鑒別細菌與病毒感染的宿主生物標志物研究進展

陳唐田，吳夏楠，李萌萌，曹炬

(重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院檢驗科，重慶 400016)

感染是臨床的常見病和多發(fā)病，嚴重感染甚至會危及生命[1]。研究表明，近半數(shù)嚴重感染患者可發(fā)生感染性休克，進而導致膿毒癥和多器官功能障礙綜合征，其患病率可達11.0%，發(fā)生率為每年(76～110)/10萬[2]。嚴重感染高病死率的一個重要原因為錯過最佳的治療時機，造成不可逆損傷[3]。因此，早期診斷、早期治療對于防止感染進展具有重要意義。臨床感染常以細菌和病毒感染為主，而在細菌和病毒感染早期，根據(jù)臨床癥狀和體征往往不能準確說明病因[4]，臨床醫(yī)師可能在不確定感染類型的情況下使用抗生素，進而導致患者管理不當和抗生素濫用[5]，這也是全球抗生素耐藥危機的原因之一[6]。此外，錯誤的抗生素使用也會造成患者治療費用、抗生素使用劑量、不良反應增加等嚴重后果[4]。目前診斷細菌感染的金標準為細菌培養(yǎng)，確認病毒感染的測試包括抗體效價和病毒抗原的測試[7]。但均存在費時、費力、陽性率不高等問題[2]，且難以將疾病與機體活動狀態(tài)聯(lián)系起來。因此，宿主生物標志物成為近年的研究熱點，其來自宿主對感染的復雜反應，并與疾病、宿主生物活性相關(guān)，是反映正常生物過程或致病過程的指標，可以被客觀的測量和評估[6,8]。現(xiàn)就鑒別細菌與病毒感染的宿主生物標志物研究進展予以綜述，旨在尋找快速簡潔、敏感性高、特異性強的鑒別診斷相關(guān)宿主生物標志物，從而為臨床感染診療提供依據(jù)。

1 降鈣素原

1.1降鈣素原(procalcitonin，PCT)的生物學特性 PCT是降鈣素的前肽蛋白，1993年Assicot 等[9]首次發(fā)現(xiàn)其在嚴重細菌感染患者中顯著升高。正常情況下，PCT 由甲狀腺濾泡旁C細胞分泌，不被釋放入血。炎癥刺激特別是細菌感染或膿毒癥時，PCT可從各個組織和多種細胞中釋放，于感染后的3 h即可測得，6～12 h達峰值，半衰期近24 h[10]。在發(fā)生創(chuàng)傷、移植物宿主排異反應、腫瘤相關(guān)發(fā)熱、自身免疫疾病或過敏等炎癥反應時，PCT往往不升高或僅輕微升高[1]。

1.2PCT的鑒別診斷性能及現(xiàn)狀 PCT是目前臨床診斷性能最佳的感染鑒別診斷實驗室指標，在鑒別細菌與病毒感染疾病中的準確性(尤其是特異性)優(yōu)于傳統(tǒng)生物標志物，且對細菌感染的反應更強更快。細菌感染尤其是嚴重細菌感染時，PCT水平會快速升高。而在病毒感染中，PCT則保持低水平，通常與健康個體相差不大。在分別感染細菌與病毒的患者中，血清PCT水平差異有統(tǒng)計學意義，鑒別診斷靈敏度為50%～93%，特異度為68%～93.6%[11-16]，且對腦膜炎感染尤為適用。有研究發(fā)現(xiàn)，PCT在細菌與病毒感染鑒別診斷中的曲線下面積(area under the curve，AUC)可高達0.952，明顯優(yōu)于其他常規(guī)實驗室指標[17]。此外，作為降鈣素超家族成員之一，PCT也是世界公認的對膿毒癥的診斷、預后評估及治療監(jiān)測性能最優(yōu)的炎癥標志物。

1.3PCT的鑒別診斷機制 有關(guān)PCT在細菌與病毒感染中作用機制的研究發(fā)現(xiàn)，細菌感染時，內(nèi)毒素和促炎因子的合成可上調(diào)信使RNA的表達以促進PCT的分泌；而病毒感染時，具有早期抗病毒防御作用的γ干擾素阻止了 PCT信使RNA的上調(diào)，從而抑制PCT的合成和分泌[18-19]，這可能為血清PCT鑒別細菌和病毒感染提供依據(jù)。

