脓毒症分级与生物学标志物

脓毒症分级与生物学标志物 毕业 脓毒症分级与生物学标志物 于泳浩 王国林 天津医科大学总医院麻醉科 脓毒症是世界范围内重症监护病房(ICU)病人的第1死因,美国每年有脓 毒症患者70万,死亡21万.脓毒症治疗的高消耗(50000美元/例)更给政府和 病人造成了沉重的经济负担[1].由于脓毒症的病理生理改变非常复杂,因此虽然 过去10几年中相关理论和治疗手段如新型抗菌素,营养支持以及免疫治疗等取得 了大量成果,但严重脓毒症(severe sepsis)的死亡率仍高达30%~70%,同时生 存病人的生活质量也明显下降.Glauser将脓毒症定义为机体免疫系统对外来微 生物感染的反应失调. 病原感染导致炎症反应失控引起全身炎症反应综合症(SIRS)曾被认为是 脓毒症发病的根本原因.大量炎性细胞银子(如TNF-α,IL-1,MIF,MCP-1, IL-6,IL-10),炎性介质(如PAF,前列腺素)以及活性氧离子等共同作用导致 毛细血管扩张,通透性增加,血浆成分"渗漏"进入组织间隙,活化的炎性细胞 浸润相关组织和器官.与此同时,病原和活化的炎性介质激活凝血系统导致弥散 性血管内凝血(DIC).这些作用的共同结果是组织低灌注和缺氧,并最终引起 器官功能障碍和病人死亡[2]. 基于以上原因,许多研究试图通过控制或平衡炎症反应以达到预防和治疗 脓毒症的目的.通过拮抗或中和炎性介质的方法和手段虽然在实验室取得了良好 效果,但临床却不断遭遇挫折[3].分析该结果的原因是目前临床对脓毒症的定义 过于模糊,缺乏1整套类似于肿瘤TNM分级的对脓毒症病人的分期和分级系统, 以明确判断每个病人所处的病理生理状态,可能的预后以及对相关治疗的反应. 因此Levy在2003年提出了脓毒症PIRO分级系统的设想,通过对病人的患 病前的基本情况,感染病原特点,机体的全身反应以及脏器功能障碍等方面进行 综合评价,对脓毒症病人进行分级[4].但该系统的前提是必须有1定的生物学标 志物以判断病人的免疫反应水平,脏器功能障碍的危险性以及对相关治疗的可能 结果.而这些生物学标志物的检测必须简单,快速,经济,适合临床广泛使用. 中华麻醉在线 http://www.csaol.cn 2007年9月 表1 脓毒症PIRO分级系统 项目 现有指标 有希望的指标 基本情 况 基础疾病,文化宗教背景,年龄, 性别 炎性因子的基因多态性;病原体与宿主 疾病相互作用的不同特点 感染状 况 病原培养及药敏试验,感染控制 状况,因控制感染引发的病变 病原体产物(LPS,多聚糖,细菌DNA), 基因转录因子 机体全 身反应 SIRA,CARS,其他脓毒症反应, 休克,CRP 非特异性标记物(如PCT,IL-6),免 疫抑制指标(HLA-DR), 器官功 能障碍 受损或衰竭器官数,器官受损 评分(MODS,SOFA等) 细胞对损伤反应的动态评价(细胞凋亡, 细胞病理性缺氧,细胞应激反应) 1,生物学标志物的意义 如何早期甄别高危病人,合理分配资源,适时使用有针对性的治疗手段是 危重症领域所面临的问题.临床实践表明脓毒症的许多特异性治疗手段如抗炎治 疗,促炎治疗,皮质激素的使用等都是非常危险的"双刃剑",这些治疗的选择 必须在对病人进行正确分级,分期的基础上进行.仅仅根据临床表现和非特异性 的实验室数据盲目使用很可能导致病情恶化和脏器功能衰竭.因此根据特异性的 生物学指标判断疾病的病理生理状态以指导就显得尤为重要[5]. 在过去10几年中,有许多生物活性分子为作为判断脓毒症严重程度和预后 的指标.其中包括病原微生物本身及产物(内毒素,DNA),细胞因子(TNF, IL-6, IL-8,IL-10),急性期蛋白(C反应蛋白,降钙素原,LPS结合蛋白),凝血因子 (纤维蛋白降解产物,抗凝血酶Ⅲ,D-2聚体),细胞膜表面物质(HLA-DR, CD64,E-选择素),细胞凋亡产物,可溶性受体(sCD-14,sTNFRⅠ,sTNF-R Ⅱ)以及激素水平(ACTH,皮质醇)等等[6,7].研究这些物质的临床意义在于: ①区别脓毒症和其他原因引起的SIRS;②判断脓毒症的严重程度和不良预后; ③连续监测以判断病人对某种治疗方法的反应.但遗憾的是这些指标中被临床认 可和广泛使用的非常少,目前认为其中最有希望的是C反应蛋白(CRP)和降钙 素原(PCT). 2,常见的生物学标志物 1.CRP CRP于1930年在肺炎病人血清中发现,可以与肺炎球菌的多聚 糖片断C发生反应并沉淀.其由5个亚单位通过非共价结构组成稳定的环形结 构,能够对抗蛋白水解作用.作为急性期蛋白的1种,CRP不仅能够与细菌, 真菌等微生物的多聚糖结合,而且可以激活补体系统,促进噬菌作用. CRP由肝实质细胞产生,IL-1,IL-6,TGFβ等细胞因子可诱发其mRNA 的转录.正常人群CRP水平在10 mg/l以下,感染后4~6小时开始升高,并在 36~50小时左右达到峰值.在受到强烈的感染刺激时可高达500 mg/l.其他炎症 性疾病如烧伤,创伤,大手术,恶性肿瘤等也可导致CRP明显升高,而病毒感 染性疾病CRP并不明显增加[8]. 