脓毒症是宿主对感染的反应失调引起的危及生命的器官功能损害。临床上病原学培养和鉴定结果时间长、阳性率低，因此寻找能够早期诊断、并进行预后和治疗评价的生物学标志物尤为重要。本文重点综述了促炎性细胞因子、抑制炎症反应的细胞因子和天然免疫系统的免疫细胞表面受体等在脓毒症中的诊断价值。
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脓毒症是严重威胁人类健康的一种疾病。过去数十年中，全球脓毒症的发病率为每年270/百万，脓毒症的病死率约26%～30%[1,2]。2014年来自重症、感染、外科等专家将脓毒症定义为"宿主对感染的反应失调，并导致危及生命的器官功能障碍"[3]，并在2016年的共识中命名为Sepsis 3.0[3]：对于感染或疑似感染的患者，当脓毒症相关序贯器官衰竭评分较基线上升≥2分时可诊断为脓毒症[3]。
目前的定义和诊断标准中，脓毒症仍为一种综合征，而不是一组具备特异性细胞学改变及相应生物学标志物的疾病。诊断标准中量化了脓毒症相关器官损伤标准，但缺乏感染相关的标志物。诊断感染的金标准为获取病原体，而临床上病原学的培养和鉴定时间长(需要2～3 d或以上)且阳性率低。由于缺乏早期特异性诊断标志物，约1/4脓毒症患者可能被较晚诊断并导致治疗效果不佳和较差的预后，因此亟需早期诊断脓毒症的标志物。此外，我们需要能够监测机体代谢稳态并持续评估患者严重程度的生物学标记物，尤其是与感染相关的生物学标志物。
脓毒症是由感染引起的，尤其是感染细菌后CRP和PCT水平可明显升高。CRP和PCT常用于诊断细菌脓毒症。多脏器功能障碍可导致乳酸升高，因此乳酸可能用于诊断脓毒症休克，评价脓毒症治疗和预后。
CRP由白细胞介素6(IL-6)诱导，在肝脏合成，其检测具有快速、价廉等优点，是临床广泛应用的炎症标志物。将CRP临界值定在20 mg/L时，诊断脓毒症的敏感度在80%以上(表1)[4]；然而除感染外，CRP在其他情况下也会升高，如创伤、烧伤、胰腺炎等，诊断脓毒症的特异度不高[4]。另外，CRP在病原体进入后约6～8 h升高，在36～50 h达到高峰[5]，所以CRP作为早期诊断脓毒症的价值不高。
诊断脓毒症的常见生物学标志物价值比较(%)
诊断脓毒症的常见生物学标志物价值比较(%)
| 标志物 | 临界值 | 敏感度(95%CI) | 特异度(95%CI ) | 阳性预测值(95%CI ) | 阴性预测值(95%CI ) | 文献 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| C-反应蛋白 | 20 mg/L | 88.4(85.8～91.1) | 14.4(12.2～16.5) | 36.4(33.9～39.0) | 69.0(62.8～75.4) | [4] |
| 降钙素原 | 10.0 ng/mL | 15.4(12.4～18.3) | 97.4(96.5～98.4) | 76.8(69.0～84.6) | 67.5(65.1～69.9) | [4] |
| 乳酸 | 2.5 mmol/L | 29.5(25.7～33.4) | 84.2(81.9～86.5) | 51.0(45.4～56.5) | 68.2(65.6～70.9) | [4] |
| 白细胞介素-6 | 109.19 pg/mL | 94.4 | 83.3 | － | － | [22] |
| 白细胞介素-10 | 18 pg/mL | 73(39～94) | 92(74～99) | － | 83 | [25] |
| sCD14-ST | 600 pg/mL | 87.8 | 81.4 | － | － | [27] |
| sTREM-1 | 135 pg/mL | 60.0(55.2～64.7) | 59.2(52.5～65.6) | 73.9(68.9～78.3) | 43.6(37.9～49.3) | [38] |
