生物标志物对肝衰竭合并细菌感染诊断的研究进展

王莹 蔡大川

肝衰竭是各种原因导致肝细胞在短期内大量坏死,引起的黄疸、腹水、凝血机制障碍、肝性脑病等表现的一类综合征,具有病情进展快和预后差的特点。中国《肝衰竭诊治指南(2018年版)》将肝衰竭分为 4 类：急性肝衰竭、亚急性肝衰竭、慢加急性( 亚急性) 肝衰竭和慢性肝衰竭[1]。肝衰竭患者存在免疫功能缺失紊乱、肠道菌群移位、遗传变异等病理生理因素[2],加上侵袭性操作、使用激素治疗、预防性使用抗生素、住院时间延长等危险因素[3],故肝衰竭患者常合并感染。肝衰竭患者一旦发生感染,还会诱发肝性脑病、肝肾综合征、肝肺综合征、消化道出血等严重并发症,导致多器官功能衰竭,影响患者的预后, 死亡率会明显增高,相关报道显示肝衰竭合并感染的病死率高达50%～90%[4],因此早期及时诊断肝衰竭患者合并感染,对疾病病情的控制以及改善临床预后至关重要。在临床实践中很有必要寻找一些更灵敏、快速并且有效的指标,以便早期及时诊断肝衰竭患者并发感染,本文围绕诊断肝衰竭并发细菌感染的生物标志物进行综述。

一、急性期反应蛋白

(一)降钙素原 降钙素原是一种无激素活性的前肽物质,其在生理条件下主要由甲状腺滤泡旁细胞合成和分泌,浓度在血浆中几乎检测不到,在细菌感染、败血症和多器官功能衰竭诱导下,人体几乎全部组织、细胞都能合成分泌降钙素原[5],血清降钙素原水平迅速升高。肝脏是降钙素原的来源之一,从理论上讲,肝衰竭可能由于大量肝细胞坏死和单核细胞减少,降钙素原血清浓度会降低。但是临床研究表明,在没有细菌感染情况下,肝衰竭患者基础的血清降钙素原水平[(0.76±0.051)ng/mL]高于健康人群(小于0.1 ng/mL),与发生失代偿肝硬化患者比较,血清降钙素原水平也显著升高[(0.20±0.019)ng/mL,P<0.001][6]。这可能与肝衰竭患者肠道屏障功能受损,内毒素和其他有害物质难以被肝脏过滤和清除,导致机体内降钙素原合成增加有关[7]。《肝硬化腹水及相关并发症的诊疗指南(2017年版)》提出降钙素原>0.5 ng/mL作为自发性腹膜炎的诊断标准之一[8],但目前该标准主要用于肝硬化患者,在肝衰竭患者中尤其是早期诊断细菌感染时,降钙素原的检测阈值尚无统一定论。

Rule等[9]认为,急性肝衰竭继发感染时肝损伤引起的大量炎症反应会导致降钙素原水平升高,使得降钙素原无法有效区分急性肝衰竭患者是否发生细菌感染。Lin等[10]的研究表明,0.5 ng/mL的下限不能准确识别慢加急性肝衰竭患者的细菌感染,并且降钙素原以 1.01 ng/mL为临界值时,整体表现不佳,敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为42.68%、78.85%、60.87%和63.42%,受试者工作特征曲线下面积(AUC)低于0.70。一项国内的多中心研究结果显示,降钙素原诊断慢加急性肝衰竭患者细菌感染的 AUC 只有0.69[11]。上述研究结果表明降钙素原的诊断价值有限,这些研究存在纳入群体单一的局限性。然而,近年来也有学者认为,降钙素原对肝衰竭并发感染患者有一定临床诊断价值。Igna等[12]的前瞻性队列研究结果显示,降钙素原最佳临界值为 0.9 ng/mL时,诊断自发性细菌性腹膜炎的AUC为0.909,敏感性和特异性分别为80.3%和 86.6%。2021年的一项荟萃分析结果显示,降钙素原在诊断肝衰竭合并细菌感染患者的AUC为0.80,敏感性为77%,特异性为76%[13]。降钙素原的诊断效能目前仍存在争议。降钙素原对肝衰竭患者合并感染的诊断价值与疾病病因[14]、胆红素水平[15]有关,还需要更多的研究进行分层分析来证实其可靠性。

