降鈣素原與呼吸道感染性疾病

季娟娟 孫耕耘

自1993年Assicot等首次報道膿毒癥患者血清降鈣素原(procalcitonin，PCT)水平明顯升高以來，一系列關于PCT的研究已在臨床展開。目前國際上已將PCT作為評價臨床感染的一項新指標，對判斷疾病嚴重程度及預后均有預警作用。呼吸系統感染作為臨床感染性疾病的重要組成部分，PCT對其臨床應用價值尤其值得關注。現就降鈣素原在呼吸道感染性疾病診斷、病情嚴重程度、預后判斷及指導抗生素合理使用等方面的價值做一簡要概述。

一、PCT概述

PCT是降鈣素(calcitonin，CT)的前肽物質，無激素活性，其mRNA編碼位于11號染色體的降鈣素-I(CALC-I)基因上。健康個體PCT-mRNA主要在甲狀腺濾泡旁細胞(C細胞)粗面內質網內翻譯形成降鈣素原前體(Pre-CT)。Pre-CT進入內質網膜，經糖基化和特異性酶切除N端信號肽后形成PCT。PCT由116個氨基酸組成，相對分子量約13×103，經一系列蛋白酶作用，分解為CT、氨基PCT(NProCT)和降鈣蛋白(CCP-Ⅰ)。正常人血清中可測得PCT、CT、N-ProCT、CCP-Ⅰ以及CT-CCP-I復合體。

正常情況下，CALC-I基因表達被選擇性抑制，PCT-mRNA僅表達于某些神經內分泌細胞，主要包括甲狀腺C細胞和肺的神經內分泌細胞。由于幾乎所有PCT都能轉變為CT，所以生理狀況下，血中PCT含量極低(＜0.1 ng/ml)。而在膿毒血癥或炎癥狀態時，PCT主要由甲狀腺以外的細胞產生。研究表明，內毒素(lipopolysaccharide，LPS)及TNF、IL-6、IL–1、IL-2等炎癥因子可誘導全身多種類型細胞(包括巨噬細胞、粒細胞、脂肪細胞、睪丸細胞等)CALC-I基因的表達和PCT的釋放，血PCT濃度可升高至100 ng/ml。即使甲狀腺全切的患者，在嚴重細菌感染時，血PCT濃度仍會明顯升高［1］。有關研究顯示單核-巨噬細胞可能是感染時循環血PCT的主要來源［1-2］。

血漿中的PCT非常穩定，離體血中PCT濃度在室溫下24 h后約下降12%，4℃時下降6%。PCT被一系列蛋白酶降解，血中半衰期約25～30 h。PCT的代謝途徑尚不完全清楚，研究表明血漿PCT僅部分經腎臟清除［3］。即使腎功能異常或衰竭的患者，血漿中PCT濃度也無明顯升高，PCT的半衰期亦無顯著延長。因此對有腎衰竭或接受血液凈化替代治療的患者，仍可使用PCT作為評價指標。

二、PCT在呼吸道感染性疾病中的應用

1.PCT在疾病診斷中的應用:病毒感染是呼吸系統感染性疾病的重要組成部分，在門診患者中，更是占據抗生素處方的主體，而這些處方的開出并沒有明確的細菌感染依據。研究表明，血清PCT濃度在呼吸道病毒感染性疾病中不升高或僅輕度升高。針對63例病原學明確的成人下呼吸道感染住院患者研究發現，34例單純病毒感染者血清PCT平均水平為(0.7±2.3)ng/ml，23例病毒與細菌混合感染者PCT為(2±5)ng/ml，而9例細菌感染者PCT則為(19±26)ng/ml［4］。對兒童急性呼吸道感染的研究也表明病毒感染時血清PCT水平明顯低于細菌感染者［5］。Skin等［6］對2009年H1N1病毒性肺炎患者進行研究，同樣發現單純H1N1病毒性肺炎血清PCT平均水平明顯低于混合細菌感染者(0.15 ng/ml vs 3.45 ng/ml，P=0.019)。實驗研究顯示，LPS、IL-1β 等可誘導脂肪細胞分泌 PCT，在培養基中加入IFN-γ后PCT的分泌則幾乎完全抑制，而多種呼吸道病毒感染均可引起血漿中IFN-γ明顯升高，這或許可以解釋為何病毒感染者血清PCT濃度遠低于細菌感染者。

