李琦教授：重症肺炎早期诊断和危险分层生物标志物研究进展

重症肺炎诊断及危险分层评估

肺炎是病原微生物侵袭肺导致感染，进而出现局灶性和/或全身炎症反应，如咳嗽、咳痰、寒战、发热、多系统器官功能损害，出现呼吸、循环衰竭，以及休克、弥漫性血管内凝血（DIC）等。从病原微生物侵袭肺到机体功能损害，这一过程就是肺炎，且不仅限于肺，也有肺外表现。

既往将肺炎分为社区获得性肺炎（CAP）和医院获得性肺炎（HAP）两大类，HAP患者伴有基础疾病，CAP本身也会导致HAP风险增加。所以，在肺炎患者入院前半程，可能是CAP；住院期间气管插管后，在ICU中可能就是HAP或是呼吸机相关肺炎（VAP）。

“重症”是危及生命的器官功能障碍状态，也就是死亡前期。关于重症肺炎，狭义的概念是指重症社区获得性肺炎（SCAP），它有两个核心标准——呼吸衰竭和休克。而HAP/VAP重症的潜在前提是“重症”，然后继发肺部感染。重症肺炎患者往往不一定死于肺炎本身，也可能是多系统器官功能障碍，其中包括一些严重并发症，如脓毒症、脓毒症休克、DIC、急性呼吸窘迫综合征（ARDS）、多器官功能障碍综合征（MODS）等。广义的重症肺炎还包括了严重免疫缺陷宿主肺炎、多重耐药菌感染、合并坏死性肺炎或脓胸、迁徙性脓肿如脑脓肿/肝脓肿等。

符合下列1项主要标准或≥3项次要标准，诊断为重症肺炎，需密切观察，积极救治，有条件时收住ICU治疗（ⅡA）。

主要标准：①需要气管插管行机械通气治疗；②脓毒症休克经积极液体复苏后，仍需要血管活性药物治疗。

次要标准：①呼吸频率≥30次/min；②氧合指数≤250 mmHg；③多肺叶浸润；④意识障碍和/或定向障碍；⑤血尿素氮≥7.14 mmol/L；⑥收缩压＜90 mmHg需积极的液体复苏。

不同的重症肺炎，病原学背景不一样，机体的反应也不同。从病原体的临床特征可以发现，细菌性肺炎、非典型病原体（支原体、衣原体）以及病毒性肺炎，其生物标志物的临床特征是不同的，如细菌性肺炎患者CRP升高，支原体/衣原体肺炎患者外周血白细胞（WBC）＜10×10⁹/L，病毒性肺炎患者外周血WBC正常或减低，PCT＜0.1 ng/ml。其他如肺炎链球菌尿抗原检测、军团菌尿抗原检测、新冠病毒核酸检测、RT-PCR、mNGS等均属于瞄准病原学的检测方法，也逐渐在临床推广。

危险因素分层指标体系中涉及的生物标志物包括CRP、PCT、IL-6、TNF、γ-干扰素等；理化指标包括血常规、血沉等；功能指标包括呼吸功能、血流动力学、凝血状态、多脏器功能；综合判断更多是临床医生从患者整体角度出发，从宿主背景、症状体征、实验室检查、辅助检查、病原学、生物标志物、疗效、动态变化等方面发现问题，这样才能做到动态的分层。

重症肺炎发病机制相关的生物标志物

经验治疗与感染病原标志物

由于经典的病原检测方法，如细菌培养，阳性率低、缓慢、结果延迟，而且经验性使用抗生素以后，其阳性率又会快速下降。所以，临床上对于SCAP的经验性治疗包括使用三代头孢、大环内酯类或呼吸喹诺酮。对于早发性HAP的经验性治疗包括三代头孢，如结构性肺病、住院时间长或有局部炎症的耐药菌危险因素时，则扩大范围，覆盖假单胞菌和产ESBL革兰氏阴性杆菌。但其难点在于一些特殊病原体感染的治疗，如军团菌肺炎、鹦鹉热肺炎、新冠肺炎等，针对这些肺炎的经验性治疗除了研发有效的抗微生物药物外，有效预防共感染/继发感染等问题，在临床上也是难点。针对微生物的分子诊断技术可以避免抗生素的影响，检出可能的病原体和耐药基因，但因其无法识别定植菌，目前的临床指导意义有限。

