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生物标志物描述了患者临床状况的可测量指标，其可以准确且可重复地测量。生物标志物为脓毒症或疑似脓毒症患者的诊断、预后、早期疾病识别、风险分层、适当治疗（治疗诊断学）和试验富集方面提供效用。在这篇叙述性综述中，我们旨在回答以下问题：“生物标志物在脓毒症或脓毒症休克患者中是否能预测死亡率，多器官功能障碍综合征（MODS）或器官功能障碍？”我们还讨论了促炎和抗炎生物标志物以及与肠道通透性、内皮损伤、器官功能障碍、血脑屏障（BBB）破坏、脑损伤以及短期和长期死亡率相关的生物标志物的作用。对于脓毒症，鉴定一系列生物标志物，包括液相模式识别分子（PRMs）、补体系统、细胞因子、趋化因子、损伤相关分子模式（DAMPs）、非编码RNA、miRNA、细胞膜受体、细胞蛋白、代谢物和可溶性受体。我们还概述了免疫反应生物标志物，以帮助识别或区分全身炎症反应综合征（SIRS）、脓毒症、脓毒性休克和脓毒症相关性脑病。然而，需要做大量的工作来确定生物标志物的最佳组合，以提高诊断、治疗和良好的预后评估效能。
关键词：生物标志物，全身炎症反应，脓毒症，脓毒性休克，脓毒症相关性脑病 生物标志物描述了正常和致病过程中生物状态的可测量指标。作为治疗诊断学，它可能有助于确定适合进行治疗干预的患者，并滴定干预的程度和/或持续时间。生物标志物应该是准确和可重复的。在理想情况下，生物标志物（或生物标志物的组合）应为诊断疾病提供高特异性和敏感性，但单独使用任何一种都可能足以作为“纳入”或“排除”测试。脓毒症是因感染引起的免疫反应失调，会导致器官功能障碍。宿主反应生物标志物在诊断、器官功能障碍的早期识别、风险分层、预后和患者管理（包括抗生素管理）中起着至关重要的作用。生物标志物也可能有助于充实试验，以确定合适的患者和/或干预的风险分类。通过一系列不同技术测量的各种生物标志物正在被研究，以快速区分全身炎症反应综合征（SIRS），这是一种身体对有害应激源（例如感染、创伤、手术、急性炎症、缺血或再灌注、或癌症）的过度防御性反应，或早期识别感染引发的器官功能障碍（脓毒症）。此外，脓毒症相关器官衰竭快速评估（qSOFA）旨在提高对疑似脓毒症的诊断并鼓励采取其他行动。尽管如此，qSOFA并不能替代SIRS。这些生物标志物包括对急性期蛋白质细胞因子、趋化因子、损伤相关分子模式 （DAMPs）、内皮细胞标志物、白细胞表面标志物、非编码 RNA、miRNA 和可溶性受体的测量，以及代谢物和基因表达（转录组学）的改变。生物标志物可能有助于将脓毒症患者以生物表型的形式分组，例如，过度炎症与免疫抑制。生物标志物也可用于确定肠道通透性、血脑屏障通透性、再入院概率和长期预后。致病病原体复制并释放其成分，如内毒素和外毒素，以及DNA。这些成分被指定为病原体相关分子模式（PAMPs）。PAMPs可被模式识别受体（PRRs）和非PRR识别，它们是免疫系统的重要组成部分。PRR 包括多个家族，包括 Toll 样受体 （TLRs）、核苷酸结合寡聚化结构域样受体（NOD）样受体（NLRs）、视黄酸诱导基因 I（RIG-I）样受体（RLRs）、C型凝集素受体（CLRs）和细胞内DNA传感分子。非PRR包括用于晚期糖基化终产物的受体（RAGE）、在髓系细胞上表达的触发受体（TREM）和G蛋白偶联受体（GPCRs）。免疫细胞受体对PAMPs的感知触发了一系列信号通路，这些信号通路激活了多种转录因子，以促进促炎和抗炎介质的产生和释放，如急性期蛋白质、细胞因子、趋化因子以及抗菌肽，这是消除入侵病原体所必需的。宿主免疫应答和病原体毒力因子都会引发细胞损伤和/或诱导细胞应激。这将导致内源性分子（DAMPs）的释放，加剧炎症反应。DAMP被识别PAMP的相同免疫受体识别。已经鉴定了许多DAMPs，包括一些目前被用作炎症生物标志物。