細菌性肺炎是最常見的肺炎，但由于細菌學檢查陽性率低，培養結果滯后，臨床通常經驗性應用抗生素，從而導致部分非細菌感染者同樣接受抗生素治療，加重細菌耐藥性的產生。對30例病原學明確的社區獲得性肺炎(community acquired pneumonia，CAP)患者進行前瞻性研究，結果表明細菌性肺炎組中位血清PCT濃度7.64 ng/ml(0.26～63.16)明顯高于非典型病原體(支原體、衣原體等)肺炎組0.80 ng/ml(0.13 ～34.90)［7］。與 C-反應蛋白(C-reactive protein，CRP)相比，PCT 區分細菌與非典型病原體引起CAP的ROC面積為0.745 vs 0.585。之后進行的1337例CAP患者的大樣本調查研究同樣表明，細菌性CAP患者血漿 PCT水平明顯高于非典型病原體或病毒感染者［8］。針對呼吸機相關肺炎(ventilator associated pneumonia，VAP)的研究顯示，PCT診斷VAP的敏感性和特異性最好，與CRP、臨床肺部感染評分(clinical pulmonary infection score，CPIS)相比，ROC 面積分別為 0.828、0.544、0.651。根據ROC曲線取2.99 ng/ml為截斷值聯合CPIS≥5可使診斷的特異性達100%［9］。由此認為，PCT可作為對肺炎病原學診斷有重要參考價值的生物學指標。

慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD)的誘因分感染性和非感染性。對AECOPD誘因的判斷關系到患者臨床治療的及時性、準確性。常春等［10］對45例AECOPD患者的研究發現，細菌感染組血清PCT水平顯著高于非細菌感染組和穩定期組的患者，而后兩組之間血清PCT水平無明顯差別。根據ROC曲線，選取0.155 ng/ml為最佳截斷值，預測AECOPD患者細菌感染的靈敏度為93.3%，特異度60%，在血清PCT濃度小于0.155 ng/ml時，對細菌感染的陰性預測值(negative predictive value，NPV)達94.7%。

Naderi等［11］對PCT在肺結核診斷中的價值進行了研究，結果表明，取0.5ng/ml作為截斷值，PCT鑒別肺結核與非肺結核疾病的靈敏度、特異度、陽性預測值及陰性預測值分別為36.9%、63.1%、50%、50%，研究者認為，血清PCT不能作為診斷肺結核的指標。一項針對西非肺結核患者的研究也表明大多數肺結核患者的血清PCT水平低于一般的截斷值(0.5 ng/ml)，但相比正常對照組則明顯升高(P＜0.001)，且依據患者臨床病情嚴重程度，病情越重，PCT值越高，死亡的風險也越高［12］。雖然PCT不能作為診斷肺結核的指標，但研究發現，與細菌性CAP患者血清PCT濃度相比，肺結核患者血清PCT明顯降低，因此PCT有助于細菌性CAP和肺結核的鑒別診斷［13］。

關于PCT對侵襲性真菌感染(invasive mycotic infection，IMI)的診斷價值存在分歧。對ICU收治的56例IMI患者進行血清PCT檢測，發現IMI患者PCT水平較健康對照組明顯升高，提示PCT對IMI診斷具有一定的參考價值［14］。但PCT水平不能鑒別病原體為何種真菌。同時對ICU收治的血液細菌感染患者進行PCT測定，發現血液真菌感染與細菌感染患者之間PCT水平無顯著差異。Dornbusch等［15］對55例確診或擬診IMI的患者血清PCT濃度進行檢測，結果發現血清PCT濃度僅在不到一半的侵襲性念珠菌感染患者中升高，由于其較低的敏感性和特異性，故認為血清PCT對IMI的診斷作用不大。而對48例外科重癥感染患者血清PCT濃度進行檢測，發現與菌血癥患者血清PCT濃度(平均12.9 ng/ml IQR［2.6～81.2］)相比，念珠菌血癥患者則明顯降低(0.71 ng/ml［0.5～1.1］)。根據 ROC 曲線取 2 ng/ml為截斷值，PCT＜2 ng/ml時考慮念珠菌感染的陽性預測值接近94%［16］。

