COVID-19相關生物標志物的臨床使用價值研究進展

王秋桐，安耀震，劉穎，趙瑞

截至2021年2月，世界衛生組織公布的數據顯示，全球近240多個國家COVID-19確診人數超過1億人，死亡人數累計230萬余人［1］。新型冠狀病毒可通過飛沫、呼吸道分泌物、與COVID-19患者直接接觸等方式傳播［2］，也有證據表明，無癥狀感染者亦可傳播病毒［3］。生物標志物可能會協助COVID-19的疾病早期預判、進展監測及輔助評估患者預后。目前，醫學界針對COVID-19尚無特效治療藥物，因而尋找可早期判別疾病嚴重程度、指導分級診療及預測患者預后的相關生物標志物，對精準治療有重大指導意義。

COVID-19患者臨床癥狀以發熱、干咳、呼吸急促和頭痛較為常見［4］，有基礎病史（高血壓、糖尿病、心血管疾病等）的危重型患者70%以上還會迅速發展成為急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratry distress syndrme，ARDS）、代謝性酸中毒、凝血功能障礙、急性心肌損傷或多器官功能衰竭（multiple organ failure，MOF），且其繼發性死亡率較高［5-6］。而這些主要臨床癥狀可借助生物標志物進行早期識別，為重癥患者的早期干預治療和預后的改善提供客觀依據。原中華人民共和國衛生和計劃生育委員會和中醫藥管理局聯合發布的《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第七版）》提到，重型和危重型COVID-19患者淋巴細胞計數（lymphocyte，LC）進行性減少，白介素6（interleukin 6，IL-6）、C反應蛋白（C-reactive protein，CRP）進行性上升［7］；有些研究還提到乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）、肌酸激酶（creatine kinase，CK）和心肌肌鈣蛋白（cardiac troponin，cTn）與COVID-19疾病嚴重程度有關［8-9］。筆者通過檢索相關文獻發現，白細胞計數（white blood cell count，WBC）、D-二聚體（D-Dimer，D-D）、降鈣素原（procalcitonin，PCT）等20余種生物標志物的變化亦對COVID-19患者分級診療、病情嚴重程度判斷及預后預測具有一定作用。本文旨在探討COVID-19相關生物標志物的臨床使用價值，以期為臨床診療提供參考。

1 COVID-19相關生物標志物的分類

筆者將20余種生物標志物按類別劃分為：血液學生物標志物、生物化學標志物、炎性因子生物標志物、凝血生物標志物、腎臟生物標志物5大類進行分析，發現重型和危重型COVID-19患者相關的生物標志物異常變化更明顯，詳見表1。

2 血液學生物標志物

與COVID-19相關的血液學生物標志物主要有：WBC、LC、中性粒細胞計數（neutrophil count，NC）、中性粒細胞與淋巴細胞比值（neutrophil to lymphocyte ratio，NLR）、血小板計數（platelet count，PLT）、嗜酸粒細胞計數（eosinophil count，EOS）、血紅蛋白（hemoglobin，Hb）等。

研究顯示，80%重型、危重型COVID-19患者均存在WBC增加，但僅有約20%的輕型COVID-19患者存在WBC增加［10］。一項回顧性研究發現，與非重癥患者相比，重癥患者WBC和NC明顯增加（5.6×109/L比4.9×109/L，P＜0.001；4.3×109/L比3.2×109/L，P＜0.001），由于重癥患者LC偏低，故NLR明顯增加（5.5與3.2，P＜0.001）［11］。一項匯總了3 377例COVID-19患者的Meta分析結果表明，COVID-19患者WBC明顯增加及LC、PLT下降可能是疾病進展的潛在標志［12］。但WBC預測疾病進展的準確性也會受到糖皮質激素治療和某些病毒、細菌的影響。

