腺病毒感染患兒急性胃腸炎表型列線圖預(yù)測(cè)模型的建立及驗(yàn)證

魏博濤，馬翠安，沈陽(yáng)，周耀，劉語(yǔ)橋

人腺病毒（HAdv）感染近年在我國(guó)呈上升趨勢(shì)［1］。呼吸道、結(jié)膜和胃腸道是HAdv感染的常見(jiàn)部位［2］。兒童HAdv感染最常見(jiàn)的臨床表型為急性呼吸道表型和急性胃腸炎表型［3-4］。感染后可導(dǎo)致血液生化指標(biāo)以及多種炎性因子變化，甚至產(chǎn)生炎癥風(fēng)暴［5-6］。目前，HAdv引起的兒童急性呼吸道感染尤其是HAdv肺炎已引起廣泛關(guān)注，但HAdv感染的急性胃腸炎表型卻往往被忽視。急性胃腸炎表型的診斷主要依賴(lài)典型的消化系統(tǒng)癥狀，而其出現(xiàn)往往具有滯后性，患兒早期僅有發(fā)熱、食欲減退等表現(xiàn)，容易造成漏診和誤診，增加了轉(zhuǎn)為重癥的風(fēng)險(xiǎn)［7］。因此，在早期HAdv感染中，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)急性胃腸炎表型具有重要意義。

近年來(lái)，列線圖作為一種可視化、有效的臨床模型預(yù)測(cè)工具已被大量用于疾病的早期診斷及預(yù)測(cè)［8］。此外，最小絕對(duì)值收斂和選擇算子（LASSO）回歸在預(yù)測(cè)因子的篩選方面較傳統(tǒng)方法具有明顯優(yōu)勢(shì)［9］。本研究旨在利用LASSO回歸建立兒童HAdv急性胃腸炎表型早期診斷的列線圖預(yù)測(cè)模型并驗(yàn)證其臨床適用性，以期為臨床決策提供支持。

1 對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象 選取2019年1月—9月于天津市兒童醫(yī)院感染科住院治療的HAdv感染患兒為訓(xùn)練集。納入標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)呼吸道分泌物HAdv檢測(cè)陽(yáng)性或糞便HAdv抗原檢測(cè)陽(yáng)性者。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）臨床數(shù)據(jù)不完整者。（2）近半年內(nèi)發(fā)生過(guò)感染性疾病者。（3）合并其他病原感染者。（4）患自身免疫系統(tǒng)、血液系統(tǒng)疾病或腫瘤者。（5）不配合本研究者。急性胃腸炎表型判定標(biāo)準(zhǔn)［10］：（1）24 h排便≥3次，且大便性狀有改變，如呈稀便、水樣便等，大便常規(guī)鏡檢白細(xì)胞數(shù)＜15個(gè)∕視野，未見(jiàn)紅細(xì)胞。（2）24 h排便＜3次，但伴有大便性狀改變和嘔吐癥狀或以嘔吐為主的癥狀。急性呼吸道表型判定標(biāo)準(zhǔn)［11］：持續(xù)發(fā)熱5 d并伴有呼吸道癥狀以及急性期實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)如白細(xì)胞、丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（ALT）、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶（AST）、乳酸脫氫酶（LDH）等升高。共納入患兒144例，其中男69例，女75例，年齡0.17～11歲，中位年齡3.00（1.00，5.00）歲，2歲以下患兒36例（25%）。急性胃腸炎表型40例（27.8%），呼吸道表型104例（72.2%）。另外選取2019年10月—2020年1月于我院感染科住院治療的HAdv感染患兒35例作為外部驗(yàn)證集，其中男14例，女21例，年齡0.58～11歲，中位年齡4.00（2.00，6.00）歲。急性胃腸炎表型8例（22.9%），呼吸道表型27例（77.1%）。本研究經(jīng)過(guò)我院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審核，所有研究對(duì)象均被充分告知研究方案，監(jiān)護(hù)人簽署知情同意書(shū)。

