膿毒癥表型研究新進(jìn)展

周蘇 蔣永潑 戴罕之 林榮海

1紹興文理學(xué)院醫(yī)學(xué)院（浙江紹興 312000）；2浙江省臺州醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科（浙江臺州 317000）；3臺州市立醫(yī)院（浙江臺州 318000）

膿毒癥（sepsis）是由感染引起的全身炎癥反應(yīng)綜合征（systemic inflammatory response syndrome，SIRS），伴有器官功能障礙，是全球性疾病及死亡的主要原因之一，及時(shí)的診斷和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估是減少膿毒癥并發(fā)癥和降低病死率的關(guān)鍵［1］。表現(xiàn)型（簡稱表型），指特定基因型生物個(gè)體在一定環(huán)境條件下所表現(xiàn)出來的性狀特征。膿毒癥是一種高異質(zhì)性綜合征，具有大量的臨床和生物學(xué)特征，可能形成不同的潛在表型。筆者經(jīng)過檢索近期膿毒癥相關(guān)表型的研究，總結(jié)以下幾類分型，幫助急重癥醫(yī)學(xué)科醫(yī)師更好的認(rèn)識各類表型特征，并為膿毒癥的分類、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)治療及預(yù)后評估提供更好的依據(jù)。

1 膿毒癥組學(xué)分型

膿毒癥的宿主反應(yīng)高異質(zhì)性一直是影響高病死率患者的識別及治療選擇的因素。隨著精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究的出現(xiàn)，使基因組等組學(xué)技術(shù)在分子學(xué)水平取得極大進(jìn)步，這也為膿毒癥的精準(zhǔn)治療策略提供了可能。

1.1 根據(jù)全基因組血液基因表達(dá)譜分類 SCICLUNA等［2］通過進(jìn)行分子診斷和風(fēng)險(xiǎn)分層項(xiàng)目（MARS）研究，報(bào)告了一項(xiàng)關(guān)于膿毒癥轉(zhuǎn)錄組學(xué)的成果。研究收集了三個(gè)膿毒癥隊(duì)列患者的血樣并生成全血基因表達(dá)譜，通過無監(jiān)督共識聚類技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)評估了140 個(gè)基因分類器，將膿毒癥患者分為四類即Mars 1 ～4，臨床資料顯示不同表型間患者的膿毒性休克患病率、SOFA評分和病死率存在差異，而伴隨疾病、APACHEIV 評分或急性肺損傷等無明顯差異。差異基因表達(dá)分析表明各型的基因表達(dá)不同：Mars1 型參與先天性和適應(yīng)性免疫信號相關(guān)基因的下調(diào)，其隊(duì)列患者具有相對免疫抑制性、死亡率高；Mars2 型涉及模式識別、細(xì)胞因子、細(xì)胞生長等適應(yīng)性免疫功能的基因表達(dá)上調(diào)；Mars3 型與適應(yīng)性免疫途徑的基因表達(dá)上調(diào)有關(guān)，該型患者預(yù)后相對更好；而Mars4 型與識別模式和細(xì)胞因子通路的基因表達(dá)上調(diào)有關(guān)，最終還找出各型中特異表達(dá)較高的候選分子生物標(biāo)志物分別為二磷酸甘油酸變位酶（BPGM）、生長停滯和DNA 損傷誘導(dǎo)α（GADD45A）、AHNAK 核蛋白（AHNAK）和干擾素誘導(dǎo)蛋白與四肽重復(fù)序列5（IFIT5）。膿毒癥Mars表型目前尚未應(yīng)用于臨床，但部分學(xué)者借鑒其基因數(shù)據(jù)源、或機(jī)器學(xué)習(xí)模型以及膿毒癥免疫反應(yīng)機(jī)制的啟發(fā)等衍生出新的研究。此類MARS 表型的識別也可能用于臨床試驗(yàn)的個(gè)性化藥物管理和選擇，并為預(yù)測基因富集提供了機(jī)會，加強(qiáng)免疫療法或許能更好地治療Mars1 型患者，但以上理論還需進(jìn)一步的臨床研究以驗(yàn)證。

