败血症的生物标志物

临床实验室科学的重要评论

《败血症的生物标志物》

败血症是对有时候是一个其他的普通感染的不一般全身性反应，它可能代表了一个被免疫系统对伤害响应的模式。一个高炎症响应被存在多个器官功能失调的免疫抑制相追随，病人对医院感染敏感。诊断败血症的生物标志物会可以早期介入，尽管主要支持，可减少死亡的风险。虽然乳酸是近期最常见使用的生物标志物去确认败血症，其他的生物标志物可协助增强乳酸的有效性；这些包括败血症的高炎症相的标志物，如促-炎症的细胞因子和趋化因子；蛋白如CRP和降钙素原，是对感染和炎症响应合成的；和中性粒细胞和单核细胞的激活。近期，败血症的免疫抑制相的标志物，如，已经检查了抗炎症的细胞因子，和单核细胞和淋巴细胞细胞表面标志物的改变。在多个标志物组合的促-和抗-炎症生物标志物的结合可协助证实病人在器官功能失调前，正发展为严重败血症，已经太晚了。综合创新方式去治疗免疫抑制相的靶向，这些生物标志物可协助减少与严重败血症有关的的死亡率，尽管支持措施取得了进展，依然很高。

引言

败血症是对有时是普通感染的不寻常的全身反应。认识到自从古代作为一个死亡的威胁，败血症依然是一个潜在的致命并发症。在过去的10年里，许多医院已经开始接受为管理败血症病人的存活败血症活动的建议，他们已经看到死亡率从约37%下降为30%。但是，这还是依然是不可接受地高。医院住院病人的败血症的发生率，几乎是相同时间的两倍，败血症现在也在急诊部（ED）的门诊病人予以关注，特别是上呼吸道抱怨。因为老人处于风险增加，看来败血症将成为人口老化更大的问题。我们没有完全理解败血症的病原学，还没有特定的治疗。所以，很重要的是要识别它早期，这样已经显示的支持成功的检测，要尽可能尽早实施。

原先的败血症模式是对内毒素的免疫响应，是在格兰阴性细菌的细胞膜上发现的脂多糖（lipopolysaccharide）。内毒素是与病原体有关的分子模式（PAMP，pathogen-associatedmolecular pattern）一个出色示例。先天固有的免疫细胞如macrophage巨噬细胞具有受体，可识别不同类型的PAMP。细胞表面的Toll-likereceptor Toll样受体（TLR）和外源凝集素受体识别了各种细菌在细胞外空间的物质。事实上，LPS的受体是在动物中发现的第一个TLR。在细胞质内其他类型的受体，识别了肽聚糖和/或核酸。当被细菌配体占有时，这些受体刺激巨噬细胞，产生肿瘤坏死因子（TNF）、白介素-1β（IL-1β）和IL-6。这三个促-炎症的细胞因子产生了一个全身性炎症响应，是早期败血症的特征，在许多年里医师相信，败血症基本上代表了一个不寻常的稳健反应，是先天性免疫系统对细菌感染的的一部分。

1991年一个协同会议，确定了“败血症”作为一个感染与两个或以上的特征的综合，这些特征被称为（SIRS）：体温升高、脉搏加快、呼吸率加快、以及不正常的白细胞计数增加。对该原先定义的更新，发表于2003年，扩展了包括在急诊疾病中通常看到的其他信号和症状的指标（表1）。另外，更新建议了，在强烈地疑似感染时，即使如果缺少证明文件下，医师可做出败血症诊断。这个改变反映了事实，它经常非常难以证实某病人的一个感染，依据特征的临床指针和症状，使得使用较早的定义做出诊断有问题。它也突出了，事实是，无论感染的性质，大多败血症的临床特征很相似。在败血症下的病人，他看来免疫响应，没有刺激的微生物，是问题。

表1 败血症的定义

SIRS的指标

要求有下列的两个或更多的：

·体温＞38℃或＜36℃

·心律＞90 跳/min

·呼吸率＞20次/min（或动脉PCO2＜32 mmHg，指示较高的ventilation流通）

·白细胞计数＞12.0×109/L或＜4.0×109/L（或＞10%的immature不成熟形式）

败血症 = 感染 + SIRS

严重败血症 = 败血症 + 器官衰竭的证据。

附：2001年更新了定义，强调了不要求对败血症诊断感染的文件记录，如果存在强烈的疑似。外加的指标，如精神状态的变化、水肿、不是糖尿病的高血糖症、和升高的CRP或升高的PCT等，也包括在内。参见Wang等[3]和Ulevitch和Tobias[4]。

