科研星球

特定蛋白检测在感染性疾病诊断中的应用

作者:郭毅  顾兵

单位:徐州医科大学附属医院检验科

蛋白质的变化与人类的许多疾病的生理和病理变化密切相关,包括感染性疾病。感染性疾病是指人体感染了各种病原体(例如病毒、细菌、真菌以及寄生虫等)后导致的一大类疾病。病原体和人体相互作用后,可以产生一系列的特定蛋白,这些蛋白可以是细菌主动产生,也可以是细菌感染后,人体免疫系统抗感染过程中的应激产物。这些蛋白可以用于感染性疾病的辅助诊断、严重程度评估以及预后判断等。

急性期反应蛋白C反应蛋白(C-reaction protein,CRP)在1930年由Tillet和Francis发现,随后被广泛用于感染性疾病的辅助诊断以来。近大半个世纪以来,不断有新的蛋白被发现,包括降钙素原(procalcitonin,PCT)、血清淀粉样蛋白A(Serum amyloid A,SAA)和白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)等指标,并应用于感染性疾病的诊治。目前,检测这些特定蛋白的手段也多样化。因感染性疾病的病原体种类繁多、感染途径多样、症状和体征存在个体差异,未来需要更多新的特定蛋白以及新的检测手段来指导感染性疾病的诊断过程。快速化和通量化也是未来特定蛋白的检测趋势。



一、感染性疾病中特定蛋白的发展历史


1.检测指标:(1)CRP的发现以及在感染性疾病中临床应用:1930年,Tillet和Francis观察到一些急性感染患者血清可与肺炎链球菌荚膜中的C-多糖发生沉淀反应,随后他们证实这种现象是由血清中一种蛋白质引起,并将其命名为C反应蛋白 [1]。CRP由肝脏分泌,结构为环状五聚体,分子量约为20-30 kDa,各亚基均可通过Ca2+同C-多糖中的磷酸胆碱结合 [2]。生理情况下机体中CRP含量极低,但在炎症或感染状态下CRP水平会迅速升高 [3]。因此,CRP可用于感染性疾病的筛查、辅助诊断和严重程度评估等[4]。近年来,临床实验室采用了超敏感检测技术,能准确检测低浓度的CRP,称为超敏CRP (high sensitivity C-reactive protein,hsCRP),进一步提高了CRP在感染性疾病中的应用。(2)PCT的发现及在感染性疾病中临床应用:PCT在1984年首次由Le Moullec等人报道并阐述 [5]。PCT是无激素活性的降钙素前体物质,由116个氨基酸组成,结构上包括降钙蛋白、降钙素和N端残基片段,分子量约为13kDa [6]。生理情况下PCT主要由甲状腺滤泡旁细胞分泌,机体中PCT含量极低 [7]。Assicot等于1993年首次发现细菌感染患者体内PCT含量显著升高,并证实血清PCT水平升高同患者发生菌血症或脓毒症相关 [8]。后续研究也证实,在细菌感染时,肺和肠道等组织在白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)和肿瘤坏死因子等细胞因子的作用下也会合成并分泌大量PCT,导致血清PCT水平显著升高 [9]。因此目前PCT多被用于感染性疾病(特别是细菌性感染)的辅助诊断、预后判断和抗生素使用指导。(3)SAA的发现及在感染性疾病中临床应用:SAA的发现和命名已有50多年的历史。由于其是首种引起淀粉样变性的非免疫球蛋白血清蛋白,因此将其命名为血清淀粉样蛋白A [10]。人的SAA家族有4个成员:SAA1、SAA2、SAA3和SAA4,其中与感染相关的SAA为SAA1和SAA2,被称为急性期SAA(acute SAA,A⁃SAA)。常规SAA检测以及下文所提到的SAA,均指A⁃SAA [11]。SAA由104个氨基酸组成,结构为呈锥形的单聚体,包括4个α-螺旋 [12]。正常人体内的SAA含量较低, 机体受到炎症和感染等因素刺激后,巨噬细胞和纤维母细胞快速合成和分泌大量SAA,导致血清SAA显著升高,可达正常值的10-1000倍 [13]。因此,SAA对于感染性疾病的辅助诊断、 病情评估以及预后评价都具有重要临床价值。与其他特定蛋白不同,SAA在病毒感染中亦显著升高,联合运用其他指标,可以鉴别细菌性或病毒性感染 [14]。(4)IL-6的发现及在感染性疾病中临床应用:历史上,IL-6有十多种不同的别名,其由研究方向不同的几个课题组于1986年至1987年之间同时发现,并最终命名为IL-6 [15]。IL-6是由184个氨基酸组成的单链蛋白,分子量范围为21-28 kDa [15, 16]。IL-6 是固有免疫系统应对损伤和感染最初反应时所表达的细胞因子,其可以刺激骨髓产生白细胞,也可以促进肝脏产生急性阶段反应物。因此,IL-6的升高早于其他细胞因子,也早于CRP和PCT,可用于急性感染的早期辅助诊断。另外,动态观察IL-6水平也有助于评估感染性疾病的进展 [6]。(5)其它特定蛋白在在感染性疾病中临床应用:感染性疾病导致的急性炎症会引起血浆中一些蛋白含量发生显著变化,这些蛋白统称为急性时相反应蛋白(acute phase reaction proteins,APP)。除了上述的CRP、PCT、SAA和IL-6,铜蓝蛋白、结合珠蛋白、α1抗胰蛋白酶和α1酸性糖蛋白等在感染时也会显著升高。而前白蛋白和转铁蛋白浓度则出现相应下降,因此其被称为负性APP。这些APP的检测均可用于感染性疾病的监测和疗效判断。参与固有免疫应答的补体蛋白,有助于在早期提示机体受到感染;而在参与适应性免疫应答的免疫球蛋白中,IgG升高提示既往感染,IgM升高则表明有近期感染。


