鉴别细菌与病毒感染的宿主生物标志物研究进展

陈唐田，吴夏楠，李萌萌，曹炬

(重庆医科大学附属第一医院检验科，重庆 400016)

感染是临床的常见病和多发病，严重感染甚至会危及生命[1]。研究表明，近半数严重感染患者可发生感染性休克，进而导致脓毒症和多器官功能障碍综合征，其患病率可达11.0%，发生率为每年(76～110)/10万[2]。严重感染高病死率的一个重要原因为错过最佳的治疗时机，造成不可逆损伤[3]。因此，早期诊断、早期治疗对于防止感染进展具有重要意义。临床感染常以细菌和病毒感染为主，而在细菌和病毒感染早期，根据临床症状和体征往往不能准确说明病因[4]，临床医师可能在不确定感染类型的情况下使用抗生素，进而导致患者管理不当和抗生素滥用[5]，这也是全球抗生素耐药危机的原因之一[6]。此外，错误的抗生素使用也会造成患者治疗费用、抗生素使用剂量、不良反应增加等严重后果[4]。目前诊断细菌感染的金标准为细菌培养，确认病毒感染的测试包括抗体效价和病毒抗原的测试[7]。但均存在费时、费力、阳性率不高等问题[2]，且难以将疾病与机体活动状态联系起来。因此，宿主生物标志物成为近年的研究热点，其来自宿主对感染的复杂反应，并与疾病、宿主生物活性相关，是反映正常生物过程或致病过程的指标，可以被客观的测量和评估[6,8]。现就鉴别细菌与病毒感染的宿主生物标志物研究进展予以综述，旨在寻找快速简洁、敏感性高、特异性强的鉴别诊断相关宿主生物标志物，从而为临床感染诊疗提供依据。

1 降钙素原

1.1降钙素原(procalcitonin，PCT)的生物学特性 PCT是降钙素的前肽蛋白，1993年Assicot 等[9]首次发现其在严重细菌感染患者中显著升高。正常情况下，PCT 由甲状腺滤泡旁C细胞分泌，不被释放入血。炎症刺激特别是细菌感染或脓毒症时，PCT可从各个组织和多种细胞中释放，于感染后的3 h即可测得，6～12 h达峰值，半衰期近24 h[10]。在发生创伤、移植物宿主排异反应、肿瘤相关发热、自身免疫疾病或过敏等炎症反应时，PCT往往不升高或仅轻微升高[1]。

1.2PCT的鉴别诊断性能及现状 PCT是目前临床诊断性能最佳的感染鉴别诊断实验室指标，在鉴别细菌与病毒感染疾病中的准确性(尤其是特异性)优于传统生物标志物，且对细菌感染的反应更强更快。细菌感染尤其是严重细菌感染时，PCT水平会快速升高。而在病毒感染中，PCT则保持低水平，通常与健康个体相差不大。在分别感染细菌与病毒的患者中，血清PCT水平差异有统计学意义，鉴别诊断灵敏度为50%～93%，特异度为68%～93.6%[11-16]，且对脑膜炎感染尤为适用。有研究发现，PCT在细菌与病毒感染鉴别诊断中的曲线下面积(area under the curve，AUC)可高达0.952，明显优于其他常规实验室指标[17]。此外，作为降钙素超家族成员之一，PCT也是世界公认的对脓毒症的诊断、预后评估及治疗监测性能最优的炎症标志物。

1.3PCT的鉴别诊断机制 有关PCT在细菌与病毒感染中作用机制的研究发现，细菌感染时，内毒素和促炎因子的合成可上调信使RNA的表达以促进PCT的分泌；而病毒感染时，具有早期抗病毒防御作用的γ干扰素阻止了 PCT信使RNA的上调，从而抑制PCT的合成和分泌[18-19]，这可能为血清PCT鉴别细菌和病毒感染提供依据。

