王秋桐,安耀震,劉穎,趙瑞
截至2021年2月,世界衛(wèi)生組織公布的數(shù)據(jù)顯示,全球近240多個(gè)國(guó)家COVID-19確診人數(shù)超過(guò)1億人,死亡人數(shù)累計(jì)230萬(wàn)余人[1]。新型冠狀病毒可通過(guò)飛沫、呼吸道分泌物、與COVID-19患者直接接觸等方式傳播[2],也有證據(jù)表明,無(wú)癥狀感染者亦可傳播病毒[3]。生物標(biāo)志物可能會(huì)協(xié)助COVID-19的疾病早期預(yù)判、進(jìn)展監(jiān)測(cè)及輔助評(píng)估患者預(yù)后。目前,醫(yī)學(xué)界針對(duì)COVID-19尚無(wú)特效治療藥物,因而尋找可早期判別疾病嚴(yán)重程度、指導(dǎo)分級(jí)診療及預(yù)測(cè)患者預(yù)后的相關(guān)生物標(biāo)志物,對(duì)精準(zhǔn)治療有重大指導(dǎo)意義。
COVID-19患者臨床癥狀以發(fā)熱、干咳、呼吸急促和頭痛較為常見(jiàn)[4],有基礎(chǔ)病史(高血壓、糖尿病、心血管疾病等)的危重型患者70%以上還會(huì)迅速發(fā)展成為急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratry distress syndrme,ARDS)、代謝性酸中毒、凝血功能障礙、急性心肌損傷或多器官功能衰竭(multiple organ failure,MOF),且其繼發(fā)性死亡率較高[5-6]。而這些主要臨床癥狀可借助生物標(biāo)志物進(jìn)行早期識(shí)別,為重癥患者的早期干預(yù)治療和預(yù)后的改善提供客觀依據(jù)。原中華人民共和國(guó)衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)和中醫(yī)藥管理局聯(lián)合發(fā)布的《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第七版)》提到,重型和危重型COVID-19患者淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)(lymphocyte,LC)進(jìn)行性減少,白介素6(interleukin 6,IL-6)、C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein,CRP)進(jìn)行性上升[7];有些研究還提到乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase,LDH)、肌酸激酶(creatine kinase,CK)和心肌肌鈣蛋白(cardiac troponin,cTn)與COVID-19疾病嚴(yán)重程度有關(guān)[8-9]。筆者通過(guò)檢索相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),白細(xì)胞計(jì)數(shù)(white blood cell count,WBC)、D-二聚體(D-Dimer,D-D)、降鈣素原(procalcitonin,PCT)等20余種生物標(biāo)志物的變化亦對(duì)COVID-19患者分級(jí)診療、病情嚴(yán)重程度判斷及預(yù)后預(yù)測(cè)具有一定作用。本文旨在探討COVID-19相關(guān)生物標(biāo)志物的臨床使用價(jià)值,以期為臨床診療提供參考。
筆者將20余種生物標(biāo)志物按類別劃分為:血液學(xué)生物標(biāo)志物、生物化學(xué)標(biāo)志物、炎性因子生物標(biāo)志物、凝血生物標(biāo)志物、腎臟生物標(biāo)志物5大類進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)重型和危重型COVID-19患者相關(guān)的生物標(biāo)志物異常變化更明顯,詳見(jiàn)表1。