分子诊断的难点在于无法判断是非感染性因素还是定植微生物，可能导致过度抗菌治疗，由此产生抗生素附加损害；假阳性可导致抗菌素过度使用，假阴性则可能危及患者的生命安全，故临床需要高灵敏度且高特异性的标志物。在技术方法领域，比如real-time quantitative PCR根据基因拷贝数推测病原体密度；保护性毛刷能够减少污染，增加可靠性，但灵敏度低；此外，加强对共感染（细菌+病毒）的鉴别等。临床也试图在这些方面为分子诊断找寻出路。

重症肺炎诊断、评估相关生物标志物

细菌感染时WBC和中性粒细胞升高，但病毒性肺炎时往往降低，但重症病毒性肺炎也可升高，合并细菌感染也可能升高。WBC+CRP+PCT联合辅助诊断SCAP。中性粒细胞不能确切区分病毒或细菌感染，动态监测有助于辅助评价病情变化，80%的病毒性肺炎中性粒细胞＜10×10⁹/L。对于严重的细菌感染或合并脓毒症时，WBC减少，但仍以中性粒细胞为主；对于金葡菌、肺炎链球菌肺炎，如果粒细胞减少伴CRP、PCT升高，提示感染更严重，甚至可能合并脓毒症。

CRP是一种非特异性的炎症指标，所有类型的炎症都会导致其水平升高，该指标灵敏性高，检测方便。随着炎症消退，CRP水平迅速下降，所以在辅助诊断、评估疗效和指导治疗方面有一定价值。当机体受到感染、炎症等刺激时，CRP在6小时后逐渐升高，18小时达到高峰，发病1～3天内升高，提示细菌性肺炎，CRP升高程度与疾病严重程度呈正相关，是鉴别细菌感染、判断疾病严重程度以及评价治疗反应的常用指标。但CRP难以明确区分感染病原。一项病例对照研究显示，CRP≥40 mg/L能够排除大多数呼吸道合胞病毒肺炎，敏感性较低。在严重程度方面，脓毒症患者的CRP＞非脓毒症患者，CRP越高，重症的可能性越大。CRP预测SCAP的敏感性为64%，特异性为88%，联合PCT进行评估，敏感性为81.8%，特异性为90.6%。

在细菌感染时，PCT比较有特征性，而且比CRP的针对性更强，是评估感染类型及严重程度的最常用指标，往往用于鉴别细菌性肺炎和非细菌性肺炎。PCT＞0.25 μg/L时，细菌感染的可能性较高，高水平的PCT（＞10 μg/L）提示革兰氏阴性菌的可能性更大。PCT＞2 μg/L时，诊断SCAP伴菌血症/胸腔积液的灵敏性为76.9%，特异性为62.1%。病毒感染时，PCT水平也可能升高（如重症腺病毒肺炎＞非重症腺病毒肺炎），合并细菌感染则会更高。PCT与病情严重程度呈正相关，尤其是脓毒症。尽管PCT不能作为诊断标准，但其在指导停用抗菌药物方面有一定价值，当患者症状消失，PCT＜0.5 μg/L或＜80%峰浓度，可以考虑停药。

细菌性肺炎PCT较高，支原体肺炎PCT较低，而CRP在两者中均升高。CRP/PCT比值升高与支原体肺炎密切相关，可以用来区分肺炎支原体和肺炎链球菌。在住院的CAP患者中，CRP/PCT比值增加，通常提示肺炎支原体感染，指导联合大环内酯类或喹诺酮类抗菌药物使用（儿童患者需谨慎）。