2 C反应蛋白

2.1C反应蛋白(C-reactive protein，CRP)的生物学特性 1941年，Macleod和Avery[20]证实了一种在急性感染时出现的蛋白质——CRP，其为5个相同亚单位以非共价键形式组成的环状五聚体蛋白，属于急性期蛋白，具有促炎特性，在炎症介质[白细胞介素(interleukin，IL)-6和IL-8]的刺激下从肝细胞中释放，结合细菌多糖或细胞膜碎片后可激活补体系统，当炎症和感染发生时，其浓度可升高100倍[2]。此外，疟疾、组织损伤、炎症刺激、恶性肿瘤、心脑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的鉴别诊断性能及现状 CRP是目前临床较为常用的感染鉴别诊断指标。作为急性时相反应蛋白，CRP对感染引起的炎症十分敏感，炎症发生时，其浓度迅速上升。而对于感染本身及感染类型的鉴别，其特异性并不强。一般来说，能够引起机体炎症反应的感染均可使CRP水平升高。因此，CRP在细菌和病毒感染时水平均可升高。对于部分脑膜炎、肺炎、胃肠炎疾病患者，细菌与病毒感染的CRP水平可能不同。在细菌与病毒感染的鉴别中，CRP显示出高灵敏度(77%～91.7%)和中等特异度(49%～86.4%)[21-25]。有文献指出，CRP在细菌与病毒感染的鉴别诊断性能上甚至优于PCT[26]。可见，CRP是反映机体炎症与感染的良好指标，其因检测速度快、价格低和良好的鉴别诊断性能广泛应用于临床。Phommasone等[27]对湄公河地区1 400多例发热患者的分析也证实，CRP作为一种快速检测指标,可以提供廉价而有效的鉴别作用。同时，由于CRP对炎症及感染具有高敏感性，其常被临床用作监测炎症及感染的预后指标[28]，且在指导抗生素使用[29]方面也有一定价值。

3 人中性粒细胞载脂蛋白

3.1人中性粒细胞载脂蛋白(human neutrophil lipocalin，HNL)的生物学特性 HNL又称人中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白，是1993年Kjeldsen等[30]在研究中性粒细胞中的基质金属蛋白酶-9时发现的一种分子量为25 000的新蛋白。HNL属于载脂蛋白超家族成员，是中性粒细胞脱颗粒的产物。在正常生理状态下，其可在肾脏、肺、胃、结肠及前列腺等器官组织中低表达，不易受其他因素影响而波动。细菌感染时，体内免疫反应系统激发产生大量中性粒细胞，中性粒细胞包裹、吞噬病原体，同时分泌HNL，引起HNL的水平升高[31]。HNL在感染6～8 h时即可升高，峰值出现时间较CRP、PCT早18 h，故可应用于早期细菌感染。

3.2HNL的鉴别诊断性能及现状 HNL是近年来发现的炎症指标，其在细菌感染中的水平明显高于病毒感染。由于HNL在感染中升高速度快，峰值出现早，对区分细菌或病毒引起的急性感染尤其是早期感染，具有较高灵敏度和特异度，HNL鉴别诊断的AUC为0.773～0.98，灵敏度为70%～97.1%，特异度为70%～96%[32-35]。有研究指出，HNL诊断性能优于PCT、CRP、中性粒细胞计数[32]。同时，病毒感染中HNL多以单聚HNL的形式升高，而在细菌感染中，HNL则以二聚HNL形式升高，该特点有助于HNL在感染类型上的进一步诊断[36]。截至目前，HNL在细菌与病毒鉴别诊断方面的应用仅限于科学研究实验，并未在临床普及，还需要更多数据和更大样本研究来证实HNL在鉴别细菌与病毒方面的诊断性能。

