NT-proBNP、S100β和5-HT在预测脓毒症相关性脑病中的价值

蒋国群,周新林

湖南省郴州市第一人民医院南院急诊科,湖南郴州 423000

脓毒症相关性脑病(SAE)通常由脓毒症引起，主要表现为认知功能和意识状态的改变，根据既往研究结论，SAE被定义为与脓毒症相关的弥漫性脑功能障碍，但没有证据表明其为原发性脑部感染[1]。在重症监护室(ICU)收治的脓毒症患者中，约70%会发生SAE。SAE与较高的患者病死率和较差的预后有关[2]。SAE的病理生理学复杂，可能涉及神经递质功能障碍、神经炎症、脑缺血损伤、胶质细胞激活和血脑屏障功能障碍[3]。因此，最新的研究已经将N端B型利钠肽原(NT-proBNP)、S100蛋白(S100β)作为预测SAE的新型标志物[4-5]。伴随微生物-肠-脑轴研究的逐渐深入，由肠嗜铬细胞(EC)产生的5-羟色胺(5-HT)被认为在多种神经系统疾病中发挥重要作用，尤其体现在对认知功能的影响方面[6]。因此，本研究拟评估NT-proBNP、S100β以及5-HT在预测SAE中的价值。

1 资料与方法

1.1一般资料 选取2019年9月至2020年9月本院收治的脓毒症患者64例作为研究对象，在非镇静状态下，根据是否合并SAE分为SAE组(26例)和非SAE组(38例)。SAE组男18例，女8例，平均年龄(42.45±3.48)岁；非SAE组男27例，女11例，平均年龄(41.26±3.50)岁。两组患者性别、年龄比较，差异无统计学意义，具有可比性。纳入标准：(1)入院诊断为脓毒症：有明确的感染部位及感染症状，全身性感染相关连续性器官功能衰竭评估(SOFA)≥2分[7]；(2)年龄≥18岁;(3)非创伤性因素导致的脓毒症。排除标准：(1)合并中枢神经系统的直接感染、颅脑外伤、脑血管意外、癫痫等；(2)合并其他代谢性疾病引起的神经功能障碍，如肝性脑病、尿毒症性脑病、肺性脑病等；(3)合并中毒性疾病，如一氧化碳中毒、有机磷中毒等；(4)伴随多脏器功能衰竭；(5)药物反应引起的神经功能障碍；(6)处于妊娠期或哺乳期。本研究经医院伦理委员会批准，所有患者及家属均签署知情同意书。

1.2方法 收集入组患者的一般资料，包括性别、年龄、感染来源、体质量指数(BMI)、合并症、SOFA评分、急性生理学与慢性健康状况(APACHE Ⅱ)评分，在入院4 h内抽取肘静脉血10 mL，检测白细胞计数(WBC)和生化指标[C反应蛋白(CRP)、降钙素原(PCT)等]，以及S100β、5-HT、NT-proBNP水平。分别采用人S100β、5-HT、NT-proBNP酶联免疫吸附试验(ELISA)试剂盒(上海酶联生物科技有限公司)测定血清S100β、5-HT和NT-proBNP水平。

2 结 果

2.1影响SAE发生的单因素分析 两组BMI、合并症、感染来源、WBC、CRP比较，差异均无统计学意义(P>0.05)，SAE组的APACHE Ⅱ评分、SOFA评分、28 d死亡率、PCT、5-HT、NT-proBNP和S100β水平均显著高于非SAE组，ICU住院时间长于非SAE组(P<0.05)。见表1。

表1 影响SAE发生的单因素分析

2.2影响SAE发生的多因素Logistic回归分析 将单因素分析中差异具有统计学意义的指标纳入到多因素Logistic回归分析中，结果显示，S100β(OR=4.673,95%CI：2.262～7.084,P<0.001)，NT-proBNP(OR=5.254,95%CI：3.016～7.492,P<0.001)、5-HT(OR=4.375,95%CI：1.727～7.023，P<0.001)水平升高是脓毒症患者发生SAE的危险因素。见表2。

表2 影响脓毒症患者发生SAE的多因素Logistic回归分析

2.35-HT与S100β、NT-proBNP的相关性分析 5-HT的水平与S100β、NT-proBNP均呈正相关(r=0.771、0.821，P<0.001)。见图1。

注：A为5-HT与S100β的相关性分析；B为5-HT与NT-proBNP的相关性分析。

2.45-HT、S100β和NT-proBNP预测SAE的ROC曲线分析 S100β预测SAE的曲线下面积(AUC)为0.833，最佳临界值为140.5 ng/L，灵敏度为76.9%，特异度为73.7%；NT-proBNP预测SAE的AUC为0.809，最佳临界值为5.7 pg/mL，灵敏度为76.9%，特异度为78.9%；5-HT预测SAE的AUC为0.817，最佳临界值为84.5 ng/L，灵敏度为73.1%，特异度为72.1%。5-HT预测SAE的AUC与S100β、NT-proBNP比较，差异无统计学意义(P>0.05)见图2、表3。

图2 5-HT、S100β和NT-proBNP预测SAE的ROC曲线

表3 5-HT、S100β和NT-proBNP预测SAE的ROC曲线分析

3 讨 论

不受控制的神经炎症和缺血性损伤是导致脓毒症患者发生脑功能障碍的主要因素[2]。动物模型表明，在脓毒症发作后数小时内，大脑中发生了内皮功能障碍，胶质细胞活化和氧化损伤[8]，导致海马区和额叶皮层区的大脑区域发生特异性损伤[3]。但是单一的生物标志物不可能满足所有诊断和预后评估。需要针对SAE病理生理过程涉及的不同步骤，寻找多种生物标志物来检测和监测SAE。因此，本研究拟评估NT-proBNP、5-HT以及S100β水平对SAE的影响，以及其对SAE的早期预测价值。