实例包括与核酸相关的蛋白质和细胞分子，例如热休克蛋白（HSP），高迁移率族蛋白B1（HMGB-1）和S100家族成员。免疫应答可诱导血管内皮损伤，破坏紧密连接（T.J.），增加肠道通透性，并可能促进病原体和/或其PAMP从肠道转移至血流和淋巴管，从而放大全身炎症反应。此外，BBB通透性的增加允许循环免疫细胞进入大脑，引发或加剧神经胶质细胞活化。这些事件可能引发强烈和过度的宿主反应，激活凝血和纤维蛋白溶解系统，激活或抑制激素，生物能量和代谢途径，并诱导宏观和微观循环变化，最终导致多器官功能障碍。在过去的几十年中，研究人员研究了SIRS，脓毒症和脓毒性休克期间的每个炎症反应阶段，与炎症级联反应相关的代谢物以及可用作生物标志物的细胞成分。这些生物标志物可以帮助识别内皮损伤、肠道通透性、器官衰竭、BBB分解并预测幸存者的再住院，短期和长期死亡率以及认知结局。在这篇叙述性综述中，我们讨论了一个问题：“脓毒症或脓毒性休克患者的生物标志物是否可以预测死亡率、MODS或器官功能障碍？”通过在PubMed/MEDLINE（国家医学图书馆）数据库中搜索直到2021年10月发表的同行评审期刊文章来确定研究。上述数据库使用以下关键字组合进行搜索：('inflammatory response syndrome' OR 'SIRS' OR 'sepsis' OR 'septic shock' OR 'sepsis-associated encephalopathy' OR 'SAE') AND ('markers' OR 'biomarkers' OR 'biological markers' OR 'biological measures' OR 'molecular predictor')。我们排除了综述、体外研究和动物研究的文章。体液先天免疫应答由多种成分组成，包括液相模式识别分子（PRMs）和补体系统。PRM包括C反应蛋白（CRP），血清淀粉样蛋白P组分（SAP）和正五聚蛋白3（PTX3）。CRP水平的升高主要是由白细胞介素（IL）-6和IL-1β在炎症过程的急性期作用于负责CRP转录的基因引起的。CRP是一种五聚体急性期反应蛋白，其构象有助于触发补体活化并激活血小板、单核细胞和内皮细胞。此外，CRP是最广泛使用和研究的生物标志物之一。一项前瞻性多中心队列研究随访了483名因脓毒症住院长达一年的成年患者。在住院期间和之后的五个时间点评估IL-6、高敏C反应蛋白（hs-CRP）、可溶性程序性死亡配体1（sPD-L1）、E选择素和细胞间粘附分子1（ICAM-1）。对具有高炎症的表型（高水平的IL-6和hs-CRP）和免疫抑制表型（高sPD-L1水平）进行了比较。与正常表型相比，高炎症和免疫抑制表型均具有较高的6个月再入院率和1年死亡率，包括全因及可归因于心血管或癌症的死亡率。正五聚蛋白（PTX-3）在病原体或炎症刺激下由巨噬细胞、树突状细胞、成纤维细胞、系膜细胞和神经胶质细胞分泌。在意大利白蛋白结局脓毒症项目（ALBIOS）研究中纳入的958名脓毒症或脓毒性休克患者中，在其第1、2和7天对血浆PTX-3进行了评估。研究人员在90天内评估了PTX-3水平与临床严重程度，器官功能障碍，治疗和死亡率之间的可能关联。PTX-3水平在脓毒症发作时升高，并随着疾病严重程度和器官功能障碍的数量而增加。PTX-3水平在第1至第7天之间下降，但在脓毒性休克患者中这一点不太明显。在一项前瞻性观察性分析中，PTX-3、IL-6、降钙素原（PCT）和乳酸联合检测在预测脓毒症或脓毒性休克患者的28天全因死亡率方面表现优异，优于序贯器官衰竭评分（SOFA）。在一项关于脓毒症补体激活标志物的前瞻性试点研究中，与健康志愿者对照组相比，C4d（3.5倍）、因子Bb（6.1倍）、C3（0.8倍）、C3a（11.6倍）和C5a（1.8倍）水平较高。在另一项针对49名脓毒症患者的研究中，34名患者发展为弥散性血管内凝血（DIC），8人死亡。