| CD64 | 1.7 MESF | 65.8(61.1～70.3) | 64.6(57.8～70.8) | 78.5(73.8～82.5) | 49.1(43.2～55.6) | [38] |
| suPAR | 0.519 ng/mL | 85.3 | 85 | － | － | [44] |
| 白细胞介素-3 | 127.5 pg/mL | 39 | 82 | 53 | 72 | [49] |
| MR-Pro-ADM | >2.07 nmol/L | 77(46～94) | 96(91～98) | 67(39～87) | 98(92～100) | [50] |
注："－"．无相关数据；CI.可信区间；sCD14-ST.可溶性白细胞分化抗原14亚型；sTREM-1.可溶性髓系细胞触发受体－1; suPAR.血浆可溶性尿激酶型纤溶酶原激活物受体；MR-Pro-ADM.肾上腺髓质中段肽
PCT由甲状腺C细胞产生，感染时PCT升高也可来源于肺和肠道的神经内分泌细胞。PCT由促炎性因子，如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和IL-6介导而释放。与CPR相比，PCT感染后升高迅速，达峰时间短，其在感染后约3～6 h升高，到达峰值约6～8 h，半衰期20～24 h[6]。PCT感染后反应时间可作为早期诊断脓毒症的重要条件。
与CRP相比，PCT可以更好地鉴别细菌感染还是非细菌感染[7]。有研究认为，PCT<0.2 ng/mL时可排除细菌感染(阴性预测率>98%)[8]。较高的PCT临界值诊断脓毒症的特异度更高而敏感度不高(表1)[4]。PCT>10 ng/mL提示脓毒症或/和脓毒症休克的风险极高[9]。但初始PCT水平也可能导致临床误诊，在脓毒症诊断中PCT动态变化比初始水平更有预测价值。在脓毒症和脓毒症休克时，PCT不能作为临床预后的指标[10]，但可监测治疗中反应并指导抗菌药物的降阶梯使用和停药[11,12]。
与CRP和PCT相比，乳酸单独作为脓毒症诊断的敏感度不高(表1)[4]，乳酸也不能用于区别脓毒症的病原体；但乳酸与脓毒症休克相关，并与急诊患者的病死率相关[13,14]。最新的脓毒症3.0中指出：脓毒症集束化治疗方案中3 h内应完成乳酸的检测，对于低血压或乳酸≥4 mmol/L的患者，应用30 mL/kg的晶体液进行液体复苏，如初始乳酸升高，需在6 h内重新测量乳酸[3]。目前已有研究可经皮定量检测乳酸[15]，该技术还在进一步完善中，但可能为临床脓毒症提供快速、敏感、无创并连续有效的检测和监测。
脓毒症本质为机体对感染的反应失调，目前认为在脓毒症发生中存在两种相反的免疫状态：早期高炎症反应即熟知的全身炎症反应综合征(SIRS)和随后发生的代偿性抗炎反应综合征(CARS)[16,17]。对脓毒症的时间和空间调控仍有争议，但共识为当时间短暂且自限时，CARS对急性过度免疫反应所致的机体破坏起到重要的平衡作用，并通过限制全身免疫反应阻止多器官功能受损[16]。对不同时期细胞因子的研究可以指导临床，判断患者是否为感染相关、感染后脓毒症的免疫状态和评估脓毒症预后。
IL-1β、IL-6和TNFα是脓毒症中最主要的促进炎症反应的细胞因子，为脓毒症休克时细胞因子风暴中标志性细胞因子[18]。
目前认为IL-1β、IL-6和TNFα调节最初的SIRS发生，其水平的变化与预后相关[19]。但IL-6和TNFα的半衰期只有1～2 h[20,21]，临床上标本采集的时间不同时细胞因子水平差异明显，这严重限制了在诊断中的应用。在较少的样本中IL-6作为诊断脓毒症的特异度和敏感度较高，但需要大样本进一步验证(表1)[22]。
另一组促炎性细胞因子为趋化因子。趋化因子可帮助重组适应性免疫，炎性趋化因子可吸引多形核细胞(PMNs)和单核细胞到炎症部位并提高这些细胞穿透血管壁的能力。有研究表明，IL-8可用于诊断脓毒症，而单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)可用于预测脓毒症的病死率[23] 。