本研究纳入的患者中发生SAE的比例为40.6%,略低于其他既往研究结果，在一项包含2 513例脓毒症患者的大型队列研究中，53%的患者发生SAE[9]。这可能是因为本研究排除了其他原因导致的神经系统损伤，导致样本量较小。本研究结果显示，SAE组的NT-proBNP、S100β、5-HT水平均显著高于非SAE组，并且Logistic回归分析结果也显示NT-proBNP、S100β、5-HT水平升高均是SAE的危险因素，这与既往研究结果类似，研究认为SAE表现为知觉、意识和认知能力受损，是高水平的全身炎症细胞因子、微生物成分和内毒素等多因素共同作用的结果，在这些因素的共同作用下血脑屏障被破坏，诱发神经炎症并导致体内稳态失衡[10]。全身炎症细胞因子会改变包括脑血管系统在内的内皮功能，从而导致内皮细胞功能障碍，因此针对内皮细胞功能障碍的生物标志物可以有效预测脓毒症和血脑屏障损伤的血管变化情况[11]。正常情况下，脑钠肽(BNP)不能通过血脑屏障进入脑内。当血脑屏障损伤时会导致体内一系列神经内分泌异常,包括BNP的异常分泌。而血脑屏障损伤被认为是发生认知功能改变的主要因素之一[12]。因此，NT-proBNP被证实可用于预测脓毒症及脓毒性休克的预后以及SAE的发生[4,13]。

此外，S100β水平的动态变化也被证明与SAE具有很强的相关性[14]。伴随着SAE的恶化，神经炎性反应导致脑星形胶质细胞被激活，星形胶质细胞是中枢神经系统的主要稳态细胞，可形成多功能的解剖屏障，有助于大脑防御感染。但是目前尚未发现脑胶质细胞活化相关的体液生物标志物，而S100β作为神经胶质细胞损伤的标志物，被认为是可用标志物中较好的选择之一，但在诊断SAE方面依旧为非特异性[15]。色氨酸代谢途径产生的5-HT作为影响认知功能的重要产物，可以通过微生物-肠-脑轴发挥重要作用，并且研究也发现当5-HT代谢改善时，可以有效减轻内毒素血症引起的急性神经炎性反应[16]。

本研究相关性分析结果显示，5-HT的水平与S100β和NT-proBNP均呈正相关，并且ROC曲线分析结果显示，当S100β、NT-proBNP分别为140.5 ng/L、5.7 pg/mL时,其预测SAE的灵敏度和特异度均较高，这与既往研究相似，当脓毒症休克患者S100β为150 ng/L时，患者发生谵妄的OR是18.0(95%CI:1.7～196.3)，并且S100β水平与谵妄持续时间呈正相关[17]。WU等[14]的研究也显示，S100β为226 ng/L时预测SAE的特异度为80.0%，灵敏度为66.1%，AUC为0.728。国内的一项有关脓毒症的研究也显示，血清NT-proBNP>4.8 pg/mL时预测SAE的灵敏度为74.2%，特异度为76.7%[3]。同时，本研究还发现，5-HT、NT-proBNP和S100β对SAE均具有较高的预测价值，这与既往研究相似，一项前瞻性研究结果也显示，脓毒症休克患者的色氨酸分解代谢途径发生显著变化，其代谢产物5-HT、单胺氧化酶和吲哚胺2,3双加氧酶与器官衰竭和血液动力学改变有关[18]。5-HT与多种肠道微生物有关，包括念珠菌、链球菌、肠球菌、大肠埃希菌、芽孢杆菌、沙雷氏菌，当发生脓毒症时，肠道黏膜屏障被破坏，同时由脓毒症引起的5-HT水平升高也会促进内皮细胞的高通透性[19]。95%的5-HT是由EC细胞产生，而研究显示，EC细胞与大脑之间似乎也存在着直接联系，可以通过谷氨酸作为神经递质与迷走神经突触结合来传导肠腔信号，这些突触连接的肠内分泌细胞称为神经节细胞，其形成的神经上皮回路在一个突触中将肠腔连接到脑干，从而为大脑打开物理通道，以突触的时间精度和地形分辨率来感知肠刺激[20]。此外研究还发现，EC细胞表达电压门控离子通道等特定的化学感应受体，当受到电膜电位变化的刺激时，EC细胞通过突触连接调节5-HT敏感的初级传入神经纤维。通过这种机制，EC细胞使这些纤维能够将肠道的环境、新陈代谢和体内静息信息直接从肠道传递到中枢神经系统[21]。结合本研究和既往研究结果，5-HT能够在脓毒症免疫应答、炎症因子释放、氧化应激、肠道细菌移位及微循环中发挥作用，可以作为SAE的潜在生物标志物[22]。

本研究也存在一定局限性，由于样本量有限，仍需进一步多中心研究来证实该结论。其次，由于SAE的诊断为排除性诊断，并且本研究中包含的老年患者可能存在尚未诊断的神经系统疾病，SAE的发病率有可能被高估。最后，本研究仅初步证实了5-HT与SAE相关标志物NT-proBNP和S100β的相关性，未能对相关机制做进一步的探索，下一步还需建立SAE动物模型对SAE的发病机制和发展过程做深入的研究。

综上所述，本研究结果显示，5-HT的水平与NT-proBNP和S100β呈正相关，3者均可作为预测脓毒症患者发生SAE的潜在生物标志物。