翻译 上海市公共卫生临床中心 麻醉科 俞立奇
概述
综述目的：脓毒症仍然是全球发病率和死亡率的主要原因，尽管进行了数十年的研究，但还没有出现有效的治疗方法。脓毒症结局缺乏改善部分与脓毒症人群的显著异质性有关。本综述旨在强调有关脓毒症表型的最新文献以及进一步研究和治疗干预的潜力。
最新发现：最近的许多研究阐明了脓毒症的各种表型、亚表型和内型。临床参数，包括生命体征轨迹和微生物因素、生物标志物调查以及基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学研究，表明了脓毒症人群的许多差异，对脓毒症的预测、诊断、治疗和预后有影响。
概括：脓毒症治疗，包括集束化监护治疗、液体复苏和感染源头控制手术，由经过验证的表型导向的治疗可能比普遍方法更好。新型生物标志物可以提高现有标志物的敏感性和特异性，并识别脓毒症的并发症和后遗症。多组学已经证明脓毒症人群存在显著差异，最显著的是扩大了我们对免疫抑制脓毒症表型的理解。尽管取得了进展，但这些发现可能受到可重复性不足和临床实施的后勤障碍的限制。进一步的研究可能会将最近的发现转化为床边监护治疗措施。
关键词
生物标志物、内型、异质性、多组学、表型、脓毒症
要点
1、脓毒症结局缺乏改善是多因素的，可能与罹患脓毒症的人群的异质性有关。
2、表型是常见情况下患者的一组临床特征，亚表型是共享表型的患者的一系列特征，内型是患者亚组共享的疾病的独特生物学机制。
3、基于临床和分子评估，最近的文献中描述了脓毒症的许多表型、亚表型和内型。
4、多组学阐明了脓毒症的生化和分子机制，为个体化和精准医疗提供了基础。
5、脓毒症表型和内型的前瞻性试验可以确定治疗靶点。
引言
2017年，世界卫生组织的决策机构世界卫生大会通过了一项决议，以改善脓毒症的预防、诊断和管理，强调脓毒症是全球卫生优先事项。脓毒症目前被定义为感染引起的危及生命的器官功能障碍。尽管之前的研究估计每年有3150万例脓毒症发生和530万例脓毒症死亡，但缺乏中低收入国家的数据。包括这些数据在内的最新估计表明，每年有4890万例脓毒症病例和1100万例脓毒症相关死亡，占全球死亡人数的近20%。尽管数十年的研究涉及数万名患者和数亿美元，但还没有出现有效的疗法来确实改善患者的预后。脓毒症研究和治疗明显缺乏进展可能是多因素的，包括内在的病理生理复杂性和概念模型的不充分。然而，脓毒症人群的显著异质性也可能起到了作用。近年来，人们对更好地对脓毒症人群进行分层以改善研究、试验设计和临床结果产生了浓厚的兴趣。脓毒症人群的历史分层依赖于临床定义来更好地识别异质性，但描述脓毒症的新方法包括遗传、代谢和免疫参数，以确定可能受益于治疗干预的人群和亚人群。本篇综述了脓毒症表型、亚表型和内型的最新文献，并讨论了它们对临床应用的意义。
回顾
临床参数
尽管历史上不精确，但最近的研究表明，脓毒症的临床分层取得了进展。将120名感染性休克患者和88名金黄色葡萄球菌菌血症患者分为先前验证的体温亚型，发现两组患者的体温轨迹和炎性细胞因子之间存在显著关联。与高温患者相比，低温患者的大多数促炎和抗炎细胞因子水平最低，死亡率有上升的趋势。对20729名疑似感染患者进行回顾性分析，分为四种生命体征轨迹亚型，发现A组（高温、心动过速、呼吸急促和低血压）和D组（低温、心率和呼吸频率、低血压）患者的30天死亡率明显较高。此外，各组根据实验室参数、器官功能障碍模式和对液体复苏的反应而有所不同。这些结果表明，普遍可用的生命体征轨迹可能反映了分子相关性，并可能具有预后和治疗意义。
