化膿性腦膜炎患兒血清、腦脊液促炎因子水平變化及其與病情、血腦屏障破壞程度的關系

李靜，楊贊章，張娜，閆曉靜，張艷玲

1邢臺市人民醫院，河北邢臺054001；2河北省眼科醫院

化膿性腦膜炎(PM)是由化膿性細菌引起的腦膜炎癥，常見于低齡兒童尤其是嬰幼兒[1，2]。由于嬰幼兒血腦屏障不成熟，防御功能弱，PM起病多急驟，病情進展迅速，處理不及時可導致顱內壓迅速增高，甚至形成腦疝；或重度膿毒癥、多器官功能衰竭、休克等危癥。研究證實，腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細胞介素(IL)-1、IL-6、IL-8等促炎因子在成人和兒童PM的病情評估方面具有重要的臨床價值[3～5]，但對低齡患兒腦脊液和血清中促炎因子水平、血腦屏障(BBB)損害的相關性研究甚少。本研究觀察了低齡PM患兒腦脊液和血清TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8及白蛋白水平，分析腦脊液及血清促炎因子水平與BBB損害的關系。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2016年1月～2018年10月在邢臺市人民醫院住院的2歲以下PM患兒49例，男31例、女18例，月齡[M(P25，P75)]為2.5(1.7，6.6)個月。參照《諸福棠實用兒科學》中PM的診斷標準，排除合并顱內腫瘤、顱內出血、血液病、先天性腦發育異常、免疫系統疾病、PM以外的感染性腦膜炎以及腰穿前應用抗菌藥物超過2 d的患兒。腦脊液細菌培養結果陽性4例(肺炎鏈球菌2例，腦膜炎奈瑟菌與糞腸球菌各1例)。患兒均有不同程度的發熱、精神差，其中4例伴頭痛，15例伴嘔吐，6例前囟隆起，7例驚厥，12例昏迷，16例伴有硬膜下積液。根據中樞神經系統功能障礙程度[3]將患兒分為兩組，有意識障礙、昏迷、驚厥者為重癥PM組，無驚厥和昏迷者為普通PM組。普通PM組33例，男22例、女11例，月齡2.4(1.7，4.6)個月；重癥PM組16例，男9例、女7例，月齡4.4(1.5，4.4)個月。另選取疑診PM，但腦脊液常規檢查無異常，最終排除顱內感染的36例患兒作為對照組，男22例、女14例，月齡3.8(2.8，6.9)個月。三組性別、年齡具有可比性。本研究經邢臺市人民醫院倫理委員會批準，患兒家長均知情同意。

1.2 血清和腦脊液TNF-α、IL-6、IL-8、IL-1β檢測 采集患兒入院12 h內的靜脈血2 mL，行腰椎穿刺采集腦脊液2 mL，離心10 min后取上清液，-80 ℃保存備用。采用ELISA法測定血清和腦脊液TNF-α、IL-6、IL-8、IL-1β濃度。

1.3 BBB損害程度評價 采用免疫透射比濁法檢測血清白蛋白和腦脊液白蛋白，以腦脊液白蛋白×1 000/血清白蛋白計算白蛋白指數，根據白蛋白指數評價BBB損害程度。白蛋白指數<7.5為無損害，7.5～10為輕度損害，10～30為中度損害，>30為重度損害[6]。

1.4 統計學方法 采用SPSS20.0統計軟件。計量資料以M(P25，P75)表示，因數據離散程度大，為非正態分布，故兩組間比較采用Mann-WhitneyU秩和檢驗，多組間比較采用Kruskal-Wallis法秩和檢驗；等級資料的比較采用秩和檢驗；相關性分析采用Spearman秩相關系數。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 三組血清促炎因子水平比較 見表1。

2.2 三組腦脊液促炎因子水平比較 見表2。

表1 三組血清促炎因子水平比較[M(P25，P75)]

注：與對照組比較，*P<0.05；與普通PM組比較，#P<0.05。

表2 三組腦脊液促炎因子水平比較[M(P25，P75)]

注：與對照組比較，*P<0.05；與重癥PM組比較，#P<0.05。

2.3 PM患兒促炎因子在腦脊液與血清中的水平比較 見表3。

表3 PM患兒促炎因子在腦脊液與血清中的水平比較[ng/L，M(P25，P75)]

注：與同組血清水平比較，*P<0.05。

2.4 三組BBB損害程度比較 見表4。對照組、普通PM組、重癥PM組的白蛋白指數分別為5.2(3.9，6.3)、24.1(21.4，31.5)、29.8(28.6，33.1)。對照組BBB無損害，PM組BBB均有不同程度損害，重癥PM組中度、重度損害發生率均高于普通PM組(P均<0.01)。

表4 三組BBB損害程度比較(例)

注：與普通PM組比較，*P<0.01。

2.5 PM患兒白蛋白指數與促炎因子水平的關系 PM患兒腦脊液TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8水平與白蛋白指數均呈正相關(r分別為0.614、0.530、0.735、0.596，P均<0.01)，血清IL-1β、IL-6、IL-8水平與白蛋白指數均呈正相關(r分別為0.456、0.379、0.350，P均<0.01)，血清TNF-α水平與白蛋白指數無明顯相關性(r=0.207，P=0.057)。