DIC患者的C3水平较低，SC5b-9水平较高。按SC5b-9四分位数分层（ng/mL:低：260，中：260-342，高：343-501，最高：501），凝血参数在最高四分位数患者中最紊乱，伴有长期血小板减少症和更高的死亡率。PRRs的激活最终刺激转录因子，导致促炎细胞因子的表达和分泌，包括肿瘤坏死因子α（TNF-α）、IL-1-β、IL-6和干扰素（IFN）。这些炎症介质是宿主防御病原体和激活适应性免疫反应所必需的。一项回顾性研究评估了一系列细胞因子，发现在危重和非危重患者脓毒症急性期，IL-1β、IL-6、IL-8、MCP-1、IL-10 和纤溶酶原激活剂抑制剂1（PAI-1）水平均升高。此外，与重症患者相比，重症患者IL-10（第1、2和4天）、IL-6和PAI-1（第2天和第4天）以及IL-8（第4天）水平升高。总之，hs-CRP、IL-6 和 PAI-1 循环水平可能有助于对高炎症患者表型进行分层。DAMPs是从受损或应激细胞释放的内源性危险分子。这些分子通过与PRRs的相互作用激活先天免疫系统。DAMPs有助于宿主防御，但也可以促进病理性炎症反应。钙卫蛋白是一种在嗜中性粒细胞和巨噬细胞的细胞质基质中发现的蛋白质，在细胞应激或损伤下释放。在一项混合人群研究中，脓毒症患者的血浆钙卫蛋白水平高于创伤患者和其他医疗条件。未存活至30天的患者钙卫蛋白水平较高。血浆PCT在各组之间或作为结局的预后者间没有差异。用作脓毒症生物标志物的受试者工作特征（ROC）分析显示，与PCT（AUC：0.49）相比，钙卫蛋白的曲线下面积（AUC：0.79）值更高。一项前瞻性研究评估了14名脓毒症患者和16名无脓毒症患者入住ICU的IL-6，HMGB-1和中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL）。在脓毒症患者中，IL-6水平降低与ICU生存率相关；非幸存者的NGAL水平升高，而无论并发症如何，幸存者和非幸存者的HMGB-1水平均未改变。内皮和BBB损伤的第一步是蛋白质的分解和破坏，然后释放到血液中。这些蛋白质或肽可以作为内皮细胞和BBB完整性的标志物进行评估。在51例脓毒症患者中评估了闭合蛋白（OCLN）、claudin-5（CLDN-5）、胞质紧密粘连蛋白1（ZO-1）、PCT和乳酸的血浆水平。OCLN和ZO-1随疾病严重程度升高，与急性生理学和慢性健康评估II（APACHE-II）、SOFA评分以及乳酸水平呈正相关。ZO-1院内死亡率的预测值与乳酸水平、APACHE-II和SOFA评分相当，但优于OCLN和PCT。在一系列死于脓毒症的成年人的脑部尸检病例中，38%的人在脑微血管的内皮中没有OCLN表达。BBB损伤与较高的最大SOFA评分和PCT水平>10ug/L相关。小脑中的BBB损伤更常见于CRP值>100 mg/L。可溶性FMS样酪氨酸激酶1（sFlt-1）、可溶性E-选择素（sE-选择素）、可溶性细胞间粘附分子1（sICAM-1）、可溶性血管细胞粘附分子1（sVCAM-1）和PAI-1在另一项研究中进行了评估。所有这些评估的内皮生物标志物都与脓毒症的严重程度有关。sFlt-1与SOFA评分的相关性最强，而sFlt-1和PAI-1在死亡率方面的受试者工作特征曲线下具有最高的面积。Syndecan-1是内皮的结构成分。与健康对照组相比，脓毒症患者的抗凝血酶、PAI-1、syndecan-1、VCAM-1、E-selectin、IL-1β、IL-6、IL-8、HMGB-1 和组蛋白H3 均增加。与幸存者相比，非幸存者的syndecan-1水平更高。在第一天，观察到syndecan-1水平与APACHE-II、SOFA、DIC评分、止血标志物、IL-1β、IL-8和PAI-1之间存在关联。在DIC患者中，第1天的syndeccan-1水平也显著较高，并且具有可靠的鉴别能力来预测DIC的发展和随后的死亡率。