尽管近几十年来脓毒症死亡率有所提高，但这在很大程度上归因于包括早期识别、诊断评估和及时给脓毒症患者使用抗菌药物和复苏液体的集束化方案。最近的研究对脓毒症患者普遍集束化治疗的效用提出了质疑。一项对55169名患有社区获得性脓毒症的成人住院患者的观察性研究发现，治疗时间与结果之间存在关联，该关联被临床脓毒症亚型所改变。完成3小时集束化治疗的每一小时和开始使用抗生素都与院内死亡风险增加有关，而静脉输液完成的时间与院内死亡率无关。对320名脓毒症患者的回顾性分析发现，临床脓毒症表型之间的住院死亡率存在显著差异，非存活组较之存活组的容量平衡呈正趋势。对随机对照试验（RCTs）的大规模贝叶斯分析显示，APACHE II评分升高的患者，集束化液体复苏的死亡率显著增加。这些数据表明，脓毒症的治疗干预，特别是液体复苏，通过患者亚型可能比一般应用能够更为安全地进行指导。
除了宿主特征外，基于病原体因素的临床分层可能有助于区分脓毒症患者。全球疾病、伤害和风险因素负担研究（GBD）评估了204个国家的3.43亿份个人记录或细菌培养物，估计仅在2019年，33种细菌病原体就占全球所有死亡人数的13.6%和所有脓毒症相关死亡人数的56.2%。在33种病原体中，5种（金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肺炎链球菌、肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌）占死亡人数的近55%。细菌分离株的耐药性也可能发挥作用，2019年估计有495万人死于细菌耐药性。
感染的解剖来源是脓毒症的另一个重要因素。Leligdowicz等人回顾性评估了29个大学医院和社区医院重症监护室（ICU）中7974名感染性休克患者，发现感染解剖来源的死亡率存在统计学上的显著差异；缺血性肠道和弥散性感染引起的腹腔内感染患者的住院死亡率最高，梗阻性尿路疾病引起的尿路感染患者的死亡率最低。Jeganathan等人的一项回顾性研究还发现，根据脓毒症的来源，患者死亡率存在显著差异。此外，在一组住院的脓毒症成年人中，脓毒症发作后6小时内的感染源控制与90天死亡率的风险调整几率降低29%相关，对1077名患有继发性腹膜炎的成年ICU患者的二次分析发现，与急诊（2-6小时）手术方法相比，紧急（<2小时）和延迟（>6小时）感染源控制与更差的临床结果相关。
总之，这些研究强调了宿主和病原体的临床因素，这些因素可能有助于识别脓毒症的亚群，并表明对治疗和预后的反应存在差异。
生物标记物
生物标志物长期以来一直被用作识别和区分脓毒症患者的方法。尽管理论上可用于区分细菌性感染和非细菌性感染，但许多用于诊断脓毒症的降钙素原（PCT）荟萃分析显示，敏感性范围仅为77-85%，特异性范围为75-83%。同样，最近一项对74958名成年患者进行的回顾性观察性队列研究显示，PCT对菌血症脓毒症和血流感染的鉴别能力较差至中等。然而，其他研究表明，PCT测试可能有用。一项包括194名14岁以下脓毒症、感染性休克和细菌性脑膜炎儿童的回顾性观察性研究发现，抵达时PCT水平>19ng/ml与短期和长期并发症的风险、PICU需求和死亡率显著相关。此外，入院后24小时PCT的增加与长期后遗症和死亡率的风险较高有关。
C-反应蛋白（CRP）在预测脓毒症方面具有潜在的实用性，但对于脓毒症的诊断，其敏感性范围为78-80%，特异性范围为60-61%。然而，CRP在预后和表型分层方面可能具有价值。一项包括3224名脓毒症患者的系统回顾和荟萃分析发现，CRP与白蛋白（CAR）的比值与死亡率增加和预后不良有关。一项针对483名因脓毒症住院的成年患者的多中心队列研究发现，过度炎症表型（以高水平的白细胞介素（IL）-6和CRP为特征）的1年死亡率较高。
新的生物标志物也得到了评估。一项针对成人脓毒症诊断准确性的生物标志物的系统综述和荟萃分析，包括22459名患者，显示单核细胞分布宽度（MDW）与降钙素原相比具有显著更高的合并敏感性，但合并特异性显著降低，与CRP相比具有相似的合并敏感性和特异性。Presepsin是可溶性CD14的一种亚型，它作为脂多糖（LPS）的受体，有助于激活炎症级联反应。在一些研究中，Presepsin在诊断脓毒症方面显示出高灵敏度和良好的特异性，尽管其他报告表明其仅作为其他生物标志物的辅助手段。研究23名创伤患者和23名脓毒症患者的生物标志物小组发现，生物标志物的组合——包括TREM1、IL1F10、Serpin A9、A2M、GPI——可能会将脓毒症患者与创伤诱导的无菌炎症患者区分开来。