1.2資料收集 收集患兒的性別、年齡、發(fā)熱天數(shù)、扁桃體滲出情況、結(jié)膜充血狀態(tài)。入院后采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR（qPCR）檢測(cè)呼吸道分泌物HAdv-DNA，試劑盒購(gòu)自深圳市普瑞康生物技術(shù)有限公司。糞便樣本收集于發(fā)病后3～5 d或癥狀出現(xiàn)后3～13 d，采用雙抗體夾心法檢測(cè)糞便樣本中腺病毒抗原，試劑盒購(gòu)自杭州艾博生物醫(yī)藥有限公司。采用二激光六色免疫熒光多參數(shù)流式細(xì)胞分析儀（美國(guó)BD公司，F(xiàn)ACSCantoⅡ）檢測(cè)外周血T淋巴細(xì)胞亞群：CD4＋T細(xì)胞百分比、CD8＋T細(xì)胞百分比及CD4＋T細(xì)胞∕CD8＋T細(xì)胞比值。采用德國(guó)羅氏COBAS 8000 C701全自動(dòng)生化分析模塊儀器以酶速率法檢測(cè)ALT、AST、γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶（γ-GT）和LDH等生化指標(biāo)。雙抗體夾心酶聯(lián)免疫吸附法（Multiskan Ascent全自動(dòng)酶標(biāo)儀）檢測(cè)白細(xì)胞介素（IL）-6。所有實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)均由天津市兒童醫(yī)院檢驗(yàn)科完成。

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用Stata 15.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料用±s表示，組間比較采用t檢驗(yàn)；非正態(tài)分布的計(jì)量資料采用M（P25，P75）表示，組間比較采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料以例表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)。采用R軟件（R 4.0.1）中的“glmnet”R包執(zhí)行LASSO回歸，將篩選出的預(yù)測(cè)因素納入多因素Logistic回歸模型構(gòu)建預(yù)測(cè)模型。采用“rms”R包構(gòu)建急性胃腸炎早期診斷列線圖預(yù)測(cè)模型。Brier評(píng)分分別評(píng)價(jià)模型的校準(zhǔn)能力。繪制受試者工作特征（ROC）曲線并計(jì)算曲線下面積（AUC）。檢驗(yàn)水準(zhǔn)為α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 訓(xùn)練集中患者一般資料比較 訓(xùn)練集中呼吸道表型組和胃腸炎表型組患者的扁桃體滲出、結(jié)膜充血、AST、γ-GT、CD4＋T細(xì)胞百分比、CD8＋T細(xì)胞百分比，CD4＋T細(xì)胞∕CD8＋T細(xì)胞比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。與呼吸道表型組相比，胃腸炎表型組患兒年齡偏小，女性比例、ALT水平較高，發(fā)熱天數(shù)較短，IL-6、LDH水平較低（P＜0.05），見(jiàn)表1。

2.2 基于LASSO回歸的預(yù)測(cè)因子篩選 將年齡、性別、發(fā)熱天數(shù)、ALT、IL-6、LDH、扁桃體滲出、結(jié)膜充血、AST、γ-GT，CD4＋T細(xì)胞、CD8＋T細(xì)胞百分比，CD4＋T細(xì)胞∕CD8＋T細(xì)胞作為備選變量，使用LASSO回歸模型進(jìn)行預(yù)測(cè)因子篩選，通過(guò)交叉驗(yàn)證的方法篩選參數(shù)λ最佳值。當(dāng)logλ=-2.75時(shí)，所選擇的預(yù)測(cè)因子為4個(gè)，此時(shí)模型總體偏差最小，LASSO回歸模型最適合。結(jié)果顯示年齡、性別、發(fā)熱天數(shù)、LDH是發(fā)生急性胃腸炎表型的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，見(jiàn)圖1。