與COVID-19相關(guān)的血液學(xué)生物標(biāo)志物主要有:WBC、LC、中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)(neutrophil count,NC)、中性粒細(xì)胞與淋巴細(xì)胞比值(neutrophil to lymphocyte ratio,NLR)、血小板計(jì)數(shù)(platelet count,PLT)、嗜酸粒細(xì)胞計(jì)數(shù)(eosinophil count,EOS)、血紅蛋白(hemoglobin,Hb)等。
研究顯示,80%重型、危重型COVID-19患者均存在WBC增加,但僅有約20%的輕型COVID-19患者存在WBC增加[10]。一項(xiàng)回顧性研究發(fā)現(xiàn),與非重癥患者相比,重癥患者WBC和NC明顯增加(5.6×109/L比4.9×109/L,P<0.001;4.3×109/L比3.2×109/L,P<0.001),由于重癥患者LC偏低,故NLR明顯增加(5.5與3.2,P<0.001)[11]。一項(xiàng)匯總了3 377例COVID-19患者的Meta分析結(jié)果表明,COVID-19患者WBC明顯增加及LC、PLT下降可能是疾病進(jìn)展的潛在標(biāo)志[12]。但WBC預(yù)測(cè)疾病進(jìn)展的準(zhǔn)確性也會(huì)受到糖皮質(zhì)激素治療和某些病毒、細(xì)菌的影響。
T淋巴細(xì)胞和自然殺傷(natural killer,NK)細(xì)胞作為控制病毒感染所必需的細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞,其功能衰竭與COVID-19疾病進(jìn)展呈正相關(guān),且危重型患者血液中T淋巴細(xì)胞、NK細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞總數(shù)相對(duì)參考范圍下限偏低[13]。低水平CD8+T淋巴細(xì)胞是預(yù)測(cè)COVID-19病情嚴(yán)重程度的獨(dú)立影響因素,高CD4+T淋巴細(xì)胞/CD8+T淋巴細(xì)胞患者常臨床療效不佳[14],而特異性T淋巴細(xì)胞亞群與住院期間死亡率和危重癥有關(guān)聯(lián),若CD4+T淋巴細(xì)胞、CD8+T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞分別低于104、85、82個(gè)/μl的預(yù)警值,則COVID-19患者在住院期間死亡風(fēng)險(xiǎn)更高[15]。
有文獻(xiàn)指出,EOS與LC呈正相關(guān),入院患者EOS水平極低可能和預(yù)后不良存在關(guān)系[16]。LIU等[17]的研究也提到,入院前COVID-19患者EOS較低,出院時(shí)恢復(fù)至參考范圍,可認(rèn)為EOS恢復(fù)至參考范圍可能是COVID-19患者臨床癥狀改善的一個(gè)指標(biāo)。但LIPPI等[18]認(rèn)為,EOS減少與COVID-19病情進(jìn)展并無(wú)關(guān)聯(lián)〔WMD=-0.01×109,95%CI(-0.07×109,0.04×109),P=0.99〕。所以將EOS作為生物標(biāo)志物預(yù)測(cè)COVID-19的靈敏度和特異度還有待大樣本臨床數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證。
NLR作為一種炎性標(biāo)志物,在評(píng)估COVID-19患者疾病嚴(yán)重程度和臨床結(jié)局方面也有重要價(jià)值,COVID-19患者NLR升高可能由于感染病毒后導(dǎo)致病理性低密度NC增加及淋巴細(xì)胞死亡通路相關(guān)基因表達(dá)增強(qiáng)所引起。相關(guān)研究已證明,NLR是COVID-19患者疾病嚴(yán)重程度的獨(dú)立影響因素[19]和危重癥患者早期潛在生物標(biāo)志物[20]。LAGUNAS-RANGEL[21]在Meta分析中也證實(shí),重型和急危重型COVID-19患者的NLR明顯升高與較差的臨床結(jié)局存在聯(lián)系。
