α-防御素在關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體周圍感染診斷中的研究進(jìn)展

韋寶琛 張祥洪 彭偉秋 李富明

作者單位：545006 柳州，廣西科技大學(xué)附屬柳州市人民醫(yī)院關(guān)節(jié)骨病科

隨著人口老齡化和高能量損傷年輕患者的不斷增加，人工關(guān)節(jié)置換患者的基數(shù)日益增大，其手術(shù)并發(fā)癥的問題也越備受關(guān)注。假體周圍感染(periprosthetic infection，PPI)是關(guān)節(jié)置換術(shù)后難以避免的災(zāi)難性并發(fā)癥之一，會導(dǎo)致嚴(yán)重的健康與社會經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，植入物的失敗需要相當(dāng)大的的醫(yī)療成本行再次手術(shù)，也會顯著降低患者的生活質(zhì)量[1]。 文獻(xiàn)報道，初次全膝關(guān)節(jié)置換(total knee arthroplasty，TKA)術(shù)后 PPI 的發(fā)生率約 1%～4%[2]；初次全髖關(guān)節(jié)置換(total hip arthroplasty，THA)術(shù)后 PPI 的發(fā)生率約 1%，而 PPI 在髖、膝關(guān)節(jié)翻修術(shù)后的發(fā)生率與初次關(guān)節(jié)置換發(fā)生率相比分別增加 3.2 倍與 2 倍[3]，與 PPI 相關(guān)的患者死亡率約 2.7%～18.0%，其值明顯高于初次關(guān)節(jié)置換術(shù)與非感染性翻修術(shù)的患者死亡率[4-6]，故研究 PPI 的診斷與治療一直是臨床研究的熱點。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，關(guān)節(jié)置換術(shù)的安全性及有效性有很大提升，但仍無法完全避免術(shù)后 PPI 的并發(fā)癥發(fā)生。臨床表現(xiàn)與影像學(xué)表現(xiàn)是診斷 PPI 常用的診斷依據(jù)，但是 PPI 的診斷臨界值版本仍眾說紛紜，以及缺乏絕對金標(biāo)準(zhǔn)，目前對關(guān)節(jié) PPI 尚缺乏一種可靠的、高效的診斷方法[7]。有文獻(xiàn)報道，PPI 的臨床表現(xiàn)通常滯后于影像學(xué)表現(xiàn)[8]，同時臨床常用的生物學(xué)指標(biāo)或存在高敏感性而低特異性的問題或存在高特異性而低敏感性，甚至還有一些指標(biāo)診斷的準(zhǔn)確性較低[9]。近年來，關(guān)節(jié)液生物標(biāo)志物在 PPI 診斷中越來越受到重視，已有研究報道生物標(biāo)志物的診斷價值可能優(yōu)于目前臨床常用的一些診斷指標(biāo)[10]，也有不少文獻(xiàn)報道關(guān)節(jié)液中 α-防御素在 PPI 的診斷上具有較高的敏感性與特異性[11-12]。

一、PPI 的診斷標(biāo)準(zhǔn)

PPI 的處理原則與無菌性松動完全不同，不及時的診斷或漏診將會增加治療失敗的風(fēng)險，因而及時的早期診斷與治療極為重要。目前臨床上 PPI 的診斷大多需要結(jié)合詳細(xì)的病史與體格檢查、血清學(xué)、微生物學(xué)、病理學(xué)及影像學(xué)等輔助檢查結(jié)果進(jìn)行綜合分析。PPI 的診斷工作似乎很充足、有很多輔助檢查可供選擇，然而大量的實驗室參數(shù)與診斷工具提示 PPI 診斷是非常復(fù)雜的，以及目前仍未達(dá)成 PPI 的診斷共識。學(xué)者們認(rèn)為的診斷“金標(biāo)準(zhǔn)”，微生物培養(yǎng)也有假陽性與假陰性結(jié)果，尤其是低毒性 PPI 的 診斷。