2.检测方法:(1)物理化学法:一些特定蛋白可以通过传统的物理化学方法进行检测。如血清白蛋白可以通过溴甲酚绿法测定,免疫球蛋白可以通过电泳技术进行定性和初步定量分析。但这些方法均存在敏感性低和特异性差等缺点。(2)免疫学方法:传统手工方法检测:传统手工免疫学方法主要包括单向免疫扩散法和双向免疫扩散法。指在含电解质的凝胶中,特定蛋白与相应抗体向四周扩散,形成浓度梯度,在二者相遇并在比例适当处形成乳白色沉淀物,再根据标准曲线对特定蛋白定量的试验。但因其存在灵敏度低和操作繁琐等缺点,临床检测中此方法的应用逐渐减少。有文献报道,在4份CRP阳性质控品中,单向免疫扩散试验只检出2例阳性,且需要48h才能完成检测,不能达到目前临床检测的要求 [17]。(3)目前临床常用方法:随着现代科学技术的不断发展,各种自动化分析仪应运而生,使得基于免疫浊度法(透射比浊法和散射比浊法)的特种蛋白检测技术在临床中广泛应用。许多自动化仪器已经可以通过免疫散射比浊法完成SAA的检测,体现出灵敏度高、可报告范围大以及检测速度快等优点,得到了国家药品监督管理局批准 [14]。联合免疫胶乳法和透射比浊法,则可进一步提高CRP的检测灵敏度,将检测下限降至0.005 - 0.10 mg/L,提高至超敏水平 [18]。但免疫比浊法仍很难检测出机体中微量存在的特定蛋白,而免疫标记技术为这种检测提供了可能。根据不同标记物,免疫标记技术包括放射免疫技术、荧光免疫技术和化学发光免疫技术等多种方法。通过放射免疫技术,血清IL-6的检测下限可降至5 pg/mL,增强其在感染早期诊断的应用价值[19]。基于的荧光免疫技术和化学发光免疫技术的商业试剂盒也已广泛应用于PCT的检测,检测下限可达到0.02 μg/L,使得PCT能够作为标志物之一评估感染的严重程度 [20]。