T淋巴細胞和自然殺傷（natural killer，NK）細胞作為控制病毒感染所必需的細胞毒性淋巴細胞，其功能衰竭與COVID-19疾病進展呈正相關，且危重型患者血液中T淋巴細胞、NK細胞、B淋巴細胞總數相對參考范圍下限偏低［13］。低水平CD8+T淋巴細胞是預測COVID-19病情嚴重程度的獨立影響因素，高CD4+T淋巴細胞/CD8+T淋巴細胞患者常臨床療效不佳［14］，而特異性T淋巴細胞亞群與住院期間死亡率和危重癥有關聯，若CD4+T淋巴細胞、CD8+T淋巴細胞、B淋巴細胞分別低于104、85、82個/μl的預警值，則COVID-19患者在住院期間死亡風險更高［15］。

有文獻指出，EOS與LC呈正相關，入院患者EOS水平極低可能和預后不良存在關系［16］。LIU等［17］的研究也提到，入院前COVID-19患者EOS較低，出院時恢復至參考范圍，可認為EOS恢復至參考范圍可能是COVID-19患者臨床癥狀改善的一個指標。但LIPPI等［18］認為，EOS減少與COVID-19病情進展并無關聯〔WMD=-0.01×109，95%CI（-0.07×109，0.04×109），P=0.99〕。所以將EOS作為生物標志物預測COVID-19的靈敏度和特異度還有待大樣本臨床數據進一步驗證。

NLR作為一種炎性標志物，在評估COVID-19患者疾病嚴重程度和臨床結局方面也有重要價值，COVID-19患者NLR升高可能由于感染病毒后導致病理性低密度NC增加及淋巴細胞死亡通路相關基因表達增強所引起。相關研究已證明，NLR是COVID-19患者疾病嚴重程度的獨立影響因素［19］和危重癥患者早期潛在生物標志物［20］。LAGUNAS-RANGEL［21］在Meta分析中也證實，重型和急危重型COVID-19患者的NLR明顯升高與較差的臨床結局存在聯系。

研究顯示，重型和危重型COVID-19患者Hb（P＜0.003 3）和紅細胞計數（red blood cell count，RBC）（P＜0.004 7）明顯低于參考范圍下限［22］，推測可能與病毒直接侵害骨髓前體，造成細胞造血異常或抑制造血功能有關，這種推測在PRILUTSKIY等［23］的COVID-19患者尸檢報告中也有提及，該現象還有待進一步深入研究。PLT也與危重型COVID-19患者死亡率及疾病嚴重程度分層存在獨立相關性，低PLT常預示著疾病惡化和死亡風險增加［24］。COVID-19患者出現微血栓現象與PLT偏低也有直接聯系［25］，分析原因為受傷的肺組織和內皮細胞激活了肺組織的血小板，促進了肺內微血栓的聚集，血小板消耗量增加。一項納入113例COVID-19患者的研究通過多因素Cox回歸分析計算出纖維蛋白原與白蛋白比值（fibrinogen to albumin ratio，FAR）和PLT是疾病進展的獨立影響因素［26］，受試者工作特征曲線（receiver operating characteristic curve，ROC曲線）分析也提示FAR＜0.088 3和PLT＞135×109/L的COVID-19患者不太可能發展成重癥。

此外，還有證據顯示，COVID-19患者中的單核細胞可激活兩個可溶性標志物——可溶性CD14（soluble CD14，sCD14）和可溶性CD163（soluble CD163，sCD163），進而對疾病嚴重程度進行評估，危重型COVID-19患者的sCD14（2 444.0 ng/ml）、sCD163（911.5 ng/ml）水平明顯高于健康對照組（1 788.0 ng/ml ，495.6 ng/ml ，P＜0.000 1），且sCD14水平與LDH（P=0.001）、CRP（P＜0.001）、PCT（P=0.009）、血 清 鐵 蛋 白（P=0.009）、IL-6（P＜ 0.001） 等 炎 性 因子水平呈正相關，sCD163水平還與患者入院時間呈正相關（P=0.016）［27］，以上數據表明，單核細胞的這些可溶性激活標志物可用于監測單核細胞活性和外周血單核細胞炎性細胞因子的變化狀態，也暗示了這些變化可能與COVID-19病情進展存在關聯。