血清生物标志物钙结合蛋白B（S100B）反映了 BBB 破坏、神经胶质细胞损伤和活化。S100B用于评估脑损伤的严重程度并预测卒中、创伤性脑损伤、脑病和谵妄的结局。一项前瞻性队列研究表明，预测180天死亡率的第三天值优于第一天（0.731 vs 0.611）。脓毒症相关性脑病患者的水平也升高。在另一项针对22名脓毒性休克患者的观察性研究中，10名患者存在谵妄。S100B>0.15ug/L发生谵妄风险的比值比为18.0。谵妄患者的血浆IL-6水平较高。S100B和IL-6水平呈正相关。S100B、PAI-1、血管生成素（Ang）-2、ZO-1和OCLN是目前用于评估血管损伤和BBB通透性的主要生物标志物。重症患者显示肠道通透性增加，这可能引发全身炎症反应综合征和多器官功能障碍综合征（MODS）。与手术后对照组或健康志愿者相比，脓毒症患者的血浆连蛋白水平更高。在另一项研究中，脓毒症患者的血清肠道脂肪酸结合蛋白（I-FABP）水平较高，脓毒性休克患者的血清水平仍然较高。脓毒症也升高了血清 D-乳酸水平，但未鉴别严重程度。I-FABP和D-乳酸都不能评估预后。非编码RNA（ncRNA）是从DNA转录但未翻译成蛋白质的RNA分子。MicroRNA是一种小型的非编码RNA分子，在RNA沉默和转录后基因表达调控中起作用。ncRNA和mRNA正在作为脓毒症生物标志物进行研究。例如，与健康对照组相比，脓毒症患者中的长非编码转移相关性肺腺癌转录物1（lnc-MALAT1）和微RNA（miR）-125a增加，并且与APACHE-II评分、SOFA评分、血清肌酐、CRP、TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8呈正相关。lnc-MALAT1/miR-125a轴也是28天死亡风险增加的预测因子。在另一项研究中，与非ARDS患者相比，急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者的lnc-MALAT1表达增加（AUROC：0.674）。非幸存者与幸存者比较（AUROC：0.651），与APACHE-II和SOFA评分、CRP、PCT、TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-17呈正相关。与健康对照组相比，脓毒症患者中长的非编码RNA母系表达基因3（lnc-MEG3）和lnc-MEG3/miR-21轴增加，而miR-21表达降低。lnc-MEG3（AUROC：0.887）和lnc-MEG3/miR-21比值（AUROC：0.934）在预测脓毒症风险升高方面具有较高的值，而miR-21（AUROC：0.801）对脓毒症风险降低具有极好的预测价值。进一步的研究表明，与健康对照组相比，脓毒症患者的miR-125a和miR-125b表达升高，并可以预测脓毒症的风险-miR-125a（AUROC：0.749）和miR-125b（AUROC：0.839）。miR-125a与CRP、TNF-α、IL-6、IL-17和IL-23之间无相关性，但miR-125b与这些细胞因子呈正相关。miR-125a未能预测脓毒症患者的28天死亡风险（AUROC：0.588），而miR-125b则更优越（AUROC：0.699）。细胞表面受体是掺入细胞质膜中的受体，通过接收或结合细胞外分子作用于细胞信号传导。在检测到这些分子后，代谢物开始产生。在一项研究中，分化簇（CD）-13、CD14、CD25、CD64 和人类白细胞抗原（HLA-DR）在死亡率预测方面表现出可接受的敏感性和特异性（CD13 AUROC:0.824; CD64 0.843; HLA-DR 0.804），而CD14和CD25不能预测死亡率。在进一步的研究中，脓毒症患者的nCD64得到表达，且nCD64、PCT、CRP和SOFA评分较高，其中nCD64在鉴别阳性微生物培养物方面的AUC最高（0.879）。