研究顯示,重型和危重型COVID-19患者Hb(P<0.003 3)和紅細(xì)胞計(jì)數(shù)(red blood cell count,RBC)(P<0.004 7)明顯低于參考范圍下限[22],推測(cè)可能與病毒直接侵害骨髓前體,造成細(xì)胞造血異常或抑制造血功能有關(guān),這種推測(cè)在PRILUTSKIY等[23]的COVID-19患者尸檢報(bào)告中也有提及,該現(xiàn)象還有待進(jìn)一步深入研究。PLT也與危重型COVID-19患者死亡率及疾病嚴(yán)重程度分層存在獨(dú)立相關(guān)性,低PLT常預(yù)示著疾病惡化和死亡風(fēng)險(xiǎn)增加[24]。COVID-19患者出現(xiàn)微血栓現(xiàn)象與PLT偏低也有直接聯(lián)系[25],分析原因?yàn)槭軅姆谓M織和內(nèi)皮細(xì)胞激活了肺組織的血小板,促進(jìn)了肺內(nèi)微血栓的聚集,血小板消耗量增加。一項(xiàng)納入113例COVID-19患者的研究通過(guò)多因素Cox回歸分析計(jì)算出纖維蛋白原與白蛋白比值(fibrinogen to albumin ratio,F(xiàn)AR)和PLT是疾病進(jìn)展的獨(dú)立影響因素[26],受試者工作特征曲線(receiver operating characteristic curve,ROC曲線)分析也提示FAR<0.088 3和PLT>135×109/L的COVID-19患者不太可能發(fā)展成重癥。
此外,還有證據(jù)顯示,COVID-19患者中的單核細(xì)胞可激活兩個(gè)可溶性標(biāo)志物——可溶性CD14(soluble CD14,sCD14)和可溶性CD163(soluble CD163,sCD163),進(jìn)而對(duì)疾病嚴(yán)重程度進(jìn)行評(píng)估,危重型COVID-19患者的sCD14(2 444.0 ng/ml)、sCD163(911.5 ng/ml)水平明顯高于健康對(duì)照組(1 788.0 ng/ml ,495.6 ng/ml ,P<0.000 1),且sCD14水平與LDH(P=0.001)、CRP(P<0.001)、PCT(P=0.009)、血 清 鐵 蛋 白(P=0.009)、IL-6(P< 0.001) 等 炎 性 因子水平呈正相關(guān),sCD163水平還與患者入院時(shí)間呈正相關(guān)(P=0.016)[27],以上數(shù)據(jù)表明,單核細(xì)胞的這些可溶性激活標(biāo)志物可用于監(jiān)測(cè)單核細(xì)胞活性和外周血單核細(xì)胞炎性細(xì)胞因子的變化狀態(tài),也暗示了這些變化可能與COVID-19病情進(jìn)展存在關(guān)聯(lián)。
總之,與輕型COVID-19患者相比,重型和危重型COVID-19患者的WBC、EOS、Hb、PLT減少,NC、NLR增加,這些血液學(xué)生物標(biāo)志物的變化有助于臨床醫(yī)生早期預(yù)判COVID-19患者疾病嚴(yán)重程度和預(yù)后。
與COVID-19相關(guān)的生物化學(xué)標(biāo)志物主要有:丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(alanine aminotransferase,ALT)、天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(aspartate amino transferase,AST)、CK、LDH、cTn等。
AIKAWA等[28]的薈萃分析結(jié)果指出,COVID-19患者中,有心血管疾病病史者死亡率更高,新型冠狀病毒引發(fā)的病毒性心肌炎和后期進(jìn)展為MOF均會(huì)造成患者心肌損傷,hs-cTn水平升高與住院期間死亡率增加明顯相關(guān)〔OR=22.7,95%CI(13.6,38.1),P<0.001〕,可以為疾病進(jìn)展和死亡率預(yù)測(cè)提供參考。HENRY等[29]和CHEN等[30]的研究均指出,出現(xiàn)MOF的危重型COVID-19患者的ALT、AST、CK、cTn水平均明顯升高。CHEN等[30]的前瞻性試驗(yàn)還提示,cTn水平>0.05 ng/ml是COVID-19患者死亡風(fēng)險(xiǎn)的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素。COVID-19也會(huì)破壞患者的肝功能,可能與新型冠狀病毒直接與肝細(xì)胞結(jié)合有關(guān),也有可能是炎性因子免疫反應(yīng)導(dǎo)致肝臟受損。一項(xiàng)納入5 711例COVID-19患者的多中心回顧性隊(duì)列研究指出,COVID-19患者ALT與AST明顯上升,且與死亡率密切相關(guān),早期識(shí)別急危重型患者心肌損傷有助于ICU分診治療,并可提示及時(shí)使用強(qiáng)心劑和血管收縮藥物[31]。
