細(xì)胞因子在診斷感染性疾病及其嚴(yán)重程度中的價(jià)值

趙 琨 ，楊德興，蔣國(guó)云，武 彧，王 虹，王 強(qiáng)，劉 榮

（1） 昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院ICU，云南昆明 650032；2） 云南省第一人民醫(yī)院急診內(nèi)科，云南昆明 650034）

感染性疾病是臨床常見疾病。病情進(jìn)展可導(dǎo)致膿毒癥（Sepsis） 和多器官功能障礙綜合征（multiple organ dysfunction syndrome，MODS）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球與膿毒癥相關(guān)的死亡病例，占全球死亡人數(shù)的19.7%[1]。因此，早期診斷、早期治療對(duì)控制感染的發(fā)生和發(fā)展具有重要意義。經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)室細(xì)菌感染診斷檢查，例如：血、腦脊液、痰等標(biāo)本的培養(yǎng)鑒定，雖然仍是檢測(cè)感染的金標(biāo)準(zhǔn)[2]，但因其耗時(shí)較長(zhǎng)且陽性率不高，為臨床精確診斷帶來一定困擾，而延遲給予抗生素則導(dǎo)致死亡率和膿毒癥發(fā)病率顯著增加[3]。因此，尋找快速、簡(jiǎn)潔、敏感性及特異性均比較高的實(shí)驗(yàn)學(xué)指標(biāo)及方法已成為近些年來臨床實(shí)驗(yàn)室的工作重點(diǎn)。目前，臨床上常用的診斷感染性疾病的實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)包括外周血白細(xì)胞計(jì)數(shù)（white blood cell，WBC）、紅細(xì)胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate，ESR）、降鈣素原（procalcitonin，PCT） 及超敏C 反應(yīng)蛋白（C-reactive protein，CRP） 等[4-5]。這些指標(biāo)因影響因素較多，敏感性及特異性較差[4，6，7]，在臨床上一般需要結(jié)合多種標(biāo)志物來明確診斷。隨著基因診斷技術(shù)進(jìn)入臨床，其良好的靈敏性、特異性、及時(shí)有效性為感染性疾病的診治走向精準(zhǔn)醫(yī)療時(shí)代提供了基礎(chǔ)條件。而目前臨床上應(yīng)用的呼吸道病原菌基因檢測(cè) （Genetic testing of respiratory pathogens） 及宏基因二代測(cè)序技術(shù)（metagenomic next-generation sequencing，mNGS）[8]對(duì)標(biāo)本要求較高，價(jià)格相對(duì)昂貴，因此，仍未能做到全面普及。近些年來，越來越多的國(guó)內(nèi)外研究開始探討細(xì)胞因子（Cytokines） 在感染性疾病診斷方面的價(jià)值。有研究表明：感染性疾病在發(fā)病以及疾病進(jìn)展過程中都有細(xì)胞因子參與其中，且在免疫反應(yīng)不同階段中發(fā)揮著各不相同的作用[9]。本實(shí)驗(yàn)通過比較不同感染患者細(xì)胞因子的變化情況，明確細(xì)胞因子在感染性疾病診斷方面的價(jià)值，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 對(duì)象及分組

本實(shí)驗(yàn)為一項(xiàng)前瞻性研究，收集昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院ICU 2019 年12 月至2020 年3 月收住的感染性疾病患者。研究中所涉及倫理部分經(jīng)過昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)審核并批準(zhǔn)，并對(duì)患者的個(gè)人信息進(jìn)行了嚴(yán)格的保密。納入標(biāo)準(zhǔn)：血培養(yǎng)、尿培養(yǎng)、痰培養(yǎng)、呼吸道病原菌基因檢測(cè)或宏基因二代測(cè)序技術(shù)為陽性的感染患者，納入患者（或法定監(jiān)護(hù)人） 在參加研究前均已簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn)：入院不滿24 h 患者，不可復(fù)蘇的臨終狀態(tài)，惡性腫瘤患者、放化療患者、自身免疫性疾病患者，臨床資料不完整的患者。依照納入標(biāo)準(zhǔn)及排除標(biāo)準(zhǔn)對(duì)患者進(jìn)行篩選，依據(jù)血培養(yǎng)、痰培養(yǎng)、尿培養(yǎng)及呼吸道病原菌基因檢測(cè)或宏基因檢測(cè)結(jié)果，將患者分為革蘭染色陽性菌組/革蘭染色陰性菌組，血源性感染組/非血源性感染組；依據(jù)《中國(guó)膿毒癥/膿毒性休克急診治療指南（2018）》[10]，將所有患者分為膿毒癥組/膿毒性休克組。

