人类中性粒细胞Lipocalin (HNL)的细菌和病毒感染之间的区别

文摘

早期和准确的歧视之间的细菌或病毒引起的急性感染是关键更好的使用抗生素,将有助于减缓快速增长的抗生素耐药性。这种歧视是可能实现人类中性粒细胞lipocalin生物标志物的测定(HNL)。测量血清中敏感性和特异性的> 90%都在成人和儿童。为了避免产生血清的全血测定试验时间的< 10分钟是血液中性粒细胞释放其HNL激活。诊断准确性的分析还显示敏感性和特异性> 90%,明显优于现代化验如血neutrophilcounts、CRP、原降钙素和血液中性粒细胞CD64的表达。这种格式适用于医疗点HNL的发展分析,并将完成的目标迈进了一大步准确地诊断急性感染症状的患者在10分钟内医生在急诊室或´s办公室。

关键字

原降钙素、抗生素、微生物学

介绍

急性感染,要么由病毒或细菌引起,影响几乎每个人都至少每年一次。大多数这些感染是无害的,治愈自己几天之后没有任何进一步的治疗。然而,在许多情况下感染保持或引起症状,使主题呼吁医疗建议和希望的治疗。绝大多数这类病人将访问的初级保健医生和适当的常见问题问医生应该是“我的病人应该抗生素吗?”This question is also one of the most important questions asked in medical care, since the unnecessary prescription of antibiotics increases the likelihood of further development of antibiotics resistance, a phenomenon that has turned into a serious threat to mankind [1,2]。因此,在受试者受常见的病毒感染,不视为风险患者或特别脆弱的抗生素是无效的,应该避免。因此,这个问题的答案应该是“不”。

医生如何知道治疗用抗生素和避免抗生素?第一个判断是基于病人的病史和体格检查。然而,许多急性感染的症状和体征是由病毒或细菌引起非常不具体的,不允许精确的区别。研究表明,准确区分病毒性和细菌性呼吸道感染的原因由经验丰富的医生的敏感性和特异性不超过55 - 60%当仅根据这些标准(3,4]。需要额外的手段提高诊断准确性是显而易见的,因此,传统的白血细胞计数或使用差异,显示非常有用。在许多国家,这些措施已经被血浆蛋白c反应蛋白(c反应蛋白)等测量。这些增加的敏感性和特异性都增加,方法70 - 80%。这些数据显示,仍然大部分病人是错误地诊断出患有虐待的结果。负面预测值(PVneg)的测试用于排除可能的细菌感染最好是100%,但实际PVneg超过90%应该是可以接受的。本文将总结我们的知识测量HNL(人类中性粒细胞Lipocalin)区分细菌和病毒感染的一种手段。我不会讨论的具体检测导致代理人即所有重要的微生物测试。这样的测试是重要的指导抗生素的使用,但不满足需要的快速回答医生为他/她´s直接决定开抗生素。

人类中性粒细胞lipocalin (HNL)也被称为NGAL(中性粒细胞白明胶酶相关的lipocalin)或lipocalin 2 (LCN2) (表1)。

表1。人类嗜中性粒细胞Lipocalin (HNL)。

名字指的是事实,HNL是首次发现在人类中性粒细胞(和纯化5- - - - - -7]。它存储为预制分子在二级(特定)中性粒细胞的颗粒,容易释放这个激活细胞的贮藏室。HNL的生产也可以诱导上皮细胞的生产由肾脏上皮细胞最近获得了相当大的兴趣,因为这个引起的生产过程影响肾功能(8,9]。因此,HNL水平的升高在急性肾损伤患者在疾病的早期过程。HNL的真实生物功能仍不知道虽然已经表明,HNL结合含铁细胞抑菌性能。HNL也与凋亡有关的活动。注入HNL / NGAL肾脏暴露缺血可以防止肾脏损伤(10]。