LDH是葡萄糖代謝中乳酸轉(zhuǎn)化的主要酶物質(zhì),其水平升高可提示病毒存在或有肺損傷。重型COVID-19患者的LDH水平高于非重型COVID-19患者(248 U/L與151 U/L,P=0.002),且重型COVID-19患者入院治療幾天后仍維持較高水平LDH(160 U/L與218 U/L,P=0.002)[32],所以LDH水平可能是預(yù)測(cè)重型COVID-19患者的潛在標(biāo)志物,若與CT聯(lián)用,可能會(huì)更加有利于疾病嚴(yán)重程度的預(yù)判。
同型半胱氨酸(hemocyanin,Hcy)作為COVID-19生物標(biāo)志物的相關(guān)研究較少,尤其是關(guān)于心血管疾病合并COVID-19患者的前瞻性研究更是罕見(jiàn)。YANG等[33]針對(duì)273例入院第1周行胸部CT檢查的COVID-19患者的血液學(xué)指標(biāo)和生化參數(shù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),胸部CT檢查示病情進(jìn)展的患者(71例)Hcy水平明顯高于胸部CT檢查示病情未進(jìn)展的患者(202例)(10.7 μmol/L與9.3 μmol/L,P=0.006);此外,預(yù)測(cè)COVID-19患者胸部CT檢查示病情進(jìn)展的Hcy最佳截?cái)嘀禐?10.58 μmol/L。
CRP是肝臟細(xì)胞產(chǎn)生的血漿蛋白,是臨床上常用的急性炎性反應(yīng)標(biāo)志物,其水平與COVID-19病情嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[34]。一項(xiàng)單中心回顧性研究指出,重型COVID-19患者CRP水平明顯高于非重型COVID-19患者(57.9 mg/L與33.2 mg/L,P< 0.001)[11]。LIU等[35]的研究還發(fā)現(xiàn),當(dāng)CRP水平>41.8 mg/L時(shí),患者進(jìn)展為危重型的風(fēng)險(xiǎn)明顯增加〔HR=4.394,95%CI(1.924,10.033),P<0.001〕。以上兩項(xiàng)研究均證實(shí)了CRP是COVID-19患者臨床診斷和判別病情嚴(yán)重程度的一個(gè)強(qiáng)有力的生物標(biāo)志物。
血清淀粉樣蛋白A(serum amyloid A,SAA)也是一種急性炎性反應(yīng)標(biāo)志物和疾病嚴(yán)重程度的敏感指標(biāo),對(duì)COVID-19患者預(yù)后有一定預(yù)測(cè)價(jià)值[36]。CRP、SAA、LC、SAA/LC預(yù)測(cè)重型COVID-19的ROC曲線下面積從大到小分別為SAA/LC、CRP、SAA、LC,表明SAA/LC可能是區(qū)分重型COVID-19患者和輕型COVID-19患者的可靠指標(biāo);此外,若患者從入院到康復(fù)出院的過(guò)程中SAA、SAA/LC持續(xù)下降,則意味著患者可能會(huì)有更好的預(yù)后,動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)SAA水平并聯(lián)合CT檢查可能對(duì)COVID-19的診斷和治療具有重要價(jià)值[37]。
COOMES等[38]的薈萃分析提到,重型COVID-19患者IL-6水平比非重型COVID-19患者高出2.9倍,ARDS發(fā)生率和死亡率也明顯偏高(P=0.02)。LIU等[35]的Cox回歸分析結(jié)果顯示,IL-6水平>32.1 pg/ml時(shí),可以用作預(yù)測(cè)COVID-19病情嚴(yán)重程度的指標(biāo)〔HR=2.375,95%CI(1.058,5.329),P<0.001〕。