凝血功能障碍是脓毒症的常见并发症，生物标志物可能在脓毒症诱导的凝血障碍（SIC）的诊断和预后中发挥作用。SIC的潜在生物标志物包括可溶性血栓调节蛋白（sTM）、凝血酶-抗凝血酶复合物（TAT）、组织纤溶酶原激活物-抑制剂复合物（t-PAIC）和a2纤溶酶抑制剂-纤溶酶复合物（PIC）。一项包括444名弥散性血管内凝血（DIC）患者的前瞻性观察性研究表明，这些标志物的组合在预测DIC方面具有可靠性，其中几项在预测不良预后方面具有预后价值。一项涉及82名脓毒症患者的前瞻性研究表明，中性粒细胞胞外捕获网（NET）形成增加与脓毒症患者的DIC发病率和死亡率显著相关。在一项针对334名脓毒症患者的前瞻性研究中，较高的血浆金属蛋白酶组织抑制剂-1（TIMP-1）水平与休克、急性呼吸窘迫综合征（ARDS）、急性肾损伤（AKI）和死亡率有关，基质金属蛋白酶-3（MMP）与休克和死亡率有关。这些和其他生物标志物可能有助于脓毒症的预测和诊断，包括识别并发症和合并症。
多组学
最近许多致力于了解脓毒症和脓毒症人群的文献都涉及各种生物信号的研究，包括基因组学、转录组学、蛋白质组学和宏组学，统称为“多组学”。尽管在很大程度上仍然是一个发展中的领域，但多组学代表了精确的分子工具，可以促进对脓毒症病理生理机制的理解，并改善脓毒症的识别、治疗和预后。一项对306名脓毒症患者血液基因表达谱的前瞻性观察性队列研究发现了四种分子内型，称为Mars1-4。Mars1内型的特点是死亡率明显高于所有其他内型，并且与先天和适应性免疫功能（包括toll样受体（TLR）、核因子kb（NFkb1）信号传导、抗原呈递和T细胞受体信号传导）相对应的基因表达减少。此外，作者报告说，每种内型都有生物标志物，这有助于未来的临床应用。
最近的一项基因组研究发现了脓毒症中另一种免疫功能低下的疾病内型，其特征是未成熟中性粒细胞数量增加、CD4 T细胞抑制和粒细胞生成改变。此外，这种内型在多种感染病因和综合征中都有发现，并与较差的预后有关。脓毒症小鼠模型也支持完整粒细胞生成的重要性；可溶性内源性蛋白发育内皮基因座（DEL-1）缺陷的新生小鼠，对促进急性粒细胞生成至关重要，表现出中性粒细胞减少、菌血症清除受损和死亡率增加，外源性DEL-1给药可改善这些症状。基因组疗法进一步阐明了脓毒症的细胞死亡机制。细胞焦亡是一种炎症性细胞死亡，涉及病原体消除和免疫激活。一项估计脓毒症患者和健康志愿者中焦亡相关基因（PRG）表达水平的研究使用风险预测模型有效地预测了脓毒症的风险，并根据PRG簇确定了两种不同的脓毒症亚型。这些研究表明，在脓毒症中重建有益的免疫反应可能具有治疗益处。
宏基因组下一代测序（mNGS）是脓毒症基因组研究的前沿。这项技术提供了有关生物体浓度的定量或半定量数据，使我们能够检测到挑剔或未预料到的病原体，并提供病因诊断。来自50名脓毒症患者的血液和支气管肺泡灌洗液（BALF）的前瞻性样本发现，与血液和BALF培养相比，mNGS的检出率更高，对许多细菌、真菌和病毒的检出率也更高。在评估脓毒症病因的mNGS系统综述和荟萃分析中，Li等人发现合并敏感性为0.89，合并特异性为0.40。在免疫功能低下的患者中进行检测具有特殊的重要性。一项评估308名脓毒症患者的研究发现，与培养方法相比，mNGS的敏感性更高，免疫功能低下组的敏感性要高得多。此外，mNGS在235名（76.3%）患者中产生了积极或中性的效果，包括检测到更多的病原体和确保抗生素降级。因此，基因组研究还可以帮助识别病因病原体，以便进行风险分层和靶向治疗。
