断SARS-Cov-2感染的标准确诊方法，但这些核酸检测试剂盒有很多局限性，如对实验室条件要求高、阳性率偏低等。SARS-CoV-2的特定蛋白S蛋白和N蛋白会刺激机体的免疫系统引起抗体应答，最早出现的抗体是IgM、IgA抗体，然后是IgG抗体[16]。一组纳入了238例COVID-19患者的研究显示[17]，患者在出现症状后的0～5 d，IgM和(或)IgG抗体的阳性率较低(29.4%)，随着疾病的迅速进展，10 d后抗体阳性率从不足50%跃升至80%以上。相反，病毒RNA的阳性率在出现症状之后的11 d内保持在60%以上，在发病超过16 d后低至40%。故抗体检测在病程后期对核酸检测有补充诊断价值，尤其是对无症状感染者的筛查，在流行病学统计中有重要意义。后经一组纳入来自8个不同临床实验室的397例经PCR证实的COVID-19患者标本和128例核酸检测阴性的标本，对比分析发现不同的血液标本(包括全血、血清和血浆)在检测中具有良好的一致性，进一步提升了核酸检测的临床应用价值[18]。

第七版方案中也纳入了血清抗体检测，SARS-CoV-2特异性IgM抗体多在3～5 d后开始出现阳性，IgG抗体滴度在恢复期较急性期有4倍以上增高；若IgM和IgG抗体阳性，可作为COVID-19的诊断指标之一；如疑似病例发病7 d后，SARS-CoV-2特异性IgM和IgG抗体仍为阴性，可再结合两次核酸检测阴性进行疑似病例的排除诊断[15]。

在血清学特异性IgM和IgG抗体的临床应用过程中，也存在假阳性的情况，容易给临床决策带来困扰：一方面可能是由于全新研发的检测方法cut off值的设定和验证还不够充分；另一方面也不能排除干扰的可能，如类风湿因子、嗜异性抗体等。既往有研究报道，SARS-CoV的N蛋白可与人类Ⅰ型冠状病毒229E、猫传染性腹膜炎病毒和猪传染性胃肠炎病毒等抗原性Ⅰ类动物冠状病毒的抗血清发生抗原性交叉反应。因此，需要注意的是，使用完整的N蛋白作为抗原进行血清学检测可能会导致特异度降低[19]。目前已经有多种不同方法的SARS-CoV-2特异性IgM和IgG抗体检测试剂盒，研发厂家和实验室有必要进行适当的评估和验证，尽量选择临床一致性较好的试剂盒用于常规检测。

此外，在COVID-19的鉴别诊断中，可应用能进行动态监测的血清学感染指标，如C反应蛋白(CRP)、降钙素原(PCT)、淀粉样蛋白A(SAA)、红细胞沉降率等，以便临床医师对感染引起的发热和其他发热进行快速鉴别诊断。另外，细菌性肺炎、流行感冒病毒导致的上呼吸道感染以及非呼吸道感染性疾病等可能与COVID-19轻症患者的临床表现非常相似，此时，可补充检测PCT、CRP等血清学指标，在细菌或病毒导致的肺部感染中起到进一步的鉴别作用。

3 常规临床生化指标在COVID-19治疗监测中的应用

几乎所有的COVID-19重症患者均可出现急性呼吸衰竭综合征，并可合并急性心肌损伤、脑梗死、肾功能不全等多器官衰竭的表现，有时还可合并其他病毒、细菌、真菌感染等。而治疗药物，如抗病毒药物和解热镇痛药亦有一定的肝肾毒性，因此临床生化指标在COVID-19患者的治疗监测过程中具有重要意义。

3.1肝损伤相关指标 在一项涉及1 099例COVID-19确诊患者的研究中，丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天门冬氨酸氨基转移酶(AST)、总胆红素(TBil)、乳酸脱氢酶(LDH)阳性率分别为158/741(21.3%)、168/757(22.2%)、76/722(10.5%)、277/675(41.0%)，其中ALT、AST、LDH在重症患者中的阳性率较非重症患者明显升高[20]。见图1。

图1 重症和非重症COVID-19患者肝功能指标阳性率比较

另有两项研究显示，COVID-19重症患者ALT、LDH和TBil水平明显高于非重症患者[21-22]。但这两项研究中重症患者和非重症患者之间的AST水平比较，结果不一致，见表1。这可能与两项研究纳入的病例数量差异有关，Lancet上发表的研究仅纳入了41例确诊病例，且重症仅有13例[21]。有学者称COVID-19患者的肝损害可能与肝胆管细胞的损伤相关[23]，另有研究检测γ-谷氨酰转移酶(γ-GGT)、碱性磷酸酶(AKP)发现，仅少数患者轻度升高，阳性率分别为6.4%和3.0%[24]。

表1 COVID-19患者肝功能相关指标水平[M(P25,P75)]

3.2肾功能相关指标 早期有研究分析了41例武汉地区COVID-19确诊患者，发现有4/41(9.8%)的患者出现肌酐(Cr)水平升高，Cr的异常率和水平在重症监护病房(ICU)和非ICU患者之间差异有统计学意义(P<0.05)[21]。随后进行的两项更大规模的研究，分别纳入了武汉地区138例患者和全国其他地区1 099例患者，非重症患者和重症患者Cr异常率和水平比较，差异均有统计学意义(P<0.05)，在死亡病例中发现血清尿素氮和Cr水平在患者死亡前呈进行性升高[20,22]。见图2～3。