為了提高 PPI 診斷的準(zhǔn)確性，多項研究提出了 PPI 的診斷標(biāo)準(zhǔn)，而目前應(yīng)用最為廣泛的是肌肉骨骼感染協(xié)會(musculoskeletal infection society，MSIS)和 2013年的國際共識會議(international consensus meeting，ICM)[13-14]，其包括主要標(biāo)準(zhǔn)與次要標(biāo)準(zhǔn)，符合 2 個主要標(biāo)準(zhǔn)的任意 1 個或符合 5 個次要標(biāo)準(zhǔn)的任意 3 個即可診斷為 PPI。其中主要標(biāo)準(zhǔn)為：( 1)2 個或 2 個以上關(guān)節(jié)液或組織標(biāo)準(zhǔn)微生物培養(yǎng)為陽性；( 2)受累關(guān)節(jié)存在與關(guān)節(jié)腔相通的竇道。次要標(biāo)準(zhǔn)為：( 1)C 反應(yīng)蛋白升高(急性期＞100 mg / L，慢性期＞10 mg / L)、血沉升高(急性期沒有限定值，慢性期＞30 mm / L)；( 2)關(guān)節(jié)液白細(xì)胞計數(shù)升高(急性期＞ 10 000 / ml；慢性期＞3000 / ml)；( 3)關(guān)節(jié)液白細(xì)胞計數(shù)升高(急性期＞90%，慢性期＞80%)；( 4)病理切片 5 個或 5 個以上的高倍鏡視野下發(fā)現(xiàn)超過 5 個白細(xì)胞；( 5)1 個關(guān)節(jié)液或關(guān)節(jié)組織標(biāo)本微生物培養(yǎng)陽性。研究表明 MSIS 制訂的 PPI 診斷指南是用于鑒別關(guān)節(jié) PPI 與非感染性疾病的主要標(biāo)準(zhǔn)，然而也存在一些不足：如膿腫的觀察與病理切片的解讀等診斷指標(biāo)的判斷帶有一定的主觀性、微生物培養(yǎng)周期及培養(yǎng)次數(shù)會延長診斷周期、復(fù)雜的臨床治療不便于臨床應(yīng)用、以及會議共識強調(diào)不滿足 MSIS 診斷標(biāo)準(zhǔn)的也有 PPI 的患者發(fā)現(xiàn)等[10,15]。因此，對于依據(jù)臨床癥狀與體征懷疑 PPI 的患者，需完善更進(jìn)一步的檢查后，臨床醫(yī)生通過詳細(xì)的評估所有的術(shù)前及術(shù)中資料做出綜合判斷。

二、PPI 的診斷方法

PPI 的診斷是一個頗具挑戰(zhàn)性的難題，其目前的診斷方法可歸納為直接診斷依據(jù)與間接診斷依據(jù)。

直接診斷依據(jù)包括從假體周圍組織、關(guān)節(jié)液或血液樣本中分離出病原菌或分子生物學(xué)診斷。PPI 早期臨床癥狀不典型，采血時機、無菌技術(shù)、培養(yǎng)基特性等因素干擾，以及 PPI 患者圍手術(shù)期常規(guī)應(yīng)用抗生素、生物膜的干擾，常規(guī)的外周血培養(yǎng)會造成假陰性或污染導(dǎo)致的假陽性結(jié)果，因此在 PPI 的診斷中存在較大的局限性[16]。低毒性微生物感染的情況下，假體周圍組織培養(yǎng)方法表現(xiàn)出較低的敏感性和較大的波動性，雖然研究表明超聲裂解液培 養(yǎng)[17]比傳統(tǒng)組織培養(yǎng)有更高的敏感性與特異性，特別是圍手術(shù)期常規(guī)應(yīng)用抗生素的患者，但是假體周圍組織培養(yǎng)的取材方式限制了其使用。聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction，PCR)技術(shù)是比較常用的分子生物學(xué)診斷，而 PCR 技術(shù)的復(fù)雜性、操作技術(shù)的高要求、以及診斷成本和實用性限制了該技術(shù)在醫(yī)療機構(gòu)把其作為常規(guī)診斷手段[18]。目前被認(rèn)為診斷 PPI 的金標(biāo)準(zhǔn)是直接組織培養(yǎng)和病理學(xué)檢查，但由于這些途徑均需要通過外科手術(shù)來獲取病理組織標(biāo)本，因此也限制了在臨床工作中使用[19]。