3.3HNL的检测 最早的血清HNL提取法检测HNL耗时1～3 h，目前有学者提出经N-甲酰甲硫氨酰-亮氨酰-苯丙氨酸激活的全血HNL诊断性能与血清HNL相似，但检测的时间<15 min，较血清HNL提取时间大大缩短[32,34]，这使得HNL的检测十分方便、快捷，为N-甲酰甲硫氨酰-亮氨酰-苯丙氨酸活化后的全血标本用于及时床旁检测奠定基础[34]。

4 IL-6

4.1IL-6的生物学特性 IL-6是一种具有多重免疫调节功能的炎症细胞因子，由212个氨基酸组成，在微生物产物刺激下由单核-巨噬细胞、内皮细胞等产生，可刺激促肾上腺皮质激素合成、诱导B细胞分化、激活T细胞[37]。其除对炎症细胞及血管内皮细胞具有直接激活和毒性作用外，还可诱导急性期蛋白合成，催化和放大毒性作用和炎症反应，对组织细胞造成损害[18]。在机体出现感染时，IL-6出现早于PCT、CRP[38]，在感染2～3 h内可达峰值[37]。但由于其半衰期较短，往往在24～48 h内显示敏感性下降，故对早期感染诊断价值更大，可与CRP、PCT等因子联用以提高诊断准确性。

4.2IL-6的鉴别诊断性能及现状 IL-6作为常用的急慢性炎症指标，是一种很有前景的血清标志物，近年来已开始应用于临床。作为一种重要的炎症启动因子及急性相蛋白反应的诱导因子，IL-6在细菌感染与病毒感染中的表现与CRP类似，但其鉴别诊断特异性高于CRP。研究表明，IL-6预测严重细菌感染较白细胞和中性粒细胞计数更有效[39]，鉴别细菌与病毒感染的灵敏度为75%～100%，特异度为72%～100%[40-42]。一项包含166例细菌性肺炎患者和167例呼吸道合胞病毒性肺炎患者的前瞻性研究显示，IL-6在典型细菌性肺炎中的水平明显高于呼吸道合胞病毒性肺炎，当IL-6≥93 pg/mL时，其灵敏度和特异度分别为100%和99.14%[40]。同时，Yeung等[42]对147例儿童急性小肠结肠炎住院患者进行的前瞻性研究发现，细菌性肠炎患儿血清IL-6水平明显升高，且敏感性、特异性和阳性预测值均高于CRP，证实IL-6在鉴别细菌、病毒感染上具有较高的诊断效能。此外，IL-6对脓毒症的诊断也有一定价值[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)的生物学特性 MxA是由Ⅰ型干扰素诱导人体细胞所产生的分子量为78 000 的抗病毒蛋白，是Mx基因在经多种病毒感染诱导的干扰素通路作用下表达的产物。其在干扰素作用1～2 h后迅速诱导，2～4 h后可检测到，36 h内达到峰值，具有抗多种病毒的活性[44]。MxA对病毒反应十分敏感，极少量病毒即可诱导细胞表达MxA蛋白。

5.2MxA的鉴别诊断性能及现状 作为病毒感染标志物，MxA在细菌感染与病毒感染中的表达具有差异，表现为病毒感染时升高较细菌感染时更为明显。一项关于MxA诊断病毒感染的前瞻性多中心队列研究表明，与细菌感染与非感染对照相比，MxA水平在病毒感染中较高，当取cut-off值200 ng/mL时，其AUC为0.89，灵敏度为96.4%，特异度为66.7%[45]。Kawamura等[44]在对日本儿童细菌性(n=11)和病毒性(n=11)感染的病例研究中，报道了MxA对病毒感染的灵敏度(87.1%)和特异度(90.9%)均较高。目前，有关MxA用于鉴别诊断细菌与病毒感染的报道不多，但在鉴别诊断性能的评价上较一致，均提示MxA在鉴别感染方面具有较高的准确性，尤其强调MxA在诊断病毒感染方面具有高特异性。此外，由于MxA蛋白在体外有广谱抗病毒效应，故其甚至可作为抗病毒蛋白制剂用于临床[46]。