1.2 根據(jù)單核細(xì)胞軌跡分類 免疫系統(tǒng)是膿毒癥發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵，而單核細(xì)胞人類白細(xì)胞抗原DR 表面蛋白（the monocyte human leukocyte antigen DR surface protein，mHLA-DR）通過給T 細(xì)胞呈遞抗原在免疫反應(yīng)中至關(guān)重要。BODINIER 等［3］運(yùn)用KmL 聚類法分析膿毒癥患者入住ICU 后第1 周的mHLA-DR軌跡得出四種分型：（1）非改進(jìn)型：mHLADR表達(dá)持續(xù)較低或幾乎不增加，平均低于4 000AB∕C（AB∕C，每個(gè)單核細(xì)胞結(jié)合的抗體數(shù)，表示mHLADR 表達(dá)程度，健康者測量值作為參考值）；（2）衰退型：從mHLA-DR 表達(dá)參考值開始逐漸下降至7 500AB∕C 以下；（3）改進(jìn)型：mHLA-DR 表達(dá)逐漸增加至第1周末幾乎達(dá)到參考值；（4）高表達(dá)型：mHLADR 表達(dá)快速增加直至參考區(qū)間，四種分型軌跡基本均低于健康者。研究表明膿毒癥患者早期（入住ICU 第1 周內(nèi)）存在單核細(xì)胞的持續(xù)失活會增加ICU 獲得性感染發(fā)病率、病死率以及住院時(shí)間等風(fēng)險(xiǎn)。隨后一項(xiàng)研究［4］評估m(xù)HLA-DR 表達(dá)與重癥兒童繼發(fā)感染間的關(guān)聯(lián)，結(jié)果證實(shí)重癥兒童的mHLA-DR 表達(dá)低于健康對照組，這也與前文［3］得到的結(jié)論一致。還有研究將mHLA-DR 與血清降鈣素原結(jié)合發(fā)現(xiàn)在預(yù)測膿毒癥患者的致命結(jié)局方面更具準(zhǔn)確性。根據(jù)第1 周mHLA-DR 軌跡可用于膿毒癥的早期風(fēng)險(xiǎn)分層，但根據(jù)mHLA-DR 軌跡的分型仍需要在臨床中得到更多的驗(yàn)證。

1.3 膿毒癥反應(yīng)特征（sepsis response signature，SRS）分型

1.3.1 社區(qū)獲得性肺炎（community-acquired pneumonia，CAP）和糞源性腹膜炎（fecal peritonitis，F(xiàn)P）源性的SRS 分型 CAP 和FP 是膿毒癥最常見的感染因素，還有膽道感染、泌尿系感染、膿腫、軟組織感染等，但這些感染源是否與轉(zhuǎn)錄反應(yīng)異質(zhì)性有關(guān)尚不清楚。

DAVENPORT 等［5］運(yùn)用無監(jiān)督聚類分析CAP相關(guān)膿毒癥外周血白細(xì)胞全基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)兩種不同膿毒癥反應(yīng)特征亞型：SRS1 型和SRS2 型，SRS1 型有免疫抑制、內(nèi)毒素耐受、T 細(xì)胞耗竭和代謝紊亂及預(yù)后較差的特點(diǎn)，比SRS2 型的早期病死率更高、臨床指標(biāo)水平更差，并定義了七個(gè)可預(yù)測SRS 亞型的基因（DYRK2、CCNB1IP1、TDRD9、ZAP70、ARL14EP、MDC1 和ADGRE3）。他們將基因轉(zhuǎn)錄變異相關(guān)的基因組決定因素繪制成表達(dá)數(shù)量性狀基因座（expression quantitative trait loci，eQTL），使用eQTL 映射法比較不同轉(zhuǎn)錄組間宿主對感染反應(yīng)的異質(zhì)性，發(fā)現(xiàn)膿毒癥相關(guān)基因關(guān)鍵介質(zhì)（HIF1α、mTOR 等）具有遺傳變異作用，可能與缺氧反應(yīng)和膿毒癥中的糖酵解反應(yīng)過程相關(guān)。BURNHAM 等［6］進(jìn) 一 步 比 較FP 源 性 膿 毒 癥 組、CAP 源性膿毒癥組和非膿毒癥者發(fā)現(xiàn)三者之間的轉(zhuǎn)錄基因組表達(dá)均存在差異，同樣找到兩種SRS 亞型，均與早期病死率密切相關(guān)，并定義了一些可預(yù)測感染源（FP 或CAP）的基因組（包括EPHB1、NQO2、ARG1、HMGB2、FGL2 和GPR162），表明膿毒癥基因表達(dá)變化的主要預(yù)測因子是SRS亞型，而不是感染源，這些發(fā)現(xiàn)給膿毒癥患者的分類提供了可能。兩項(xiàng)研究利用SRS 分型證明了FP源性和CAP 源性膿毒癥的轉(zhuǎn)錄組學(xué)表達(dá)存在差異，這豐富了膿毒癥的分類，完善了對膿毒癥異質(zhì)性的理解，但在其他感染源中是否能發(fā)現(xiàn)類似的SRS 分型尚未給出更多的研究驗(yàn)證。