在人體出現(xiàn)嚴(yán)重感染或炎性反應(yīng)時(shí),PCT水平會(huì)急劇上升,比參考范圍上限高出百倍,當(dāng)PCT水平>0.07 ng/ml時(shí),患者發(fā)生嚴(yán)重疾病的可能性明顯升高(P<0.000 1)[35]。LIPPI等[39]的Meta分析也提示,PCT水平升高使患者轉(zhuǎn)變成重型COVID-19的風(fēng)險(xiǎn)提升了近5倍〔OR=4.76,95%CI(2.74,8.29)〕。雖然PCT在患者初診時(shí)可協(xié)助預(yù)判疾病嚴(yán)重程度,但會(huì)受到類似充血性心力衰竭等基礎(chǔ)病的干擾,在預(yù)測(cè)患者預(yù)后方面并不可靠。
此外,相關(guān)臨床研究還提到了IL-2、IL-7、IL-10、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、干擾素誘導(dǎo)蛋白(interferon induced protein,IP)-10、單核細(xì)胞趨化蛋白(monocyte chemotactic protein,MCP)-1、巨噬細(xì)胞炎癥蛋白(macrophage inflammatory ptotein,MIP)-1α、粒細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor,G-CSF),這些指標(biāo)不僅與COVID-19疾病嚴(yán)重程度存在關(guān)聯(lián),還可能與患者死亡率有關(guān)[6,12,40-42],但 IP-10、MCP-1 目前只限于應(yīng)用于重型、危重型COVID-19患者,其他類型患者還有待進(jìn)一步研究。
凝血生物標(biāo)志物異常常與患者預(yù)后不良有關(guān),尤其是危重型COVID-19患者會(huì)存在嚴(yán)重的凝血功能障礙及血栓形成。研究顯示,COVID-19患者D-D水平較參考范圍上限增加40%左右,與嚴(yán)重并發(fā)癥發(fā)生率、死亡率存在相關(guān)性,也是疾病嚴(yán)重程度的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子[43-44]。亦有研究顯示,D-D水平有助于ICU COVID-19患者的分流和早期惡化的檢測(cè)(重型COVID-19患者中位D-D水平為2.4 mg/L,非重型COVID-19患者的中位D-D水平為0.5 mg/L,P=0.004 2)[5]。D-D水平>1.0 μg/ml時(shí)會(huì)增加COVID-19患者的死亡風(fēng)險(xiǎn)(P<0.003 3),>2.0 μg/ml可以作為預(yù)測(cè)住院期間死亡率的一個(gè)臨界值[45]。凝血酶原時(shí)間(prothrombin time,PT)可能與疾病嚴(yán)重程度及死亡率有關(guān)。WANG等[46]的一項(xiàng)涉及296例COVID-19患者的回顧性研究指出,治療期間死亡患者的平均PT和活化部分凝血活酶時(shí)間(activated partial thromboplastin time,APTT)長(zhǎng)于生存患者。TANG等[47]也得出相似結(jié)論,死亡患者PT明顯延長(zhǎng),而且D-D和纖維蛋白降解產(chǎn)物(fibrinogen degradation products,F(xiàn)DP)水平也明顯高于生存患者。在急危重型COVID-19患者的搶救過(guò)程中,機(jī)械通氣的效果并不理想,甚至?xí)?dǎo)致局部肺損傷,這與重型COVID-19患者常伴隨較嚴(yán)重的凝血功能異常和繼發(fā)性纖溶存在一定關(guān)聯(lián)。在COVID-19治療中加入抗凝治療具有重要應(yīng)用價(jià)值,由于COVID-19患者普遍存在PT、APTT、FDP、D-D等凝血參數(shù)異常升高、PLT嚴(yán)重減少,極易造成血液高凝態(tài)并伴隨彌散性血管內(nèi)凝血(disseminated intravascular coagulation,DIC)[48],再加之危重型COVID-19患者搶救使用體外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)可能會(huì)增加血栓性疾病的發(fā)病率[49-50],臨床中需密切關(guān)注COVID-19患者的凝血指標(biāo),出現(xiàn)預(yù)警時(shí)應(yīng)及時(shí)干預(yù)。