脓毒症发生后，免疫系统从SIRS阶段随即进入CARS阶段。单核细胞的信号通路转向产生抗炎症介质，其产生的IL-10被认为最有临床意义。IL-10可抑制主要组织相容性复合体(MHC-Ⅱ)类分子及共刺激分子和转化生长因子-β(TGF-β)的表达，因此抑制T淋巴细胞增殖。IL-10升高的水平与单核细胞HLA-DR分子受抑制的水平相关，其值可预测脓毒症的病死率[24]。小样本的研究发现，IL-10在新生儿脓毒症中诊断的敏感度为73%、特异度92%，阴性预测值83%(表1)[25]。
由于临床研究有限，评价CARS时期的生物学标志物是否可用于临床为时尚早。目前已有临床研究使用粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)和干扰素γ(IFNγ)改善脓毒症免疫抑制，并用单核细胞反应指导和监测治疗[26]。
脓毒症为感染引起，感染后导致机体免疫细胞状态改变，尤其是天然免疫系统在感染后首先启动。近年来，脓毒症的生物学标志物研究进展主要集中在感染后宿主免疫系统激活后受体的改变，尤其是天然免疫系统的免疫细胞，如单核细胞、巨噬细胞及中性粒细胞等细胞膜受体的改变。
细菌感染后天然免疫系统立即发挥作用，形成CD14-脂多糖(LPS)-脂多糖结合蛋白(LBP)复合体，通过Toll样受体4(TLR4)将内毒素信号下传，诱导产生TNFα、INFγ、IL-1β和IL-6等多种细胞因子并激活获得性免疫系统。
sCD14-ST为单核/巨噬细胞表面的膜结合性CD14受体脱落或者单核/巨噬细胞本身分泌的N段相对分析质量为13×103的分子量片段。sCD14-ST的升高比PCT及CRP早，最新的化学发光酶联免疫法检测仅需17 min，且不受胆红素、血红蛋白、血脂、类风湿因子等水平影响[27]，是潜在用于脓毒症早期诊断的生物学标志物。
相比PCT，sCD14-ST对脓毒症诊断、病情严重程度及预后风险评估的准确性更高[28,29,30,31]，但有些研究认为其不优于PCT[32,33,34,35]。一项多中心前瞻性研究认为，sCD14-ST可用于鉴别细菌性脓毒症和非细菌性脓毒症，其敏感度和特异度均在80%以上(sCD14-ST临界值600 ng)(表1)[27]，而sCD14-ST超过946 ng/L时，革兰阴性菌感染患者超过了革兰阳性菌感染患者[27,36]。
sTREM-1为细胞膜受体，由激活的中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞上调表达并释放入血，并且作为细菌、真菌急性炎症反应的触发器和放大器。有研究认为，在区分非感染所致的SIRS和感染所致的脓毒症时，外周血血浆sTREM-1水平比PCT更有价值，其敏感度和特异度均高[37]，但也有研究认为sTREM-1作为鉴别脓毒症和SIRS的分子标志物的能力一般[38](表1)。另外在感染时sTREM-1可以在多种体液中检出，有研究发现，尿sTREM-1能为脓毒症所致急性肾损伤提供早期预警[39]。
CD64为高亲和性免疫球蛋白受体，在静止期的中性粒细胞中几乎不表达。感染后LPS及促炎症因子刺激CD64迅速表达(2 h内开始升高，6 h到达高峰)[40,41]。CD64与促炎性因子IFNγ、TNF-α和IL-6的水平呈正相关，与IL-10水平呈负相关，而且去除刺激因子后48 h内表达下降[40,41]。这是中性粒细胞表面CD64作为脓毒症的备选生物学标志物的理论依据。有研究发现，CD64在新生儿败血症中的敏感度为80%、特异度为83%，是新生儿脓毒症的可信标志物[42]，而2016年发表的荟萃分析中认为在新生儿败血症中CD64的敏感度为77%、特异度为74%[43]，而在成人败血症中的敏感度和特异度也未见显著优势(表1)[38]，其在脓毒症诊断中的意义需要进一步研究。
suPAR为尿激酶通过蛋白酶作用在细胞表面裂解形成的可溶性受体。它在中性粒细胞、巨噬细胞、T细胞、内皮细胞和癌细胞中表达。suPAR可以在血液、尿液、脑脊液等中检测到，有利于临床中诊断的应用。目前研究认为，suPAR水平在脓毒症时升高，但其诊断价值低于其他生物学标志物，如PCT、CRP(表1)[44]。但suPAR的水平>8 ng/mL时其预后明显变差[45]，并认为suPAR是入院30 d死亡的独立危险因素[46]。