總之，與輕型COVID-19患者相比，重型和危重型COVID-19患者的WBC、EOS、Hb、PLT減少，NC、NLR增加，這些血液學生物標志物的變化有助于臨床醫生早期預判COVID-19患者疾病嚴重程度和預后。

3 生物化學標志物

與COVID-19相關的生物化學標志物主要有：丙氨酸氨基轉移酶（alanine aminotransferase，ALT）、天冬氨酸氨基轉移酶（aspartate amino transferase，AST）、CK、LDH、cTn等。

AIKAWA等［28］的薈萃分析結果指出，COVID-19患者中，有心血管疾病病史者死亡率更高，新型冠狀病毒引發的病毒性心肌炎和后期進展為MOF均會造成患者心肌損傷，hs-cTn水平升高與住院期間死亡率增加明顯相關〔OR=22.7，95%CI（13.6，38.1），P＜0.001〕，可以為疾病進展和死亡率預測提供參考。HENRY等［29］和CHEN等［30］的研究均指出，出現MOF的危重型COVID-19患者的ALT、AST、CK、cTn水平均明顯升高。CHEN等［30］的前瞻性試驗還提示，cTn水平＞0.05 ng/ml是COVID-19患者死亡風險的獨立預測因素。COVID-19也會破壞患者的肝功能，可能與新型冠狀病毒直接與肝細胞結合有關，也有可能是炎性因子免疫反應導致肝臟受損。一項納入5 711例COVID-19患者的多中心回顧性隊列研究指出，COVID-19患者ALT與AST明顯上升，且與死亡率密切相關，早期識別急危重型患者心肌損傷有助于ICU分診治療，并可提示及時使用強心劑和血管收縮藥物［31］。

LDH是葡萄糖代謝中乳酸轉化的主要酶物質，其水平升高可提示病毒存在或有肺損傷。重型COVID-19患者的LDH水平高于非重型COVID-19患者（248 U/L與151 U/L，P=0.002），且重型COVID-19患者入院治療幾天后仍維持較高水平LDH（160 U/L與218 U/L，P=0.002）［32］，所以LDH水平可能是預測重型COVID-19患者的潛在標志物，若與CT聯用，可能會更加有利于疾病嚴重程度的預判。

同型半胱氨酸（hemocyanin，Hcy）作為COVID-19生物標志物的相關研究較少，尤其是關于心血管疾病合并COVID-19患者的前瞻性研究更是罕見。YANG等［33］針對273例入院第1周行胸部CT檢查的COVID-19患者的血液學指標和生化參數進行研究發現，胸部CT檢查示病情進展的患者（71例）Hcy水平明顯高于胸部CT檢查示病情未進展的患者（202例）（10.7 μmol/L與9.3 μmol/L，P=0.006）；此外，預測COVID-19患者胸部CT檢查示病情進展的Hcy最佳截斷值為 10.58 μmol/L。

4 炎性因子生物標志物

CRP是肝臟細胞產生的血漿蛋白，是臨床上常用的急性炎性反應標志物，其水平與COVID-19病情嚴重程度呈正相關［34］。一項單中心回顧性研究指出，重型COVID-19患者CRP水平明顯高于非重型COVID-19患者（57.9 mg/L與33.2 mg/L，P＜ 0.001）［11］。LIU等［35］的研究還發現，當CRP水平＞41.8 mg/L時，患者進展為危重型的風險明顯增加〔HR=4.394，95%CI（1.924，10.033），P＜0.001〕。以上兩項研究均證實了CRP是COVID-19患者臨床診斷和判別病情嚴重程度的一個強有力的生物標志物。

