新型生化標志物在膿毒癥心肌損傷中的診斷價值研究進展

陳發超，徐銀川，張召才

膿毒癥是指由于宿主對細菌、真菌或病毒感染的反應失調而引起的危及生命的多器官功能障礙[1]。每年全球約有1 900萬膿毒癥患者，死亡率約為32.6%。膿毒癥在重癥監護室（ICU）中死亡率超過了1/4，而幸存者中約16%會出現認知功能障礙[2]。膿毒癥休克成年患者中25%～50%會出現心肌損傷，心肌損傷是膿毒癥不良預后的重要標志之一，可使膿毒癥患者死亡率增加至70%[3]，因此對膿毒癥心肌損傷的早期識別并積極治療是提高患者生存率及改善預后的必要手段，而特異性的生物標志物可能會對膿毒癥心肌損傷患者的診斷及治療提供較大的臨床幫助。B型腦鈉肽（BNP）、心肌肌鈣蛋白（cTn）等傳統的心肌損傷標志物對膿毒癥心肌損傷均具有一定的診斷價值，但研究證明BNP、cTn與膿毒癥的嚴重程度呈明顯相關性（無論心肌損傷與否），缺乏對心肌損傷診斷的特異性[4]。既往研究綜述了新型生化標志物早期診斷膿毒癥心肌損傷的價值，但多數研究在膿毒癥2.0診斷標準時代[5-7]，且臨床研究較少，現結合膿毒癥3.0診斷標準[1]，評估新型生化標志物對膿毒癥心肌損傷的診斷價值，為膿毒癥心肌損傷的診斷提供高特異度的生化標志物。

1 膿毒癥心肌損傷的新型生化標志物

1.1 微小RNAs（miRNAs） miRNAs是一種由約22個核苷酸組成的內源性非編碼小RNA[8]，在血液、尿液、汗液等體液中可以檢測到，其可以抑制轉錄后基因表達或促進靶向mRNA的降解，在炎性反應、免疫抑制、免疫細胞分化和凋亡以及血管屏障和內皮功能等不同層面精細地調控膿毒癥的發生、發展及預后轉歸情況，并與心血管疾病相關[9-10]。WANG等[11]發現miRNA-223雙鏈體（miRNA-223-3p和miRNA-223-5p）基因敲除的膿毒癥小鼠會出現心功能惡化，miRNA-146a可以改善膿毒癥大鼠的心臟功能障礙[12]。miRNA-146a通過抑制內皮細胞和巨噬細胞中的核因子κB（NF-κB）和絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通道，對血管產生抗炎和抗動脈粥樣硬化的保護作用[13]。一項對105例膿毒癥患者（根據膿毒癥3.0診斷標準）的研究表明，miRNA-495水平的下降是預測膿毒癥心肌功能障礙的獨立因素（OR=0.237），而后在盲腸穿刺結扎導致的膿毒癥大鼠模型中，給出現心功能不全的大鼠注入miRNA-495激動劑后，大鼠的心功能得到改善[8]。

而WANG等[14]對46例膿毒癥患者的研究證明，血漿miRNA-21-3p水平在膿毒癥心肌損傷患者中顯著升高，并與cTnT和N末端腦鈉肽前體（NT-proBNP）水平呈正相關（P＜0.05），miRNA-21-3p預測膿毒癥心肌損傷的受試者工作特征（ROC）曲線下面積（AUC）為0.939（P＜0.01）。脂多糖（LPS）誘導的膿毒癥小鼠模型的miRNA-21-3p 水平也顯著上升，且miRNA-21-3p水平抑制的小鼠能夠保持正常的心功能。WU等[15]對148例膿毒癥患兒分析得出心肌損傷患兒血漿miRNA-497明顯高于非心肌損傷患兒，并與左心室射血分數（LVEF）呈負相關（r=-0.516，P＜0.01），miRNA-497診斷心肌損傷的AUC為0.918（最佳截斷值為2.05，靈敏度為90.4%，特異度為91.2%）。薛雨晨等[16]參照膿毒癥3.0診斷標準納入了70例膿毒癥患者，研究發現，miRNA-133a（AUC為0.676）及 miRNA-499a-5p（AUC為0.718）對于膿毒癥心肌損傷具有一定的診斷價值。蔡華忠等[17]研究顯示，miRNA-133a-3p（AUC為0.87，靈敏度為95.0%，特異度為70.0%）和miRNA-155-5p（AUC為0.92，靈敏度為97.5%，特異度為72.9%）對膿毒癥心肌損傷也有較高的診斷價值。CAO等[18]發現miRNA-23b水平在膿毒癥心肌損傷大鼠的外周血、心臟組織以及心肌細胞中均顯著升高。