1.3.2 結(jié)合兒科表型及SRS 分型 WONG 等［7-8］在早期研究中通過基因表達(dá)譜已經(jīng)確定三個(gè)兒科膿毒性休克亞類（即表型A、B 和C），而后發(fā)現(xiàn)前期的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究［5］中所隱含的生物學(xué)和臨床的關(guān)聯(lián)與小兒膿毒癥表型的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)告［7］存在相似之處，則結(jié)合了兒科膿毒性休克表型和SRS 分型方法發(fā)現(xiàn)新的成人膿毒癥亞表型［9］，評估SRS 與小兒表型之間的重疊分組，確定了分型組合模式、年齡與年死亡率之間的相互作用，最終表示兩種組合表型表現(xiàn)出免疫抑制性的患者死亡風(fēng)險(xiǎn)最大，其中表型A∕SRS1 分型可能會識別出免疫抑制性更高的膿毒癥人群，但該組樣本量過小，目前的預(yù)估并不精確，而且不同年齡所對應(yīng)的免疫效應(yīng)還需要進(jìn)一步的重復(fù)驗(yàn)證。

2 體溫軌跡分型

體溫調(diào)節(jié)反應(yīng)是膿毒癥異質(zhì)性的一種表現(xiàn)。發(fā)熱是感染的先兆，被感染者常常表現(xiàn)為體溫升高，也表現(xiàn)體溫正?；虻腕w溫。一項(xiàng)研究表明機(jī)體受到感染時(shí)體溫過低會增加患者病死率，體溫過高則可能降低病死率［10-11］。BHAVANI 等［12］根據(jù)體溫變化軌跡定義了四種體溫軌跡表型：（1）高熱慢退型：患者年齡最小，合并癥最少，白細(xì)胞數(shù)減少或增多的發(fā)生率、ESR 和CRP 水平最高，肌酐值水平最低，每日尿量最多，心率最快；（2）高熱快退型：患者乳酸水平最低，病死率最低；（3）低體溫型：患者年齡最大，合并癥最多，白細(xì)胞計(jì)數(shù)減少或增多的發(fā)生率及ESR 和CRP 水平最低，肌酐和乳酸水平最高，尿量最少，心率最慢，院內(nèi)病死率最高；（4）體溫正常者。研究表明四種表型的炎癥標(biāo)志物和結(jié)局具有顯著差異，BHAVANI 等［13］在之后的研究中發(fā)現(xiàn)溫度軌跡表型與不同感染隊(duì)列中一致的細(xì)胞因子譜相關(guān)，這些表型可能在發(fā)現(xiàn)膿毒癥患者細(xì)胞因子譜的床邊鑒定中發(fā)揮一定作用。鑒于小兒膿毒癥的獨(dú)特性，YEHYA 等［14］則研究了小兒膿毒癥患者體溫軌跡分型的意義，與前者［12-13］結(jié)論基本一致。住院患者的體溫監(jiān)測常規(guī)且反復(fù)進(jìn)行，使體溫軌跡分型有望成為輔助型診斷手段，為膿毒癥患者的識別和預(yù)測提供了新的思路。但該亞型的差異性還缺乏免疫學(xué)基礎(chǔ)依據(jù)，需要進(jìn)一步證明這種溫度軌跡分型與潛在的免疫反應(yīng)是否存在關(guān)聯(lián)。

3 重癥膿毒癥（嚴(yán)重膿毒癥或膿毒性休克）相關(guān)分型

3.1 膿毒癥多器官功能障礙綜合征（multiple organ dysfunction syndrome，MODS）表型 KNOX等［15］使用自組織映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Self Organizing Maps，SOM）技術(shù)根據(jù)重癥膿毒癥患者的年齡和SOFA 評分等生成SOM 網(wǎng)格并細(xì)分出四種膿毒癥相關(guān)MODS 集群：（1）伴有腎功能障礙且肌酐升高的休克；（2）輕度MODS；（3）伴有低氧血癥和精神狀態(tài)改變的休克；（4）肝功能障礙者（包括慢性肝病及各種原因引起的膿毒癥急性肝損傷等）。膿毒性休克患者以第1、3 類為主，嚴(yán)重膿毒癥則以第2、4 類為主。研究表明各集群間的臨床預(yù)測因子與病死率的相關(guān)性存在顯著差異。