2.PCT PCT最早发现于1986年,分子量14.5 KDa,其编码基因启动子 区域有转录因子NF-κB,AP-1的结合位点.在细胞因子如TNF-α,IL-6或LPS 刺激下,PCT可以由多种组织和细胞如神经原细胞,白细胞,肝细胞等分泌.正 常条件下血中PCT<0.5 ng/ml或检测不到,感染后则迅速上升,2小时左右可在 血中检测到,12~24小时达到峰值.严重感染时可上升到正常的2000倍以上. 但是,同CRP1样,病毒感染并不引起PCT增高[9]. 临床已经有多项研究对CRP和ACT在脓毒症病人的诊断和预后的意义进 了探讨.2004年的1项Meta分析综合了其中12项研究结果,认为对住院病 人的细菌性感染的诊断上,PCT较ACT更加敏感(88%:75%),且在区分细菌 感染和非感染性炎症方面更具有特异性(81%:67%)[10].因此可以认为虽然 CRP,PCT是炎症反应的产物,但其在区分细菌感染与非细菌或病毒感染方面具 有重要意义,其中PCT是判断脓毒症和非脓毒症的敏感指标[11].有关两者在病 人预后方面的意义尚缺乏研究,但目前认为PCT可以作为脓毒症严重程度以及 对治疗是否敏感的指标. 3.活化蛋白C(APC) 生理状态下蛋白C存在于血浆中,当凝血酶与内皮 细胞表面血栓调节素结合后,即可激活APC.APC在辅因子S并存条件下可抑 制凝血因子Ⅴa和Ⅷa功能,具有明显的抗凝作用.同时,APC还具有有效的抗 炎作用,抑制单核细胞促炎因子TNF,IL-1等的分泌,减少中性粒细胞与内皮 细胞的黏附.还有研究认为APC具有1定的细胞信号传导和保护性基因转录作 用.脓毒症病人蛋白C及蛋白S大量消耗,其血浆含量显著降低,内皮细胞血 栓调节素表达下调也致使APC生成减少.AOC减少的程度与病人的不良预后密 切相关.鉴于APC的重要意义,美国FDA已批准重组APC用于重型脓毒症的 临床治疗.目前用于早期脓毒症(如仅有1个器官功能障碍)治疗正在进行多中 心随机临床研究试验. 4.高迁移率族蛋白B(HMGB1) HMGB1是1种核结合蛋白,在DNA 的重组,修复,复制和基因转录中起作用 .同时也是巨噬细胞分泌的1种介质, 在炎症刺激下生成量显著增高.它可促使转录因子NF-κB及有丝分裂素活化蛋 白激酶(MAPK)激活,刺激单核细胞产生炎性因子如IL-1,IL-6等以及巨噬细 胞分泌炎症蛋白,激活吞噬细胞,诱导多种黏附分子(VCAM-1,IVAM-1),MCP -1和组织纤溶酶原激活剂的表达,故也参与凝血的调节.另外,HMGB1可增 高肠道细胞的通透性,导致肠道细菌易位.HMGB1可视为1种作用广泛的晚期 促炎因子.抑制HMGB1的生成可明显提高脓毒症大鼠存活率并可能成为重要的 脓毒症治疗靶向[12]. 5.细胞因子 循环和组织中细胞因子水平增高是机体炎症反应的表现,细 胞因子反应迅速,测定简单,是理想的生物学标志物.但到目前为止尚没有1种 细胞因子可单独作为脓毒症病人的预后指标.目前研究尝试使用最先进的流式细 胞技术同时测定1份标本中的多种细胞因子,结果显示在所测定的17种细胞因 子中,有9种(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间存在明显差异,而其余8种(TNF,IL-5,IL-7,IL-12, IL-13,IL-17,MIP-1,GM-CSF)没有差异.其中IL-8和IL-1对病人的预后意 义高于公认的APACHE II评分系统. IL-6以其在血中代谢较慢,容易检测而被作为脓毒症的重要标志物.许多 研究显示脓毒症病人血IL-6水平明显增高,且增高幅度与脓毒症的严重程度, 脓毒性休克和不良预后相关.IL-6水平持续增高病人多脏器功能不全(MODS) 和死亡率明显增加. 6.巨嗜细胞移动抑制因子(MIF) MIF可由T淋巴细胞,巨噬细胞,垂 体腺细胞,嗜酸性粒细胞,肾及肺上皮细胞等产生,LPS可刺激MIF的合成和 释放入血.皮质激素为MIF的强诱导剂[13].MIF能诱导巨噬细胞等产生多种促 炎因子并抑制皮质激素的抗炎作用.脓毒症及急性呼吸窘迫综合征病人血浆和肺 泡内MIF增高,其增高程度与不良预后显著相关.同时给予MIF可明显增加LPS 感染大鼠死亡率.MIF水平与心脏手术后发生脓毒症的几率和病人的不良预后明 显相关.最近的研究发现MIF对细胞表面Toll样受体表达及其与LPS复合物在 细胞内的信号传递过程具有重要的调节作用,MIF基因敲除大鼠巨噬细胞受LPS 刺激分泌TNF能力明显下降[14].研究认为MIF可作为在发病早期反应脓毒症严 重程度的重要指标.对脓毒症和脓毒性休克病人的观察均显示高水平的MIF与 不良预后明显相关,存活病人发病早期MIF水平明显低于死亡病人.而内源性 MIF也成为脓毒症治疗的焦点之1,阻滞MIF或敲除其基因可显著改善小鼠脓 毒性休克模型的存活率.不论是革兰阴性菌或阳性菌内毒素诱导的脓毒症,MIF 单克隆抗体对动物生存率均具有保护作用.