綜上所述，miRNA-223、miRNA-146a、miRNA-495以及miRNA-23b能夠改善膿毒癥患者心臟功能障礙[8，11-13，18]，miRNA-495、miRNA-21-3p、miRNA-497、miRNA-133a、miRNA-499a-5p、miRNA-133a-3p和 miRNA-155-5p對膿毒癥患者心肌損傷均有預測價值[8，14-17]。未來，miRNAs不僅可能作為診斷膿毒癥心肌損傷的新型生化標志物，也可能成為膿毒癥心肌損傷治療的新型方案。但是，還需進一步的研究去驗證miRNAs在臨床實踐中的實用性。

1.2 心型脂肪酸結合蛋白（H-FABP） 哺乳動物脂肪酸結合蛋白在20世紀70年代初被發現[19]，其可以促進細胞對脂肪酸的吸收和細胞內轉運，調節有絲分裂、細胞生長和細胞分化[20]。H-FABP是一種新興的心臟生物標志物，是一種在心肌細胞中廣泛存在的小型胞質蛋白，生理條件下不存在于血漿和組織液中，在心肌細胞損傷發生后不久，其就從心肌細胞中迅速釋放到血液循環中[21]。

目前H-FABP已被報道可作為急性冠脈綜合征[22]、心功能不全[23]的一種有前景的生物標志物，可以獨立預測嚴重膿毒癥和膿毒癥休克患者的28 d死亡率[24]。一項納入93例嚴重膿毒癥患者的研究結果顯示，高水平H-FABP的膿毒癥患者更易出現心功能障礙；H-FABP檢測膿毒癥的靈敏度為83%，特異度為73%，最佳截斷值為4.6 μg/L，H-FABP預測心功能障礙的AUC（0.767）高于cTnI（0.639）、BNP（0.587），但是該研究的樣本量（93例膿毒癥患者）較少，并且是單中心研究，患者納入研究的標準依據為膿毒癥2.0診斷標準[21]。齊洪娜等[25]研究發現，膿毒癥心肌損傷患者入院1、6、24 h血漿H-FABP水平明顯高于非心肌損傷組（P均＜0.05），提示H-FABP對膿毒癥早期心肌損傷具有重要意義。羅思文等[26]根據膿毒癥3.0診斷標準納入60例膿毒癥患者，根據LVEF≤50%臨床判斷為合并心肌損傷，結果提示入院3 h內膿毒癥心肌損傷患者的血漿H-FABP水平較非心肌損傷患者高，入院6 h后膿毒癥心肌損傷患者H-FABP水平明顯升高（P＜0.05），入院6 h內H-FABP診斷膿毒癥心肌損傷的AUC為0.950，特異度為96.7%，靈敏度為93.3%，但研究的病例數仍較小，需擴大樣本量去驗證結果的準確性。

1.3 妊娠相關血漿蛋白A（PAPPA） LIN等[27]在孕婦血清中發現了PAPPA，PAPPA在妊娠期由胎盤合體滋養層細胞及蛻膜細胞分泌，成骨細胞、巨噬細胞、內皮細胞、纖維細胞等也可生成，屬于金屬結合蛋白酶的鋅脂多肽超家族。PAPPA被發現存在于不穩定型動脈粥樣硬化斑塊中，通過增強胰島素樣生長因子活性并促進腫瘤壞死因子α（TNF-α）和白介素1β（IL-1β）等在斑塊中的釋放，導致動脈粥樣硬化形成。高水平的PAPPA是急性冠脈綜合征發生的生化標志物[28]，并與心力衰竭相關[29]。