B细胞被认为是适应性免疫应答细胞，而在2012年科学家发现了来自于脾脏、胸腺和淋巴结中的天然免疫B细胞即IRA B细胞[47]。缺乏IRA B细胞导致细菌清除障碍、细胞因子风暴和脓毒症[47]。在早期的研究中，IRA B细胞源性的GM-CSF有助于抵抗败血症[47]，2015年发表在Science的研究发现IRA B细胞产生IL-3，刺激产生Ly-6C(高表达)的单核细胞和中性粒细胞，并进一步推波助澜了细胞因子风暴，加剧了脓毒症[48]。这些研究反映了免疫反应的微妙平衡：既要抵御感染又要避免导致脓毒症的损害。
研究发现，脓毒症发病的第1个24 h血清IL-3水平可用于预测患者的死亡，血清IL-3>87.4 pg/mL提示预后差(OR＝4.979，95%CI 1.680～14.738)[48]。但令人遗憾的是，IL-3诊断脓毒症的特异度为82%，而敏感度仅39%，其阳性预测值低(表1)[49]。
感染可导致血管内皮障碍，而肾上腺髓质素(ADM)是一种降钙素家族的多肽激素(52个氨基酸)，在正常肾上腺髓质等多种组织均有表达，可在应急情况下产生，具有调节免疫、代谢和扩张血管作用，在血管内皮损伤时可明显升高。而肾上腺髓质原(pro-ADM)是ADM的前体，比ADM更稳定，并且中间片段MR-pro-ADM是ADM中最稳定的部分。
急诊老年感染患者中，相比于PCT、乳酸和其他生物学标志物，如suPAR，MR-pro-ADM预测30 d病死率的能力更好，MR-pro-ADM>2.07 mmol/L可引起更高的病死率，其阴性预测值可指导临床(表1)[50]。值得临床医师关注的是，在乳酸水平≤2 mmol/L的脓毒症患者中，死亡患者的MR-pro-ADM水平非常高(平均21.14 mmol/L)，而存活患者MR-proADM平均水平为3.6 mmol/L，这提示在乳酸水平较低的患者中MR-proADM升高预后较差[51]。
上述的任何一种生物学标志物，均不能单独作为脓毒症早期诊断、预后等相关生物学标志物。基于基因谱研究结果显示：一方面，在早期脓毒症进展中抗炎相关的介质会上调，并发现免疫紊乱不是简单的免疫过度或免疫低下[52,53]；另一方面，Cavaillion等[54]建议这些免疫应答可能存在时间差异并与机体感染的不同组织、器官相关，并且脓毒症所致全身免疫抑制的概念太简单。
由于脓毒症中免疫紊乱的复杂性，单一的细胞因子不适用于评估脓毒症，研究者开发了细胞因子多阵列芯片技术，并用于预测脓毒症的预后[55]。研究者最初选择了150个细胞因子，逐渐优化了9个细胞因子的组合，最终选择了3个细胞因子的组合【IL-1受体(IL-1ra)、蛋白C和中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL)】，并组成脓毒症分数，最终用于脓毒症的预测[56]。
最佳的生物学标志物联合检测可能是既有促炎性因子生物学标志物又包含抑制炎症反应的生物学标志物。研究中IL-6、IL-8(均为促炎性因子)和IL-10、单核细胞趋化因子(MCP-1) (均抑制炎症反应)均升高的患者病死率约59%，其联合后预测价值超过任何一个细胞因子[57]。
理想的脓毒症生物学标志物需要有以下特征：在脓毒症发生中快速和特异度增长、有效治疗后快速下降、半衰期短、并能快速检测到、可被广泛应用，且检测方法真实可靠。临床应用中还要考虑价格因素。目前尚无具备上述所有特征的生物学标志物。
脓毒症的本质为机体对感染的反应失调。感染病原体的差异可能导致不同的免疫应答模式，而更重要的是患者基础免疫状态的复杂性。单一的细胞因子或免疫细胞的受体等不太可能成为脓毒症良好的生物学标志物。寻找合适的组合，尤其是促炎性和抑制炎性细胞因子的组合可能为脓毒症诊断、分型、治疗评价、预后及靶向治疗提供更佳的选择。
所有作者均声明不存在利益冲突