2.6 PM患兒腦脊液與血清促炎因子水平的相關性 IL-1β在PM患兒腦脊液中水平與血清水平存在正相關(rs=0.441，P=0.002)，TNF-α、IL-6、IL-8在腦脊液中水平與血清水平無明顯相關性(rs分別為0.211、0.031、0.130，P均>0.05)。

3 討論

PM是兒童嚴重的顱內感染性疾病之一，其致殘率和病死率較高[7，8]。由于小兒的免疫功能和防御能力較低，病原菌容易透過BBB感染腦膜而引起化膿性感染。化膿性細菌侵入腦脊液中后，由于腦脊液中的免疫球蛋白含量低，缺乏補體，吞噬細胞活力低下，導致病原菌迅速增長，同時釋放出內毒素或磷壁酸質等致炎物質。這些致炎物質作為抗原，刺激吞噬細胞和神經膠質細胞產生一系列促炎因子。

促炎因子在促進PM損害BBB過程中發揮重要作用，其中IL-1、TNF-α是介導PM患兒腦膜炎癥最主要的促炎因子[1]。TNF-α在中樞神經系統感染中起著先導作用，它可進一步誘導IL-6、IL-8、IL-1β等促炎因子的合成和釋放，增強炎癥細胞的黏附作用，提高BBB通透性[9]。有研究發現，PM患者腦脊液TNF-α水平與BBB損害程度和病情嚴重程度具有顯著相關性[4，10]。IL-1β除了具有炎癥趨化和組織損傷作用外，還可提高MMP-9對T淋巴細胞的抗原提呈效應，增強CD4+T細胞對BBB細胞外基質的吞噬作用，破壞BBB的完整性[11]。TNF-α、IL-1β還可通過活化顱內血管內皮細胞上面的白細胞黏附受體，促進白細胞在血管壁上黏附。白細胞釋放一系列蛋白溶解酶，進而破壞血管內皮細胞的緊密連接，使BBB通透性增加[1]。IL-6能激活MMP-9合成，降解細胞外基質中的細胞骨架、膠原纖維Ⅳ等成分，MMP-9又可促進IL-6、IL-8等促炎因子的釋放，加劇炎癥細胞對BBB的浸潤，降低BBB的屏障作用[10，12]。IL-8對中性粒細胞具有趨化性，能促進局部炎癥。可見TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-8等促炎因子與BBB損害密切相關。BBB遭到破壞后，血液中的水分及其他物質進入顱內，造成腦水腫、顱內壓升高、腦組織缺血，最終導致腦功能障礙。Kepa等[3]報道，成年PM患者腦脊液中IL-6水平與患者病情嚴重程度存在相關性。本研究結果顯示，低齡PM患兒發病急性期的腦脊液中TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8水平與病情嚴重程度存在顯著相關性，對照組、普通PM組、重癥PM組腦脊液中促炎因子水平依次升高，其水平越高，預示著病情越嚴重。

BBB對維護腦組織內環境的穩定，防止血液中的有害物質侵入具有重要意義。生理狀況下，由于BBB的存在，腦脊液中白蛋白含量很低。當BBB遭到破壞通透性增高時，可引起腦脊液中白蛋白濃度升高。因白蛋白既不在腦內合成，也不在腦內代謝，故白蛋白在腦脊液/血清的商值即白蛋白指數可反映BBB通透性，白蛋白指數越高提示BBB損害越嚴重。本研究結果顯示，對照組、普通PM組、重癥PM組的白蛋白指數依次升高，重癥PM組BBB重度損害發生率高于普通PM組，提示BBB損害程度與病情嚴重程度有關。相關性分析顯示，腦脊液中TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8以及血清IL-1β、IL-6、IL-8水平與白蛋白指數均呈顯著正相關，表明促炎因子與BBB損害存在相關性。促炎因子水平越高，炎癥反應越強烈，BBB的完整性破壞也越嚴重，促炎因子水平升高可能是BBB損害的因素之一。

本研究還發現，PM患兒腦脊液中TNF-α、IL-6、IL-8、IL-1β水平均高于血清中的水平，由于PM患兒BBB通透性增高，考慮到促炎因子的擴散效應(物質分子從高濃度區域向低濃度區域轉移)，故推測腦脊液中的促炎因子是顱內產生，而非血液來源。但PM患兒除了血清IL-1β與腦脊液中IL-1β水平存在正相關之外，血清與腦脊液中TNF-α、IL-6、IL-8水平均缺乏相關性。說明盡管PM時BBB通透性增加，腦組織局部產生的TNF-α、IL-6、IL-8等促炎因子仍然不易透出BBB進入血液，血清檢測不能替代腦脊液檢測。

綜上所述，低齡患兒PM急性期腦脊液中TNF-α、IL-6、IL-8、IL-1β、白蛋白指數水平及血清IL-6、IL-1β水平明顯升高，腦脊液中促炎因子水平與病情嚴重程度、BBB損害程度呈正相關。腦脊液中與血清中的TNF-α、IL-6、IL-8水平缺乏相關性，血清檢測不能替代腦脊液檢測。由于本項目為單中心研究，且納入樣本量偏小，數據難免存在誤差，今后仍需進行多中心、大樣本研究進一步驗證。