6 新型宿主蛋白联合标志物

近年来，由Oved等[5]发现的一种由CRP、肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)和干扰素诱导蛋白-10(interferon-inducible protein-10，IP-10)构成的新型宿主蛋白联合标志物被作为感染类型鉴别诊断试验受到广泛研究。其中，CRP、TRAIL和IP-10均是区分细菌和病毒感染的独立生物标志物。CRP在细菌感染中被诱导，而TRAIL和IP-10在病毒感染中被诱导。研究显示，CRP、TRAIL和IP-10联合应用较其单独使用以及与其他生物标志物联合应用诊断更可靠[5]。

6.1TRAIL的生物学特性 TRAIL，也称人重组蛋白，是继人凋亡相关因子配体之后被证实的又一新型凋亡分子，广泛表达于脾、淋巴结、肺、肝、肾、卵巢、前列腺及外周血淋巴细胞等。对生理状态下的机体细胞没有毒性，在病理状态下与相应受体结合后，参与机体的免疫反应、诱导细胞凋亡。流感病毒感染可增加TRAIL在自然杀伤细胞和T细胞表面的表达。这可能与病毒感染细胞TRAIL受体表达增加，结合TRAIL后活化一系列信号通道，导致细胞凋亡，阻止病毒进一步扩散相关[47]。此外，TRAIL在肿瘤的治疗、自身免疫性疾病、感染、心血管疾病、器官移植等多个领域也有应用。

6.2IP-10的生物学特性 IP-10，又称CXC趋化因子配体10，其由Luster等[48]在对γ干扰素的免疫应答研究中发现。IP-10是一种促炎性化学因子，其在宿主对病毒感染的反应中发挥作用，是一种有前途的病毒感染生物标志物，可能与感染的严重程度有关。早期证据显示，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]。同时，IP-10也与糖尿病、系统性红斑狼疮或癌症等慢性病的发生相关。

6.3新型宿主蛋白联合标志物的诊断性能及现状 TRAIL、IP-10及CRP构成的新型蛋白联合标志物在鉴别细菌、病毒感染时表现出了卓越的诊断性能，其灵敏度为86.7%～95%，特异度为89.8%～94.3%[5,50-53]。该试验在区分病毒与细菌性呼吸道感染和无源性发热方面的灵敏度为93.5%，特异度为94.3%，诊断性能优于单独的生物标志物CRP、PCT、白细胞计数、中性粒细胞计数、IL-6和HNL[50]；一项对发热儿童进行的双盲多中心队列研究中也证实了TRAIL、IP-10及CRP构成的蛋白组合的高诊断性能[52]。可见，由TRAIL、IP-10和CRP构成的新型宿主蛋白联合标志物是很有前景的诊断工具，可帮助急诊临床医师确定感染性疾病的细菌与病毒性病因。其诊断性能的提高可能与病毒和细菌诱导的蛋白质相结合、相补充有关，目前该宿主蛋白诊断试验已在部分发达地区开始投入使用，相关的床旁检测也在完善中。同时，该系统在指导抗生素使用方面也发挥一定作用。有文献甚至报道，其具有可减少88%的抗生素滥用的潜能[50]。

7 小 结

目前尚不存在一种具有完美诊断准确性的单一生物标志物，但PCT、CRP、HNL等诊断的有效性不可忽视，为了解决这个矛盾，生物标志物的联合应用被提出，TRAIL、IP-10及CRP联合标志物卓越的诊断性能也证实了这一点，未来通过有效联用互补生物标志物可提高诊断的准确性。然而，生物标志物研究面临一些挑战：①缺乏针对每种特定生物标志物的标准操作规程。②不同研究的设计具有高变异性，包括样本量小、异质性群体类型、群体类型特异性和检测设备的高变异性。③研究方向也需要从单中心研究发展到多中心研究，以减少小数据集泛化的限制。因此，如何实现各研究间的统一、发掘更多高效联合标志物可能是今后的主要研究方向。