Tab.1 Comparison of basic clinical characteristics between the two groups of patients表1 訓(xùn)練集2組患者一般臨床資料比較

Fig.1 LASSO regression model for predictor selection圖1 基于LASSO回歸的預(yù)測(cè)因子篩選

2.3 急性胃腸炎表型的預(yù)測(cè)模型構(gòu)建 以急性胃腸炎表型（0=否，1=是）為因變量，性別（1=男，2=女）、年齡、發(fā)熱天數(shù)、LDH為自變量納入多因素Logistic回歸分析，結(jié)果示女性、年齡小、發(fā)熱時(shí)間短、LDH降低是兒童HAdv感染胃腸炎表型的危險(xiǎn)因素。構(gòu)建得到兒童HAdv感染急性胃腸炎表型的預(yù)測(cè)模型：P=ex∕（1+ex），其中e為自然對(duì)數(shù)，x=2.35+2.889×性別-0.847×年齡-0.643×發(fā)熱天數(shù)-0.007×LDH，見(jiàn)表2。將該模型可視化表達(dá)，形成列線圖，見(jiàn)圖2。該模型預(yù)測(cè)急性胃腸炎表型的ROC曲線下面積（AUC）為0.951（95%CI：0.923～0.984），敏感度為82.50%，特異度為95.19%，P＜0.05，見(jiàn)圖3。進(jìn)一步計(jì)算模型校準(zhǔn)能力的評(píng)估，得出Brier評(píng)分=0.026，P=0.261，模型預(yù)測(cè)急性胃腸炎表型風(fēng)險(xiǎn)與實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)一致性較好。

Tab.2 Logistic regression analysis of acute gastroenteritis phenotype of adovirus infection in children表2 兒童腺病毒感染急性胃腸炎表型的Logistic回歸預(yù)測(cè)模型

Fig.2 The nomogram of risk assessment for acute gastroenteritis phenotype of adovirus infection in children圖2 兒童HAdv感染胃腸炎表型風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估列線圖

2.4 預(yù)測(cè)模型的外部驗(yàn)證 預(yù)測(cè)模型在外部驗(yàn)證集中AUC為0.925（95%CI：0.821～0.998），敏感度為75.42%，特異度為95.90%，P＜0.05，見(jiàn)圖4。

Fig.3 ROC curve of risk nomogram for predicting the phenotype of acute gastroenteritis in children with adenovirus infection in training data圖3 兒童HAdv感染急性胃腸型表型風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型訓(xùn)練集的ROC曲線

Fig.4 ROCcurve of risk nomogram for predicting the phenotype of acute gastroenteritis in children with adenovirus infection in validation data圖4 兒童HAdv感染急性胃腸型表型風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型驗(yàn)證集的ROC曲線

3 討論

HAdv引起的感染性疾病在全球范圍內(nèi)廣泛流行［4］。由于組織嗜性不同，不同血清型HAdv感染的主要部位不同，進(jìn)而引起不同的臨床表型［12］。關(guān)于兒童HAdv肺炎的研究顯示，兒童HAdv感染引起的臨床表現(xiàn)中以急性呼吸系統(tǒng)疾病最為常見(jiàn)，其次為急性消化系統(tǒng)疾病［13］。多種病原體均可引起急性胃腸炎［14］，HAdv感染被認(rèn)為是嬰幼兒病毒性腹瀉的第三大原因［15］。臨床中HAdv感染與其他原因引起的胃腸炎的臨床表現(xiàn)類(lèi)似，早期較難鑒別，導(dǎo)致誤診、漏診，降低患者臨床獲益。嬰幼兒急性胃腸炎如治療不及時(shí)往往會(huì)因?yàn)槊撍⑺嶂卸尽㈦娊赓|(zhì)紊亂加重病情，甚至引起死亡。早期識(shí)別并明確病因有利于早期干預(yù)，包括消化道護(hù)理、調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)等，這對(duì)減少嬰幼兒急性胃腸炎并發(fā)癥的發(fā)生非常重要。最近的研究表明，患兒的年齡、發(fā)熱天數(shù)等臨床指標(biāo)和實(shí)驗(yàn)室檢查指標(biāo)可能與腺病毒感染的不同表型有關(guān)［12］。本研究采用LASSO回歸發(fā)現(xiàn)年齡、性別、發(fā)熱時(shí)間和LDH對(duì)HAdv感染患兒急性胃腸炎表型具有預(yù)測(cè)價(jià)值。