(二)C反应蛋白 C反应蛋白是由肝脏合成的一种急性时相反应蛋白,通常在细菌感染刺激后快速升高,36～50 h后达到峰值,半衰期较短,平均为 4～6 h,在感染消除后其含量急剧下降,1周内可恢复正常[16]。因其能在炎症发作初期显著升高,后期恢复正常也很快,故是C反应蛋白临床上常用的一项敏感的炎症指标。Yuan等[17]的研究纳入了84例慢性重型乙型肝炎患者,C反应蛋白诊断自发性细菌性腹膜炎的最佳临界值为16.15 mg/L,AUC=0.86。Zhang等[18]报道,C反应蛋白>12.15 mg/L是慢加急性肝衰竭患者细菌感染的可靠指标,AUC为0.948,敏感性为96.6%,特异性为83.3%。杨凡等[19]的研究中,C反应蛋白的临界值与其相似,C反应蛋白≥13.0 mg/L为诊断感染的临界值,具有较高的敏感性(82.46%),但其特异性较低(69.57%)。梁艳华等[20]将C反应蛋白与降钙素原、甲胎蛋白、白细胞介素-6联合,提高了诊断的敏感性、特异性,诊断价值均大于各指标单独检测,但联合指标诊断的特异性(85.71%)仍不及敏感性(90.00%)。C反应蛋白诊断感染的敏感性高,但特异性不高。C反应蛋白在病毒感染、组织损伤、机体应激状态、自身免疫性疾病时等均可上升,其对感染性疾病的判断缺乏特异性。因此,不能将CRP单独用于肝衰竭患者早期感染性并发症的排除性诊断,而应联合其他传统炎性指标检测更有助于临床判断。

二、白细胞介素

白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6) IL-6是细胞因子家族成员之一,主要是由活化的 T淋巴细胞、B淋巴细胞和单核-巨噬细胞等分泌,在炎症、感染刺激下,其水平较正常机体明显升高。IL-6通常被认为是一种促进炎症反应的细胞因子,可诱导大量急性期蛋白如血清淀粉样蛋白A、降钙素原和C反应蛋白等生成[21]。一项回顾-前瞻性研究纳入了进入ICU治疗的64例肝硬化失代偿期患者,其中86%的患者符合ACLF标准,当腹水IL-6≥ 10 037 pg/mL为诊断临界值时,灵敏度为84.2%,特异性为86.7%,AUC = 0.901,腹水IL-6用于诊断肝硬化危重患者并发SBP时具有较高的价值[22]。然而,血清IL-6水平在肝硬化和肝衰竭患者之间存在差异,Li等[23]的研究发现,肝衰竭患者血清IL-6水平高于肝硬化患者,发生脓毒症时IL-6水平会进一步升高。国内也有学者探讨了IL-6在肝衰竭并发感染患者中的诊断价值,其AUC在0.636～0.702之间,敏感性和特异性分别在69.16%～85.71%和50.00%～78.27%之间[20,24-25]。这些结果表明,IL-6在肝衰竭合并感染的早期诊断中参考价值有限,特别是单用IL-6作为细菌感染诊断的生物标记物,并没有表现出比其他生物标记物(降钙素原、C反应蛋白)更佳。另外研究发现,相比IL-6在肝衰竭合并细菌感染诊断中的应用价值,IL-6在预后中的价值更大,IL- 6 动态升高或持续高水平与疾病相关病死率有关,是肝衰竭合并细菌感染反映预后的潜在关键生物标志物[26]。

三、受体类生物标志物

(一)可溶性CDl4亚型(soluble CD14 subtype, sCDl4-ST 或Presepsin) 白细胞分化抗原14(CD14)是一种跨膜糖蛋白,主要在单核细胞和巨噬细胞表面表达,能特异性识别脂多糖-脂多糖结合蛋白(LPS-LBP)。sCD14-ST是可溶性CD14形式的一种亚型,其水平在健康人体中通常很低,而在LPS存在下sCD14-ST与 Toll样受体4结合,激活丝裂原活化蛋白激酶和核细胞因子NF-κB通路,诱导多种细胞因子产生,在免疫调节中发挥着重要作用[27]。近年来sCD14-ST对脓毒症的诊断价值在国内外展开广泛讨论,是诊断和检测脓毒症的新型生物标志物之一。Igna等[12]的研究发现,以2300 pg/mL为诊断标准,sCD14-ST诊断有肝硬化基础的慢加急性肝衰竭患者早期感染的敏感性和特异性分别为81.7%和92.7%,AUC=0.959。Chen等[11]的研究也得出了相似的结果,但更推荐404.5 pg/mL为最佳诊断界值,诊断感染的AUC为0.790,敏感性和特异性分别为96.8%和59.2%,在诊断慢加急性肝衰竭患者脓毒症中的效率高于白细胞计数、降钙素原和C反应蛋白,但单一指标的诊断效率处于中等水平,当 sCD14-ST与 CLIF-SOFA 评分相结合时,AUC 可增加到0.913。sCD14-ST有助于肝衰竭并发脓毒症的诊断,是一个有前景的生物标记物。但目前关于该生物学标志物的有关研究较少, sCD14-ST与临床预后的关系、最佳诊断界值是否受酒精性肝硬化、合并肝癌等的影响尚不明确,未来需要更多的大样本、多中心、前瞻性研究来验证。

