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脑脊液生物标志物辅助诊断新生儿化脓性脑膜炎研究进展

2023-11-13 63 上传者：管理员

摘要：新生儿化脓性脑膜炎(neonatal purulent meningitis,NPM)是指在新生儿时期常见的中枢神经系统急性细菌感染性疾病,由于新生儿体液、细胞免疫及吞噬细胞功能发育不成熟,新生儿患脑膜炎的风险比其他年龄段儿童更高;早产儿因其接受母体来源的免疫球蛋白远远低于足月儿,也成为NPM的高发人群。NPM总体发病率在发达国家为0.2‰～0.3‰,在发展中国家高达0.8‰～6.1‰[1];病死率在发达国家为10%～15%,在发展中国家仍达40%～60%,是引起新生儿致死致残的主要原因之一[2]。近年来,其病死率虽有明显下降,但存活新生儿中仍有50%遗留神经系统后遗症[3]。

关键词：
中枢神经系统
化脓性脑膜炎
新生儿
细菌感染
脑脊液
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新生儿化脓性脑膜炎(neonatal purulent meningitis,NPM)是指在新生儿时期常见的中枢神经系统急性细菌感染性疾病,由于新生儿体液、细胞免疫及吞噬细胞功能发育不成熟,新生儿患脑膜炎的风险比其他年龄段儿童更高;早产儿因其接受母体来源的免疫球蛋白远远低于足月儿,也成为NPM的高发人群。NPM总体发病率在发达国家为0.2‰～0.3‰,在发展中国家高达0.8‰～6.1‰[1];病死率在发达国家为10%～15%,在发展中国家仍达40%～60%,是引起新生儿致死致残的主要原因之一[2]。近年来,其病死率虽有明显下降,但存活新生儿中仍有50%遗留神经系统后遗症[3]。早期诊断和及时有效应用抗菌药物治疗是降低NPM病死率、改善预后的关键措施[4]。NPM诊断的金标准是脑脊液(cerebrospinal fluid,CSF)微生物培养阳性,然而阳性率通常很低[5]。目前仍依靠经典的CSF参数辅助诊断NPM(白细胞计数、葡萄糖和蛋白,以及革兰染色),然而,这些参数不仅随着患儿胎龄、日龄的增长而变化,还受穿刺时损伤、抗菌药学预处理、脑室内出血以及标本的送检时间等因素的影响[6,7]。近年来各种CSF生物标志物成为人们的研究对象,以期早期、快速、准确地诊断NPM,本文对这些生物标志物在NPM诊断中的研究进展作一综述。

1、CSF细胞因子

细菌性脑膜炎与炎症级联的激活和促炎、抗炎细胞因子的产生有关[8]。在最初的微生物刺激后,促炎细胞因子如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factorα,TNF-α)、白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、IL-6和IL-8等放大炎症反应,促进趋化和中性粒细胞聚集,这种抗炎反应通过抗炎和免疫调节细胞因子的产生,升高的促炎细胞因子可作为敏感标志物辅助诊断细菌性脑膜炎[9,10]。有研究发现63.3%的NPM患儿的TNF-α、73.3%患儿的IL-1β以及96.6%患儿的IL-6水平在CSF均明显高于血清,然而TNF-α和IL-1β水平只会短暂升高,如果腰椎穿刺术在NPM的后期进行,则限制了早期诊断的价值[11]。IL-6是天然免疫的细胞因子,主要作用低刺激分化为抗体产生细胞的B淋巴细胞的生长,是T细胞在脑膜病原体的作用下分泌的,并能快速进入CSF,可作为急性脑膜炎的标志物[12]。有研究通过测定CSF中的各类细胞因子,得出IL-6诊断PM的受试者操作特性曲线下面积(ROCAUC)较高,为0.91,并且当IL-6水平为790pg/m L,敏感性为81.8%,特异性为99.3%[13]。