大多研究者信任Dr Roger C.Bone的认识，旺盛的较高炎症SIRS（全身性炎症反应综合征）有更多的败血症。Bone协助强调“补偿性抗炎症反应综合征”的重要，这些被称为CARS（Compensatory Anti-Inflammatory ResponseSyndrome），经常跟随了高炎症相，特别在发展为被称为的“严重”败血症的病人（图1）。在严重败血症，广泛性的器官功能失调的证据也存在。这可包括：肺部、肝脏和/或肾损害，以及认知障碍。所以被称为败血症休克，这样的病人伤害到心血管衰竭，并经常对液体补充和血管加压药物治疗没有反应，经常为严重败血症的终极事件。

图1 败血症可分为两个阶段，随着感染，由SIRS（全身性炎症响应综合征）确定的一个较高炎症阶段。这可决定或病人会进展到被称为的严重败血症。在这个阶段，有CARS（补偿性抗炎症响应综合征）的证据，伴随免疫抑制和多器官的衰竭。这也会决定，特别伴随相应的支持，但它经常导至死亡。

严重败血症的器官衰竭原因尚不清楚，但是，它类似于多器官功能障碍综合征（MODS，multipleorgan dysfunction syndrome），可在存活的系列外伤性伤害的病人中看到。许多研究者现在考虑，败血症和外伤性后MODS二者，代表了对严重损害有相同的一成不变的免疫响应。在这个范例中，对PAMP响应的先天性免疫系统初始产生了促-炎症状态，或在组织伤害的情况下，对于类似分子的响应，被称为与伤害有关的分子模式（DAMP，damage-associatedmolecular patterns），来自伤害的宿主细胞导出的。大多病人，这个促-炎症得响应是自我限制的，即使在缺乏有效治疗下。但是，在发展为败血症的病人中，响应被夸大（或“较高炎症”），和导至免疫系统的补偿性向下调节。不清楚的是，为什么在一些病人中会遭遇，而有些病人却没有。一个重大的风险因子看来是一些程度的已有的免疫功能失调。例如，老年人（通常具有一定程度的免疫缺陷）和免疫抑制的病人二者具有较高的败血症的发生率，以及较高的死亡率。一些其他潜在的因子或遗传倾向也会涉及。这个主题近期由Chung和Waterer做了综述。

由于败血症的发病原已经随时间演变了，对败血症已经试了不同治疗方式，不同的生物标志物已经被用于败血症的诊断和监视治疗。1980年代的最初关注是早期较高炎症阶段，和大剂量皮质类固醇是败血症治疗的重要组分。TNF、IL-1β和IL-6，这三个促-炎症的细胞因子，产生SIRS，以及CRP，该蛋白组固定下来的成员，被IL-6上调在肝脏合成，所有被研究的为潜在的生物标志物。在1990年代，研究者发现了降钙素原（PCT）的水平，这是降钙素激素的前提，在细菌感染病人中升高，它成为另一个潜在的生物标志物。CRP和PCT二者的升高被加到2003年对败血症定义的更新。然后，在过去的10年早期，深入研究严重败血症和败血症休克的“目标导向”的治疗，使用了升高的乳酸水平以指导治疗[14]，得到了在监视处于形成败血症的病人的乳酸水平，成为标准做法。近期，作为治疗靶向，败血症的抗炎症阶段已经开始进入临床试验，试图检出与免疫系统下调关联的变化的新生物标志物也在研究中。

没有一个简单的败血症生物标志物会是理想的，但是许多是有帮助的，至少证实危急疾病病人上，他们需要更仔细地监视，这样以便尽快地诊断和治疗。本综述讨论了所有类型被提议的败血症的生物标志物，将试图将它们放在败血症的不同阶段和靶向治疗方式上进行讨论。

促-炎症细胞因子作为败血症较高炎症阶段的标志物

TNF、IL-1β、和IL-6细胞因子，解调了先天性免疫系统对伤害或感染的初始反应。TNF和IL-1β二者激活了内皮细胞，吸引循环的多形核白细胞（PMN）到炎症点现场。它们也进入循环，造成发热和其他全身性的症状。IL-6增强了肝脏产生急性相的反应素，包括CRP，也刺激了骨髓内细胞产生的变化，所以产生了更多的多形核白细胞（PMN）。所以，这三个细胞因子基本上负责了SIRS的特征，与可能是潜在地用作败血症的生物标志物（图2）。

图2 败血症开始于或是感染或是组织伤害。来自入侵的有机物的PAMP（与病原体有关的分子模式）、或来自伤害的组织细胞的DAMP（与伤害有关的分子模式）（或二者），被巨噬细胞受体如TLR的识别。这造成产生促-炎症的细胞因子，如TNF、IL-1β、与IL-6以及趋化因子，如IL-8和MCP-1（单核细胞趋化因子）。IL-6刺激了肝脏产生CRP和补体蛋白。在干扰和伤害二者的刺激下，体内许多细胞也产生了PCT。