間接診斷依據(jù)有常規(guī)血液檢查，如白細(xì)胞計數(shù)、紅細(xì)胞沉降率、C-反應(yīng)蛋白和降鈣素原等。新實驗室標(biāo)記物包括白細(xì)胞介素、Toll 樣受體、腫瘤壞死因子 -α- 和干擾素等；以及組織病理學(xué)檢測、影像學(xué)檢查等。紅細(xì)胞沉降率和 C-反應(yīng)蛋白是炎癥反應(yīng)的非特異性標(biāo)記物，在炎性病變存在時其值都會明顯升高，同時當(dāng)其值在正常范圍時也不能排除 PPI，尤其是低毒性感染患者[20]。根據(jù) MSIS 的診斷標(biāo)準(zhǔn)[13]，目前 PPI 的診斷標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)的和臨床上經(jīng)常用的實驗室檢測指標(biāo)都是間接的反映感染和炎癥水平的診斷指標(biāo)。這些指標(biāo)從理論上可以體現(xiàn)是否有 PPI，但是因為這些指標(biāo)同時反映了全身系統(tǒng)性的感染及炎癥，所以缺乏診斷 PPI 的準(zhǔn)確性和特異性，尤其是那些產(chǎn)生較低的系統(tǒng)反應(yīng)或不產(chǎn)生系統(tǒng)性反應(yīng)的病原微生物感染所致的 PPI[21-22]。文獻(xiàn)表明新實驗室標(biāo)記物研究中，只有干擾素-6 敏感性和特異性達(dá)到 90%，同時也指出在無菌松動的情況下其值是正常的[23]。Zimmerli 等[24]對組織病理檢測的準(zhǔn)確性有所質(zhì)疑，他們認(rèn)為不同觀察者間差異性和樣品之間甚至在個體組織切片的滲透程度方面變化很大，會影響該檢測的敏感度及特異度。影像學(xué)檢查有 X 線片、超聲檢查、計算機 X 線斷層掃描(computer tomography，CT)、 磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)、減金屬偽影 MRI、放射性核素顯像、關(guān)節(jié)造影及單光子發(fā)射計算斷層掃描(SPECT / CT)等，它們是 PPI 診斷中不可或缺的證據(jù)支持，但也存在不足之處，須結(jié)合臨床表現(xiàn)及其它輔助檢查尚能更好地發(fā)揮作用[25]。目前間接診斷依據(jù)中的新生物標(biāo)記物在 PPI 診斷中的應(yīng)用受到眾多學(xué)者的關(guān) 注[10,26, 27]，他們提出的生物標(biāo)記物對于 PPI 具有優(yōu)良的診斷性能。Deirmengian[28]和他的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了 5 個具有很高敏感度、特異度和曲線下面積的生物標(biāo)記物，其可以完全有效的區(qū)分無菌與感染，該 5 個生物標(biāo)記物包括：關(guān)節(jié)液 α-防御素 1-3、中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶、抑菌 / 細(xì)菌通透性增強蛋白、中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)蛋白、乳鐵蛋白，而關(guān)節(jié)液 α-防御素是目前的研究熱點[26]。

三、α-防御素的應(yīng)用現(xiàn)況

1. α-防御素的概述：α-防御素是一種帶正電荷的兩性分子抑菌肽，在人體中 α-防御素主要由中性粒細(xì)胞及小腸 Paneth 細(xì)胞合成與分泌。當(dāng)病原體感染后，中性粒細(xì)胞分泌 α-防御素到關(guān)節(jié)液里面，然后通過靜電作用黏附到病原菌細(xì)胞膜上，增加細(xì)胞膜通透性，通過使細(xì)胞外物質(zhì)進(jìn)入而細(xì)胞內(nèi)重要物質(zhì)滲出細(xì)胞膜，從而快速殺死病原菌，從而給免疫系統(tǒng)提供抗菌支持，參與自發(fā)和適應(yīng)性免疫反應(yīng)過程[15,29]。中性粒細(xì)胞內(nèi) α-防御素的含量豐富，甚至當(dāng)中性粒細(xì)胞破裂后，α-防御素仍能得以保存[30]，同時研究發(fā)現(xiàn) α-防御素免疫應(yīng)答對于 PPI 的診斷有較高的準(zhǔn)確性。因此臨床上應(yīng)用 α-防御素檢測來測量關(guān)節(jié)液中 α-防御素多肽的濃度協(xié)助 PPI 的診斷[31-32]。