2 C反應蛋白

2.1C反應蛋白(C-reactive protein，CRP)的生物學特性 1941年，Macleod和Avery[20]證實了一種在急性感染時出現(xiàn)的蛋白質(zhì)——CRP，其為5個相同亞單位以非共價鍵形式組成的環(huán)狀五聚體蛋白，屬于急性期蛋白，具有促炎特性，在炎癥介質(zhì)[白細胞介素(interleukin，IL)-6和IL-8]的刺激下從肝細胞中釋放，結(jié)合細菌多糖或細胞膜碎片后可激活補體系統(tǒng)，當炎癥和感染發(fā)生時，其濃度可升高100倍[2]。此外，瘧疾、組織損傷、炎癥刺激、惡性腫瘤、心腦血管疾病及部分自身免疫性疾病也可引起CRP的升高[2]。

2.2CRP的鑒別診斷性能及現(xiàn)狀 CRP是目前臨床較為常用的感染鑒別診斷指標。作為急性時相反應蛋白，CRP對感染引起的炎癥十分敏感，炎癥發(fā)生時，其濃度迅速上升。而對于感染本身及感染類型的鑒別，其特異性并不強。一般來說，能夠引起機體炎癥反應的感染均可使CRP水平升高。因此，CRP在細菌和病毒感染時水平均可升高。對于部分腦膜炎、肺炎、胃腸炎疾病患者，細菌與病毒感染的CRP水平可能不同。在細菌與病毒感染的鑒別中，CRP顯示出高靈敏度(77%～91.7%)和中等特異度(49%～86.4%)[21-25]。有文獻指出，CRP在細菌與病毒感染的鑒別診斷性能上甚至優(yōu)于PCT[26]?？梢姡珻RP是反映機體炎癥與感染的良好指標，其因檢測速度快、價格低和良好的鑒別診斷性能廣泛應用于臨床。Phommasone等[27]對湄公河地區(qū)1 400多例發(fā)熱患者的分析也證實，CRP作為一種快速檢測指標,可以提供廉價而有效的鑒別作用。同時，由于CRP對炎癥及感染具有高敏感性，其常被臨床用作監(jiān)測炎癥及感染的預后指標[28]，且在指導抗生素使用[29]方面也有一定價值。

3 人中性粒細胞載脂蛋白

3.1人中性粒細胞載脂蛋白(human neutrophil lipocalin，HNL)的生物學特性 HNL又稱人中性粒細胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運載蛋白，是1993年Kjeldsen等[30]在研究中性粒細胞中的基質(zhì)金屬蛋白酶-9時發(fā)現(xiàn)的一種分子量為25 000的新蛋白。HNL屬于載脂蛋白超家族成員，是中性粒細胞脫顆粒的產(chǎn)物。在正常生理狀態(tài)下，其可在腎臟、肺、胃、結(jié)腸及前列腺等器官組織中低表達，不易受其他因素影響而波動。細菌感染時，體內(nèi)免疫反應系統(tǒng)激發(fā)產(chǎn)生大量中性粒細胞，中性粒細胞包裹、吞噬病原體，同時分泌HNL，引起HNL的水平升高[31]。HNL在感染6～8 h時即可升高，峰值出現(xiàn)時間較CRP、PCT早18 h，故可應用于早期細菌感染。

3.2HNL的鑒別診斷性能及現(xiàn)狀 HNL是近年來發(fā)現(xiàn)的炎癥指標，其在細菌感染中的水平明顯高于病毒感染。由于HNL在感染中升高速度快，峰值出現(xiàn)早，對區(qū)分細菌或病毒引起的急性感染尤其是早期感染，具有較高靈敏度和特異度，HNL鑒別診斷的AUC為0.773～0.98，靈敏度為70%～97.1%，特異度為70%～96%[32-35]。有研究指出，HNL診斷性能優(yōu)于PCT、CRP、中性粒細胞計數(shù)[32]。同時，病毒感染中HNL多以單聚HNL的形式升高，而在細菌感染中，HNL則以二聚HNL形式升高，該特點有助于HNL在感染類型上的進一步診斷[36]。截至目前，HNL在細菌與病毒鑒別診斷方面的應用僅限于科學研究實驗，并未在臨床普及，還需要更多數(shù)據(jù)和更大樣本研究來證實HNL在鑒別細菌與病毒方面的診斷性能。

3.3HNL的檢測 最早的血清HNL提取法檢測HNL耗時1～3 h，目前有學者提出經(jīng)N-甲酰甲硫氨酰-亮氨酰-苯丙氨酸激活的全血HNL診斷性能與血清HNL相似，但檢測的時間<15 min，較血清HNL提取時間大大縮短[32,34]，這使得HNL的檢測十分方便、快捷，為N-甲酰甲硫氨酰-亮氨酰-苯丙氨酸活化后的全血標本用于及時床旁檢測奠定基礎(chǔ)[34]。