转录组学和蛋白质组学是鉴定脓毒症亚群的另一个感兴趣的领域。靶向血浆蛋白质组学的比较分析显示，脓毒症患者和2019冠状病毒病（新冠肺炎）患者对感染的共同核心反应，脓毒病中的蛋白质特征以相对升高的促炎细胞因子为特征，新冠肺炎中的蛋白质信号以组织损伤和损伤修复标志物为特征。基于脓毒症、创伤和烧伤重症患者8个基因表达的转录组评分确定了一个高危人群，该人群的免疫抑制特征不同，包括低HLA-DR水平、高未成熟中性粒细胞率和较高的循环IL-10值。与低风险组相比，高风险组ICU相关感染的风险增加，ICU住院时间延长，死亡率更高。其他转录组学研究进一步阐明了脓毒症中观察到的免疫抑制。对脓毒症患者循环免疫细胞前体的RNA测序分析揭示了一个单核细胞亚群，其特征是S100A基因的高表达和HLA-DR的低表达。在脓毒症小鼠模型中，一种类似的单核细胞亚型表现出CD4+T细胞功能的抑制，并导致免疫抑制表型。尽管有这些研究，但最近对98名脓毒症和免疫抑制患者（定义为低mHLA-DR表达）的随机对照试验发现，接受GM-CSF和不接受GM-CSF的患者在ICU获得性感染或28天死亡率方面没有显著差异，这突出了进一步研究的必要性。
代谢组学，即代谢谱的利用，在脓毒症中可能有许多应用，包括鉴定致病病因、感染的解剖位置以及可能预示脓毒症严重程度和预后的代谢紊乱。血浆代谢谱的聚类揭示了3种不同的血脂簇，包括脂肪酸代谢物、溶血磷脂和鞘脂，这些血脂簇与高死亡率和感染性休克率有关。对84名ARDS患者的回顾性研究确定了102种代谢产物，这些代谢产物将脓毒症诱导的ARDS与非ARDS对照组区分开来，14种代谢产物确定了直接和间接的ARDS亚表型。因此，多组学代表了评估和分层脓毒症患者的创新和精确方法。
结论
脓毒症仍然是全球主要的死亡原因之一。改善脓毒症死亡率的努力在一定程度上受到脓毒症人群异质性的阻碍。尽管如此，最近的文献强调了我们区分脓毒症人群的能力的进步（总结于表1）。使用普遍可用的生命体征轨迹和微生物因素进行临床分层，确定了各种脓毒症表型。生物标志物研究阐明了现有分子之间的关联，并确定了临床使用的新标志物。多组学代表了寻求个体化和精准医学的重大进展，并为脓毒症宿主免疫反应提供了额外的见解。尽管取得了这一进展，但仍有许多工作要做。确定分子标志物和临床参数之间的准确关联将进一步帮助医务人员对脓毒症患者进行临床监护治疗。生物标志物和多组学研究需要在高质量的前瞻性试验中进行严格验证，并在实施过程中面临重大的后勤障碍，包括可用性、成本和周转时间。
在解读这些研究时，我们也必须表现出怀疑和冷静。最近对6个国际脓毒症队列（包括63547名脓毒症患者）的评估发现，只有中度可重复性，试图对脓毒症人群进行聚类和分层的研究可能会受到数据噪声和缺乏生物学合理性的影响。另一个值得关注的问题是，许多脓毒症表型研究中的大量参与者和变量放大了虚假相关性的可能性。
总之，通过表型、亚表型和内型鉴定出更同质的患者群体，可能有助于更好地了解脓毒症的病理生理学和治疗干预的目标，以实现每年提高数百万脓毒症患者生存率的最终目标。
图1 ：脓毒症亚群参数和发现总结。ABC，每个细胞结合的抗体；ARDS，急性呼吸窘迫综合征；BAL，支气管肺泡灌洗液；CAR，C-反应蛋白与白蛋白的比值；CRP、C-反应蛋白；DEL-1，发育内皮基因座；DIC，弥散性血管内凝血；MDW，单核细胞分布宽度；mHLA-DR，单核细胞人类白细胞抗原-DR；MMP、基质金属蛋白酶-3；mNGS，宏基因组下一代测序；NET，中性粒细胞胞外捕获网；PCT，降钙素原；PRG，焦亡相关基因；RNA，核糖核酸；TIMP-1，金属蛋白酶组织抑制剂-1。
原文地址：Curr Opin Crit Care 2024, 30:000–000.
DOI:10.1097/MCC.0000000000001178
