中性粒细胞载脂蛋白在感染性疾病应用的临床进展

杜丽敏,张 洁,赵凤芹

(吉林大学中日联谊医院 呼吸内科,吉林 长春130033)

人中性粒细胞载脂蛋白(human neutrophil li-pocalin,HNL)以45 kD二硫键连接的同源二聚体存在,是诊断急性细菌感染性疾病的生物学标志物[1-4]。近年来研究发现HNL在感染性疾病中显著升高,HNL作为新型生物标志物在感染性疾病中研究众多,现就此综述如下。

1 中性粒细胞载脂蛋白的生物学特性

中性粒细胞载脂蛋白是中性粒细胞二级颗粒的主要成分,由180个氨基酸残基组成的相对质量为45 kD的多肽链,具有典型的β折叠桶状保守结构,等电点的pH为8.40。在生理状态下,HNL不仅存在于中性粒细胞过氧化物酶阴性颗粒中,在肾脏、肺等器官中也有低水平表达。当机体发生感染时中性粒细胞活化,在趋化因子的作用下聚集到感染部位,并吞噬包裹病原体,随之HNL脱落释放入血,使血中HNL升高[1]。HNL有抑菌活性,研究表明,细菌繁殖需要大量的铁,当机体发生细菌感染后,HNL即开始结合并隔离细菌铁载体,从而竞争性抑制细菌生长[5]。因此,HNL可作为细菌感染的新型生物标志物。

2 中性粒细胞载脂蛋白在鉴别不同病原体感染的临床应用

临床上感染性疾病较为常见,病原体大致分为细菌、病毒、真菌、非典型病原体(支原体、衣原体等)。

对于感染性疾病的诊断,血液中白细胞计数、C反应蛋白等生物学指标在临床应用广泛,但敏感性和特异性不尽人意;G试验及GM试验在真菌感染的诊断中发挥重要作用,但易受各种因素影响,且灵敏性及特异性欠佳。近年来,中性粒细胞载脂蛋白作为一种新型感染生物标志物倍受关注,在鉴别感染性疾病有着重大意义。

2.1 HNL在鉴别急性细菌和病毒感染性疾病中的应用

在健康人中HNL含量较低、水平较稳定,当机体受到细菌感染时,机体免疫系统被激活,大量中性粒细胞生成,并在趋化因子的作用下聚集于感染部位,包裹吞噬细菌形成吞噬细胞,大量中性粒细胞载脂蛋白从吞噬细胞中脱落,从而使中性粒细胞载脂蛋白在感染早期即可迅速升高,峰值出现较快[6],一般HNL在感染发生后6～8 h开始升高、24～48 h达到高峰。金宇亭等[7]的研究纳入606人,其中细菌组123人,病毒组63人,健康对照组420人,研究发现细菌组血清HNL浓度(257.42 ng/mL)明显高于病毒组(104.27 ng/mL)和健康对照组(74.95 ng/mL),差异具有统计学意义(P<0.001),尽管病毒组HNL较健康对照组升高,但差异无统计学意义(P>0.05)。当HNL的临界值为115 ng/ml时鉴别细菌及病毒感染的敏感度为85.0%,特异度为63.1%,且纳入研究的HNL、CRP、PCT 3项指标中,血清HNL特异度最高,但敏感度仅次于CRP。Venge等[8]的研究也认为HNL在健康对照组(98 μg/L)、病毒组(117 μg/L)及细菌组(337 μg/L)依次升高,病毒组与健康对照组两组间差异无统计学意义,其研究纳入了细菌感染组185例、病毒感染54例、健康对照组144例;细菌感染组:血清HNL、CRP和PCT平均浓度分别为337 μg/L、81 mg/L和0.262 μg/L;健康对照组:血清HNL、CRP和PCT平均浓度分别为98 μg/L、1.06 mg/L和0.042 μg/L;病毒组:血清HNL、CRP和PCT平均浓度分别为117 μg/L、20.7 mg/L和0.112 μg/L。细菌组HNL、PCT、CRP明显高于对照组,两组差异存在统计学意义(P<0.001);病毒组与对照组比较,病毒组CRP、PCT高于对照组,两者存在统计学差异(P<0.001),而HNL差异无统计学意义(P<0.05);同时比较不同组血清HNL、CRP、PCT的诊断效能,根据ROC曲线下面积,在鉴别健康人是否发生细菌感染时,HNL的AUC为0.94,高于纳入研究的PCT(AUC=0.88)和CRP;在鉴别细菌感染与病毒感染时,HNL的AUC为0.91,高于纳入研究的PCT(AUC=0.64)和CRP,因此,HNL有望成为诊断和鉴别细菌与病毒感染的生物标志物。Xu等[9]的实验中,HNL在浓度大于155 ng/ml时,诊断细菌感染的阳性和阴性预测值分别为 92% 和 96%,优于 CRP 的最佳预测值,因此HNL诊断细菌感染的潜力更高。