4 IL-6

4.1IL-6的生物學特性 IL-6是一種具有多重免疫調(diào)節(jié)功能的炎癥細胞因子，由212個氨基酸組成，在微生物產(chǎn)物刺激下由單核-巨噬細胞、內(nèi)皮細胞等產(chǎn)生，可刺激促腎上腺皮質(zhì)激素合成、誘導B細胞分化、激活T細胞[37]。其除對炎癥細胞及血管內(nèi)皮細胞具有直接激活和毒性作用外，還可誘導急性期蛋白合成，催化和放大毒性作用和炎癥反應，對組織細胞造成損害[18]。在機體出現(xiàn)感染時，IL-6出現(xiàn)早于PCT、CRP[38]，在感染2～3 h內(nèi)可達峰值[37]。但由于其半衰期較短，往往在24～48 h內(nèi)顯示敏感性下降，故對早期感染診斷價值更大，可與CRP、PCT等因子聯(lián)用以提高診斷準確性。

4.2IL-6的鑒別診斷性能及現(xiàn)狀 IL-6作為常用的急慢性炎癥指標，是一種很有前景的血清標志物，近年來已開始應用于臨床。作為一種重要的炎癥啟動因子及急性相蛋白反應的誘導因子，IL-6在細菌感染與病毒感染中的表現(xiàn)與CRP類似，但其鑒別診斷特異性高于CRP。研究表明，IL-6預測嚴重細菌感染較白細胞和中性粒細胞計數(shù)更有效[39]，鑒別細菌與病毒感染的靈敏度為75%～100%，特異度為72%～100%[40-42]。一項包含166例細菌性肺炎患者和167例呼吸道合胞病毒性肺炎患者的前瞻性研究顯示，IL-6在典型細菌性肺炎中的水平明顯高于呼吸道合胞病毒性肺炎，當IL-6≥93 pg/mL時，其靈敏度和特異度分別為100%和99.14%[40]。同時，Yeung等[42]對147例兒童急性小腸結(jié)腸炎住院患者進行的前瞻性研究發(fā)現(xiàn)，細菌性腸炎患兒血清IL-6水平明顯升高，且敏感性、特異性和陽性預測值均高于CRP，證實IL-6在鑒別細菌、病毒感染上具有較高的診斷效能。此外，IL-6對膿毒癥的診斷也有一定價值[18,43]。

5 黏病毒抗性蛋白A

5.1黏病毒抗性蛋白A(myxovirus resistance protein A，MxA)的生物學特性 MxA是由Ⅰ型干擾素誘導人體細胞所產(chǎn)生的分子量為78 000 的抗病毒蛋白，是Mx基因在經(jīng)多種病毒感染誘導的干擾素通路作用下表達的產(chǎn)物。其在干擾素作用1～2 h后迅速誘導，2～4 h后可檢測到，36 h內(nèi)達到峰值，具有抗多種病毒的活性[44]。MxA對病毒反應十分敏感，極少量病毒即可誘導細胞表達MxA蛋白。

5.2MxA的鑒別診斷性能及現(xiàn)狀 作為病毒感染標志物，MxA在細菌感染與病毒感染中的表達具有差異，表現(xiàn)為病毒感染時升高較細菌感染時更為明顯。一項關(guān)于MxA診斷病毒感染的前瞻性多中心隊列研究表明，與細菌感染與非感染對照相比，MxA水平在病毒感染中較高，當取cut-off值200 ng/mL時，其AUC為0.89，靈敏度為96.4%，特異度為66.7%[45]。Kawamura等[44]在對日本兒童細菌性(n=11)和病毒性(n=11)感染的病例研究中，報道了MxA對病毒感染的靈敏度(87.1%)和特異度(90.9%)均較高。目前，有關(guān)MxA用于鑒別診斷細菌與病毒感染的報道不多，但在鑒別診斷性能的評價上較一致，均提示MxA在鑒別感染方面具有較高的準確性，尤其強調(diào)MxA在診斷病毒感染方面具有高特異性。此外，由于MxA蛋白在體外有廣譜抗病毒效應，故其甚至可作為抗病毒蛋白制劑用于臨床[46]。