2.PCT對疾病病情和預后的判斷價值:PCT在呼吸道感染性疾病病情嚴重度及預后判斷中的應用價值仍有爭議。Mar等［17］進行了一項由240例CAP患者組成的前瞻性研究，依據PSI(肺炎嚴重性指數)評分對患者進行分層，PSI評分Ⅲ-Ⅳ級及產生并發癥(包括膿胸、需要機械通氣、感染性休克等)或者死亡的患者PCT水平明顯升高。在PSI評分Ⅰ-Ⅱ級患者中，細菌感染引起CAP者PCT濃度高于其他病原體引起CAP者，但死亡或出現并發癥的患者，其PCT水平無顯著差別。在PSI評分Ⅲ-Ⅳ級患者中，不同病原體引起CAP，其血清PCT的濃度無明顯差別，而死亡及并發癥的發生則與PCT濃度密切相關。因此研究者認為，血清PCT在成人CAP病情及預后判斷中的作用，依據PSI評分的不同而有差別。在PSI評分低的患者，血清PCT可用于判定感染的病原體，但在PSI評分較高的患者，PCT則用于判斷預后。對100例重癥CAP患者的PCT水平進行連續監測，發現存活患者從第1天到第3天PCT水平呈下降趨勢，而死亡患者則相反。氣管插管患者若第3天PCT水平＜0.95 ng/ml，存活率高達95%，提示PCT的變化可反映患者的病情變化以及預后［18］。德國的一項研究指出，血清PCT濃度評價CAP嚴重程度以及判斷預后的準確程度與CRB-65相似，PCT可以作為獨立的指標預測CAP患者的死亡風險［19］。美國一項由1651位患者組成的多中心前瞻性隊列研究發現，PSI評分Ⅳ-Ⅴ級及CRB-653-5分的高危患者，若 PCT濃度小于0.1 ng/ml，則病死率明顯降低［20］。

3.PCT指導抗生素的使用:由于PCT在細菌感染性疾病中的高特異性及靈敏性，國外學者對PCT指導抗生素的應用進行了大量臨床研究，并逐漸形成了一套以動態監測PCT濃度來協助指導抗生素應用的策略(圖1)［21］:PCT 濃度小于0.1 μg/L，細菌感染非常不可能，避免使用抗生素;PCT 濃度(0.1 ～0.25)μg/L，細菌感染不可能，不建議使用抗生素;PCT濃度(0.25～0.5)μg/L，細菌感染可能，建議使用抗生素;PCT濃度大于0.5 μg/L，細菌感染非常可能，強烈建議使用抗生素。自2004年開始，包括大樣本隨機單盲試驗、大樣本隨機對照試驗及多中心隨機對照試驗等一系列臨床研究表明，通過動態監測PCT濃度來協助決定抗生素的啟用和停用，在CAP、AECOPD、VAP等下呼吸道感染性疾病乃至指導基層醫療單位抗生素的使用中，均可起到縮短抗生素平均使用時間及降低抗生素使用比例的作用［22-26］。然而值得注意的是，并不推薦以PCT濃度升高作為抗生素升級使用的依據［27］。近期一項以ICU患者為對象的臨床研究顯示，PCT指導下抗生素的升級使用并不能提高患者的存活率，反而可加劇相關器官的損害，延長在ICU的住院時間。

圖1 下呼吸道感染患者基于PCT水平的抗生素治療流程

三、PCT免疫中和治療的前景

研究表明PCT是一種次級炎癥因子，它的升高受到細胞因子的誘導，本身不能啟動膿毒癥的反應，但可作為繼發介質對感染的嚴重程度起到放大作用。體外注射PCT對健康的動物來說影響較小，但對膿毒癥動物，病死率接近100%。大量實驗研究顯示PCT在膿毒癥中的作用機制包括以下幾方面［28］:誘導白細胞的類促炎癥反應，降低中性粒細胞的吞噬活性;抑制中性粒細胞的遷移，促進白細胞源性細胞因子的產生;增加NO合成等。此外PCT還可抑制降鈣素基因相關肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)的活性，而后者在膿毒癥時可以產生包括增加吞噬細胞活性、降低TNF-α濃度、擴張冠狀動脈等作用。

基于以上PCT的生物學特性，針對PCT的免疫中和治療展開了系列研究。給膿毒血癥豬注射特異性PCT中和抗血清，可改善豬的生理和代謝參數，明顯提高短期生存率(由0%升高到85%)［29］。給倉鼠注射大腸桿菌和PCT混合液后發現，倉鼠的病死率較對照組明顯升高(分別為93%、43%，P=0.02);中和 PCT 可降低動物病死率(實驗組 54%、對照組 82%，P ＜ 0.045)［30］。Tavares等［31］新近以LPS誘導的休克綜合征大鼠作為實驗動物的研究同樣證實，使用PCT中和抗體可以顯著改善大鼠的癥狀及死亡率。研究表明LPS可增加CALC-I基因的表達，從而引起PCT的升高。而長期存活者中則觀察到使用抗N-ProCT抗體可以減少基因的表達，完全地抑制PCT的分泌，而且這種作用在延遲治療時仍是有效的。由于PCT在膿毒癥等重癥感染時的持續長時間升高，可以為治療提供一個更為寬裕的時間窗口。PCT免疫中和治療作用在動物實驗中已得到證實，對膿毒癥患者，PCT能否成為新的治療靶點則有待于進一步的臨床研究。