(二)中性粒细胞CD64(neutrophil CD64,nCD64) CD64是免疫球蛋白IgG重链的Fc段受体之一,健康时CD64主要表达于单核细胞系表面,但在机体受到感染时,细菌细胞壁组分和一些促炎细胞因子刺激中性粒细胞,中性粒细胞表面CD64被激活而大量表达,感染被控制后,nCD64 则在48 h内急剧下降,7 d左右可恢复至基线水平,研究表明,nCD64是危重患者脓毒症早期诊断的有用标志物[28]。nCD64检测结果有三项指标：CD64 指数、CD64 阳性细胞百分率和CD64平均密度。Abeles RD等[29]的研究发现,肝衰竭患者的血清nCD64基础水平较健康人群高,发生脓毒症时,nCD64的表达会进一步升高,nCD64指数以547为诊断临界值时,ROC曲线下面积为0.784,敏感性为 71%,特异性为 72%。王鑫等[30]采用细胞定量分析软件分析nCD64阳性细胞百分率,最佳截断值取54.765%时,诊断慢加急性肝衰竭患者继发感染的ROC 曲线下面积、敏感性、特异性分别为0.789、75.3%、81.6%,可作为肝衰竭合并感染的诊断标志物。熊克宫等[31]的研究也指出,nCD64作为肝衰竭合并细菌感染的诊断标记物有较好的准确性,nCD64与降钙素原联合检测时,AUC可由nCD64单独检测的0.881增大至0.902。然而,另有研究者用流式细胞仪检测患者CD64的平均密度,诊断截断值为4 500.12 mol/cell时,AUC仅为0.618[24]。这可能是由于内源性损伤相关的分子模式分子刺激 Toll样受体4通路导致肝衰竭患者基础nCD64水平升高,从而降低nCD64在肝衰竭患者中诊断感染的效能。nCD64可与其他炎症指标联合提高诊断效能,但nCD64的检测需要使用流式细胞术,并且从高值恢复到正常水平所需时间较长,因此在临床应用中nCD64的快速检测还有一定的局限性。

(三)可溶性髓样细胞触发受体-1(soluble triggering receptor expressed on myeloid cell-1, sTREM-1) 髓样细胞表达的触发受体(TREM-1)是免疫球蛋白超家族的成员,存在于中性粒细胞和成熟的单核细胞上,在细菌感染后主动表达并释放其可溶性形式(sTREM-1)。sTREM-1可导致炎性细胞因子的释放,并增加炎性细胞表面上其他受体的表达,成为感染过程中的关键信号受体[32]。sTREM-1在感染早期即可分泌到体液中,可以在血浆、尿液和胸腔积液中检测到,是一项新的炎症生物标志物。Chen等[11]的一项多中心研究纳入了143例慢加急性肝衰竭患者,收集患者入院第一天的SOFA评分和CLIF-SOFA评分,检测其sTREM-1、白细胞计数、降钙素原、C反应蛋白,当sTREM-1的界值为607.94 pg/ mL时,诊断脓毒症敏感性为62.8% 特异性为81.6%,AUC=0.752,与白细胞计数、降钙素原、C反应蛋白相比,sTREM-1对慢加急性肝衰竭患者脓毒症的诊断价值更高,但单一指标的诊断效能处于中等水平,当sTREM-1与CLIF-SOFA评分组合时,AUC可增加至0.876,可以提高感染的早期诊断效能。一项前瞻性队列研究将慢加急性肝衰竭患者分为无全身炎症组、全身炎症组和脓毒症组,监测sTREM-1在基线、6 h、24 h、第3天和第7天的变化,发现全身炎症组患者入院时sTREM-1水平升高,他们在住院后48～72 h内发展为脓毒症的风险较高,sTREM-1预测脓毒症发展的AUC为0.71,脓毒症组患者的sTREM-1基线水平显著升高,并且在所有随访时间点中持续升高,可以用于监测脓毒症的进展和治疗效果,能提示临床医师及时调整治疗方案[33]。sTREM-1能对诊断和治疗具有一定指导作用,但sTREM-1是否能够作为肝衰竭合并感染早期识别及预后判断的精准生物标志物,还需要更多有力的证据来证明。