二、感染性疾病中特定蛋白的临床应用现状


1.特定蛋白对感染性疾病中的临床指导价值:感染性疾病的辅助诊断、鉴别诊断、严重程度评估以及预后判断。


(1)特定蛋白对感染性疾病具有辅助诊断价值:IL-6对于感染性疾病导致的炎症反应更为敏感,因此可用于早期感染的辅助诊断。有研究报道,在新生儿感染中,IL-6升高明显早于CRP [21]。CRP主要用于急性细菌感染的辅助诊断。一项荟萃分析显示,细菌感染患者体内CRP水平显著高于未感染患者(SMD=1.80,95% CI:1.40-2.19),[22]。以60 mg/L作为截断值,以CRP为标志物诊断急性细菌感染的灵敏度、特异度、阳性预测值和阴性预测值分别为80.7%、96.0%、91.9%和89.8% [23],是一个特异性较高但灵敏度不足的指标 [24]。PCT则更为广泛地应用于脓毒血症的辅助诊断。首先,PCT能够有效区分感染因素所致的脓毒血症与非感染因素所致的全身炎症反应综合征(Systemic Inflammatory Response Syndrome,SIRS)。一项纳入3244名患者荟萃分析显示,PCT鉴别脓毒血症和SIRS的受试者工作特征曲线下面积(Area Under Receiver Operating Characteristic Curve,AUC)可达0.85 [25]。;然后,PCT 升高对细菌感染导致的脓毒症特异性很高,主要用作辅助诊断细菌性脓毒症[26]。以0.5 ng/mL为截断值,PCT诊断脓毒血症的阴性预测值可达到95% [27]。最后,PCT还可以用于粗略区分导致脓毒血症的细菌类型。一般情况下,革兰阴性杆菌感染引起PCT变化更为明显,其水平显著高于革兰阳性菌感染时的PCT水平[28]。SAA则对于辅助诊断病毒感染具有重要价值,可弥补其他常用特定蛋白不能提示病毒感染的不足。在许多病毒感染的急性期,机体SAA水平均会显著升高,如麻疹病毒、腮腺炎病毒、带状疱疹病毒和各种呼吸道病毒 [29]。即使在病毒感染的婴幼儿中,SAA变化也较明显 [30]。通过SAA诊断病毒感染的AUC可达到0.859,远高于CRP和PCT等其他指标[31]。因此,中国中西医结合学会检验医学专业委员会在“血清淀粉样蛋白A在感染性疾病中临床应用的专家共识”指出,SAA水平持续高于10 mg/L而低于100 mg/L 时,患者罹患病毒感染可能性大 [14]。  


(2)特定蛋白可以反映机体的感染严重程度:CRP水平可以用于评估社区获得性肺炎(community-acquired pneumonia,CAP)患者感染的严重程度。入院时患者CRP小于100 mg/L,需要接受治疗的概率较低;入院4天后CRP水平下降幅度小于50%的患者,发展为复杂性肺炎的几率显著增高 [32]。在肺炎严重指数肺炎严重指数(pneumonia severity index,PSI)分级为Ⅲ至Ⅳ级的患者中,CRP水平显著高于PSI分级为Ⅰ至Ⅱ级的CAP患者[33]。