HNL首次被发现在人类中性粒细胞和纯化。我们命名为人类中性粒细胞Lipocalin蛋白质,因为蛋白质氨基酸序列同源性展示给其他Lipocalin家族的蛋白质。纯化的主要形式为中性粒细胞是体的分子质量45 kD,而且单体的(24 kD)和heterodimeric (> 90 kD)分子形式存在于中性粒细胞(6,11]。heterodimeric蛋白是一种复杂的HNL与白明胶酶(MMP9),因此得名“中性粒细胞白明胶酶相关Lipocalin (NGAL)给蛋白质的一个研究小组在丹麦7]。homodimeric分子形式似乎独特的中性粒细胞,上皮细胞相比,只有生产单体的形式。这种差异已经被我们利用,因为抗体产生对两种分子形式可用于分析区分HNL来自中性粒细胞或上皮细胞11,12]。这种区别是证明HNL的使用是最重要的测量在各种体液生物标志物的嗜中性粒细胞参与如细菌感染和肾脏疾病或上皮细胞参与的生物标志物如急性肾损伤。

HNL的早期发现后,我们生产特定的抗体二聚,中性粒细胞的分子形式。这使我们能够建立一个敏感等各种体液HNL的测量。在血清/血浆HNL水平的主要因素是人口的激活中性粒细胞。异常可能在急性肾损伤患者的肾上皮细胞会发生和各种先进的癌症患者(13,14]。因此,在此类疾病血清/血浆的化验HNL可能是临床上有用的细菌感染被排除在外。原本健康的人,在上述疾病可能被排除在外,使血药浓度HNL表明细菌的存在挑战。

血清HNL成人急性感染

第一个研究急性感染包括140例患者(传染病部门在我们医院15]。39患者被排除在外,因为它不能明确确定病人是否有纯细菌或纯粹的病毒感染。因此,这项研究的目的是检查浓度在一个明确的急性细菌感染患者入院和抗生素治疗前和比较这些HNL水平与一个明确的急性病毒性感染人群。手头所有临床和实验室方法被用于分类的病人。HNL的浓度对细菌感染患者提出了高于正常浓度和不同浓度的急性病毒性疾病患者。ROC-curve分析显示很高的敏感性和特异性。PVpos和PVneg急性感染的区别这两个原因分别为93%和96%,诊断准确率为95%。因此,在急性细菌感染的可能性withconcentrations低于155μg / L很低。HNL的潜力成为一个可接受的排除测定相应的细菌感染是非常高的。CRP结果在同一病人显示较低的ROC曲线下的面积,诊断准确率为81% (p = 0.008)。

在第二项研究HNL浓度血清测定甲型流感患者感染和浓度相比在健康受试者和细菌感染患者没有任何迹象的甲型流感(16]。HNL甲型流感患者的血清浓度高于健康受试者中发现的,但是有一些重叠。然而,浓度显著降低(p < 0.001)比急性细菌感染患者。也证实了细菌感染患者的浓度,但有一个例外,不断增加的二氧化碳含量比健康受试者。因此,血清浓度的HNL的有力手段,排除细菌引起的急性感染。一些流感患者可能有继发细菌感染,常见的但可能在流感感染的诊断结果,这或许可以解释一些HNL浓度在这些患者中升高。另一种解释,下面将进一步讨论,是肺上皮细胞可能诱导产生HNL。因此,我们早期放射免疫检定法无法区分二聚的和单体的HNL即HNL来自中性粒细胞或上皮细胞。

在试图让我们的免疫测定更具体的,我们开发了一个数量的elisa基于不同的单克隆抗体的结合具有不同表位特异性(8]。在一些化验我们还利用多克隆抗体对二聚HNL产生。在研究约350患者急性感染和未感染控制这些不同的血清浓度测定elisa (17]。在这项研究清楚地表明,一些抗体组合优于其他组合的细菌和病毒感染之间的区别。因此,我们的多克隆抗体和单克隆抗体的结合针对二聚的HNL优越于这种区别而另一种ELISA抗体的结合指向所有形式的HNL即单体和二聚的,显示,病毒感染引起HNL浓度比未受感染的健康对照组,因此不太明确区分这两个原因的感染。最优ELISA即所谓的ELISA 2,显示出非常高的阴性预测值为98.8%,阳性预测值为93.1% (图1一个)。所示的图1 b2 ELISA诊断性能明显优于CRP和血液中性粒细胞计数。以上这些研究结果支持我们的观点,当采用HNL测量等,与病毒感染,在某些情况下,单体的HNL释放更大程度上,最有可能从病毒感染上皮细胞。