早期研究發現，PAPPA與膿毒癥患者BNP水平呈正相關[30]，而后一項納入118例嚴重膿毒癥患者的研究表明，入院時血漿高水平PAPPA患者LVEF低于低水平PAPPA患者（P＜0.05）[31]，入院時血清中PAPPA水平預測膿毒癥心肌損傷的AUC為0.661（P = 0.003），最佳截斷值4.5 μg/L，靈敏度為81%，特異度為57%。但研究中膿毒癥患者肝素和胰島素的使用、膿毒癥引起的血管損傷、腎臟替代治療以及研究人群的老年化可能會影響PAPPA的準確性。

1.4 組蛋白和高遷移率族蛋白（HMGB1） 損傷相關分子模式（DAMPs）是指組織或細胞受到損傷、缺氧、應激等因素刺激后釋放到細胞間隙或血液循環中的一類物質，可通過Toll樣受體（TLRs）、視黃酸誘導基因蛋白1（RIG-1）樣受體或核苷酸結合寡聚化結構域（NOD）樣受體等模式識別受體調節自身免疫或免疫耐受[32]。細胞外組蛋白和HMGB1是目前已發現的損傷相關分子模式，能夠引起膿毒癥患者心肌損傷[33-34]。

組蛋白與DNA組裝形成的核小體是真核生物染色質的主要組成部分。在正常情況下，核小體在循環血液中表達極低，但在細胞凋亡時核小體會從細胞中釋放至外周血，導致血漿中組蛋白水平升高[33]。膿毒癥時因感染出現全身器官損傷導致組蛋白釋放，而釋放到細胞外的組蛋白可導致鈣離子內流，引起細胞氧化還原系統失衡、線粒體功能障礙等[35]。細胞外組蛋白與TLRs結合，引起線粒體膜電位下降及細胞內ATP水平降低。微生物和病原體在宿主體內被TLRs的模式識別受體識別，TLRs在免疫細胞和心肌細胞等其他細胞中表達，并與LPS等病原相關分子模式相互作用，導致核因子κB（NF-κB）的激活和促炎因子的形成。KALBITZ等[33]發現小鼠血清組蛋白水平與心肌損傷呈正相關，ALHAMDI等[35]對65例膿毒癥患者的研究發現，血漿組蛋白預測患者新發左心室功能障礙的AUC為0.865（P=0.001），靈敏度為81.8%，特異度為92.0%，最佳截斷值為75 μg/ml。LU等[36]通過分析采用膿毒癥3.0診斷標準納入的93例膿毒癥患者發現，組蛋白H4能夠預測膿毒癥心肌損傷，其AUC為0.734（P＜0.05），最佳截斷值為0.22 mg/L，特異度為57.8%，靈敏度為81.3%。LU等[37]之后對121例膿毒癥患者的研究證明了組蛋白H4是膿毒癥心肌損傷的獨立預測因子（OR=6.502，P=0.044），AUC為0.684（P＜0.01），最佳截斷值為0.24 mg/L，特異度為68.9%，靈敏度為65.2%。

HMGB1是心肌細胞在LPS下釋放的一種損傷相關分子模式，HMGB1相關的心功能障礙是由HMGB1與TLR4結合和相關細胞內的活性氧水平升高引起的[34]。并且，HMGB1通過TLR4和活性氧的作用引起鈣離子從肌漿網內釋放，導致肌漿網內鈣離子減少并降低肌肉收縮力。張文偉等[38]在盲腸結扎穿孔膿毒癥小鼠模型研究中發現，血漿HMGB1水平與膿毒癥小鼠心肌細胞的凋亡率呈顯著相關性，HMGB1可以作為膿毒癥心肌病的分子標志物。在一項針對67例膿毒癥患者的研究中，嚴重膿毒癥心功能障礙組患者的血漿HMGB1水平高于非心功能障礙組，高血漿HMGB1組患者LVEF水平低，也證實了血漿中HMGB1能夠預測膿毒癥患者心功能障礙的發生[39]。HMGB1在膿毒癥2.0診斷標準中對于患者心臟功能障礙有較好的預測性，但樣本量較少，且缺乏膿毒癥3.0診斷標準患者的研究。