细胞因子是炎症活化释放的结果，也是加重组织损伤的因素。Haugen等对430例重症肺炎（43例）和非重症肺炎（387例）患者检测27种细胞因子，其中IL-1、IL-4、IL-6、IL-8、IL-9、IL-15、TNF-α、G-CSF、GM-CSF和β-FGF，重症肺炎组＞非重症肺炎组，且G-CSF和IL-6与感染严重程度和病情严重程度显著相关。Basaranoglu等在重症肺炎（62例）和非重症肺炎（51例）患者中检测WBC、ESR、CRP、IL-6、IL-8、IL-10、sVCAM-1、sE-Selectin，结果发现上述指标均有助于诊断及预后评估，且除了WBC、ESR、CRP外，IL-6、sVCAM-1有助于诊断肺炎，而IL-8、IL-10、sE-Selectins则有助于评估肺炎严重程度。Saghafian-Hedengren等检测肺炎患者21种细胞因子，重症肺炎的IL-6、IL-8、IL-13、IFN-γ显著升高，而巨细胞衍生趋化因子（CCL22）显著降低。细胞因子是评估肺炎严重程度的潜在生物标志物。

（1）IL-6：IL-6较CRP在早期感染中更灵敏，更早升高，恢复时下降更快，幅度更大。IL-6是活化T细胞、B细胞以及巨噬细胞等分泌的促炎性因子，具有促进巨噬细胞和T细胞分化、诱导急性期时相反应蛋白产生等作用。IL-6诱导发热和急性反应，较CRP、PCT更早反映机体对感染的即时反应，感染急性期（＜3天）升高更显著，是SCAP急性期感染严重程度的标志物。IL-6与PSI等肺炎严重程度的相关性很好，与30天内死亡风险呈正相关，可作为死亡风险的预测因子。在SCAP评估中，IL-6、TNF-α与重症肺炎病情严重程度密切相关，也是判断预后的敏感标志物，持续高水平提示预后不良。

（2）IL-17：IL-17是促炎性细胞因子，能够激活中性粒细胞、T细胞，促进巨噬细胞和上皮细胞分泌IL-1、IL-6、IL-8、IL-10、TNF-α等细胞因子，引发炎症反应。多项临床对照研究提示，重症肺炎组患者血清中白癜风时期IL-17较对照组明显升高，在肺炎支原体肺炎急性期的BALF中，IL-17及相关细胞因子（IL-1Ra、IL-6、IL-8、TNF-α）水平显著升高，且在难治性肺炎支原体肺炎中升高更加明显。一项荟萃分析纳入17篇高质量研究文献共3192例患儿，结果表明CRP、IL-6、IL-8及PCT水平有可能预测儿童肺炎是否将发展成为重症肺炎，但各项研究均值差异较大，不能给出具体的截断值，临床仍建议多种标志物联合检测，综合评价。

获取BALF的关键技术是支气管肺泡灌洗术，其相关炎性标志物在临床也在使用。难点在于感染的异质性，病变非均一性，测值受浓度测定方法学影响大，且实施受条件技术限制，多限于插管的危重症患者，存在依从性、安全性和卫生经济学等问题。BALF细胞因子与血清细胞因子对比研究显示目前其临床提示意义不大。BALF的炎性标志物有利于鉴别诊断和微生物识别。

血清乳酸脱氢酶也是非特异性标志物，炎症过程中通常升高，乳酸脱氢酶同工酶辅助诊断难治性肺炎支原体肺炎，但对其他病原感染的意义尚不明确。

可溶性髓系细胞表达触发受体（sTREM-1）是诊断细菌感染较特异的指标，提示疾病严重程度和预后（存在争议）。肾上腺髓质素前体（pro-ADM）是脓毒症/局部细菌感染的预测标志物，区分SIRS中的脓毒症患者，重症感染患者风险评估和预后。Presepsin属sCD14亚型，在脓毒症的早期诊断和预后判断中有较高的临床应用前景。高迁移率族框蛋白1（HMGB1），由促进炎症标志物和细胞因子产生，如IL-6、TNF-α、INF-γ，在脓毒症及细菌病毒共感染时明显升高。不同的标志物与重症感染的病情严重程度、预后等存在一定的相关性。