血清HNL儿童急性感染

的准确诊断导致儿童和新生儿急性感染的原因是困难的因为症状和体征不明显比那些在年龄较大的儿童和成年人。一项研究在87年一群与疑似新生儿细菌感染显示高度提高浓度与证实或怀疑这些孩子脓毒症(18]。的浓度在范围与成人相似的诊断。健康的新生儿和儿童的浓度3 - 5天的年龄是类似于l浓度的健康成人。困难组的孩子面对症状提示细菌感染,但在他没有感染可以证明。最常见的临床问题,这些孩子呼吸困难的症状。这群孩子们非常浓度在正常水平和败血性的孩子。在类比发现成年人很有可能大部分的这些孩子被感染。HNL的动力学,这些孩子显示出最高水平在一天0 c反应蛋白相比,一天后达到顶峰。HNL正常化后的临床康复的孩子。

对大龄儿童的研究目的是为了研究血清HNL的动力学相比,c反应蛋白等生物标记(19]。如预期HNL浓度显著增加患者视为细菌感染,而不是那些孩子视为病毒感染。血清浓度的动力学HNL开始抗生素治疗后显示一天后显著降低,治疗的规范化两天之后的复苏与儿童和假定消灭细菌的挑战。这显然是对比发现与CRP升高中待大部分孩子即使在天2和3。使用以来,这是一个重要的观察,CRP作为一种工具来诊断细菌感染可能会严重误导后期的感染。CRP是一个著名的落后现象,必须牢记当使用c反应蛋白在急性感染的诊断,以防止不必要的抗生素治疗在一个主题已经消灭了细菌的挑战。因此,对孩子的两项研究表明,动力学起伏HNL和CRP明显不同,与早期的崛起HNL由于细菌挑战和抗生素治疗后早期HNL秋天比CRP。的更准确的区分细菌和病毒感染这种动力学也应该帮助更好的使用抗生素。

血清HNL在其他炎症性疾病

HNL的一个重要问题是特异性的诊断急性感染时。如前所述在血清/血浆HNL可能源自两个主要来源。一是由体内的营业额和激活中性粒细胞和其他的从头合成HNL肾脏上皮细胞和各种形式的癌症细胞。活化的中性粒细胞在体内可能发生在其他炎症性疾病,这些疾病;你期望HNL的血药浓度升高没有任何感染。这是,然而,并不是在类风湿性关节炎患者谁HNL浓度是正常的,尽管积极的临床疾病(20.]。囊性纤维化患者HNL准确地识别这些急性肺急性加重(21]。同样在COPD患者,HNL长大伴随急性加重,可能是细菌感染的标志是这些患者的恶化的主要原因(22]。HNL水平轻微升高主要手术创伤,但是海拔相对而言是小比中性粒细胞计数和c反应蛋白。然而在证明患者术后细菌感染,HNL进一步增加与中性粒细胞计数和c反应蛋白(23]。因此,HNL确定术后细菌感染的能力似乎是优越的。在另外一个研究openheart患者手术,HNL [24]并没有显示出这种差别,这可能与新知识,HNL增加患者血液中遇到术后急性肾损伤。急性肾损伤的发展在心脏手术中是很常见的,在这些情况下HNL的监测血液或尿液已被建议作为早期肾损伤的迹象。

HNL的测定血清或血浆中?

HNL可以测量任何体液和血液中可能以血清或EDTA-plasma。对急性感染的临床研究表明,血清测量比等离子体测量(15]。血清测量,然而,需要严格的标准化的血液抽样程序,以避免错误的低或高的水平。这是由于中性粒细胞在试管中体外持续释放HNL和这个过程是依赖于时间和温度。

