血清PKM2與PCT聯合對膿毒癥患者的診斷價值研究

王歷,彭適,蔡馨,湯冬玲,張平安

膿毒癥是一種復雜的疾病,由宿主對感染的免疫反應失調引起,最終導致危及生命的急性器官功能障礙[1]。膿毒癥具有高發病率和高病死率的特點,造成了巨大的醫療經濟負擔,早期診斷對改善膿毒癥患者的臨床結局有決定性作用[2]。然而膿毒癥的表現形式多樣,臨床醫生需要結合患者病史、臨床癥狀和實驗室檢查等提高診斷效率[3]。生物標志物可用于患者的早期診斷和預后評估,但目前臨床常用的血清標志物C反應蛋白(CRP)和降鈣素原(PCT)的診斷價值有限,繼續尋找新穎可靠的標志物對膿毒癥的早期診斷具有重要意義[4]。糖代謝重編程在膿毒癥的發生發展中發揮了重要作用。丙酮酸激酶M2(PKM2)是丙酮酸激酶的M2亞型,通過催化磷酸烯醇式丙酮酸為丙酮酸參與糖酵解過程[5]。已有研究表明,PKM2在炎性反應中表達顯著上調,是引起機體炎性反應和代謝紊亂的關鍵介質[6]。但關于血清PKM2作為膿毒癥診斷生物標志物的價值尚無研究報道。同時,鑒于單一指標的局限性,本研究檢測膿毒癥患者血清PKM2水平并分析PKM2單獨及聯合診斷膿毒癥的價值,報道如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取2022年4月—2023年1月武漢大學人民醫院重癥監護室收治的膿毒癥患者119例(膿毒癥組),同期入住重癥監護室的非膿毒癥患者73例(非膿毒癥組)作為研究對象。2組患者性別、年齡、飲酒史、吸煙史、合并癥及紅細胞計數(RBC)、血紅蛋白(Hb)水平比較差異均無統計學意義(P>0.05)。膿毒癥組患者的急性生理學與慢性健康狀況評分(APACHEⅡ評分)、序貫器官衰竭評估評分(SOFA評分)、白細胞計數(WBC)、CRP、血清淀粉樣蛋白A(SAA)均高于非膿毒癥組(P<0.01),膿毒癥組患者的血小板計數(PLT)水平低于非膿毒癥組(P<0.01),見表1。本研究經武漢大學人民醫院倫理委員會批準(WDRY2022-K157),并被準許可以免除患者的知情同意。

表1 非膿毒癥組和膿毒癥組臨床資料比較

1.2 膿毒癥組病例選擇標準 (1)納入標準:① 符合2016年國際膿毒癥3.0定義:膿毒癥為宿主對感染的反應失調導致危及生命的器官功能障礙[1];②首次入住ICU;③病歷資料完整。(2)排除標準:①年齡<18歲者;②合并免疫系統疾病、惡性腫瘤者;③妊娠期婦女;④繼發感染再次入院或已在另一家醫院接受治療者;⑤精神疾病患者;⑥風濕免疫性疾病患者。

1.3 觀測指標與方法

1.3.1 一般資料:收集并記錄入組患者一般資料如性別、年齡、飲酒史、吸煙史和基礎疾病情況,并根據臨床和實驗室檢測指標計算患者APACHEⅡ評分和SOFA評分。

1.3.2 血清PKM2、PCT水平檢測:入院時抽取患者肘靜脈血4～6 ml,離心獲取血清,保存于-80℃備用,采用酶聯免疫吸附試驗,使用商用Elisa試劑盒(JL48224,江萊生物,中國)測量血清PKM2濃度。采用羅氏診斷公司Cobas 8000 e801全自動化學發光免疫分析儀檢測血清PCT水平。

1.3.3 實驗室相關指標檢測:入院時抽取患者肘靜脈血2 ml于一次性真空EDTA抗凝管中顛倒混勻,采用日本Sysmex XE-2100自動血細胞分析儀檢測RBC、WBC、PLT和Hb,采用深圳西來恒公司H780-3全自動蛋白分析儀檢測CRP和SAA,所有檢測試劑均在說明書規定的時間內使用,并嚴格遵守試驗的相關操作程序。