SrinivasanL等[14]检测189例细菌性脑膜炎患儿CSF中各类细胞因子的水平,包括TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8、IL-10、IL-12、IL-23、IL-18和晚期糖基化终产物的可溶性受体(soluble receptor for advanced glycation end products,s RAGE),结果发现IL-23、IL-18和s RAGE水平在细菌性脑膜炎的CSF中较其他细胞因子明显升高,可用于辅助诊断细菌性脑膜炎,尤其是CSF培养阴性的病例,以及辅助抗菌药物停用的决策。IL-23是一种促炎细胞因子,在炎症早期起着显著作用[15]。IL-23是细胞因子和趋化因子产生的介质,也是中性粒细胞向感染部位聚集的介质[16,17]。未感染的患儿IL-23水平较低,而培养证实的脑膜炎患儿CSF中IL-23水平明显升高,表明在感染和炎症的刺激下,IL-23的产生增加,其在单个标志物中,IL-23的细菌性脑膜炎诊断准确率最高,ROC-AUC为0.970[14]。IL-18能够诱导干扰素γ产生,也能刺激TNF-α、IL-1β、IL-8的产生以及Th2细胞的反应,从而增强和延续炎症反应[18]。与未感染者比较,细菌性脑膜炎患儿IL-18水平也显著升高,但作为个体标志的ROC分析结果低于IL-23(AUC=0.779)[14]。晚期糖基化终产物受体作为模式识别受体,与损害相关的分子模式结合,上调晚期糖基化终产物受体的表达,sRAGE是对炎症反应的晚期糖基化终产物受体蛋白水解产物,起诱饵受体作用,并与循环阻尼结合,从而限制炎症的传播,它的水平已被证明与炎症的严重程度相关[19],在前者的研究中,其在细菌性脑膜炎患儿的CSF中也显著增加,AUC为0.856[14]。IL-23、IL-18及s RAGE三者的诊断准确率高于其他细胞因子和CSF参数(蛋白、葡萄糖及白细胞),IL-23、IL-18及s RAGE组成标志组合,其诊断价值进一步增高,当三者联合时AUC为1[14]。

2、CSF C-反应蛋白(CSF-CRP)

CRP是属于五肽家族的多肽分子,分子质量为120k D,由5个相同的亚基组成,每个亚基含有206个氨基酸,CRP主要是肝脏对某些促炎因子的反应而合成,它在天然免疫、补体激活和免疫球蛋白受体结合等方面发挥重要作用[20]。近年来发现CSF-CRP测定是一种可靠、灵敏、简便的快速诊断脑膜炎方法,CSF-CRP筛查比血液CRP特异性更高[21]。另一项研究也证明,CSF-CRP在感染性与无菌性脑膜炎的新生儿中存在差异,并且当CSF-CRP的截断值为0.17mg/L时,对感染性脑膜炎和无菌性脑膜炎有95%的敏感性和86%的特异性[22]。其结果证实了感染性脑膜炎患儿的CSF-CRP水平高于无菌性脑膜炎患儿,表明CSF-CRP水平可作为区分感染性和无菌性脑膜炎的诊断标记物[22]。

3、CSF降钙素原(CSF-PCT)

PCT是一种由116个氨基酸组成的蛋白质,是由甲状腺C细胞分泌降钙素激素的肽前体[23]。当发生侵袭性细菌感染时,血清中PCT的水平明显升高,其作为一种潜在的感染标志物得到了广泛的应用,以评估感染的存在、清除和根除、预测死亡率和指导抗菌药物的管理[24]。在一项前瞻性研究中,细菌性脑膜炎患儿CSF-PCT水平显著高于对照组[25]。另有研究发现,CSF-PCT水平与PM的严重程度及预后相关[26]。NPM患儿CSF-PCT中位数高于非脑膜炎患儿[27]。确诊脑膜炎的新生儿与非脑膜炎新生儿之间的CSF-PCT水平比较差异有统计学意义(0.31ng/m Lvs.0.11ng/m L,P<0.05),取CSF-PCT为0.20ng/m L为截断值时,诊断的NPM敏感性为95.2%,特异性为96.0%[27]。其他研究也发现当CSF-PCT为0.33ng/m L时,其敏感性为92.0%,特异性为78.0%,阳性预测值为85.2%,阴性预测值为93.0%,ROCAUC为92.6%[28]。

4、β-2微球蛋白(B2M)