3.2 潛在類別變量建?！獫撛陬悇e分析（latent class analysis，LCA） G?RDLUND 等［16］運(yùn)用LCA整合了納入患者的46 個(gè)基線人口學(xué)、臨床和實(shí)驗(yàn)室變量，確定出6 種不同的膿毒性休克亞型：（1）無并發(fā)癥者；（2）肺炎合并成人呼吸窘迫綜合征（adult respiratory distress syndrome，ARDS）；（3）術(shù)后腹型；（4）嚴(yán)重膿毒性休克；（5）肺炎合并ARDS和MODS；（6）膿毒性休克晚期。研究發(fā)現(xiàn)腹部感染可出現(xiàn)在不同類別，肺部感染者亦然，同一部位感染者也有不同的臨床表現(xiàn)和病程，但即使單個(gè)部位感染的患者，其后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)程度也存在著異質(zhì)性，所以僅根據(jù)感染部位將膿毒癥分為不同類別還有待討論。

KNOX 等［15］排除的醫(yī)院內(nèi)和術(shù)后感染者與G?RDLUND 等［16］所提出的“術(shù)后腹型”和“膿毒性休克晚期”患者交疊，而后者排除的患者（伴有心臟病晚期和肝病、腫瘤未得到控制以及服用抗血小板藥物或有其他出血危險(xiǎn)因素者）中部分伴有肝病者卻與前者所提出的“肝病”型部分重合。兩項(xiàng)研究［15-16］具有相似之處，也相互區(qū)分，均不能完全解釋所有膿毒性休克患者的特征，還需在未納入隊(duì)列的膿毒性休克患者中進(jìn)行驗(yàn)證。

4 膿毒癥相關(guān)器官功能障礙分型

4.1 呼吸功能障礙——ARDS 分型 CALFEE 及DELUCCHI 等［17-20］在四項(xiàng)ARDS 相關(guān)隊(duì)列研究中得出兩種ARDS 表型——“低炎型”和“高炎型”，研究表明兩種表型具有不同基本特征，并對呼氣末正壓治療、隨機(jī)分配的液體策略都有不同反應(yīng)。SINHA 等［21］發(fā)現(xiàn)他汀類藥物治療膿毒癥急性肺損傷（statins for acutely injured lungs in sepsis，SAILS）是與膿毒癥密切相關(guān)的ARDS 隊(duì)列［22］。為了驗(yàn)證前述四項(xiàng)試驗(yàn)［17-20］得出的兩種ARDS 表型是否適用于膿毒癥患者，SINHA 等［21］使用LCA 法也定義了兩種SAILS 相關(guān)表型，發(fā)現(xiàn)不同表型對不同干預(yù)措施的反應(yīng)存在差異，二次分析發(fā)現(xiàn)在確定SAILS 表型的LCA 模型基礎(chǔ)上加入新的臨床變量并不會得出新表型。研究發(fā)現(xiàn)SAILS 隊(duì)列中高炎型患者的IL-6、IL-8、sTNF-R1、ICAM-1 和PAI-1 平均水平高于低炎型，這與ARDS 表型研究結(jié)論［17-20］基本一致。但SINHA 等［21］提出的結(jié)論僅是二次分析后的推理，SAILS 表型的說法還缺乏臨床依據(jù)，而且LCA 模型極其復(fù)雜，難以作為臨床常用工具，而使用常見變量快速識別模型亞型仍是提高臨床可行性所必需的。

4.2 凝血功能障礙分型 KUDO 等［23］運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)分析膿毒癥患者得出四種基于凝血標(biāo)志物的膿毒癥表型：（1）Cluster dA：有嚴(yán)重凝血功能障礙，具有高FDP 和D-二聚體水平、嚴(yán)重器官功能障礙和高病死率；（2）Cluster dB：患有中度凝血障礙的重度疾??；（3）Cluster dC：患有凝血障礙的中度疾??；（4）Cluster dD：有輕度疾病但不伴凝血障礙。研究發(fā)現(xiàn)不同表型進(jìn)行重組人血栓調(diào)節(jié)蛋白抗凝治療的效果存在差異。此項(xiàng)研究僅針對日本患者，其結(jié)果存在局限，有待在其他國家或地區(qū)驗(yàn)證，或可增加肝素等其他抗凝藥物的治療比對KUDO 等［23］的研究，加強(qiáng)對膿毒癥相關(guān)凝血功能障礙患者的診治。