1.2 研究方法

依據(jù)納入及排除標(biāo)準(zhǔn)，篩選入組患者。收集患者一般資料，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；同一時(shí)間抽血檢測(cè)感染相關(guān)蛋白（CRP、PCT）、血培養(yǎng)（在患者發(fā)病初期及發(fā)熱高峰期進(jìn)行樣本采集）、尿培養(yǎng)（取清潔中段尿送檢）、痰培養(yǎng)（肺泡灌洗液培養(yǎng)）、細(xì)胞因子檢測(cè)、呼吸道相關(guān)病原體基因檢測(cè)或宏基因檢測(cè)、血常規(guī)、肝腎功、凝血功能、血?dú)夥治觥⒊Ｒ?guī)完善胸片檢查；完善GCS 評(píng)分、SOFA 評(píng)分、APACHEⅡ評(píng)分。依據(jù)血培養(yǎng)、痰培養(yǎng)、尿培養(yǎng)及呼吸道病原體基因檢測(cè)或宏基因檢測(cè)結(jié)果，將患者分為革蘭染色陽性菌組/革蘭染色陰性菌組，血源性感染組/非血源性感染組；依據(jù)《中國(guó)膿毒癥/膿毒性休克急診治療指南（2018）》[16]中對(duì)膿毒癥及膿毒性休克的診斷標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)于感染或疑似感染的患者，當(dāng)SOFA 評(píng)分較基線上升≥2分可診斷為膿毒癥。由于SOFA 評(píng)分操作起來比較復(fù)雜，臨床上也可以使用床旁快速SOFA （quick SOFA，qSOFA） 標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別重癥患者，如果符合qSOFA 標(biāo)準(zhǔn)中的至少2 項(xiàng)時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步評(píng)估患者是否存在臟器功能障礙。膿毒性休克則是在膿毒癥的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)持續(xù)性低血壓，在充分容量復(fù)蘇后仍需血管活性藥來維持平均動(dòng)脈壓（mean arterial pressure，MAP） ≥65 mmHg，以及血乳酸水平＞2 mmol/L。依據(jù)此診斷標(biāo)準(zhǔn)將所有患者分為膿毒癥組及膿毒性休克組。

分別比較革蘭染色陽性菌組/革蘭染色陰性菌組與血源性感染組/非血源性感染組相關(guān)細(xì)胞因子水平變化情況，明確不同病原菌及不同感染類型細(xì)胞因子變化特點(diǎn)；膿毒癥組/膿毒性休克組通過組內(nèi)比較分析細(xì)胞因子在膿毒癥患者病情嚴(yán)重程度分層中的應(yīng)用價(jià)值。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，基本描述計(jì)數(shù)資料采用例及構(gòu)成比[n（%）） ]表示，正態(tài)分布計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（） 表示，偏態(tài)分布計(jì)量資料采用四分位數(shù)[M（P25，P75） ]表示，假設(shè)檢驗(yàn)計(jì)數(shù)資料間比較采用χ2檢驗(yàn)，正態(tài)分布計(jì)量資料兩組間比較采用兩獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)，偏態(tài)分布計(jì)量資料兩組間比較采用兩樣本秩和檢驗(yàn)，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患者一般情況