但其CRP对感染严重程度的预测价值不如PCT。PCT在局灶性感染中往往正常或轻度升高,常见于急性呼吸道感染、轻症细菌性肺炎和软组织感染等 [6, 26, 34]。全身性感染时,PCT水平则会显著升高,如细菌性脓毒症。且PCT 在脓毒症、严重脓毒症和脓毒性休克患者的体内水平依次显著递增,与感染严重程度呈正相关 [35]。因此“降钙素原急诊临床应用专家共识”中指出:当PCT浓度升至2-10 ng/mL时,很可能为脓毒症,具有高度器官功能障碍的风险;当PCT浓度超过10 ng/mL时,高度提示为严重脓毒症或脓毒性休克,并常伴有器官功能衰竭[26]。SAA可作为独立的因素对病毒等感染性疾病进行严重程度判断。病毒感染时,SAA可升高至正常水平的20倍,重症患者其水平甚至升高1000倍以上,显著高于健康人群和轻症患者 [36, 37]。SAA水平大幅度升高主要处于病毒感染急性期,重症患者可超过500 mg/L,处于康复期后患者SAA降至100 mg/L以下 [38, 39]。因此,中国中西医结合学会检验医学专业委员会规定以500 mg/L作为SAA提示病情严重的截断值 [14]。


(3)特定蛋白可用于来指导抗生素的使用:抗感染治疗过程中,动态监测CRP水平可辅助判断疗效,CRP 下降至正常可作为停药的指标之一。一项大型前瞻性研究指出,CAP患者住院3天后CRP水平下降60%以上以及7天后CRP水平下降90%以上代表抗生素治疗有效 [40]。相反,住院第四天CRP水平高于住院首日,则意味治疗失败 [41]。


虽然CRP在感染病人抗生素指导用药方面的作用于PCT相似 [42],但是目前临床认为最好的指标仍然是PCT [24]。2017年2月,美国食品与药品管理局批准降钙素原作为检测指标指导抗生素治疗住院病人感染 [43]。对于下呼吸道感染患者,当PCT水平低于0.1 μg/L 时,不推荐使用抗生素;当PCT水平高于0.5 μg/L,提示感染严重,排除其他导致PCT增高的原因,推荐开始使用抗生素[44]。对于脓毒症患者,当PCT水平降至0.5 -1.0 μg/L,或较峰值水平下降90%时,可以停用抗生素 [45]。另外,根据PCT的检测结果缩短抗生素使用时间,可显著降低感染患者死亡率 [44, 46]。


(4)特定蛋白与感染性疾病预后相关:有文献报道,IL-6能够预测中风患者感染的发生,是其死亡率的独立危险因素(OR = 9.2,95% CI:1.0 - 85.1) [47]。基线CRP水平与CAP患者短期死亡率相关,具有和CURB-65(C:意识障碍,U:尿素氮,R:呼吸频率,B:血压,65:年龄)和PSI评分类似的预测效果 [33, 48]。动态监测CRP水平则有助于预测脓毒症患者的28天死亡率,其效果不劣于PCT [49]。


但PCT仍是更广为认可的预后指标 [33]。对于下呼吸道感染患者,基线PCT水平能够很好的反映患者死亡风险(OR= 2.13,95% CI: 1.82 - 2.49)。接受治疗后PCT水平快速下降提示脓毒症感染患者结局良好,而治疗后PCT水平升高或不降低往往预示不良结局 [50]。动态监测PCT水平更能反映脓毒症患者的预后情况。72小时后PCT水平较基线水平下降80%,排除患者死亡的阴性预测值可达到90%左右;经治疗72h后PCT仍继续增高或不下降,患者死亡率的阳性预测值可达50% [51]。


2.同一指标检测方法的多样化:感染相关特定蛋白检测方法多种多样。免疫比浊法(检测CRP和SAA等)和化学发光法(检测PCT等)常应用于自动化仪器,适合三级以上大型医院,以完成每日的高通量检测。中小型医院可以选择即时检验(point-of-care testing,POCT)仪器或手工方法,结果与自动化仪器有较好的一致性。因此,不同的级别医院可根据自身情况选择不同的检测方法测定相应特定蛋白。