通过高通量组学技术检测外周血RNA的生物标志物变化早于临床症状出现，快速便捷（耗时仅1.5小时左右）。Suarez等检测成人患者的血液样本，发现干扰素相关基因（IFI44、IFIT3、IFI27、RSAD2、OAS2、OASL、IFIT2和PARP9）能鉴别细菌和病毒感染。该组基因表达的增加较PCT区分细菌和病毒感染更具有效性。Mahajan等在＜60日龄的发热婴儿中发现，10个基因（BATF、MSRA、ALOX5AP、PADI4、RAB27A、FCAR、MGAM、HNRNPA3P1、MMP9、HSH2D）鉴别细菌和非细菌感染的敏感性和特异性均＞90%。一旦明确机体血样RNA生物特征表达谱的临床意义，其检测可通过分子生物学技术手段实现快速、准确分析，是未来感染病原学辅助诊断的重要手段。

（1）中性粒细胞表达CD64：是诊断细菌感染的非常有意义的生物标志物。最近一项儿科重症前瞻性双盲观察性研究结果显示，PICU入院时患儿中性粒细胞（nCD64）与PCT和CRP呈正相关，nCD64区分细菌和病毒感染的ROC曲线下面积为0.83，可能是病原学诊断的新型标志物。

（2）血清可溶性CD163：它与单核细胞表面表达CD163与脓毒症相关噬血细胞综合征的发生有关。EBV是感染继发噬血细胞综合征的主要致病微生物，血清可溶性CD163可能在噬血细胞综合征感染病原诊断中提供辅助诊断依据。

新近发现新冠肺炎重症患者血清中有独特的一些分子变化。西湖大学生命科学学院郭天南带领的蛋白质组大数据实验室在《细胞》上发表的文章显示，将新冠肺炎患者99份血清样本分为对照组/健康组、普通流感组、新冠轻症组、新冠重症组，采用质谱分析和机器学习法，全景式检测血清样本的蛋白质和代谢物分子，结果显示，在新冠重症患者中，有93种特有的蛋白表达和204个特征性改变的代谢分子，其中50种蛋白与患者体内的巨噬细胞、补体系统、血小板脱颗粒有关，有100多种氨基酸及100多种脂质均出现显著减少（病毒快速扩散导致的消耗），可能将来筛选出新的有特征性的生物标志物。

图源：Bo Shen, Xiao Yi, Yaoting Sun, et al.  Proteomic and Metabolomic Characterization of COVID-19 Patient Sera[J]. Cell, 2020, 182(1):59-72.e15.

花生四烯酸代谢产生的脂氧素类、ε-3脂肪酸衍生的消退素、胞壁质、前列腺素被统称为脂质介质，通过与同源受体（G蛋白耦联受体超家族成员）结合而发挥其生物学效应，在维持免疫反应稳态方面发挥关键作用。消退素家族分子是一类具有抗炎效能的脂质介质。临床研究提示，血清RvE1水平与CRP呈正相关，随炎症缓解，其水平降低，且RvD1是机体阻断早期炎性反应，避免进展为慢性炎症的关键分子。脂质介质作为内源性抗炎/促分解脂质介质可加速炎症的消退，与炎性反应平行并存，是一类重要的炎症标志物。

甲型流感病毒（IAV）感染动物模型中，肺、脾、血浆和BALF中发现，12-羟基二十碳三烯酸（12-HETE）、15-HETE、17-羟基二十二碳六烯酸（17-HDHAs）与IAV感染密切相关，是IAV感染鉴定的潜在炎症标志物。病毒或细菌感染引发的代谢组学图谱的变化，与病毒、细菌感染的病原学诊断的指导意义，临床样本中该类炎症标志物的检测均有待开发。

总结

SCAP早期诊断和危险分层的生物标志物逐渐受到关注和应用，联合分子生物学、转录组学、宏基因组以及代谢组学等方法有助于早期精准化诊断（病原学精准诊断）成为可能。经典炎症因子、急性期蛋白、血液RNA生物特征谱/代谢小分子以及免疫细胞标志物量化呈现，有助于从多维角度诊断和鉴别诊断，且实现危险分层评估。重症肺炎精准化诊断、评估及个体化治疗策略是呼吸危重症医学未来发展的重要方向。