6 新型宿主蛋白聯(lián)合標志物

近年來，由Oved等[5]發(fā)現(xiàn)的一種由CRP、腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導配體(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)和干擾素誘導蛋白-10(interferon-inducible protein-10，IP-10)構(gòu)成的新型宿主蛋白聯(lián)合標志物被作為感染類型鑒別診斷試驗受到廣泛研究。其中，CRP、TRAIL和IP-10均是區(qū)分細菌和病毒感染的獨立生物標志物。CRP在細菌感染中被誘導，而TRAIL和IP-10在病毒感染中被誘導。研究顯示，CRP、TRAIL和IP-10聯(lián)合應用較其單獨使用以及與其他生物標志物聯(lián)合應用診斷更可靠[5]。

6.1TRAIL的生物學特性 TRAIL，也稱人重組蛋白，是繼人凋亡相關(guān)因子配體之后被證實的又一新型凋亡分子，廣泛表達于脾、淋巴結(jié)、肺、肝、腎、卵巢、前列腺及外周血淋巴細胞等。對生理狀態(tài)下的機體細胞沒有毒性，在病理狀態(tài)下與相應受體結(jié)合后，參與機體的免疫反應、誘導細胞凋亡。流感病毒感染可增加TRAIL在自然殺傷細胞和T細胞表面的表達。這可能與病毒感染細胞TRAIL受體表達增加，結(jié)合TRAIL后活化一系列信號通道，導致細胞凋亡，阻止病毒進一步擴散相關(guān)[47]。此外，TRAIL在腫瘤的治療、自身免疫性疾病、感染、心血管疾病、器官移植等多個領(lǐng)域也有應用。

6.2IP-10的生物學特性 IP-10，又稱CXC趨化因子配體10，其由Luster等[48]在對γ干擾素的免疫應答研究中發(fā)現(xiàn)。IP-10是一種促炎性化學因子，其在宿主對病毒感染的反應中發(fā)揮作用，是一種有前途的病毒感染生物標志物，可能與感染的嚴重程度有關(guān)。早期證據(jù)顯示，IP-10在鼻病毒、呼吸道合胞病毒、乙型和丙型肝炎病毒以及H5N1流感病毒中升高[49]。同時，IP-10也與糖尿病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡或癌癥等慢性病的發(fā)生相關(guān)。

6.3新型宿主蛋白聯(lián)合標志物的診斷性能及現(xiàn)狀 TRAIL、IP-10及CRP構(gòu)成的新型蛋白聯(lián)合標志物在鑒別細菌、病毒感染時表現(xiàn)出了卓越的診斷性能，其靈敏度為86.7%～95%，特異度為89.8%～94.3%[5,50-53]。該試驗在區(qū)分病毒與細菌性呼吸道感染和無源性發(fā)熱方面的靈敏度為93.5%，特異度為94.3%，診斷性能優(yōu)于單獨的生物標志物CRP、PCT、白細胞計數(shù)、中性粒細胞計數(shù)、IL-6和HNL[50]；一項對發(fā)熱兒童進行的雙盲多中心隊列研究中也證實了TRAIL、IP-10及CRP構(gòu)成的蛋白組合的高診斷性能[52]?？梢姡蒚RAIL、IP-10和CRP構(gòu)成的新型宿主蛋白聯(lián)合標志物是很有前景的診斷工具，可幫助急診臨床醫(yī)師確定感染性疾病的細菌與病毒性病因。其診斷性能的提高可能與病毒和細菌誘導的蛋白質(zhì)相結(jié)合、相補充有關(guān)，目前該宿主蛋白診斷試驗已在部分發(fā)達地區(qū)開始投入使用，相關(guān)的床旁檢測也在完善中。同時，該系統(tǒng)在指導抗生素使用方面也發(fā)揮一定作用。有文獻甚至報道，其具有可減少88%的抗生素濫用的潛能[50]。

7 小 結(jié)

目前尚不存在一種具有完美診斷準確性的單一生物標志物，但PCT、CRP、HNL等診斷的有效性不可忽視，為了解決這個矛盾，生物標志物的聯(lián)合應用被提出，TRAIL、IP-10及CRP聯(lián)合標志物卓越的診斷性能也證實了這一點，未來通過有效聯(lián)用互補生物標志物可提高診斷的準確性。然而，生物標志物研究面臨一些挑戰(zhàn)：①缺乏針對每種特定生物標志物的標準操作規(guī)程。②不同研究的設計具有高變異性，包括樣本量小、異質(zhì)性群體類型、群體類型特異性和檢測設備的高變異性。③研究方向也需要從單中心研究發(fā)展到多中心研究，以減少小數(shù)據(jù)集泛化的限制。因此，如何實現(xiàn)各研究間的統(tǒng)一、發(fā)掘更多高效聯(lián)合標志物可能是今后的主要研究方向。