COVID-19的表現(xiàn)不僅是彌漫性肺泡損傷和急性呼吸衰竭,肺部發(fā)生感染后,病毒可能會(huì)進(jìn)入血液,在腎臟中積聚并損害腎臟細(xì)胞,因而腎臟生物標(biāo)志物變化或許與COVID-19存在關(guān)聯(lián)。XIANG等[51]研究表明,重型COVID-19患者反映腎小球?yàn)V過(guò)率功能的生物標(biāo)志物——尿素、Cr、半胱氨酸蛋白酶抑制劑C(cystatin C,CysC)水平明顯高于輕微型COVID-19患者(P<0.001),這3個(gè)指標(biāo)也可能在判別重型COVID-19和輕型COVID-19上有一定的應(yīng)用價(jià)值。CHENG等[52]的一項(xiàng)納入701例COVID-19患者的前瞻性研究顯示,基線Cr水平升高的患者急性腎損傷(acute kidney injury,AKI)的發(fā)生率明顯高于基線Cr水平正常的患者(11.9%與4.0%,P<0.001);住院期間Cr水平升高的患者死亡率為33.7%,高于住院期間Cr水平正常的患者(13.2%);Cox回歸分析結(jié)果顯示,蛋白尿〔HR=6.80,95%CI(2.97,15.56)〕、 血 尿〔HR=8.89,95%CI(4.41,17.96)〕、Cr峰 值 > 133 μmol/L〔HR=3.09,95%CI(1.95,4.87)〕 是COVID-19患者院內(nèi)死亡的影響因素。綜上,COVID-19患者入院時(shí)出現(xiàn)腎功能不全和住院期間出現(xiàn)AKI,會(huì)增加治療期間的死亡率。所以在COVID-19的治療中,臨床醫(yī)生有必要對(duì)住院患者早期進(jìn)行腎功能篩查和預(yù)防腎臟損傷,對(duì)腎臟疾病及時(shí)干預(yù)可能有助于降低COVID-19患者死亡率并改善預(yù)后。
綜上所述,COVID-19相關(guān)生物標(biāo)志物可能在該疾病的臨床早期輔助診斷(D-D)、疾病嚴(yán)重程度區(qū)分(CD8+T淋巴細(xì)胞、CD4+T淋巴細(xì)胞/CD8+T淋巴細(xì)胞、NLR、PLT、LDH、CRP、IL-6、PCT、尿素、Cr、CysC、SAA/LC)、疾病進(jìn)展預(yù) 測(cè)(WBC、LC、FAR、sCD14、sCD163、PT)、ICU 患 者分級(jí)治療(ALT、AST、D-D)和預(yù)后改善(SAA、EOS、NLR、cTn、D-D、SAA/LC)等方面有一定的應(yīng)用價(jià)值,這不但有利于整合醫(yī)療資源配置、提升臨床治療效果和嚴(yán)重并發(fā)癥的預(yù)防,也有助于患者改善預(yù)后和降低死亡率。但目前世界范圍內(nèi)對(duì)該疾病的研究尚在起步期,期待未來(lái)在世界范圍內(nèi)進(jìn)行大樣本量的臨床試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這些生物標(biāo)志物的作用。此外,血管緊張素(angiotensin,Ang)Ⅱ[53]、Ang-(1-7)、alamandine[54]、可溶性細(xì)胞間黏附分子1(soluble intercellular adhesion molecule-1,sICAM-1)[55]等新的生物標(biāo)志物也正在研究中,這些生物標(biāo)志物可用于COVID-19的篩選、臨床管理和嚴(yán)重并發(fā)癥的預(yù)防,但其應(yīng)用價(jià)值還需要大樣本量的臨床試驗(yàn)予以驗(yàn)證。
作者貢獻(xiàn):王秋桐進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì),撰寫論文;王秋桐、趙瑞進(jìn)行文章的可行性分析,論文的修訂,負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校;王秋桐、安耀震、劉穎進(jìn)行文獻(xiàn)/資料收集與整理;趙瑞對(duì)文章整體負(fù)責(zé)、監(jiān)督管理。
本文無(wú)利益沖突。