对于HNL在不同菌种细菌感染有无鉴别意义,方超[10]也进行了研究,其研究将细菌感染的患者分为 GPB(革兰阳性菌)感染组(n=328)和 GNB(革兰阴性菌)感染组(n=108),两组HNL分别为169.6 μg/L和171.7 μg/L,两组比较差异无统计学意义(P=0.566);又将细菌感染组分为鲍曼不动杆菌组(n=57)、肺炎克雷伯菌组(n=56)、铜绿假单胞菌组(n=54)、金黄色葡萄球菌组(n=67)、大肠埃希菌(n=104)、肠球菌组((n=19),上述不同菌属HNL水平无统计学差异(P=0.3464),因此HNL在细菌感染中尚不能鉴别不同菌种感染,但目前相关研究较少,HNL在鉴别不同菌种感染中的作用需要进一步探索。

郭连峰等[11]分别检测细菌组105例患者在治疗前、治疗后72 h以及治疗后7 d血清HNL,结果显示,治疗72 h后HNL水平(101.32 ng/mL)较治疗前(229.3 ng/mL)明显降低(P<0.05);治疗7 d后HNL水平(53.63 ng/mL)较治疗72 h后(101.32 ng/mL)明显下降(P<0.05),说明HNL可随着感染程度的减轻而下降,差异有统计学意义(P<0.05)。这一结论不仅在成人细菌感染中适用,在儿童细菌感染也得到了证实,Fjaertoft等[12]观察了10例细菌感染性疾病的儿童,应用抗生素1天后HNL下降显著,两天后恢复正常,而CRP在第2天与第3天仍保持升高,说明抗生素治疗后HNL下降要早于CRP,HNL有望成为评价抗生素疗效的指标。

在Janas等[13]的研究中,1～8岁健康儿童的HNL水平(18.1～83.7 ng/mL)低于9～18岁儿童(28.7～107 ng/mL),且两者之间差异存在统计学意义(P=0.001)。因此,血清HNL在儿童中是否具有同样的作用受到了关注,在Björkqvist等[14]对新生儿的研究中,HNL感染组(平均 587.6 μg/L)显着高于未证实感染组(平均 217.7 μg/L),且两组之间差异存在统计学意义(P>0.001)。在Fjaertoft等[12]的研究中,证实了细菌感染组儿童血清HNL高于病毒组,且差异存在统计学意义(P<0.001)。

2.2 中性粒细胞载脂蛋白与真菌感染的相关性研究进展

随着抗生素的使用比例增高及免疫抑制剂治疗的患者增多,真菌感染的患病率不断增加,急需提高真菌感染的诊断水平。

近年来人们开启了HNL与真菌感染的相关性研究。Ferreira等[15]选用白色念珠菌感染的小鼠模型,检测小鼠舌头上HNL的mRNA,发现HNL水平在小鼠口腔白色念珠菌感染时不升高,与正常对照组小鼠比较差异无统计学意义(P>0.05)。方超[10]的研究中共纳入597例患者,健康对照 67 人,病毒感染组 71 人,真菌感染组 23 人,细菌感染组 436 人,真菌感染组HNL轻度升高,但与正常对照组比较差别无统计学意义(P>0.05)。目前有关HNL与真菌感染相关性研究较少,因此HNL在真菌感染诊断中的价值,还需更多的研究来证实。