血清淀粉樣蛋白A（serum amyloid A，SAA）也是一種急性炎性反應標志物和疾病嚴重程度的敏感指標，對COVID-19患者預后有一定預測價值［36］。CRP、SAA、LC、SAA/LC預測重型COVID-19的ROC曲線下面積從大到小分別為SAA/LC、CRP、SAA、LC，表明SAA/LC可能是區分重型COVID-19患者和輕型COVID-19患者的可靠指標；此外，若患者從入院到康復出院的過程中SAA、SAA/LC持續下降，則意味著患者可能會有更好的預后，動態監測SAA水平并聯合CT檢查可能對COVID-19的診斷和治療具有重要價值［37］。

COOMES等［38］的薈萃分析提到，重型COVID-19患者IL-6水平比非重型COVID-19患者高出2.9倍，ARDS發生率和死亡率也明顯偏高（P=0.02）。LIU等［35］的Cox回歸分析結果顯示，IL-6水平＞32.1 pg/ml時，可以用作預測COVID-19病情嚴重程度的指標〔HR=2.375，95%CI（1.058，5.329），P＜0.001〕。

在人體出現嚴重感染或炎性反應時，PCT水平會急劇上升，比參考范圍上限高出百倍，當PCT水平＞0.07 ng/ml時，患者發生嚴重疾病的可能性明顯升高（P＜0.000 1）［35］。LIPPI等［39］的Meta分析也提示，PCT水平升高使患者轉變成重型COVID-19的風險提升了近5倍〔OR=4.76，95%CI（2.74，8.29）〕。雖然PCT在患者初診時可協助預判疾病嚴重程度，但會受到類似充血性心力衰竭等基礎病的干擾，在預測患者預后方面并不可靠。

此外，相關臨床研究還提到了IL-2、IL-7、IL-10、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、干擾素誘導蛋白（interferon induced protein，IP）-10、單核細胞趨化蛋白（monocyte chemotactic protein，MCP）-1、巨噬細胞炎癥蛋白（macrophage inflammatory ptotein，MIP）-1α、粒細胞集落刺激因子（granulocyte colony stimulating factor，G-CSF），這些指標不僅與COVID-19疾病嚴重程度存在關聯，還可能與患者死亡率有關［6，12，40-42］，但 IP-10、MCP-1 目前只限于應用于重型、危重型COVID-19患者，其他類型患者還有待進一步研究。

5 凝血生物標志物

凝血生物標志物異常常與患者預后不良有關，尤其是危重型COVID-19患者會存在嚴重的凝血功能障礙及血栓形成。研究顯示，COVID-19患者D-D水平較參考范圍上限增加40%左右，與嚴重并發癥發生率、死亡率存在相關性，也是疾病嚴重程度的獨立預測因子［43-44］。亦有研究顯示，D-D水平有助于ICU COVID-19患者的分流和早期惡化的檢測（重型COVID-19患者中位D-D水平為2.4 mg/L，非重型COVID-19患者的中位D-D水平為0.5 mg/L，P=0.004 2）［5］。D-D水平＞1.0 μg/ml時會增加COVID-19患者的死亡風險（P＜0.003 3），＞2.0 μg/ml可以作為預測住院期間死亡率的一個臨界值［45］。凝血酶原時間（prothrombin time，PT）可能與疾病嚴重程度及死亡率有關。WANG等［46］的一項涉及296例COVID-19患者的回顧性研究指出，治療期間死亡患者的平均PT和活化部分凝血活酶時間（activated partial thromboplastin time，APTT）長于生存患者。TANG等［47］也得出相似結論，死亡患者PT明顯延長，而且D-D和纖維蛋白降解產物（fibrinogen degradation products，FDP）水平也明顯高于生存患者。在急危重型COVID-19患者的搶救過程中，機械通氣的效果并不理想，甚至會導致局部肺損傷，這與重型COVID-19患者常伴隨較嚴重的凝血功能異常和繼發性纖溶存在一定關聯。在COVID-19治療中加入抗凝治療具有重要應用價值，由于COVID-19患者普遍存在PT、APTT、FDP、D-D等凝血參數異常升高、PLT嚴重減少，極易造成血液高凝態并伴隨彌散性血管內凝血（disseminated intravascular coagulation，DIC）［48］，再加之危重型COVID-19患者搶救使用體外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）可能會增加血栓性疾病的發病率［49-50］，臨床中需密切關注COVID-19患者的凝血指標，出現預警時應及時干預。