四、PCT應用的局限性

PCT在感染性疾病中的應用越來越廣泛，但值得注意的是，PCT應用存在其局限性，臨床使用時需密切結合患者的實際病情綜合考慮。一方面PCT在非感染性疾病中可以升高:如①嚴重的創傷和大手術后，PCT會出現中等程度的升高，隨著應激的去除，PCT水平會隨之降低;②心源性休克患者，血漿PCT的濃度亦可升高［32-33］。以上PCT濃度的升高并不反映感染的嚴重程度，而是由于機體自身的炎癥反應所引起。另一方面，低水平PCT濃度并不能表明感染不存在或不嚴重:如①非典型病原體感染(支原體、衣原體)引起的肺炎，血漿PCT濃度幾乎不升高;②感染性心內膜炎時雖PCT有輕度升高，但對診斷的特異性極低;③即使是細菌感染患者，若早期接受抗生素的治療，血PCT濃度可正常或輕度升高［9，34-35］。

1 Muller B，White J，Nylen E，et al.Ubiquitous expression of the calcitonin-I gene in multiple tissues in response to sepsis［J］.Clin Endocrinol Metab，2001，86(1):396-404.

2 Oberhoffer M，Vogelsang H，Jauger E，et al.Katacalcin and calcitonin immunoreactivity in different types of leukocytes indicate intracellular procalcitonin content［J］.J Crit Care，1999，14(1):29-33.

3 Meisner M，Lohs T，Huettemann E，et al.The plasma elimination rate and urinary secretion of procalcitonin in patients with normal and impaired renal function ［J］.Eur J Anaesthesiol，2001，18(2):79-87.

4 Walsh E，Falsey A，Nylen E，et al.Serum biomarker measurements in adults with viral infections［J］.Abstract D-2258，ICAAC 2008.

5 Schultzle H，Forster J，Superti-Furga A，et al.Is serum procalcitonin a reliable diagnostic marker in children with acute respiratory tract Infections a retrospective analysis［J］.Eur J Pediatr，2009，168(9):1117-1124.

6 Skin Ahn，Won Young Kim，Sung-Han Kim，et al.Role of procalcitonin and C-reactive protein in differentiation of mixed bacterial infection from 2009 H1N1 viral pneumonia［J］.Infl Other Respir Vir，2011，5(6):398-403.

7 Jereb M，Kotar T.Usefulness of procalcitonin to differentiate typical from atypical community-acquired pneumonia［J］.Wien Klin Wochenschr，2006，118(5-6):170-174.

8 Kruger S，Ewig S，Papassotiriou J，et al.Inflammatory parameters predict etiologic patterns but do not allow for individual prediction of etiology in patients with CAP:results from the German competence network CAPNETZ［J］.Respir Res，2009，10:65.

9 Ramirez P，Garcia MA，Ferrer M，et al.Sequential measurements of procalcitonin levels in diagnosing ventilator-associated pneumonia［J］.Eur Respir J，2008，31(2):356-362.

10 常 春，姚婉貞，陳亞紅，等.血清降鈣素原對慢性阻塞性肺疾病加重期患者下呼吸道細菌感染的診斷價值［J］.北京大學學報:醫學版，2006，38(4):389-392.

11 Naderi M，Hashemi M，Kouhpayeh H，et al.The status of serum procalcitonin in pulmonary tuberculosis and nontuberculosis pulmonary disease［J］.J Pak Med Assoc，2009，59(9):647-648.

12 Rasmussen TA，Sogaard OS，Camara C，et al.Serum procalcitonin in pulmonary tuberculosis［J］.Int J Tuber Lung Dis，2011，15(2):251-256.

13 Ugajin M，Miwa S，Shirai M，et al.Usefuless of serum procalcitonin levels in pulmonary tuberculosis［J］.Eur Respir J，2011，37(2):371-375.

14 時 兢，繆 昉，榮菊芬，等.血清降鈣素原檢測對院內深部真菌感染診斷價值的探討［J］.內科急危重癥雜志，2004，10(4):203-204.

15 Dornbusch HJ，Strenger V，Kerb1 R，et al.Procalcitonin-a marker of invasive fungal infection［J］.Support Care Cancer，2005，13(5):343-346.