3 中性粒载脂蛋白在细菌感染性疾病的研究进展

3.1 中性粒细胞载脂蛋白在呼吸系统感染性疾病的临床应用

在气管杯状细胞和Ⅱ型肺泡细胞上皮中均发现有HNL基因表达,并且在感染后支气管和肺泡细胞中HNL表达增加。Cowland等[16]研究发现,其可能机制为机体受到炎症刺激时,IL-1β 通过 NF-κB 依赖性途径在转录水平诱导 HNL表达。Venge等[17]的临床研究共纳入呼吸道感染者121例,其中细菌感染组77例与病毒感染组44例,细菌组HNL浓度平均水平为309 ng/ml,病毒组HNL浓度平均水平为152 ng/ml,两者之间比较差异有统计学意义(P<0.001),此研究证实细菌组HNL升高较为明显。在温国辉等[18]共纳入100例老年呼吸道感染患者,细菌感染组与病毒感染组各50例,细菌组HNL(207 ng/mL)显著高于病毒组(49.4 ng/mL),两者之间差异存在统计学意义(P<0.05)。Liu等[19]针对下呼吸道感染与HNL的相关性进行了一项研究,这项研究将90名LRTIs分为62名社区获得性肺炎(CAP)、14名慢性阻塞性肺疾病急性加重期(AECOPD)、23名其他感染性疾病(如支气管扩张症合并感染等),与50名健康人进行对比,LRTIs组HNL(196.97 ng/mL)显著高于健康人HNL(14.30 ng/Ml),两组之间存在统计学差异(P<0.01)。当HNL水平 以86 ng/ml为折点时,对于诊断细菌性下呼吸道感染,敏感性为93.0%,特异性为 96.0%。在此研究中还发现AECOPD患者HNL水平(202.56 ng/mL)高于CAP患者(190.95 ng/mL),但差异无明显统计学意义(P=0.5),CAP、AECOPD患者HNL水平高于其他感染组,但差异亦无明显统计学意义(P=0.5),综上,HNL无论在上呼吸道还是下呼吸道细菌感染时均会升高,因此可能会成为诊断呼吸道细菌感染的生物学指标,在呼吸道感染中HNL明显升高,可作为呼吸道细菌感染的辅助诊断指标。

3.2 中性粒细胞载脂蛋白在急性细菌性脑膜炎的临床研究

急性细菌性脑膜炎(ABM)具有较高的发病率和死亡率,肺炎链球菌(Sp)和脑膜炎奈瑟菌(Nm)是 ABM最常见的病原体。目前ABM的主要诊断基于脑脊液检查,脑脊液中的成分有助于区别ABM与急性病毒性脑膜炎(AVM)并指导抗生素的应用,但脑脊液成分用于鉴别ABM与AVM敏感性特异性欠佳,因此需要特异性及敏感性更高的生物学指标进行鉴别。Guiddir等[20]通过临床研究,纳入90例ABM与44例AVM患者,ABM组脑脊液HNL水平(127 pg/mL)明显高于AVM组(2.4 pg/mL),两者存在显著性差异(P<0.0001),该研究认为HNL作为细菌感染的生物标志物在鉴别ABM与AVM时敏感性为81%,特异性为93%,阳性预测值为96%,因此HNL有助于鉴别ABM和AVM。在Lippi等[21]的研究纳入疑似ABM患者88例,其中58 例(66%)的脑脊液符合细菌性脑膜炎脑脊液,脑脊液HNL的折点为13 ng/mL 时,诊断ABM的特异性和灵敏度分别为100%和74.1%,因此脑脊液HNL有助于识别ABM。但目前缺乏统一折点,仍需大规模临床研究为临床诊断提供询证医学证据。

3.3 中性粒细胞载脂蛋白在自发性腹膜炎的临床应用

腹膜炎在临床上通常是指细菌性腹膜炎,可分为自发性腹膜炎(SBP)和继发性腹膜炎,其中最为常见的为自发性腹膜炎,其诊断主要依靠腹水培养,但腹水培养时间较长且阳性率较低,因此SBP诊断需敏感性较高的生物学指标。Cullaro等[22]将146例肝硬化患者分为合并SBP的29例和不合并SBP的117例,合并SBP患者腹水HNL(221.3 ng/mL)明显高于不合并SBP患者(139.2 ng/mL),两组差异有统计学意义(P<0.001);在合并SBP患者中,革兰阳性菌感染组(n=7)和革兰阴性菌感染组(n=22)患者之间的腹水HNL水平没有显著差异(155.0 ng/mL vs 242.8 ng/mL,P=0.46)。此研究将合并SBP患者血清与腹水HNL水平进行比较,结果亦无差异,死亡组血清及腹水HNL均显著高于存活至出院组,腹水HNL大于221.3 ng/ml对预测住院死亡风险敏感度为73.3%,特异度为71.2%。Liu等[23]将204名肝硬化失代偿患者分为SBP组64例,非SBP组患者140名,SBP 组的腹水 HNL 水平(111 ng/mL)显着高于非SBP组(48 ng/mL),两者之间存在统计学差异(P<0.001)。因此,腹水HNL水平可成为住院肝硬化患者合并SBP的辅助诊断指标,并且腹水HNL水平升高可以预测住院死亡风险。