2 結 果

2.1 2組血清PKM2、PCT水平比較 膿毒癥組血清PKM2、PCT水平分別為18.08(5.50,46.12)μg/L、10.20(2.23,32.70)μg/L,高于非膿毒癥組的1.46(0.60,3.33)μg/L、0.57(0.20,1.37)μg/L(Z=9.373、9.013,P均<0.001)。

2.2 膿毒癥患者血清PKM2與PCT的相關性 經Spearman相關性檢驗,膿毒癥患者血清PKM2與PCT水平呈顯著正相關(r=0.322,P<0.001)。

2.3 膿毒癥發生的多因素Logistic回歸分析 以是否發生膿毒癥為因變量(賦值:否=0,是=1),表1中有統計學差異的指標為自變量(賦值為連續變量),進行多因素Logistic回歸分析顯示,血清PKM2和PCT水平升高均是重癥監護室患者發生膿毒癥的獨立危險因素(P<0.01),見表2。

表2 膿毒癥發生的多因素 Logistic回歸分析

2.4 血清PKM2、PCT水平診斷膿毒癥的價值分析 繪制血清PKM2、PCT水平診斷膿毒癥的ROC曲線,并計算曲線下面積(AUC), 結果顯示,血清PKM2、PCT及二者聯合診斷膿毒癥的AUC分別為0.903、0.888、0.941,二者聯合檢測優于各自單獨預測效能(Z/P=2.560/0.011、3.423/<0.001),見表3、圖1。

圖1 血清PKM2與PCT單獨或聯合檢測診斷膿毒癥的ROC曲線Fig.1 ROC curve for diagnosing sepsis using serum PKM2 and PCT alone or in combination

表3 血清PKM2、PCT水平診斷膿毒癥的效能

3 討 論

膿毒癥是一種由各種病原菌或毒素引起的致命性炎性反應綜合征,涉及宿主炎性反應失調、凝血功能障礙、代謝及細胞功能紊亂等多種病理生理機制,通常與急危重癥患者的高病死率有關[7]。流行病學調查結果顯示,全球每年有近4 900萬例膿毒癥患者,其中1 100萬例死亡,約占全球所有死亡病例的20%[8]。近年來,盡管膿毒癥發病機制和治療的相關研究不斷取得進展,但這些研究成果未能成功實現臨床轉化。目前,臨床膿毒癥患者的管理仍以液體復蘇、抗生素和血管加壓藥的使用等傳統治療措施為主[9]。早期診斷和及時干預是降低膿毒癥患者病死率的關鍵。根據膿毒癥3.0定義,SOFA評分可以用于診斷膿毒癥,但SOFA評分不是針對膿毒癥的特定工具,研究者們一直在尋找針對膿毒癥的新生物標志物[10]。

PCT是膿毒癥最常用的生物標志物之一。PCT在甲狀腺C細胞中合成,是無激素活性的降鈣素前體蛋白,正常情況下很難檢測到,當病原微生物感染(如細菌、真菌和寄生蟲感染)時,機體血清PCT濃度會顯著升高[11]。本研究結果顯示,膿毒癥患者血清PCT水平顯著高于非膿毒癥組,是預測膿毒癥發生的獨立危險因素,這與以往研究結果一致[12],考慮其機制為膿毒癥患者體內發生強烈的炎性反應,細菌內毒素或白介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等炎性介質刺激PCT大量產生。相關的前瞻性臨床研究也發現,與IL-6、TNF-α和CRP等炎性標志物相比,PCT對膿毒癥的診斷準確性更高[13]。然而,PCT不是一種特異的生物標志物,非感染性缺血再灌注損傷、腎功能紊亂及手術創傷等均會引起患者血清PCT水平升高,這可能導致臨床醫生誤診和不必要的抗生素使用[14],提示PCT應與其他指標聯合使用提高膿毒癥診斷的準確性。