3.不同指标联合检测,对感染性疾病的判断和评估:特定蛋白在不同种类病原微生物引起的感染性疾病中变化情况不同,因此CRP、PCT和SSA等指标的联合应用有助于感染性疾病的判断和评估。有研究分析细菌性血流感染患者单独检测IL-6、CRP和PCT以及3个指标联合检测的诊断效率,三者联合后敏感度、特异度、阳性预测值和阴性预测值分别为97.2%,90.1%,87.4%和100.0%,均高于 IL-6、CRP和PCT的单独检测 [52]。联合CRP、PCT和SAA诊断新生儿败血症的AUC、灵敏度和特异度也高于单项检测的对应指标 [53]。SAA联合CRP被推荐用于对急性期感染类型的鉴别 [14]:当SAA水平位于100 - 500 mg/L,而CRP水平大于50 mg/L,提示细菌感染的可能;如果SAA水平大于500 mg/L,而CRP升高但其水平小于50 mg/L, 则倾向于病毒感染。在感染患者病情严重程度和预后判断方面,特定蛋白的联合检测也体现出显著的优势 [54]。


三、感染性疾病中特定蛋白存在问题及未来发展方向


1.存在问题:(1)检测指标偏少:近年来,国内外研究人员发现一些感染性疾病相关的新的特定蛋白,如髓系细胞表达触发受体-1(TREM-1)、可溶性尿激酶型纤溶酶原激活物受体(suPAR)和sCD14亚型等[55, 56]。但这些指标的检测只处于试验阶段,还未能实际应用于临床。传统的一些炎症指标(如红细胞沉降率)因对感染性疾病的临床意义不大而逐渐被淘汰。因此目前临床上应用于感染性疾病诊断、病情评估以及预后判断仅有上文所提到的CRP、PCT和SAA等,使得检测指标偏少。(2)缺乏对感染早期敏感的指标:特定蛋白在感染性疾病的早期诊断中作用有限。如PCT在感染12-24h后才达到高峰,而CRP在感染6-8h后开始升高,达到高峰也需要24-48h [6]。因此CRP在脑膜炎、儿童脓毒血症和细菌性菌血症的早期阶段中会出现假阴性[57],而PCT的水平也在早期阑尾炎等腹腔感染中也表现正常 [58],提示目前常用的特定蛋白的敏感性还较低,不能完全满足临床需求。(3)缺乏精准指导抗感染治疗的指标:一些特定蛋白可作为检测指标指导抗感染治疗。CRP和SAA主要应用于CAP患者治疗效果的评估 [59],PCT主要在肺炎和脓毒血症患者中指导抗生素的开始使用、维持或停用 [45]。而在其他一些感染性疾病,如尿路感染、脑膜炎和腹腔感染,还未有特定蛋白能够精确地指导抗感染的治疗。(4)“快”而“准”无法兼得:主要因为上述特定蛋白不是感染性疾病的特异性标志物,许多非感染性疾病也会导致其升高,如创伤、肿瘤、自身免疫性疾病和胰腺炎等 [26]。即使CRP和PCT等指标升高能够快速地提示临床患者可能存在感染,但准确的诊断还需要病原学结果的支持。


2.发展方向:(1)通量化:即多个指标同时检测。相比与单独检测,特定蛋白联合检测对感染性疾病的诊断、病情评估和预后判断均体现出显著优势。因此,同时检测样品中多种特定蛋白(如CRP、PCT和SAA等)将成为未来的发展方向之一。多种基于蛋白芯片的高通量技术的迅速发展,也使得通量化检测特定蛋白逐渐成为可能。(2)快速化是另一发展方向:POCT目前已广泛应用于多种感染性指标的检测,可以模型缩短样本周转时间。POCT在PCT测定上与常规方法具有良好的等效性,能满足临床使用所需要 [60]。POCT法检测SAA和CRP也已经应用于儿童急性上呼吸道感染疾病的辅助诊断 [61]。用于检测其他感染感染性指标的POCT分析仪器和相应试剂盒也在研发之中,有望进一步实现特定蛋白的快速检测。


参考文献略


注:本文来源于《临床实验室》杂志2021年第3期“微生物与感染”专题


QQ客服
电子邮箱
淘宝官店
没有账号?