6 腎臟生物標志物

COVID-19的表現不僅是彌漫性肺泡損傷和急性呼吸衰竭，肺部發生感染后，病毒可能會進入血液，在腎臟中積聚并損害腎臟細胞，因而腎臟生物標志物變化或許與COVID-19存在關聯。XIANG等［51］研究表明，重型COVID-19患者反映腎小球濾過率功能的生物標志物——尿素、Cr、半胱氨酸蛋白酶抑制劑C（cystatin C，CysC）水平明顯高于輕微型COVID-19患者（P＜0.001），這3個指標也可能在判別重型COVID-19和輕型COVID-19上有一定的應用價值。CHENG等［52］的一項納入701例COVID-19患者的前瞻性研究顯示，基線Cr水平升高的患者急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）的發生率明顯高于基線Cr水平正常的患者（11.9%與4.0%，P＜0.001）；住院期間Cr水平升高的患者死亡率為33.7%，高于住院期間Cr水平正常的患者（13.2%）；Cox回歸分析結果顯示，蛋白尿〔HR=6.80，95%CI（2.97，15.56）〕、 血 尿〔HR=8.89，95%CI（4.41，17.96）〕、Cr峰 值 ＞ 133 μmol/L〔HR=3.09，95%CI（1.95，4.87）〕 是COVID-19患者院內死亡的影響因素。綜上，COVID-19患者入院時出現腎功能不全和住院期間出現AKI，會增加治療期間的死亡率。所以在COVID-19的治療中，臨床醫生有必要對住院患者早期進行腎功能篩查和預防腎臟損傷，對腎臟疾病及時干預可能有助于降低COVID-19患者死亡率并改善預后。

7 小結與展望

綜上所述，COVID-19相關生物標志物可能在該疾病的臨床早期輔助診斷（D-D）、疾病嚴重程度區分（CD8+T淋巴細胞、CD4+T淋巴細胞/CD8+T淋巴細胞、NLR、PLT、LDH、CRP、IL-6、PCT、尿素、Cr、CysC、SAA/LC）、疾病進展預 測（WBC、LC、FAR、sCD14、sCD163、PT）、ICU 患 者分級治療（ALT、AST、D-D）和預后改善（SAA、EOS、NLR、cTn、D-D、SAA/LC）等方面有一定的應用價值，這不但有利于整合醫療資源配置、提升臨床治療效果和嚴重并發癥的預防，也有助于患者改善預后和降低死亡率。但目前世界范圍內對該疾病的研究尚在起步期，期待未來在世界范圍內進行大樣本量的臨床試驗來驗證這些生物標志物的作用。此外，血管緊張素（angiotensin，Ang）Ⅱ［53］、Ang-（1-7）、alamandine［54］、可溶性細胞間黏附分子1（soluble intercellular adhesion molecule-1，sICAM-1）［55］等新的生物標志物也正在研究中，這些生物標志物可用于COVID-19的篩選、臨床管理和嚴重并發癥的預防，但其應用價值還需要大樣本量的臨床試驗予以驗證。

作者貢獻：王秋桐進行文章的構思與設計，撰寫論文；王秋桐、趙瑞進行文章的可行性分析，論文的修訂，負責文章的質量控制及審校；王秋桐、安耀震、劉穎進行文獻/資料收集與整理；趙瑞對文章整體負責、監督管理。

本文無利益沖突。