2. α-防御素的臨床應(yīng)用價值：關(guān)節(jié)液 α-防御素是一種能夠診斷 PPI 的關(guān)節(jié)液生物標(biāo)志物。與滑液中的 C-反應(yīng)蛋白相比，α-防御素檢測有更高的敏感性和特異性。研究發(fā)現(xiàn)合并系統(tǒng)性炎癥(如類風(fēng)濕、假性痛風(fēng)、克羅恩病等)的 PPI 患者，當(dāng)應(yīng)用血清生物標(biāo)志物診斷時會因體內(nèi)炎性因子水平因素而干擾 PPI 的診斷，而滑液 α-防御素標(biāo)志物并不受這些炎性疾病的干擾[28]。血沉、血清 C-反應(yīng)蛋白、血清白細(xì)胞介素-6、血清降鈣素原等比關(guān)節(jié)液 α-防御素更容易受炎癥反應(yīng)狀況的影響，因此學(xué)者們一致認(rèn)為關(guān)節(jié)液 α-防御素具有更高的特異性與敏感性，但關(guān)節(jié)液 α-防御素仍可能或多或少也有受到其它非感染性炎癥的干擾[33]。通常臨床工作中 PPI 患者在取關(guān)節(jié)液或者組織標(biāo)本進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)前基本都使用過抗生素，會殺滅或抑制大量的細(xì)菌，故而會導(dǎo)致細(xì)菌培養(yǎng)的陽性率降低。臨床上常采取重復(fù)穿刺抽吸培養(yǎng)[34]及超聲降解法清除假體黏附的細(xì)菌[35]來提高細(xì)菌培養(yǎng)的陽性率。筆者認(rèn)為正確恰當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)以及培養(yǎng)方法與時間等因素會干擾病原菌培養(yǎng)的準(zhǔn)確率，特別是一些真菌或分枝桿菌的感染，而單一關(guān)節(jié)液 α-防御素檢測是否具有極高的敏感性與特異性尚需更進(jìn)一步的研究探討。

PPI 的病原菌譜復(fù)雜，可以是單一病原菌或多種病原菌混合感染引起。陳志等[36]報道，PPI 以革蘭氏陽性菌為主，而近年來革蘭氏陰性菌導(dǎo)致的 PPI 患者有所增加。同時也有不少研究發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)、不同醫(yī)療機構(gòu)導(dǎo)致 PPI 的病原菌分布不同，以及同一醫(yī)療機構(gòu)不同時期 PPI 的病原菌分布也會發(fā)生改變[37]。病原菌譜復(fù)雜、分布差異、毒力的增強以及耐藥率的增加等使 PPI 的診治更具挑戰(zhàn)性，增加了目前直接與間接診斷依據(jù)的難局限性。Deirmengian 等[1]研究得出關(guān)節(jié)液 α-防御素檢測對不同病原菌均能正確診斷，但該研究存在臨床數(shù)據(jù)不足等，尚不能評價關(guān)節(jié)液 α-防御素診斷 PPI 的準(zhǔn)確性，仍需要大樣本、多中心的研究證實。