5 外科膿毒癥感染部位分型

STORTZ 等［24］進(jìn)行了一項(xiàng)外科膿毒癥（外科膿毒癥定義為在手術(shù)和創(chuàng)傷ICU 中治療的膿毒癥）研究，有研究表明感染部位是早期病死率的獨(dú)立預(yù)測因素［25］，STORTZ 等［24］則根據(jù)感染部位分為腹部（44%）、肺部（19%）、皮膚∕軟組織（17%）、泌尿系統(tǒng)（12%）和血管（7%）5 類，發(fā)現(xiàn)皮膚∕軟組織和泌尿系統(tǒng)類型年輕患者多見，合并癥較少，免疫反應(yīng)較輕，且器官功能障礙恢復(fù)較快，遠(yuǎn)期結(jié)局較好；而血管型多見于老年男性患者，并發(fā)癥較多，遠(yuǎn)期結(jié)局最差。研究表明不同感染部位的外科膿毒癥患者在基線傾向、免疫反應(yīng)、器官功能障礙轉(zhuǎn)歸和遠(yuǎn)期結(jié)局均存在顯著差異。并且COX 等［26］更證明腹部膿毒癥患者的慢性危重癥發(fā)病率高，長期預(yù)后不佳。根據(jù)感染部位的分型為預(yù)測外科膿毒癥患者的結(jié)局提供了新的思路，其他部位的外科膿毒癥結(jié)局也可在臨床進(jìn)一步驗(yàn)證。

6 多因素整合分型

現(xiàn)階段關(guān)于膿毒癥表型的研究大多利用單因素（如感染部位、器官功能障礙模式或疾病嚴(yán)重程度）進(jìn)行分類，但膿毒癥的高度異質(zhì)性仍不能得到充分解釋。KNAUS 等［27］認(rèn)為更準(zhǔn)確地定義表型才是確定精準(zhǔn)治療的關(guān)鍵。

SEYMOUR 等［28］進(jìn)行了一項(xiàng)膿毒癥表型的多維研究，選擇29 個(gè)常規(guī)臨床數(shù)據(jù)作為候選變量進(jìn)行3 個(gè)隨機(jī)對照試驗(yàn)（推導(dǎo)隊(duì)列進(jìn)行建模，驗(yàn)證隊(duì)列用于檢測），運(yùn)用共識k 均值聚類法發(fā)現(xiàn)四種膿毒癥衍生表型即α、β、γ 和δ。研究表明這四種新表型具有不同的人口學(xué)特征、生物學(xué)指標(biāo)水平和器官功能障礙類型，并與宿主免疫反應(yīng)的模式、病死率和其他臨床結(jié)果密切相關(guān)。驗(yàn)證隊(duì)列與推導(dǎo)隊(duì)列中的表型分布基本一致，不同表型的生物標(biāo)志物模式也存在著顯著差異。模擬結(jié)果證明這些表型可能有助于臨床試驗(yàn)的設(shè)計(jì)和解釋，也有助于對治療效果異質(zhì)性的理解，但還需要驗(yàn)證這些表型在臨床診治及護(hù)理中的有效性。

7 總結(jié)與展望

及時(shí)的診斷和早期治療是減少膿毒癥并發(fā)癥、降低病死率的關(guān)鍵，而膿毒癥高度異質(zhì)性加大了疾病精準(zhǔn)化診治及管理的難度，靶向治療便成了膿毒癥走向精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的必經(jīng)之路。無監(jiān)督學(xué)習(xí)與臨床或生物標(biāo)志物結(jié)合，已成功應(yīng)用于腫瘤學(xué)以分析癌癥患者的腫瘤異質(zhì)性。近年來基因型研究和機(jī)器學(xué)習(xí)也逐漸成為膿毒癥研究的主要技術(shù)，回顧關(guān)于膿毒癥分型、診治手段和預(yù)后等方向的研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)以單項(xiàng)數(shù)據(jù)分析為主，雖然一些多維向研究已經(jīng)能作出很好地細(xì)分，但仍需大量前瞻性研究進(jìn)行驗(yàn)證。膿毒癥基于基因組學(xué)的突破也將會是臨床醫(yī)學(xué)實(shí)施精確化診治的機(jī)會，雖然已經(jīng)有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)新的分型和生物標(biāo)志物，但操作極其繁瑣，目前仍無法應(yīng)用于臨床。相信隨著對膿毒癥研究的不斷深入理解，新的分類方法將會得到突破，膿毒癥患者的個(gè)體化診治和管理也會帶來新的希望。