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膿毒癥分級(jí)與生物學(xué)標(biāo)志物
膿毒癥分級(jí)與生物學(xué)標(biāo)志物 膿毒癥是世界范圍內(nèi)重癥監(jiān)護(hù)病房(ICU)病人的第一死因,美國(guó)每年有膿毒癥患者70萬(wàn),死亡21萬(wàn)。膿毒癥治療的高消耗(50000美元/例)更給政府和病人造成了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1]。由于膿毒癥的病理生理改變非常復(fù)雜,因此雖然過(guò)去十幾年中相關(guān)理論和治療手段如新型抗菌素、營(yíng)養(yǎng)支持以及免疫治療等取得了大量成果,但嚴(yán)重膿毒癥(severe sepsis)的死亡率仍高達(dá)30%~70%,同時(shí)生存病人的生活質(zhì)量也明顯下降。Glauser 將膿毒癥定義為機(jī)體免疫系統(tǒng)對(duì)外來(lái)微生物感染的反應(yīng)失調(diào)。
病原感染導(dǎo)致炎癥反應(yīng)失控引起全身炎癥反應(yīng)綜合癥(SIRS)曾被認(rèn)為是膿毒癥發(fā)病的根本原因。大量炎性細(xì)胞銀子(如TNF-α、IL-1、MIF、MCP-1、 IL-6、IL-10)、炎性介質(zhì)(如PAF、前列腺素)以及活性氧離子等共同作用導(dǎo)致毛細(xì)血管擴(kuò)張、通透性增加,血漿成分“滲漏”進(jìn)入組織間隙,活化的炎性細(xì)胞浸潤(rùn)相關(guān)組織和器官。與此同時(shí),病原和活化的炎性介質(zhì)激活凝血系統(tǒng)導(dǎo)致彌散性血管內(nèi)凝血(DIC)。這些作用的共同結(jié)果是組織低灌注和缺氧,并最終引起器官功能障礙和病人死亡[2]。
基于以上原因,許多研究試圖通過(guò)控制或平衡炎癥反應(yīng)以達(dá)到預(yù)防和治療膿毒癥的目的。通過(guò)拮抗或中和炎性介質(zhì)的方法和手段雖然在實(shí)驗(yàn)室取得了良好效果,但臨床卻不斷遭遇挫折[3]。分析該結(jié)果的原因是目前臨床對(duì)膿毒癥的定義過(guò)于模糊,缺乏一整套類似于腫瘤TNM分級(jí)的對(duì)膿毒癥病人的分期和分級(jí)系統(tǒng),以明確判斷每個(gè)病人所處的病理生理狀態(tài)、可能的預(yù)后以及對(duì)相關(guān)治療的反應(yīng)。
因此Levy在2003年提出了膿毒癥PIRO分級(jí)系統(tǒng)的設(shè)想,通過(guò)對(duì)病人的患病前的基本情況、感染病原特點(diǎn)、機(jī)體的全身反應(yīng)以及臟器功能障礙等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),對(duì)膿毒癥病人進(jìn)行分級(jí)[4]。但該系統(tǒng)的前提是必須有一定的生物學(xué)標(biāo)志物以判斷病人的免疫反應(yīng)水平、臟器功能障礙的危險(xiǎn)性以及對(duì)相關(guān)治療的可能結(jié)果。而這些生物學(xué)標(biāo)志物的檢測(cè)必須簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì),適合臨床廣泛使用。
一、生物學(xué)標(biāo)志物的意義
如何早期甄別高危病人、合理分配資源、適時(shí)使用有針對(duì)性的治療手段是危重癥領(lǐng)域所面臨的問(wèn)題。臨床實(shí)踐表明膿毒癥的許多特異性治療手段如抗炎治療、促炎治療、皮質(zhì)激素的使用等都是非常危險(xiǎn)的“雙刃劍”,這些治療的選擇必須在對(duì)病人進(jìn)行正確分級(jí)、分期的基礎(chǔ)上進(jìn)行。僅僅根據(jù)臨床表現(xiàn)和非特異性的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)盲目使用很可能導(dǎo)致病情惡化和臟器功能衰竭。因此根據(jù)特異性的生物學(xué)指標(biāo)判斷疾病的病理生理狀態(tài)以指導(dǎo)就顯得尤為重要[5]。