血清HNL对于其他类型的腹膜炎是否具有同样的诊断效能引起了研究者们注意,在贺晓蕾等[24]的研究中纳入212例患者,分为CRF(慢性肾衰)腹膜透析细菌性腹膜炎患者(腹膜炎组)70例、CRF 腹膜透析患者(透析组)142例和健康人群(对照组)33例,腹膜炎组血清HNL(104.47±32.82 ng/mL)明显高于透析组(54.68±11.29 ng/mL),两组之间差异存在统计学意义(P<0.0001);腹膜炎组血清HNL(104.47±32.82 ng/mL)亦明显高于对照组(50.11±12.05 ng/mL),两组间差异亦存在统计学差异(P<0.0001)。综上所述,血清HNL水平越高提示透析患者患细菌性腹膜炎的几率越高。

3.4 中性粒细胞载脂蛋白在泌尿道感染中的临床应用

泌尿道感染(urinary tract infection,UTI)是病原体在尿路中生长、繁殖而引起的感染性疾病,病原体包括细菌、支原体、衣原体等。通常大家所谓的尿路感染多指细菌引起的尿路感染。此病是仅次于呼吸道感染的第二大感染性疾病。

Yilmaz等[25]研究纳入60名有症状的UTI患者及29名健康对照者,两组均检测尿HNL,结果显示,UTI组尿液HNL(91.02 ng/mL)显著高于对照组(14.29 ng/mL),两者之间具有统计学差异(P=0.0001),根据ROC曲线分析,尿液HNL预测UTI的最佳折点为20 ng/mL,此时敏感性和特异性分别为97%和76%。该折点的阳性和阴性预测值分别为89%和92%。当尿HNL高于这个折点时,发生UTI的可能性增加4倍。Valdimarsson等[26]的研究纳入108例UTI婴儿及13例健康婴儿作为对照组,两组均检测尿液HNL,结果显示,UTI组尿液HNL显著高于健康者,两者存在统计学差异(P<0.0001)。Urbschat等[27]的研究纳入30 名急性上尿路感染患者和 29 名急性下尿路感染患者以及 38 名健康对照者,3组均检测尿液HNL,结果显示上尿路感染组尿液HNL(111.07±114.29 ng/mL)高于健康对照组尿液HNL(49.78±58.60 ng/mL),两组之间差异显著(P=0.004);下尿路感染组尿液HNL高于健康对照组(100.61±95.38 ng/mL vs 49.78±58.60 ng/mL),两组之间差异明显(P=0.032);但上、下尿路感染组比较,尿液HNL水平差异无统计学意义(P=0.75)。因此,尿HNL可以辅助诊断急性细菌性尿路感染,但对于上、下尿路感染无法鉴别。

Valdimarsson等[26]的研究中证实尿液可以帮助诊断发热婴儿的 UTI。这一结论在Kim等[28]的研究中得到证实。综上所述,尿液HNL可以辅助性诊断成人与儿童的尿路感染。

3.5 中性粒细胞载脂蛋白在败血症中的临床进展

败血症又称“脓毒症”或“全身性感染”,是指明确或可疑的感染引起的全身炎症反应综合征。严重脓毒症是指脓毒症合并由其导致的器官功能障碍或组织灌注不足。脓毒性休克是指脓毒症伴其所致的低血压,并且经液体复苏仍无法逆转[29-30]。脓毒血症发病率、死亡率逐年升高。脓毒血症其临床表现无特异性,其诊断及严重程度评估十分困难。