1.5 可溶性髓樣細胞觸發受體-1（sTREM-1） 髓樣細胞觸發受體-1（TREM-1）是近年來發現的與炎癥相關的免疫球蛋白超家族中的一員，表達于中性粒細胞、單核-巨噬細胞等細胞表面，與其配體激活后，在LPS、細菌等因素協同下導致髓過氧化物酶和促炎細胞因子的產生，例如IL-8、TNF-α、IL-1β，并與導致心功能不全的多種病理狀態相關，如缺血再灌注、膿毒癥等。sTREM-1是TREM-1的溶解形式，對膿毒癥有診斷價值[40]。

有研究證明，sTREM-1是診斷膿毒癥心肌損傷良好的生化標志物，TAO等[41]對于85例重癥膿毒癥患者的研究結果顯示，sTREM-1診斷心肌損傷的AUC為0.79，靈敏度為80.6%，特異度為75.7%，最佳截斷值為468.05 μg/L。而在LI等[42]的一項關于84例重癥膿毒癥和膿毒癥休克患者的研究中，sTREM-1預測心肌損傷第1、3、5天的AUC分別為0.671、0.570、0.570，第1天sTREM-1預測心肌損傷的靈敏度為83.8%，特異度為46.8%，最佳截斷值為174.5 μg/L。但是，該研究發現，入院時血漿sTREM-1水平并不是膿毒癥心肌損傷的獨立預測因子（P＞0.05），但對膿毒癥患者的預后具有較好的診斷價值（AUC=0.773）以及較高的特異度和靈敏度。因此，sTREM-1預測膿毒癥心肌損傷的價值仍有待進一步研究證實。

1.6 中性粒細胞明膠酶相關載脂蛋白（NGAL） NGAL是由中性粒細胞、巨噬細胞、肝細胞和腎小管細胞表達和分泌的脂蛋白家族中的內源性抑菌蛋白[43]，代表中性粒細胞的活性，是天然免疫細菌感染的重要組成部分，血漿NGAL水平在細菌感染（與病毒感染相比）中上升的最快[44]。NGAL的表達在人類和嚙齒類動物腎小管損傷后增加了1 000倍，可以作為腎衰竭的早期生化標志物[45]。有研究發現高血漿NGAL水平可獨立預測冠狀動脈疾病預后不良[46]，慢性心力衰竭患者相比健康組血漿NGAL水平明顯上升[47]，血漿NGAL水平升高提示嚴重心臟功能障礙[48]。并且，在急性心力衰竭患者中，尿液NGAL對心力衰竭診斷具有較高的特異性[49]。

SHAPIRO等[50]進行的一項包含971例膿毒癥患者的多中心的觀察性研究發現，血漿NGAL水平可預測重癥膿毒癥、膿毒癥休克以及患者的死亡率。WANG等[51]發現在膿毒癥休克患者中血漿NGAL水平升高的發生率較高，而對53例重癥膿毒癥和膿毒癥休克患者的研究發現，血漿中NGAL水平與LVEF水平呈負相關（P＜0.01），并與血漿中BNP、cTnI水平呈正相關（P值分別為0.019 7，0.001 6），同時發現了與低水平NGAL組相比，高水平NGAL組患者更易出現心電圖異常（P= 0.042）和臨床心肌功能障礙（P=0.018 6）[52]。但此研究中兩組患者的腎功能指標存在差異，而血漿NGAL水平易受到患者腎功能的影響[45]。