在過(guò)去十幾年中,有許多生物活性分子為作為判斷膿毒癥嚴(yán)重程度和預(yù)后的指標(biāo)。其中包括病原微生物本身及產(chǎn)物(內(nèi)毒素,DNA)、細(xì)胞因子(TNF, IL-6, IL-8,IL-10)、急性期蛋白(C反應(yīng)蛋白,降鈣素原,LPS結(jié)合蛋白)、凝血因子(纖維蛋白降解產(chǎn)物,抗凝血酶Ⅲ,D-二聚體)、細(xì)胞膜表面物質(zhì)(HLA-DR, CD64,E-選擇素)、細(xì)胞凋亡產(chǎn)物、可溶性受體(sCD-14,sTNFRⅠ,sTNF-R Ⅱ)以及激素水平(ACTH,皮質(zhì)醇)等等[6,7]。研究這些物質(zhì)的臨床意義在于: ①區(qū)別膿毒癥和其他原因引起的SIRS;②判斷膿毒癥的嚴(yán)重程度和不良預(yù)后; ③連續(xù)監(jiān)測(cè)以判斷病人對(duì)某種治療方法的反應(yīng)。但遺憾的是這些指標(biāo)中被臨床認(rèn)可和廣泛使用的非常少,目前認(rèn)為其中最有希望的是C反應(yīng)蛋白(CRP)和降鈣素原(PCT)。
二、常見(jiàn)的生物學(xué)標(biāo)志物
1.CRP CRP 于1930 年在肺炎病人血清中發(fā)現(xiàn),可以與肺炎球菌的多聚糖片斷C 發(fā)生反應(yīng)并沉淀。其由五個(gè)亞單位通過(guò)非共價(jià)結(jié)構(gòu)組成穩(wěn)定的環(huán)形結(jié)構(gòu),能夠?qū)沟鞍姿庾饔�。作為急性期蛋白的一種,CRP 不僅能夠與細(xì)菌、真菌等微生物的多聚糖結(jié)合,而且可以激活補(bǔ)體系統(tǒng),促進(jìn)噬菌作用。
CRP 由肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生,IL-1、IL-6、TGFβ等細(xì)胞因子可誘發(fā)其mRNA 的轉(zhuǎn)錄。正常人群CRP 水平在10 mg/l 以下,感染后4~6 小時(shí)開(kāi)始升高,并在 36~50小時(shí)左右達(dá)到峰值。在受到強(qiáng)烈的感染刺激時(shí)可高達(dá)500 mg/l。其他炎癥性疾病如燒傷、創(chuàng)傷、大手術(shù)、惡性腫瘤等也可導(dǎo)致CRP 明顯升高,而病毒感染性疾病CRP并不明顯增加[8]。
2.PCT PCT 最早發(fā)現(xiàn)于1986 年,分子量14.5 KDa,其編碼基因啟動(dòng)子
區(qū)域有轉(zhuǎn)錄因子NF-κB、AP-1的結(jié)合位點(diǎn)。在細(xì)胞因子如TNF-α、IL-6 或LPS 刺激下,PCT 可以由多種組織和細(xì)胞如神經(jīng)原細(xì)胞、白細(xì)胞、肝細(xì)胞等分泌。正常條件下血中PCT<0.5 ng/ml或檢測(cè)不到,感染后則迅速上升,2小時(shí)左右可在血中檢測(cè)到,12~24 小時(shí)達(dá)到峰值。嚴(yán)重感染時(shí)可上升到正常的2000 倍以上。但是,同CRP一樣,病毒感染并不引起PCT 增高[9]。
臨床已經(jīng)有多項(xiàng)研究對(duì)CRP 和ACT 在膿毒癥病人的診斷和預(yù)后的意義進(jìn)行了探討。2004 年的一項(xiàng)Meta 分析綜合了其中12 項(xiàng)研究結(jié)果,認(rèn)為對(duì)住院病人的細(xì)菌性感染的診斷上,PCT 較ACT 更加敏感(88%:75%),且在區(qū)分細(xì)菌感染和非感染性炎癥方面更具有特異性(81%:67%)[10]。因此可以認(rèn)為雖然 CRP、PCT 是炎癥反應(yīng)的產(chǎn)物,但其在區(qū)分細(xì)菌感染與非細(xì)菌或病毒感染方面具有重要意義,其中PCT 是判斷膿毒癥和非膿毒癥的敏感指標(biāo)[11]。有關(guān)兩者在病人預(yù)后方面的意義尚缺乏研究,但目前認(rèn)為PCT 可以作為膿毒癥嚴(yán)重程度以及對(duì)治療是否敏感的指標(biāo)。
3.活化蛋白C(APC) 生理狀態(tài)下蛋白C存在于血漿中,當(dāng)凝血酶與內(nèi)皮
細(xì)胞表面血栓調(diào)節(jié)素結(jié)合后,即可激活A(yù)PC。APC 在輔因子S 并存條件下可抑制凝血因子Ⅴa和Ⅷa功能,具有明顯的抗凝作用。同時(shí),APC 還具有有效的抗炎作用,抑制單核細(xì)胞促炎因子TNF、IL-1 等的分泌,減少中性粒細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附。還有研究認(rèn)為APC 具有一定的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和保護(hù)性基因轉(zhuǎn)錄作用。膿毒癥病人蛋白C 及蛋白S 大量消耗,其血漿含量顯著降低,內(nèi)皮細(xì)胞血栓調(diào)節(jié)素表達(dá)下調(diào)也致使APC生成減少。AOC減少的程度與病人的不良預(yù)后密切相關(guān)。鑒于APC 的重要意義,美國(guó)FDA 已批準(zhǔn)重組APC 用于重型膿毒癥的臨床治療。目前用于早期膿毒癥(如僅有一個(gè)器官功能障礙)治療正在進(jìn)行多中心隨機(jī)臨床研究試驗(yàn)。