研究發(fā)現(xiàn)單個指標(biāo)診斷 PPI 時，關(guān)節(jié)液 α-防御素的敏感性與特異性較多數(shù)傳統(tǒng)診斷指標(biāo)高，但是關(guān)節(jié)液 α-防御素的敏感性和特異性與細(xì)菌培養(yǎng)、關(guān)節(jié)液白細(xì)胞計數(shù)相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義[12]。由于細(xì)菌培養(yǎng)所需時間較長，無法實現(xiàn) PPI 的快速診斷；以及關(guān)節(jié)液白細(xì)胞計數(shù)所需的關(guān)節(jié)液量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于關(guān)節(jié)液 α-防御素的檢測，因此關(guān)節(jié)液 α-防御素檢測對于 PPI 的診斷具有更高的應(yīng)用價值[31]。綜上所述，關(guān)節(jié)液 α-防御素與傳統(tǒng)檢查方法相比更有優(yōu)點：( 1)α-防御素的敏感性和特異性均高于 C-反應(yīng)蛋白、血沉和關(guān)節(jié)液細(xì)菌培養(yǎng)[33,38-41]。 Deirmengian 等[1]通過對 149 例進(jìn)行研究分析，最后得出 α-防御素診斷 PPI 的敏感性和特異性分別為 97.3% 和 95.5%，而關(guān)節(jié) C-反應(yīng)蛋白的敏感性和特異性只有 97.3% 和 78.6%。( 2)前期抗生素使用和潛在的系統(tǒng)性疾病對關(guān)節(jié)液 α-防御素檢測效果無明顯影響[41-42]。Shahi 等[41]的研究表明 PPI 患者在診斷前服用抗生素不會影響關(guān)節(jié)液 α-防御素對關(guān)節(jié) PPI 的診斷。( 3)研究表明在不同細(xì)菌種類、毒力、病變部位的 PPI 診斷中，α-防御素均具有較高的敏感性和特異性[43]。( 4)α-防御素聯(lián)合其它關(guān)節(jié)液檢查診斷價值更大。有研究表明單獨使用關(guān)節(jié)液 α-防御素進(jìn)行快速診斷時，會出現(xiàn)假陽性與假陰性，也無法獲得正確的判斷，由于 PPI 臨床診斷的復(fù)雜性，單一的診斷指標(biāo)往往無法正確且快速的做出診 斷[38,44]。Deirmengian 等[42]通過一項前瞻性大樣本研究，結(jié)果顯示聯(lián)合關(guān)節(jié)液 C-反應(yīng)蛋白和關(guān)節(jié)液 α-防御素對 PPI 具有很高的診斷價值，也說明了關(guān)節(jié)液 α-防御素聯(lián)合其它實驗室指標(biāo)能獲得更高的敏感性和特異性。

3. α-防御素在關(guān)節(jié)骨科的研究進(jìn)展：2014年，Deirmengian 等[28]提出 PPI 診斷進(jìn)入生物標(biāo)志物時，生物標(biāo)志物被認(rèn)為對 PPI 的診斷具有優(yōu)良的診斷性能，而關(guān)節(jié)液 α-防御素成為目前生物標(biāo)志物中的研究熱點，其在診斷 PPI 時比目前常規(guī)檢測手段更有效的功能得到眾多學(xué)者認(rèn)可。同時隨著科學(xué)的發(fā)展，目前 α-防御素檢測已經(jīng)發(fā)展起來，并且作為一種診斷 PPI 的實驗室商業(yè)性生物 指標(biāo)[28,42,45]。

總之，PPI 的診斷目前仍存在挑戰(zhàn)，尚無一種高效的實驗室指標(biāo)成為 PPI 診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”。PPI 的傳統(tǒng)診斷方法或存在低敏感性或低特異性的局限，抗生素的濫用及細(xì)菌微生物膜的形成使 PPI 的診斷愈加困難。雖然大多數(shù)學(xué)者們認(rèn)為 MSIS 診斷標(biāo)準(zhǔn)是一項較合理的診斷共識，但是 MSIS 標(biāo)準(zhǔn)較為復(fù)雜，難于廣泛應(yīng)用于臨床實踐。為了準(zhǔn)確且及時診斷 PPI 患者，臨床工作中迫切需要一批新的現(xiàn)代分子生物學(xué)手段協(xié)助診斷。關(guān)節(jié)液 α-防御素對 PPI 診斷具有重要潛在價值，特別是當(dāng)關(guān)節(jié)液 α-防御素聯(lián)合應(yīng)用其它指標(biāo)時有很高的敏感性與特異性，在 PPI 的診斷價值上其毫無疑問有很大潛力，有望成為診斷 PPI 的新型標(biāo)志物。關(guān)節(jié)液 α-防御素同樣也存在不足之處，建議在檢測關(guān)節(jié)液 α-防御素的同時，與傳統(tǒng)指標(biāo)及其它新型指標(biāo)結(jié)合起來，同時兼顧敏感性與特異性，從而提高 PPI 診斷陽性率[46]，進(jìn)而更好的發(fā)揮臨床作用。