这优于PCT（0.868）、SOFA评分（0.701）、CRP（0.609）和白细胞（WBC）计数。在预测28天死亡率时，nCD64和SOFA评分的组合的AUROC为0.91，而PCT和SOFA组合的AUROC为0.882。一项纳入19项研究共3012名患者的Meta分析评估了PCT（AUROC 0.84） 和 presepsin（0.87 AUROC）在诊断脓毒症方面的价值。PCT的合并敏感性和特异性分别为0.80和0.75，presepsin的敏感性和特异性分别为0.84和0.73。在一项研究中，脓毒症患者的presepsin、PCT、CRP 和 WBC 水平高于 AUROC 值为 0.954（presepsin）、0.874 （PCT）、0.859 （CRP） 和 0.723 （WBC）的SIRS 组。区分脓毒症和SIRS的presepsin临界值为407 pg/ml，敏感性和特异性值分别为98.6%和82.6%。在一项针对儿童脓毒症的研究中，脓毒性休克患儿的TREM-1水平较高。肾上腺素（ADM）在不同组织中合成，包括肾上腺皮质、肾、肺、血管和心脏。它具有生物学特性，包括血管舒张、正性肌力药、利尿剂、利钠剂和支气管扩张剂。在一项研究中，中区肾上腺髓质素原（MR-proADM）是五种不同器官衰竭（呼吸、凝血、心血管、神经和肾脏）的独立预测因子，而乳酸预测了三种器官衰竭（凝血、心血管和神经），PCT 两种（心血管和肾脏），CRP没有。与其他生物标志物和临床评分相比，MR-proADM最准确地识别出具有进一步疾病进展可能性的患者。一项随机对照研究共纳入了1089例脓毒症（142例）或脓毒性休克（977例）患者。脓毒症诊断后前24小时内的MR-proADM水平与7天死亡率（AUROC 0.72和P<0.001）和90天死亡率（AUROC 0.71和P<0.001）相关。PCT水平下降且第1天或第4天持续高MR-proADM水平的患者的死亡风险显著较高，分别高达19.1（8.0-45.9）和43.1（10.1-184.0）。入住ICU的成年患者在这项回顾性观察研究中被测量了其生物活性ADM水平。本研究共包括1867名患者，632名脓毒症患者和267名脓毒性休克患者。脓毒症患者的中位生物活性ADM为74 pg/mL，脓毒性休克为107 pg/mL，非脓毒症患者为29 pg/mL。脓毒症患者和ICU人群中生物活性ADM升高与死亡率的相关性分别导致O.R.s为1.23和1.22。此外，MR-proADM可能通过连续性肾脏替代疗法（CRRT）去除。N-末端（N.T.）-激素原BNP（NT-proBNP）是由心脏产生并响应心内压力变化而释放的非活性激素原。脓毒症发作后24小时NT-proBNP水平升高与12个月时较低的短期体能电池（SPPB）评分以及随访6个月和12个月时较低的握力相关。因此，脓毒症急性期NT-proBNP水平可能是脓毒症幸存者身体功能和肌肉力量长期受损风险增加的有价值指标。在另一项研究中，与幸存者（3479 pg/mL）相比，入院时院内非幸存者NT-proBNP水平较高（7908 pg/mL）。入院时AUROC曲线和72小时NT-proBNP水平的住院死亡率分别为0.631和0.648。PCT在甲状腺的C细胞中产生并转化为降钙素，并未释放到血液中。在炎症过程中，PCT直接通过刺激细菌成分或由各种炎症介质如IL-6和TNF-α诱导产生。PCT和presepsin在预测阳性脓毒症结果方面具有相似的表现，AUROC值分别为0.75和0.73。另一项研究显示，在预测脓毒症方面，PCT的AUROC值为0.87，presepsin的AUROC值为0.78。脓毒症和脓毒性休克患者的血浆presepsin和PCT水平逐渐高于非脓毒性患者。在诊断严重社区获得性肺炎方面，presepsin优于PCT，而在另一项关于接受重症监护的脓毒症患者的研究中，PCT略优于presepsin。