图2 重症和非重症COVID-19患者血清Cr异常率比较

有研究报道99例COVID-19患者中有97例出现清蛋白水平降低，异常率为99.0%，清蛋白水平为(31.6±4.0)g/L[25]。可能是由于肾脏感染、炎性反应和(或)肾小球毛细血管压力的改变，部分清蛋白由肾脏滤出，清蛋白从肾脏丢失增多所致。

3.3心肌损伤标志物 心肌酶谱、超敏心肌肌钙蛋白I(hs-cTnI)、脑钠肽(BNP)是重要的心肌损伤检测指标，在COVID-19患者中存在心肌酶的异常，同时这些指标可能和患者的预后及存活密切相关。一项对41例COVID-19患者的研究中，有5例(12.2%)发生病毒相关性心肌损害，并出现hs-cTnI水平升高，其中13例ICU患者中有4例hs-cTnI水平升高，28例非ICU患者仅有1例升高。虽然ICU患者中hs-cTnI升高的比例高于非ICU患者，但hs-cTnI水平(中位数)在两组患者之间差异无统计学意义(P>0.05)，这可能与该研究纳入的ICU患者较少有关[21]。而另一项涉及138例患者的研究显示,ICU患者的hs-cTnI水平显著高于非ICU患者[22]，见图4。另外，有研究显示肌酸激酶(CK)的异常率为13.7%[20]～33.0%[21]，肌红蛋白(Myo)的异常率为15.0%[25]，但CK水平与患者疾病的严重程度无明显相关性(P>0.05)。

图3 重症和非重症COVID-19患者血清Cr水平的比较

COVID-19可累及机体多个器官，造成器官的损伤和纤维化，影响患者的生命健康与预后。所以在SARS-CoV-2的侵袭下，生理、生化指标的检测都显得非常重要，在临床检测中应加以重视。同时需要注意的是，有部分COVID-19患者合并基础疾病，如心脏病、糖尿病、慢性肾病、高血压等，对于其血糖、血压和器官功能的监测也是必不可少的。

图4 重症和非重症COVID-19患者hs-cTnI水平比较

4 COVID-19的预后

COVID-19患者的死亡与年龄、入院前是否合并其他基础疾病有直接关系。死亡患者主要集中在50岁以上，多死于呼吸衰竭。同时，研究发现，COVID-19患者死亡时多合并脓毒症、循环衰竭、肾衰竭等[26-27]。SARS-CoV-2与SARS-CoV和MERS-CoV的致病机制可能相似，病毒在攻击各个组织器官的同时，人体启动强烈的自身防御反应，可导致细胞因子风暴(CRS)，产生大量的细胞因子，包括白细胞介素(IL)-1β、IL-6、γ-干扰素和单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)等，绝大多数(89.2%)患者全身免疫炎症指数超过500，对机体造成严重的伤害[27]。因此，在患者的预后监测中，一些细胞因子的动态监测对及时识别CRS，决定是否应用人工肝血液净化系统，及时改变治疗方案起到重要的作用[28]。

有许多临床生化指标和免疫指标与患者的预后息息相关。一项分析82例患者死亡原因的研究指出，部分临床指标有较高的异常率，如CRP(100.0%)、LDH(93.2%)、D-二聚体(97.1%)[27]；部分指标水平的升高可能与患者存活天数存在一定的相关性，如hs-cTnI(≥6.126 pg/mL)、氨基末端脑钠肽前体(≥1 800 pg/mL)、IL-6(>10 pg/mL)[27,29]。在第七版方案中也指出重症和危重症患者的外周血炎性因子如IL-6、CRP水平升高，乳酸水平升高，可作为患者的预警指标[15]。

除此之外，各组织炎性浸润和器官纤维化可能给COVID-19患者预后带来影响，尤其是血管紧张素转化酶2的RNA和蛋白在人体多个部位和器官的高表达，感染后可造成器官损伤，如病毒性心肌炎导致扩张性心肌病，慢性肾损伤、男性睾丸的损伤导致男性生育功能受损等[30]。

5 小结和展望

SARS-CoV-2突然来袭，临床生化和血清学、免疫学指标在COVID-19的辅助诊断、治疗监测和预后判断中均有重要的意义，如特异性血清IgG和IgM抗体、CRP、PCT可能会作为急性感染期辅助诊断的优良标志物；一些生化免疫标志物，如肝功能相关的指标、Cr、IL-6、IL-1β、肿瘤坏死因子-α可能对患者的疾病监测具有较高的价值。通过文献检索和总结，在感染性疾病中还有一些新的被报道的炎性标志物，如高迁移率族蛋白1(HGM-1)、可溶性髓样细胞触发受体1(sTREM-1)等或可起到重要作用。

我国对本次COVID-19疫情的抗疫经验总结，发现控制好传染性疾病中的三要素，即传染源、传播途径和易感人群，可对抑制疾病的快速传播起到至关重要的作用。在控制传染源的部分，如何快速、准确地识别传染源，是未来检验人需要重点关注和实现的目标。倘若未来还有感染性疾病来袭，如何更快、更好地辅助临床，提供可靠的诊疗依据应引起检验人的深思。