綜上所述，目前缺乏血漿NGAL診斷膿毒癥心肌損傷的研究，血漿NGAL預測膿毒癥患者心肌損傷的特異度及靈敏度有待進一步研究評估。

2 膿毒癥3.0診斷時代的新挑戰

1991年、2001年美國胸科醫師學會、美國危重病學會等分別發布了膿毒癥1.0診斷標準[53]和2.0診斷標準[7]，膿毒癥的定義為感染引起的全身炎癥反應綜合征（SIRS），SIRS的診斷標準包括：（1）體溫＞38 ℃或＜36 ℃；（2）心率＞90次/min；（3）呼吸頻率＞20次/min或動脈血二氧化碳分壓（PaCO2）＜32 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）；（4）白細胞計數＞12×109/L或白細胞計數＜4×109/L或幼稚細胞＞10%。膿毒癥1.0診斷標準定義嚴重膿毒癥為膿毒癥伴有器官功能障礙、組織低灌注或膿毒癥介導的低血壓，膿毒性休克為膿毒癥伴有低血壓（嚴重膿毒癥的一種）且經充分液體復蘇仍不能糾正的灌注異?；蚱鞴俟δ苷系K。膿毒癥2.0診斷標準與膿毒癥1.0診斷標準相比膿毒癥的診斷標準增加了診斷要點：確診或懷疑的感染，以及全身一般情況、炎癥、血流動力學、器官功能不全、組織灌注5個方面24項診斷指標，并指定了膿毒癥的分階段系統。但膿毒癥2.0診斷要點復雜，可操作性差，難以在臨床中廣泛應用，同時膿毒癥1.0、2.0診斷標準在診療中缺乏特異度，但靈敏度高，可導致膿毒癥的過度診斷。

在2016年發布拯救膿毒癥3.0診斷標準[1]，該指南將既往的以SIRS為核心更改為以器官衰竭為核心。膿毒癥3.0診斷標準定義膿毒癥為針對感染的宿主反應失調引起的致命性器官功能障礙，診斷標準為：感染 + 序貫性器官功能衰竭評價（SOFA）評分≥2分。膿毒癥3.0診斷標準取消了“嚴重膿毒癥”這個概念，定義膿毒性休克為感染導致的循環衰竭和細胞代謝異常，是膿毒癥的一個亞型，診斷標準為在膿毒癥和充分液體復蘇的基礎上，平均動脈壓需使用血管升壓藥才能維持在65 mm Hg以上，并且血乳酸≥2 mmol/L。同時構建了快速SOFA（qSOFA）評分作為篩查的主要工具，評分標準包括：（1）呼吸頻率≥22次/min；（2）意識狀態改變；（3）收縮壓≤100 mm Hg。其臨床實踐意義主要為簡單和快捷，適用于院前、急診及普通病房。目前大多數膿毒癥心肌損傷的文獻和研究中，膿毒癥患者是根據膿毒癥1.0和2.0診斷標準入組。因此，隨著膿毒癥3.0診斷標準的更新，引用膿毒癥3.0診斷標準評估新型生化標志物對膿毒癥心肌損傷預測能力的研究更有價值。