脓毒血症与炎症因子密切相关,如降钙素原及C反应蛋白是重要的辅助诊断指标,可以评价其短期预后[29,31-32]。

2016年一项研究[33]检测了400例疑似败血症患者血清HNL、PCT、CRP,并获得了所有入组患者的急诊脓毒症死亡率(MEDS)评分(用于判断脓毒血症患者预后),对其进行28天随访,根据MEDS评分分为5组,0～4分为极低危组,5～7分为低危组,8～12为中危组,13～15为高危组,大于15为极高危组,依次每个风险类别的中位HNL水平(单位:ng/mL)分别为:216(137～354)、281(146～472)、290(155～610)、273(152～565)和896(415～1 200),极高危组的中位HNL水平显着高于其他各组,差异均具有统计学意义(P<0.001)。低、中和高风险组之间没有显著差异(P>0.05),非幸存者的中位HNL水平显著高于幸存者(P<0.001)。因此血浆 HNL 值可能是脓毒症患者住院死亡风险的独立预测因子。血浆 HNL 值与 C 反应蛋白和降钙素原水平以及MEDS评分呈正相关,且HNL的曲线下面积为0.797大于PCT的0.599,因此,判断脓毒血症严重程度血浆HNL优于PCT。Wang等[34]对480名患者的研究也得出了这一结论,此项研究入组患者分为全身炎症反应综合征(SIRS)、败血症、严重败血症和败血性休克4组,研究发现,血清HNL的中位水平随着败血症的严重程度增加而升高,HNL在236.62 ng/mL 的折点预测脓毒症患者的 28 天死亡风险,敏感性为 71.8%,特异性为77.1%。并有郑军等[35]将125名脓毒症患者作为研究对象,分为 HNL 组(60 例)和常规组(65例)。其中,HNL 组根据 HNL 水平确定抗生素降阶及停用时间,常规组根据白细胞计数、C 反应蛋白(CRP)等常规血清学指标水平以及微生物培养结果综合确定抗生素降阶及停用时间,结果显示 HNL 组患者的抗生素应用时间、病情缓解时间、ICU住院时间均明显短于常规组,差异存在统计学意义(P<0.05);ICU住院期间,HNL组的死亡率为15.0%(9/60);常规组为21.5%(14/65),两组死亡率比较差异无统计学意义(P>0.05)。刘瑞来等[36]的研究纳入240名血液病患者,120名血培养阳性的脓毒血症患者称为血流感染组,120名血培养阴性的血液病患者称为非血流感染组,血流感染组血清HNL明显高于非血流感染组,两组之间差异存在统计学意义(P<0.0001),因此,血清HNL可作为诊断血液病患者血流感染的良好指标。上述研究表明,血浆HNL是评估急诊脓毒症严重程度、指导抗生素应用和预测预后的的生物标志物。

3.6 中性粒细胞载脂蛋白与急性阑尾炎相关性研究进展

急性阑尾炎(AA)诊断主要根据典型的病史及查体阳性体征,但儿童的病史采集比较困难,近年来有研究发现HNL在急性阑尾炎患者中升高,可协助临床诊断。Kakar等[37]的研究纳入92名儿童,分为急性复杂阑尾炎(AcA)32例、急性非复杂阑尾炎(AnA)31例及健康人对照组29例3组,AcA、AnA、对照组血清HNL中位值分别为169.90 ng/mL、133.70 ng/mL、90.14 ng/mL,AcA组血清HNL水平高于对照组,差异有统计学意义(P=0.003),AnA组HNL水平与对照组差异有统计学意义(P=0.004);但在AcA与AnA两组血清HNL差异无统计学意义(P=0.612)。因此血清HNL可作为儿童急性阑尾炎的辅助诊断指标,但不能作为区分急性阑尾炎类型的指标。目前对于HNL与急性阑尾炎的相关研究纳入病例均为儿童,尚缺乏成人HNL与急性阑尾炎相关性研究。

4 结论及展望

HNL存在于嗜中性粒细胞以及其他组织中,并且是先天性免疫的重要组成部分,主要通过结合细菌铁载体和剥夺细菌的铁来实现抑菌作用。在不同组织的感染性疾病中(肺、腹腔、脑膜),HNL均会升高。特别在细菌感染中,血清HNL可作为细菌感染的新型诊断生物学指标,但无法鉴别不同菌种的感染,无法鉴别具体感染部位。不同组织细菌感染相应体液中HNL亦可升高,可用于相应细菌感染诊断的辅助指标。随着感染程度的加重,HNL水平随之升高,在应用敏感抗生素后,HNL早期可下降,因此HNL可用来指导抗生素的应用,HNL与真菌感染的关系,因现阶段研究较少,需进一步探索。