B2M是一种低分子量蛋白(11.8kD),是构成Ⅰ类主要组织相容性复合物的轻链,存在于所有有核细胞表面[29]。它在生物液体中的存在反映了细胞膜更新和细胞更替的速度,而且这种肽的高水平反映细胞周转率增加[30,31],B2M可作为辅助诊断中枢神经系统感染性疾病的生物标志物[32,33]。有研究表明在中枢神经系统感染的新生儿中其水平增加[32],在极早产儿(胎龄<32周)中枢神经系统感染中发现,B2M辅助诊断PM时,敏感性为88.89%,特异性为100%,AUC为0.994,诊断的最佳临界点为3.92mg/L,并且其水平不受创伤性腰椎穿刺的影响[33]。

5、基质金属蛋白酶-2 (matrix metalloproteinase-2,MMP-2)和基质金属蛋白酶组织抑制剂-1 (matrix metalloproteinase inhibitor-1,TIMP-1)

基质金属蛋白酶(MMPs)是一组锌依赖酶,通过降解细胞外基质和非基质生物活性物质,参与和改变多种不同的生理和病理过程,包括炎症和免疫反应[34]。基质金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)是前者的特异性内源性抑制剂,可抑制其活性,两者共同作用,在细胞外基质和基底膜的降解过程中起重要作用[35]。MMPs与中枢神经系统感染性疾病存在密切关系,当发生细菌性脑膜炎时,MMPs诱导血管基底膜Ⅳ型胶原蛋白降解,使血脑屏障受损,血液中的T细胞可透过受损血脑屏障到达中枢神经系统,参与炎症反应[36]。MMP-2和TIMP-1参与了细菌性脑膜炎的发病。有研究发现NPM患儿CSF中的MMP-2和TIMP-1水平均高于非NPM组,且NPM组CSF中MMP-2和TIMP-1水平与血清PCT水平呈正相关,MMP-2和TIMP-1可作为辅助诊断NPM的标志物[37]。上诉各种标志物在NPM的诊断价值见表1。

表1 各种标志物在NPM的诊断价值

6、CSF代谢组学分析

代谢组学分析是研究生物液体和组织的代谢组成[38,39],是近年来发现诊断和预测疾病严重程度及预后的新的生物标志物[40]。有研究者测定了CSF中的代谢产物用于NPM的诊断,在测定的422个代谢产物中,210种在有和没有NPM的CSF之间存在显著的差异性,其中196种在CSF中增多,14种减少。在这些代谢产物中,脯氨酸、N6-乙酰赖氨酸、牛磺酸、胞苷、2-羟基戊二酸、鸟氨酸、胸腺嘧啶、谷氨酸和ɑ-酮戊二酸9种代谢产物组合能很好地区分NPM患儿与非NPM患儿(AUC=0.970),仅由前6种代谢产物组合也能同样区分NPM患儿与非NPM患儿(AUC=0.970)。以上代谢产物均与谷氨酸代谢相关,提示谷氨酸代谢失调在新生儿NPM诊断和病理生理中起关键作用的观点。这些代谢产物在早产儿与足月儿之间无差异,革兰阳性菌与革兰阴性菌引起的脑膜炎之间的代谢产物也无明显差异。

无乳链球菌(streptococcusagalactiae,GBS)引起的脑膜炎代谢产物与其他生物引起的CSF代谢产物有显著差异,前者含有较高水平的α-羟基异己酸和2-羟基-3-甲基戊酸以及相对较低水平的蔗糖。几种代谢途径在NPM中有明显的过度表达,在过度表达的途径中,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢的影响最大[40]。

NPM早期诊断困难。寻找早期在CSF中升高,并且特异性及敏感性均较高的生物标志物具有重要意义,各类细胞因子、CSF-CRP、CSF-PCT、B2M、MMP-2及TIMP-1、CSF综合代谢产物分析等生物标志物对早期诊断NPM、判断严重程度及指导治疗方案选择有一定的指导意义,但目前大部分仅为小样本量、单中心研究,同时其诊断界值确定也存在一定困难。但早期CSF生物标志物的探寻将是今后努力的方向。

文章来源:刘佳,李禄全.脑脊液生物标志物辅助诊断新生儿化脓性脑膜炎研究进展[J].儿科药学杂志,2023,29(11):60-64.