3 多種生物標志物組合檢測

膿毒癥心肌損傷涉及病原相關分子模式、TLRs、損傷相關分子、細胞因子、線粒體功能障礙、鈣通道異常等多種發病機制[54]，單一的生化標志物診斷膿毒癥心肌損傷的價值有限，多種生化標志物組合檢測可能診斷價值更大。WU等[15]的研究中miRNA-497、cTnI和肌酸激酶（AUC分別為0.918、0.931、0.775）三項聯合診斷膿毒癥心肌損傷的AUC為0.940，較單一標志物診斷價值高。薛雨晨等[16]的研究結果顯示，miRNA-133a和miRNA-499a-5p的聯合檢測對膿毒癥心肌損傷的診斷較單獨診斷的靈敏度和AUC均得到了提升。傳統預測模型通過ROC曲線進行評估，但辨別模型的改善情況缺乏靈敏度[55]且幾乎沒有直接的臨床相關性[56]?，F在凈重新分類改善（NRI）指數和綜合判別改善（IDI）指數更頻繁地運用于兩種預測模型的比較[57]。NRI指數是病例患者風險類別的凈增減風險減去對照組參與者的凈增減風險，其要求存在有意義的預測風險分層。IDI指數是模型之間的Yates斜率之差，其中Yates斜率是病例患者與對照組參與者之間預測概率的平均差。在WANG等[58]的研究中，NT-proBNP與急性生理和慢性健康評分（APACHE）Ⅱ聯合預測ICU死亡率的診斷價值并未得到提升（P=0.74），而通過使用NRI指數和IDI指數發現，NT-proBNP和APACHE Ⅱ聯合預測得到了顯著提高（NRI=16.6%，P=0.003；IDI=6.6%，P=0.007）。目前，缺乏相關生化標志物聯合預測膿毒癥心肌損傷的臨床研究，對于多種標志物組合檢測膿毒癥心肌損傷的可行性和臨床價值需要進一步探討。

新型的生化標志物如miRNAs、H-FABP、PAPPA、sTREM-1、組蛋白、HMGB1等均能為膿毒癥心肌損傷的診斷提供一定的幫助，而NGAL缺乏相關診斷價值研究。miRNAs涉及心血管疾病的多種病理生理情況，不僅可作為診斷膿毒癥心肌損傷的新型生化標志物，同時也可能為膿毒癥心肌損傷的治療提供幫助，然而目前miRNAs相關的臨床研究較少，樣本量不足，其臨床實用性需要進一步研究證明。組蛋白、HMGB1作為損傷相關分子模式，是引起膿毒癥心肌損傷的機制之一，高血漿水平的組蛋白、HMGB1常提示心功能下降，具有不錯的預測價值，但相關臨床的研究偏少，有待進一步評估。雖然在羅思文等[26]的研究中發現H-FABP對于預測6 h內膿毒癥患者心肌損傷具有較高的特異度及AUC，但其研究病例較少。PAPPA、sTREM-1等生化標志物對膿毒癥心肌損傷均具有一定的診斷價值，但依據目前的研究分析提示，兩者的特異度并不理想，同時缺乏膿毒癥3.0診斷標準的臨床研究，也需要多中心的研究支持，與BNP、cTn等傳統標志物聯合檢測可能提供更好的診斷價值。因此，在膿毒癥3.0診斷時代，需要結合膿毒癥心肌損傷臨床評估手段的進展，開展大樣本臨床研究重新評價膿毒癥心肌損傷生化標志物的診斷價值以及多種標志物組合檢測的可行性。

作者貢獻：陳發超負責本研究實施以及論文撰寫，進行資料的收集與整理；徐銀川、張召才負責本研究的構思與設計，論文的修改；張召才對文章進行審校與質量控制，對文章整體負責。

本文無利益沖突。

文獻檢索策略：

英文文獻通過PubMed數據庫檢索，檢索主題詞為：“marker”“biomarker”AND“sepsis”“septic”“septice mia”“septicaemia”AND“myocardial injury”“myocardial dysfunction”“myocardial damage”“myocardial depression”“cardiac dysfunction”“cardiomyopathy”； 中文文獻通過萬方數據庫檢索，檢索主題詞“生物標志物”“生化標記物”“標志物”與“膿毒癥”“敗血癥”“膿毒性”與“心肌損傷”“心功能障礙”“心肌病”。此外，通過手動搜索新型生化標記物相關研究的參考文獻來獲取更多可能滿足要求的研究，分別對新型生化標志物也進行主題詞的檢索。檢索的時間：2010-01-01至2020-01-31。共檢索出879篇文獻，本文納入了23篇文獻。文獻的納入標準：（1）新型生化標志物；（2）具有代表性。文獻的排除標準：（1）非生化標志物：病理標志物、影像學表現等；（2）B型腦鈉肽、心肌肌鈣蛋白、肌酸激酶等傳統生物標志物；（3）與膿毒癥心肌損傷無關；（4）學位論文、會議論文以及重復檢索。