結(jié)合納入與排除標(biāo)準(zhǔn)，最終確定87 例患者納入本研究。革蘭氏陰性菌組：共24 例患者，其中男性12 例，女性12 例，平均年齡（57.38±16.10） 歲，APACHE II 評(píng)分（14.00±2.93） 分。革蘭氏陽性菌組：共26 例患者，男性15 例，女性11 例，平均年齡（54.08±15.48） 歲，APACHE II 評(píng)分（12.85±2.57） 分。血源性感染組：共23例患者，其中男性10 例，女性13 例，平均年齡（51.04±14.81） 歲，APACHE II 評(píng)分（12.74±2.40） 分；非血源性感染組：共27 例患者，其中男性17 例，女性10 例，平均年齡（59.59±15.63） 歲，APACHE II 評(píng)分（13.96±2.67） 分。膿毒癥組：共21 例患者，其中男性11 例，女性10 例，平均年齡（52.86±16.00） 歲；膿毒性休克組：共16 例患者，其中男性9 例，女性7 例，平均年齡（54.81±13.21） 歲。經(jīng)χ2檢驗(yàn)，各組性別差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.815），經(jīng)兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，各組年齡差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.694）。APACHE II 評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2 革蘭氏陰性菌組與革蘭氏陽性菌組細(xì)胞因子水平比較

經(jīng)兩樣本秩和檢驗(yàn)，革蘭氏陰性菌組和革蘭氏陽性菌組IL-6、IL-8、IL-10、IL-17 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），尤其是革蘭氏陰性菌組患者IL-6、IL-8、IL-10 水平較革蘭氏陽性菌組患者明顯升高。其余指標(biāo)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表1。

2.3 血源性感染組與非血源性感染組細(xì)胞因子水平比較

血源性感染組與非血源性感染組患者細(xì)胞因子均明顯升高。并且經(jīng)兩樣本秩和檢驗(yàn)，血源性感染組和非血源性感染組IL-2、IL-6、IL-10、IL-17 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），血源性感染組患者IL-2、IL-6、IL-10 較非血源性感染組患者升高更為劇烈，其余指標(biāo)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表2。

2.4 膿毒癥組與膿毒性休克組患者細(xì)胞因子比較

表1 革蘭氏陰性桿菌組和革蘭氏陽性桿菌組情況比較Tab.1 Comparison results between the gram-negative and gram-positive groups

表2 血源性感染組和非血源性感染組情況比較Tab.2 Comparison of blood-borne infection group and non-blood-borne infection group

膿毒癥及膿毒性休克患者體內(nèi)細(xì)胞因子均大量升高。而將膿毒癥組患者與膿毒性休克組患者比較，經(jīng)兩樣本秩和檢驗(yàn)，膿毒性休克組患者細(xì)胞因子升高更為劇烈，兩組除IL-17 差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.358），其余指標(biāo)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），膿毒性休克組患者體內(nèi)細(xì)胞因子甚至可升高至正常人體的上千倍，見表3。

表3 膿毒癥組和膿毒性休克組情況比較Tab.3 Comparison results between the sepsis group and the septic shock group

3 討論

細(xì)胞因子是由淋巴細(xì)胞及某些非免疫細(xì)胞合成及釋放的小分子多肽，在體內(nèi)免疫調(diào)節(jié)方面具有重要作用。有研究表明：感染性疾病在發(fā)病及進(jìn)展過程中，細(xì)胞因子扮演者重要角色[21]，感染過程中，細(xì)胞因子水平會(huì)顯著升高。疾病感染早期階段，IL-1 及IL-6 通過誘導(dǎo)補(bǔ)體產(chǎn)生從而在炎癥反應(yīng)中起著調(diào)理作用；IL-10 起抗炎作用，可抑制Th1 應(yīng)答作用；IL-4 可在轉(zhuǎn)錄水平促進(jìn)IL-10 產(chǎn)生，對(duì)IL-10 的抑制作用偏大，但并不能完全抑制IL-10基因表達(dá)。同時(shí)，有研究報(bào)道，IL-6 在細(xì)菌感染的中性粒細(xì)胞減少癥患者中具有高敏感度和特異性，并且與患者預(yù)后相關(guān)[11]。Tang 等[12]在兒童血液腫瘤治療中發(fā)現(xiàn)細(xì)菌感染患兒IL-6 和IL-10 顯著增高。分析其相關(guān)機(jī)制，可能是因?yàn)楦锾m氏陰性菌的內(nèi)毒素（LPS） 和革蘭氏陽性菌的胞壁肽（MDP） 是IL-6 合成與釋放的有效誘導(dǎo)劑[13]。