4.高遷移率族蛋白B(HMGB1) HMGB1 是一種核結(jié)合蛋白,在DNA 的重組、修復(fù)、復(fù)制和基因轉(zhuǎn)錄中起作用 。同時(shí)也是巨噬細(xì)胞分泌的一種介質(zhì),在炎癥刺激下生成量顯著增高。它可促使轉(zhuǎn)錄因子NF-κB及有絲分裂素活化蛋白激酶(MAPK)激活,刺激單核細(xì)胞產(chǎn)生炎性因子如IL-1、IL-6等以及巨噬細(xì)胞分泌炎癥蛋白,激活吞噬細(xì)胞,誘導(dǎo)多種黏附分子(VCAM-1、IVAM-1)、MCP -1 和組織纖溶酶原激活劑的表達(dá),故也參與凝血的調(diào)節(jié)。另外,HMGB1 可增高腸道細(xì)胞的通透性,導(dǎo)致腸道細(xì)菌易位。HMGB1可視為一種作用廣泛的晚期促炎因子。抑制HMGB1的生成可明顯提高膿毒癥大鼠存活率并可能成為重要的膿毒癥治療靶向[12]。
5.細(xì)胞因子 循環(huán)和組織中細(xì)胞因子水平增高是機(jī)體炎癥反應(yīng)的表現(xiàn),細(xì)胞因子反應(yīng)迅速,測(cè)定簡(jiǎn)單,是理想的生物學(xué)標(biāo)志物。但到目前為止尚沒(méi)有一種細(xì)胞因子可單獨(dú)作為膿毒癥病人的預(yù)后指標(biāo)。目前研究嘗試使用最先進(jìn)的流式細(xì)胞技術(shù)同時(shí)測(cè)定一份標(biāo)本中的多種細(xì)胞因子,結(jié)果顯示在所測(cè)定的17 種細(xì)胞因子中,有9 種(IL-1,IL-2,IL-4,IL-6,IL-8,IL-10,IFN-γ,G-CSF,MCP-1)在存活病人和死亡病人間存在明顯差異,而其余8種(TNF,IL-5,IL-7,IL-12, IL-13,IL-17,MIP-1,GM-CSF)沒(méi)有差異。其中IL-8 和IL-1 對(duì)病人的預(yù)后意義高于公認(rèn)的APACHE II評(píng)分系統(tǒng)。
IL-6 以其在血中代謝較慢,容易檢測(cè)而被作為膿毒癥的重要標(biāo)志物。許多研究顯示膿毒癥病人血IL-6 水平明顯增高,且增高幅度與膿毒癥的嚴(yán)重程度、膿毒性休克和不良預(yù)后相關(guān)。IL-6水平持續(xù)增高病人多臟器功能不全(MODS)和死亡率明顯增加。
6.巨嗜細(xì)胞移動(dòng)抑制因子(MIF) MIF 可由T淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、垂體腺細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、腎及肺上皮細(xì)胞等產(chǎn)生,LPS 可刺激MIF 的合成和釋放入血。皮質(zhì)激素為MIF 的強(qiáng)誘導(dǎo)劑[13]。MIF 能誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞等產(chǎn)生多種促炎因子并抑制皮質(zhì)激素的抗炎作用。膿毒癥及急性呼吸窘迫綜合征病人血漿和肺泡內(nèi)MIF增高,其增高程度與不良預(yù)后顯著相關(guān)。同時(shí)給予MIF可明顯增加LPS 感染大鼠死亡率。MIF水平與心臟手術(shù)后發(fā)生膿毒癥的幾率和病人的不良預(yù)后明顯相關(guān)。最近的研究發(fā)現(xiàn)MIF對(duì)細(xì)胞表面Toll樣受體表達(dá)及其與LPS 復(fù)合物在細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳遞過(guò)程具有重要的調(diào)節(jié)作用,MIF基因敲除大鼠巨噬細(xì)胞受LPS刺激分泌TNF能力明顯下降[14]。研究認(rèn)為MIF可作為在發(fā)病早期反應(yīng)膿毒癥嚴(yán)
重程度的重要指標(biāo)。對(duì)膿毒癥和膿毒性休克病人的觀察均顯示高水平的MIF 與不良預(yù)后明顯相關(guān),存活病人發(fā)病早期MIF 水平明顯低于死亡病人。而內(nèi)源性 MIF 也成為膿毒癥治療的焦點(diǎn)之一,阻滯MIF 或敲除其基因可顯著改善小鼠膿毒性休克模型的存活率。不論是革蘭陰性菌或陽(yáng)性菌內(nèi)毒素誘導(dǎo)的膿毒癥,MIF 單克隆抗體對(duì)動(dòng)物生存率均具有保護(hù)作用。
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