(四)Toll样受体4( Toll-like receptors 4,TLR4) TLRs是固有免疫系统中特异性的I型跨膜受体,TLR4是TLRs家族中的重要一员,主要负责识别革兰氏阴性菌细胞壁中的脂多糖成分,在机体免疫应答和炎症反应中扮演重要角色,与机体多种感染性疾病的发生发展密切相关[34]。TLR4识别并结合脂多糖后引起炎症级联放大效应,过度的免疫炎症反应导致肝衰竭的发生,脂多糖-TLR4通路也是肝衰竭发生/发展的关键因素[35]。有研究发现[36],重症肝病患者合并腹腔感染时,外周血TLR4m RNA不仅呈异常高表达,TLR4m RNA水平还与疾病的严重程度呈正相关。另一项研究将ACLF患者划分为感染者和未感染组,感染组TLR4 mRNA水平(39.36 ± 20.18)显著高于未感染组(20.54 ± 12.13)。ROC曲线分析得出,TLR4 mRNA诊断感染的最佳临界值为43.8,曲线下面积为 0. 764,灵敏度51.6% ,特异度83.6%。将TLR4 mRNA与传统炎性指标PCT、CRP联合,AUC、灵敏度、特异度可分别提高0.061、22.1%、8.2%[37]。TLR4可以作为肝衰竭患者合并感染早期诊断的潜在指标,有助于及早采取治疗措施,还能为评估患者治疗疗效提供依据。需要指出的是,目前基于TLR4信号通路对脓毒症防治工作展开的研究是危重病学工作的热点,但TLR4在肝衰竭合并感染诊断中的应用仍处于研究阶段,尚未成为临床常用指标,其具体诊断价值还需更多的研究和临床验证。

四、血常规参数

中性粒细胞和淋巴细胞是外周血常规中的指标,中性粒细胞与淋巴细胞比值( neutrophil to lymphocyte ratio, NLR)对心血管疾病、呼吸系统疾病、恶性肿瘤等的病情判断、诊治指导、预后评估中具有价值,也可用于社区获得性肺炎、尿路感染、脓毒症等感染性疾病的早期诊断[38-39]。NLR可代表炎症激活因子中性粒细胞和炎症调节因子淋巴细胞间的平衡状态,更能反映机体在感染状态下的应激反应程度[40]。一项多中心回顾性队列研究表明,NLR是评估慢加急性肝衰竭患者细菌感染和短期预后的可靠指标,并且在评估细菌感染方面优于降钙素原和白细胞计数,NLR>4.79与该病患者90天死亡率显著相关[41]。王鑫等[30]的研究结果也显示,NLR可作为诊断慢加急性肝衰竭患者继发感染的指标,当NLR诊断的最佳临界值为7.56%时,AUC为0.756,敏感性和特异性为71.1%和84.1%。陈科第等[42]发现,NLR还能鉴别肝衰竭伴细菌性腹腔感染的病原菌种类(革兰阳性菌和革兰阴性菌感染),ROC 曲线分析结果显示,NLR鉴别诊断的AUC为0.840,敏感性和特异性分别为74.4%和84.4%。NLR不仅可以用于肝衰竭继发感染的诊断,还可用于预测肝衰竭预后情况。同时NLR是一个简便快捷、可重复性高的指标,从这一方面来说优于其他的生物学检测指标,在临床治疗监测上具有良好的应用前景。

五、总结及展望

肝衰竭合并感染是一种对患者生命造成严重威胁的疾病,因此提高其早期诊断效能是改善患者预后的一个重要途径。尽管目前还没有一个特定的标志物可以用来直接确诊或排除细菌感染,但通过多项生物标志物联合评估,可能有助于克服单一生物标志物的局限性。免疫系统功能紊乱在肝衰竭发生、发展过程中始终存在,在病程发生发展的各个时期进行动态监测生物标志物,可能更有利于肝衰竭合并感染的早期诊断。目前也有许多与感染相关的有前景的生物标记物,如CD14+CD16+MO、TNFα、血清淀粉样蛋白A等,这些标志物能否应用于肝衰竭合并感染早期识别及评估预后,仍有待进一步探讨。在临床工作中也不能仅靠实验室检查结果去排除和诊断细菌感染,必须结合患者的临床情况才能提高肝衰竭合并感染的早期诊断率,减少相关并发症的发生率及病死率。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。