3.1 細(xì)胞因子對(duì)感染性疾病的診斷價(jià)值

細(xì)胞因子在機(jī)體受到損傷或炎癥感染時(shí)發(fā)揮重要作用。細(xì)胞因子主要分為促炎因子及抗炎因子，二者之間的平衡決定炎癥反應(yīng)的走向。分化的T細(xì)胞繼續(xù)參與炎癥反應(yīng)并產(chǎn)生自身的細(xì)胞因子，導(dǎo)致復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)和各種生理反應(yīng)。本研究顯示，感染患者體內(nèi)細(xì)胞因子明顯增高，考慮可能與以下機(jī)制有關(guān)：感染患者機(jī)體促炎及抗炎的平衡是維持機(jī)體正常免疫功能的基礎(chǔ)，機(jī)體免疫反應(yīng)失調(diào)則會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞因子風(fēng)暴的形成。首先，活化的T細(xì)胞釋放大量促炎細(xì)胞因子和趨化因子等[14]。增高的促炎細(xì)胞因子和趨化因子 （包括IL-1、IL-6、IL-17、IL-12、TNF-α、IFN-α、IFN-β、IFN-γ 等） 導(dǎo)致了巨噬細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞的活化，巨噬細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞繼續(xù)釋放細(xì)胞因子，并通過自分泌和旁分泌等級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而進(jìn)一步活化更多免疫細(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞因子大量增加，甚至?xí)隗w內(nèi)形成細(xì)胞因子風(fēng)暴，損傷自身免疫系統(tǒng)和正常組織細(xì)胞功能[15]。

3.2 鑒別革蘭氏陽性菌感染及革蘭氏陰性菌感染

本研究通過分析革蘭氏陰性菌組及革蘭氏陽性菌組患者細(xì)胞因子不同表現(xiàn)，得出結(jié)果：革蘭氏陰性菌組和革蘭氏陽性菌組IL-6、IL-8、IL-10、IL-17 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，尤其是革蘭氏陰性菌組患者IL-6、IL-8、IL-10 水平較革蘭氏陽性菌組患者明顯升高。段金燕等人[16]有研究表明：通過對(duì)比金黃色葡萄球菌及大腸埃希菌感染小鼠體內(nèi)炎癥因子變化情況，發(fā)現(xiàn)感染大腸桿菌的動(dòng)物的血清IL-1α、IL-6、MCP-1 和IL-10 水平顯著增加。認(rèn)為IL-1α、IL-6 和IL-10 可能能夠區(qū)分革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌感染。Vanska M[17]等人也發(fā)現(xiàn)：革蘭氏陰性菌感染與革蘭氏陽性菌感染產(chǎn)生的炎性介質(zhì)并不相同。相關(guān)研究結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果基本相符。結(jié)合相關(guān)參考文獻(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果機(jī)制可能是因?yàn)椴煌愋偷募?xì)菌感染激活的細(xì)胞表面受體不同[18]。研究結(jié)果表明IL-6、IL-8 和IL-10 在診斷革蘭氏陽性菌感染和革蘭氏陰性菌感染方面可能存在一定的價(jià)值。

3.3 鑒別血源性感染及非血源性感染

血源性感染（bloodstream infection，BSI） 是臨床常見的一種進(jìn)展迅速的全身性感染性疾病，發(fā)病率及死亡率均較高[19]。前期研究表明：血源性感染患者血清細(xì)胞因子TNF-α、IL-6、IL-1β 和IL-8 在疾病發(fā)展過程中起重要作用，研究采用ELISA 法測(cè)定血源性感染患者早期血清細(xì)胞因子變化情況，結(jié)果表明：與對(duì)照組相比，血源性感染組患者血清細(xì)胞因子TNF-α、IL-6、IL-1β 和IL-8 表達(dá)明顯增加[13]，這為血源性感染診斷提供了參考依據(jù)。

本研究通過比較血源性感染組與非血源性感染組患者血清細(xì)胞因子的不同表現(xiàn)，結(jié)果顯示兩組IL-6、IL-10、IL-2 差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。兩組患者細(xì)胞因子均明顯升高，且血源性感染組患者IL-2、IL-6、IL-10 較非血源性感染組患者升高更為劇烈。Gómez-Zorrilla 等人[20]行前瞻性研究表明：IL-6 及IL-10 在發(fā)生菌血癥的患者中明顯增高。與本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果相符，表明細(xì)胞因子，尤其是IL-6、IL-10 在血源性感染診斷方面可能具有一定的價(jià)值。