TNF和IL-1β水平二者在与内毒素有关的格兰-阴性败血症中升高。实际上，将TNF（或IL-1β）注射给实验动物，是与内毒素一样有效，去诱导败血症休克。但是，预先处理的TNF水平没有出现在使用抗-TNF抗体治疗的临床试验中影响的结果。给予IL-1β的水平相当于TNF的没有升高，在形成败血症中IL-1β的角色，与关联的IL-1α，和天然发生的IL-1受体拮抗剂，依然有些l争议。因某些原因，无论TNF还是IL-1β，均没有成为败血症的重要生物标志物。

三个重要的促-炎症的细胞因子中，IL-6已经得到了最多的关注。它较其他两个细胞因子有较可靠的度量，它还具有其他潜在的临床用途，如诊断自身免疫类风险疾病的诊断和管理。不像TNF和IL-1β，免疫检测，包括一些被指定在病人床边进行的检测，已经有商品可用。但是，像TNF和IL-1β，IL-6对败血症不特异，它作为败血症的生物标志物的主要角色，看来是预后，不是诊断。许多研究已经显示了，在败血症病人中IL-6水平的升高与增加死亡率有关。在急性败血症腹膜炎（盲肠结扎穿刺或CLP）的小鼠模式中，IL-6水平不仅预示了存活，但也能够针对那些从治疗中获益最多的老鼠。而且也已经展现了它甚至更有价值。这样，IL-6符合了一个败血症理想的生物标志物要求之一，因为它可证实那些正处于形成严重败血症增加风险中的败血症病人，因此需要支持的治疗。

另一组促-炎症细胞因子，已经被研究作为败血症的生物标志物的，是趋化细胞因子，称为趋化因子。尽管对趋化因子的分类是依据它们的氨基端的半胱氨酸残基的安排，它们依据功能有两个主要的类型。归巢趋化因子协助组织适合的免疫体系，特别在次级淋巴组织，在炎症的趋化因子在炎症点攻击PMN（多形核白细胞）和单核细胞，增强它们通过血管壁的移动。所以，许多炎症趋化因子是败血症潜在的生物标志物，有些已经被显示了优于IL-6。这些包括趋化因子IL-8用于败血症的诊断，和单核细胞趋化蛋白1（MCP-1）为预示败血症的死亡率。尽管它促进了炎症，通过吸引单核细胞到损害的或感染的点，MCP-1也会促进合成IL-10，这是一个抗炎症的细胞因子，在后面讨论。正因如此，MCP-1可代表涉及败血症从促-炎症阶段到免疫抑制阶段下的关键元素。

PCT和CRP二者蛋白是感染和/或炎症反应下产生的蛋白。它们可能出了乳酸外。为诊断和管理败血症病人中，使用的临床检测中最广泛使用的标志物。

CRP是感染和炎症明确的生物标志物。它是一组急性相反应素以往提及的蛋白之一，在肝脏被IL-6上调合成。一些这样的蛋白起着一个支持的角色，并增强炎症（如，补体），而其他看来是预防宿主来自炎症组织的伤害（如，蛋白水解酶的抑制剂）。在急性炎症中CRP的角色还不完全清楚。它可结合微生物（和被损害的宿主细胞）的磷脂成分，促进它们被巨噬细胞除去。因为CRP的水平在急性炎症时，较其他急性相反应素的上升要更加显著，该检测已经被用了许多年，去指示是否存在显著炎症或干扰疾病，特别在儿科和，最近，作为炎症的生物标志物，伴随着动脉粥样硬化和心血管疾病。尽管它很低的特异性会是它作为成年人的败血症的生物标志物主要的缺点；通常被用于过筛早期败血症的症状（发生在生命的第一个24小时），因为它的灵敏度被考虑在这个情况下是非常高的。CRP也经常被用于监视手术后的病人；与手术前相比水平典型地升高，但若没有手术后感染，CRP下降很快。

正五聚蛋白3（Pentraxin 3）是另一个在结构上相似于CRP的蛋白，主要由炎症细胞产生，而不是肝脏。像CRP那样，PTX3升高的水平已经被显示与败血症的严重性相关。但是，它在非感染的炎症问题时也升高，所以它没有超过CRP。

在过去的几年里，PCT的广泛可用，也有些减少了CRP作为败血症生物标志物的重要性。PCT是成熟降钙素的前体，降钙素是一个在人类中没有显著生理作用的激素，但是能降低血浆该的水平，当作为药物使用时。在1990年代早期，研究者发现在侵入的细菌感染的病人中有升高的PCT水平。以后研究展现了整个人体的的许多组织，不就是感染的局部处的细胞产生PCT，PCT是全身性反应的一部分，导至严重败血症。像CRP那样，PCT也具有促-炎症的作用。PCT已经被一个专家组推荐，为形成了新感染的危急疾病病人中有用的检测项目，大多市售可用的PCT检测已经被美国FDA批准，特别作为在入住ICU的第一天的危急疾病病人进展为严重败血症的，有助于评估风险。