另一方面，MR-proADM对脓毒性休克具有更好的预测价值。该研究得出结论，PCT、MR-proADM和presepsin是互补的生物标志物，可能对脓毒症患者的管理有用。在一项比较PCT与无PCT指导的意向性治疗研究中，28天死亡率无显著差异（PCT为25.6%，无PCT为28.2%，P=0.34）。降钙素原的使用不会影响通过治疗和诊断干预的频率来衡量的投资决策。入住ICU第1天收集的高水平抵抗素与发生新器官衰竭的可能性增加相关，而第一天高髓过氧化物酶（MPO）水平与发生凝血和肾系统发生器官衰竭的风险增加相关。在骨髓细胞-1中表达的可溶性触发受体（sTREM-1）是TREM家族成员。该受体作为感染的生物标志物具有极好的潜力，因为它可以在不同的生物体液中测量，包括血清、胸腔积液、痰液和尿液。然而，一项纳入19项研究2418例患者的meta分析显示，血清sTREM-1在诊断疑似脓毒症患者方面仅具有中等准确性。与单独的临床变量相比，将sTREM-1与临床变量相结合可提供更显著的死亡率鉴别。在一项多中心前瞻性队列研究中，可溶性肿瘤坏死因子受体1型（sTNFR1）水平>8861 pg/ml可以预测30天死亡率。脓毒症或脓毒性休克患者在入院后第1天、第2天、第4天和第7天表现出更高水平的可溶性尿激酶纤溶酶原激活受体（suPAR）、PCT和乳酸，其中乳酸和suPAR是疑似感染的最佳风险分层生物标志物。脓毒症患者的suPAR和PCT水平高于AUROC值分别为0.89和0.82的SIRS组。28天死亡率预后准确度评估中，与APACHE-II和SOFA评分相似的幸存者相比，非幸存者血清sPD-L1水平升高。有关详细信息，请参阅表1和表2，以及图1。
图1. 脓毒症、脓毒症休克和脓毒症相关脑病生物标志物。感染触发一系列信号通路，激活多种转录因子并促进促炎介质，如急性期蛋白、细胞因子、趋化因子和抗菌肽，以消除入侵病原体。不平衡的宿主免疫反应引发血管内皮损伤，增加肠道和BBB通透性，最终导致器官功能障碍。 Ang-2（血管生成素-2）、APP（急性期蛋白）、aPPT（活化部分凝血活酶）、AST（星形胶质细胞）、AT（抗凝血酶）、BBB（血脑屏障）、C5aR（补体成分5a受体）、CD（分化簇）、CD14-ST（可溶性CD14亚型）、CRP（C反应蛋白）、DAMP（损伤相关分子模式），GFAP（胶质纤维酸性蛋白）、HMGB-1（高迁移率族框1）、ICAM-1（细胞间粘附分子1）、I-FABP（肠脂肪酸结合蛋白）、LBP（脂多糖结合蛋白）、mHLA-DR（单核细胞人类白细胞抗原DR）、Mo（巨噬细胞）、NFL（神经丝轻）、NSE（神经元特异性烯醇化酶），NT-proBNP（N-末端脑钠肽前体）、OCLN（闭塞素）、OLG（少突胶质细胞）、PAMPs（病原体相关分子模式）、PCT（降钙素原）、PMNL（多形核白细胞）、PT（凝血酶原）、PTX-3（正五聚蛋白-3）、S100B（钙结合蛋白B）、sFlt-1（可溶性FMS样酪氨酸激酶1），suPAR（可溶性尿激酶纤溶酶原激活受体）、TNFR（肿瘤坏死因子受体）、TREM-1（在髓样细胞1上表达的触发受体）、VCAM-1（血管细胞粘附分子1）、ZO-1（胞质紧密粘连蛋白1） 尽管在治疗脓毒症患者方面取得了重大进展，但这种疾病仍然与高死亡率和长期认知功能障碍有关。正在该领域进行广泛的研究，以验证生物标志物，促进脓毒症诊断，并允许早期干预，尽管主要是支持性的，但可以降低死亡风险。脓毒症有时表现出高炎症反应模式，随后可能出现免疫抑制期，在此期间存在多器官功能障碍。生物标志物或一组生物标志物可能是预测、识别或提供治疗脓毒症的新方法的新途径。
来源：Barichello et al. Critical Care (2022) 26:14
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