3.4 細(xì)胞因子在膿毒癥病情分層中的應(yīng)用價(jià)值

膿毒癥是因患者機(jī)體對(duì)感染的免疫反應(yīng)失調(diào)所導(dǎo)致的一系列器官功能障礙綜合征[43]，患者在膿毒癥基礎(chǔ)上出現(xiàn)嚴(yán)重的循環(huán)、細(xì)胞和代謝紊亂，則稱為膿毒性休克，膿毒性休克死亡風(fēng)險(xiǎn)更高[21]。因此，早期診斷及實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)膿毒癥患者病情嚴(yán)重程度十分重要。Sherwin C 等人[22]研究發(fā)現(xiàn)：相比于正常人，膿毒癥患者血清中的細(xì)胞因子水平顯著增高。目前，已有研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞因子可能在診斷新生兒和成人膿毒癥方面具有一定價(jià)值。Jekarl DW 等[23]對(duì)97 例膿毒癥患者在內(nèi)的127 例SIRS 患者的13 種細(xì)胞因子進(jìn)行了評(píng)估，該項(xiàng)研究證明IL-6 有助于膿毒癥的診斷。

但是，目前對(duì)膿毒癥病情嚴(yán)重程度分層仍缺乏特異性標(biāo)志物，臨床需依靠SOFA 評(píng)分、APACHE II 評(píng)分來評(píng)估患者病情嚴(yán)重程度[24]，但評(píng)估數(shù)據(jù)繁瑣，操作難度較大且涉及相關(guān)實(shí)驗(yàn)室檢查較多[25]；國(guó)內(nèi)外關(guān)于細(xì)胞因子對(duì)膿毒癥病情嚴(yán)重程度分層的應(yīng)用價(jià)值的研究也相對(duì)較少。本研究結(jié)果顯示：膿毒癥及膿毒性休克患者體內(nèi)細(xì)胞因子大量升高，經(jīng)兩樣本秩和檢驗(yàn)?zāi)摱景Y組和膿毒性休克組除IL-17 差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.358），其余指標(biāo)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。膿毒性休克組患者細(xì)胞因子甚至可升高至正常人體的上千倍。其原因可能是各種促炎因子及抗炎因子共同參與炎癥反應(yīng)的應(yīng)答與放大，分化的T 細(xì)胞繼續(xù)參與炎癥反應(yīng)并產(chǎn)生自身的細(xì)胞因子，導(dǎo)致復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)和各種生理反應(yīng)，過度刺激的免疫系統(tǒng)甚至?xí)?dǎo)致免疫反應(yīng)失調(diào)，從而通過自分泌和旁分泌等級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而進(jìn)一步活化更多免疫細(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞因子大量增加，甚至?xí)隗w內(nèi)形成細(xì)胞因子風(fēng)暴[26]。本研究結(jié)果顯示細(xì)胞因子在膿毒癥病情嚴(yán)重程度分層中可能具有一定的診斷價(jià)值，為膿毒癥/膿毒性休克患者早期診療提供一定的參考依據(jù)。

綜上所述，目前臨床診斷感染性疾病方法及手段較多，但在明確感染性疾病病原菌類別及判斷疾病嚴(yán)重程度方面仍缺乏有效及便捷的檢查方法，仍需依靠臨床醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)性判斷及多種實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)相結(jié)合來明確診斷；而且部分實(shí)驗(yàn)室檢查如標(biāo)本培養(yǎng)鑒定、宏基因二代測(cè)序技術(shù)、呼吸道病原體基因檢測(cè)等因?yàn)楹臅r(shí)較長(zhǎng)，標(biāo)本要求相對(duì)較高等原因，容易使臨床醫(yī)生錯(cuò)過患者的最佳治療時(shí)機(jī)。本研究顯示細(xì)胞因子譜在診斷感染性疾病種類及病情嚴(yán)重程度方面可能具有一定的價(jià)值，而且具有檢測(cè)方法簡(jiǎn)便、靈敏度較高、價(jià)格相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)，可能會(huì)為臨床診斷感染性疾病提供新的思路及方法。