在过去的10年里，许多研究已经探索PCT的诊断有用性，通常将它与CRP比较。开始时，发现PCT，不惊讶地，在细菌感染上较CRP敏感和特异得多，许多近期研究已经展现了，有助于预示危急疾病病人的血液培养结果。是否PCT在诊断败血症上较CRP更灵敏和特异，依然在争论。尽管比较两个标志物报告的评价、在病人群体和使用的判断限的差异、以及其他因素，已经阻碍了得到任何明确的协同。

为诊断败血症发表的研究比较了PCT和CRP的仅有大型的荟萃分析，Uzzan等反对诊断细菌感染的报告。这些作者收集了49个研究，其中15个同时评估了PCT和CRP二者。他们的结论是，两个检测项目很有效，尽管PCT的金odd 比率（14.69），显著高于CRP（5.43）。Q值也是PCT高于CRP（0.78对0.71）。2010年，作为较小的荟萃分析的一部分，Yu等证实了九个试验，比较了PCT和CRP，全部用于晚发性新生儿败血症的诊断。研究的四个要求感染的文件记录，在这些中，混合的灵敏度PCT高于CRP（72%对55%，p＜0.05）；作者评论为，在新生儿感染中，因PCT水平可能上升较CRP早一些所致。混合特异性、odd比率和Q值等也是PCT较高，但是没有统计意义。在五个试验中评价了两个生物标志物，没有要求有感染的证据，PCT的总准确度较高，但是再次没有统计显著性。在2011年，少量报告比较了烧伤病人的两个生物标志物的荟萃分析，没有显示任何一个更好。

2007年Tang等发表一个研究的荟萃分析，观察PCT对诊断败血症的能力，没有与CRP比较。这些研究这收集了672个报告，其中18个被考虑适合做分析。很高拒绝率主要因他们淘汰了没有提供败血症病人的感染的证据。因为现在一般接受的是，检出菌血症不是做出败血症临床诊断的前提，拒绝这样的研究，已经提出了作为他们的结论的重大批评，即PCT不能准确地将危急疾病病人，从SIRS中区分出败血症。尽管如此，除了许多有利的临床研究和被EDA批准的特定指示外，多个关于处于形成严重败血症风险下的病人分层中使用PCT的问题，依然要去解决。

尽管不太可能比CRP在全身性炎症但不是败血症的病人中那样升高，PCT的升高并不像曾经认为的那样具有感染特异性。这个生物标志物在许多没有感染下的下升高，特别在创伤后。所以，为诊断败血症（或败血症风险）的一个通用的判断限可能是不合理的。例如，用于确定败血症风险的PCT判断限，危急疾病病人入住在ICU病房来自外科服务的，要高于那些来自医学服务的病人。这样的观察支持了意见，我们称为败血症的情况，会代表了一个免疫系统对于任何种类伤害部分的一个老一套的反应，无论是否为感染。

另一个大多临床研究PCT对诊断败血症的准确度的问题是，对入住ICU大多关联PCT水平与或是以后败血症诊断的，或与整个死亡率关联。PCT水平可能在败血症发展期间早期发生变化，并且测试的预测能力可能仅在患者病程的后期显着。结果，尽管低水平会在排除败血症风险上有帮助，因为它的高阴性预期值，在危急疾病病人的初始升高水平会是误导。多个研究试图强调这个问题，通过在整个时间内监视PCT，观察趋势，会较住院时的初始在水平更有预期性。大多相应的这些是一个大型的随机化试验，被称为降钙素原和生存研究（PASS）。

这个试验检查了，是否可了解在危急护理中被监视的病人PCT水平，导至早期检出败血症，以及更有效的治疗。不幸的是，结果没有支持这个方式使用PCT结果，而且讽刺地，PCT组的病人住院时间更长。这个研究的作者开始推断，对升高的PCT水平的病人观察到暴露在广泛使用广谱抗生素具有危害，他们近期报告了，肾功能实际上已经危害到较大的程度。单一PCT的升高应可能没有导至危急疾病病人的加重治疗，特别在治疗主要在添加广谱抗生素上。这个观察很有趣，因为近期正在研究降低PCT水平，作为一个工具去确定，对在住院病人因特定感染治疗的，停止使用抗生素。荟萃分析审核了大量临床试验，已经导入抗生素的管理计划中确认PCT的角色，这是近期Scheutz等发表的。未来，这个会转而让PCT作为实验室检测主要利用。