在膿毒癥早期,感染引起單核巨噬細胞、自然殺傷細胞等免疫細胞活化生成并釋放炎性因子,釋放的炎性因子將誘導新的細胞因子產生和釋放,形成“細胞因子風暴”,最終導致機體多器官功能損傷[15]。本研究結果顯示,膿毒癥組患者的APACHEⅡ評分、SOFA評分及炎性感染指標水平均顯著高于非膿毒癥組,表明膿毒癥患者在入住重癥監護室時已經經歷了比非膿毒癥患者更嚴重的器官功能損傷和免疫反應失調。作為膿毒癥的重要病理機制之一,糖代謝重編程又稱“Warburg效應”,最初由生物化學家Otto Warburg發現,指細胞在有氧的條件下以糖酵解的方式利用葡萄糖[16]。糖代謝重編程是免疫細胞活化、增殖和分化的重要機制,是膿毒癥炎性級聯反應的上游事件。由于有氧糖酵解能夠為免疫細胞激活、炎性因子合成及釋放提供足夠的能量和生物原料基礎,當先天和適應性免疫細胞從靜息狀態活化為促炎狀態時,其主要代謝方式也從氧化磷酸化轉化為有氧糖酵解[17-18]。PKM2是丙酮酸激酶的4種亞型之一,負責糖酵解最后一步,存在于各組織器官中,在增殖旺盛的細胞中表達更豐富[19]。膿毒癥期間,PKM2可以通過作為糖酵解限速酶和缺氧誘導因子-1α(HIF-1α)的共激活劑催化糖代謝重編程發生,促進IL-1β、IL-6、HMGB1等促炎因子的釋放及NLRP3和AIM2的激活,引起并加劇膿毒癥炎性反應失調[20-21]。付周等[22]通過盲腸結扎穿孔法誘導膿毒癥相關急性腎損傷小鼠模型發現,與對照組比較,模型組小鼠腎組織PKM2的mRNA和蛋白表達明顯增高。熊娟等[23]研究表明,在以脂多糖腹腔注射構建的膿毒癥小鼠肺損傷模型中,模型組小鼠肺組織中PKM2蛋白表達明顯上調。而本研究發現臨床膿毒癥患者血清PKM2水平顯著高于非膿毒癥組,推測與膿毒癥時免疫細胞通過改變以PKM2為主的糖酵解酶水平來推動代謝轉變以滿足其合成代謝需求有關。進一步分析顯示,血清PKM2是膿毒癥發生的獨立危險因素,說明PKM2參與膿毒癥的發生發展。多項臨床前研究表明PKM2是膿毒癥治療的關鍵靶點,抑制PKM2能通過抑制Warburg效應和炎性反應改善膿毒癥小鼠組織器官損傷、降低病死率[24-26]。ROC曲線顯示,血清PKM2聯合PCT診斷膿毒癥的AUC達到0.941,顯著大于血清PKM2、PCT單獨診斷,表明聯合檢測血清PKM2和PCT水平能提升膿毒癥診斷價值。此外,Spearman相關性分析發現,膿毒癥患者血清PKM2與PCT水平呈正相關,提示PKM2也能夠反映膿毒癥患者感染程度。

綜上所述,膿毒癥患者血清PKM2水平顯著升高,PKM2和PCT水平升高是重癥監護室患者發生膿毒癥的獨立危險因素,二者聯合檢測能提升膿毒癥診斷價值。但本試驗是一個單中心小樣本量的研究,可能存在選擇偏倚,同時未完全闡明血清PKM2、PCT在膿毒癥發生發展中的作用機制,有待進一步研究。

利益沖突：所有作者聲明無利益沖突

作者貢獻聲明

王歷:設計研究方案,實施研究過程,論文撰寫;彭適:資料收集整理,分析試驗數據,進行統計學分析;蔡馨:實施研究過程,分析試驗數據;湯冬玲:文獻調研與整理,論文修改;張平安:提出研究思路,課題設計,論文審核