學(xué)齡前兒童是HAdv的易感人群［16-17］。李潔等［18］研究北京地區(qū)5歲以下兒童病毒性急性胃腸炎病原構(gòu)成，發(fā)現(xiàn)HAdv感染引起的兒童急性胃腸炎，在24～35月齡陽(yáng)性率最高。本研究患兒的年齡分布為0.17～11歲，其中2歲以下者雖僅占25%，但結(jié)果提示年齡越小越傾向于發(fā)生急性胃腸炎型。一項(xiàng)關(guān)于5歲以下腹瀉兒童感染HAdv-40∕HAdv-41的流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在有癥狀和無(wú)癥狀病例中，腸道HAdv感染多見(jiàn)于2歲以下兒童［19］。腺病毒消化系統(tǒng)感染多見(jiàn)于HAdv-40∕HAdv-41，這可能與不同血清型HAdv組織嗜性不同有關(guān)［20］。本研究提示女性更傾向于急性胃腸炎表型。既往研究顯示，在所有HAdv血清型中男性比女性更易感染［21］，與本研究結(jié)果不一致，可能與研究對(duì)象選取標(biāo)準(zhǔn)不同有關(guān)。李文靜［22］研究發(fā)現(xiàn)，HAdv感染的呼吸道表型中發(fā)熱時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是重癥HAdv肺炎，發(fā)熱時(shí)間往往超過(guò)2周。而本研究顯示胃腸炎表型組發(fā)熱時(shí)間較短，呼吸道表型發(fā)熱時(shí)間較長(zhǎng)，與上述研究一致。研究發(fā)現(xiàn)，HAdv感染的呼吸道表型LDH較高，其升高的程度可以反映腺病毒肺炎的嚴(yán)重程度［23］。本研究亦表明呼吸道表型組LDH水平高于胃腸炎表型組。這很可能與以下因素有關(guān)：首先腺病毒不同血清型組織嗜性不同，LDH作為細(xì)胞質(zhì)酶，主要存在于心肌、骨骼肌、肺、肝、脾、腎等組織器官中，重癥感染后，肺組織的細(xì)胞溶解或細(xì)胞膜受到破壞，LDH升高［24］；其次重癥HAdv肺炎時(shí)LDH活性增強(qiáng)與缺氧、炎癥反應(yīng)密切相關(guān)［25］，特別是伴肺部間質(zhì)損害時(shí)會(huì)出現(xiàn)LDH水平異常升高。本研究尚存在一些不足：本研究為回顧性研究，潛在的混雜因素可能未被測(cè)量；模型的外部驗(yàn)證主要通過(guò)獨(dú)立數(shù)據(jù)處理，樣本量有限，泛化能力較弱，敏感度因此降低；研究未涉及影像學(xué)資料，有待今后進(jìn)一步深入研究。

目前HAdv不同血清型可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)獲得，但對(duì)實(shí)驗(yàn)室要求較高，結(jié)果等待時(shí)間長(zhǎng)，因此在基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)應(yīng)用較為受限。本預(yù)測(cè)模型通過(guò)臨床表現(xiàn)和常規(guī)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)預(yù)測(cè)腺病毒感染兒童臨床表型的轉(zhuǎn)歸，具有較好的區(qū)分能力和校準(zhǔn)能力，有助于腺病毒感染患兒急性胃腸炎表型的早期識(shí)別和篩選，具有一定的臨床意義。