16 Martini A，Gottin L，Menestrina N，et al.Procalcitonin levels in surgical patients at risk of candidemia［J］.J Infect，2010，60(6):425-430.

17 Mar Masiá，Félix Gutierrez，Connado Shum，et al.Usefullness of procalcitonin levels in community-acquired pneumonia according to the patients outome research team pneumonia severity index［J］.Chest，2005，128(4):2223-2229.

18 Boussekey N，Leroy O，Alfandari S，et al.Procalcitonin kinetics in the prognosis of severe community-acquired pneumonia［J］.Intensive Care Med，2006，32(3):469-472.

19 Kruger S，Ewig S，Marre R，et al.Procalcitonin predicts patients at low risk of death from community-acquired pneumonia across CRB-65 classes［J］.Eur Respir J，2008，31(2):349-355.

20 Huang D，Weissfeld L，Kellum J，et al.Risk prediction with procalcitonin and clinical rules in community-acquired pneumonia［J］.Ann Emerg Med，2008，52(1):48-58.

21 Schuetz P，Batschwaroff M，Dusemund F，et al.Effectiveness of a procalcitonin algorithm to guide antibiotic therapy in respiratory tract infectious outside of study conditions:a post-study survey［J］.Eur J Clin Microbiol Infect Dis，2010，29(3):269-277.

22 Christ M，Jaccard D，Binqisser R，et al.Effect of procalcitonin-guided treatment on antibiotic use and outcome in lower respiratory tract infections:cluster-randomized，single-blinded intervention trial［J］.Lancet，2004，363(9409):600-607.

23 Christ M，Jaccard D，Binqisser R，et al.Procalcitonin guidance of antibiotic therapy in community-acquired pneumonia:a randomised trial［J］.Am J Respir Crit Care Med，2006，174(1):84-93.

24 Daiana S，Christ M，Bingisser R，et al.Antibiotic treatment of exacerbations of COPD:a randomised，controlled trial comparing PCT-guidance with standard therapy［J］.2007，Chest，131(1):9-19.

25 Matthias B，Philipp S，Mueller B，et al.Procalcitonin-guided antibiotic use vs a standard approach for acute respiratory treat infections in primary care［J］.Arch Intern Med，2008，168(18):2000-2007.

26 Stolz D，Smyrnios N，Eggimann P，et al.Procalcitonin for reduced antibiotic exposure in ventilator-associated pneumonia:a randomised study［J］.Eur Respir J，2009，34:1364-1375.

27 Jensen JU，Hein L，Lundgren B，et al.Procalcitonin-guided interventions against infections to increase early appropriate antibiotics and improve survival in the intensive care unit:A randomized trial［J］.Crit Care Med，2011，39(9):2048-2058.

28 Kenneth L，Becker RS，Eric SN.Procalcitonin in sepsis and systemic inflammation:a harmful biomarker and a therapeutic target［J］.Br J Pharm，2010，159:253-264.

29 Wagner KE，Martinez，JM，Vath SD，et al.Early immunoneutralization of calcitonin precursors attenuates the adverse physiologic response to sepsis in pigs［J］.Crit Care Med，2002，30:2313-2321.

30 Gaini S，Koldkjaer OG，Pedersen C，et al.Procalcitonin，Lipopolysaccharide-binding protein，interleukin-6 and C-reactive protein in community-acquired infection and sepsis:A prospective study［J］.Crit Care，2006，10(2):53.

31 Tavares E，Minano FJ.Immunoneutralization of the aminoprocalcitonin peptide of procalcitonin protects rats from lethal endotoxaemia:neuroendocrine and systemic studies［J］.Clin Sci，2010，119:519-534.

32 Hunziker S，Hugle T，Schuchardt K，et al.The value of serum procalcitonin level for differentiation of infectious from noninfectious causes of fever after orthopaedic surgery［J］.J Bone Joint Surg Am，2010，92(1):138-148.

33 Schuetz P，Affolter B，Hunziker S，et al.Serum procalcitonin，C-reactive protein and white blood cell levels following hypothermia after cardiac arrest:a retrospective cohort study［J］.Eur J Clin Invest，2010，40(4):376-381.

34 Knudsen JB，Fuursted K，Petersen E，et al.Procalcitonin in 759 patients clinically suspected of infective endocarditis［J］.Am J Med，2010，123(12):1121-1127.

35 Kruger S，Ewig S，Kunde J，et al.Assessment of inflammatory markers in patients with community-acquired pneumonia-influence of antimicrobial pre-treatment:results from the German competence network CAPNETZ［J］.Clin Chim Acta，2010，411(23-24):1929-1934.