为什么是基于血清测量HNL优于等离子体测量在细菌和病毒感染之间的区别吗?这个问题的答案是卡通插图图2。当以EDTA等离子,HNL的浓度准确反映循环水平。这些水平是增加生产和释放的后果HNL从各种来源。然而,循环HNL也消灭。因此,目前HNL浓度生产和消除的结果。如果生产主导我们会看到增加浓度,而在过程中增加消除这些浓度增加将抵消甚至导致看似正常或低浓度的HNL。即使对人类HNL的人事变动的过程我们可以假设这是增加炎症的州(25]。当测量血清中,消除HNL显然是关闭的,而生产和从血液细胞即中性粒细胞释放,可能继续。在细菌和病毒感染的区别似乎是循环中性粒细胞的活动确定诊断能力(26]。因此,化验来完成这种区别应该旨在确定这个活动,如上面给出的例子所示的区别是强大的,如果血液处理准确,根据指令。

等离子体HNL在脓毒症

HNL 138年被我们以EDTA等离子体等患者住进了重症监护室涉嫌脓毒症(27]。HNL显示关系密切记录患者细菌感染SIRS和败血症。众位HNL的能力来检测患者细菌感染与CRP和PCT。c反应蛋白和PCT都没有显示任何能力在这方面而HNL显示面积0.82 ROC-curve敏感性和特异性接近80%。因此,在这方面等离子HNL似乎优于另外两种生物标志物。在逻辑回归分析的败血症优势比为23.1的最高浓度HNL比17.3和12.0的PCT和CRP的浓度最高,分别。这些优势比的差异被发现模型是否调整的肾功能。从这项研究得出结论,等离子体HNL是一种很有前途的危重患者的脓毒症的标志,因为它有效地杰出感染性non-infective众位的原因。观察结果进一步表明,HNL升高和脓毒症之间的关系是独立的肾脏(来)函数(28]。尽管HNL优于PCT败血症标记,它在帮助抗生素管理中的作用仍有待确定。化验专门检测中性粒细胞的具体形式HNL血浆或血清将来也应该评估脓毒症的研究。

血浆/血清HNL的测量

HNL的测定血清的几项研究中被证明是比任何其他方法来区分这两个如细菌或病毒感染的主要原因。这种区别是非常重要的判断病人是否应该抗生素。在这个决定HNL的分析应该是一个补充的临床结果和医生的支持,由于目标应该是避免抗生素的处方患者不受益于这样的干预。因此,一种高可能性可以排除可能的细菌感染对卫生保健和有一个伟大的影响应该重要的战斗的快速增长的抗生素耐药性的流行1,2]。目前只有实验室化验的HNL ELISA是商业上可用的格式。这些化验的典型响应时间2 - 3小时,因此有助于评估感染的住院患者或患者求医,在一家医院的急救护理单元提供一个现代化的实验室。在初级护理和急救护理在大多数单位快速即时分析将是可取的。

全血测定HNL快速即时检测

的一个主要障碍,导致血清HNL的变异结果pre-analytical处理的血液。正如上面指出的一个标准化的程序在这方面经常是强制性的,难以实现在一个繁忙的临床设置。我们因此寻求其他解决方案,可能会消除这些问题。要求另一个过程是这样一个新用户独立程序的结果应该反映什么是实现依赖凝血激活的中性粒细胞。下面描述的过程满足这个需求,尽管结果实现抽血后5 - 10分钟内(26]。发明背后的想法是,在全血中性粒细胞的激活合适的中性粒细胞激活应该HNL的诱导细胞外释放,释放的程度将反映嗜中性粒细胞的激活状态和模拟实现的是什么HNL释放2 h后凝血。选择激活是三肽fMLP。最初的实验与血液中性粒细胞分离出超过100患者感染和未受感染的控制显示释放HNL的程度,从净化后中性粒细胞fMLP曝光,是密切相关的血清浓度相同的主题。这是一个非常重要的观察,因为它清楚地表明,血清浓度后凝血主要依赖于中性粒细胞的活动和减少对细胞的数量。基于这样的结果我们进行了一次大型的临床研究(Bio-X)发生和未发生疫情的科目(约75029日]。获得了全血和孵化20分钟fMLP之后HNL横向流的即时分析测量。结果与c反应蛋白相比,PCT和嗜中性粒细胞表面CD64的表达,表明测量HNL的激活全血明显优于其他三种生物标志物。对整个组患者HNL的ROC曲线下的面积为0.91,0.70和0.63 CD64 PCT,分别。HNL优于这些生物标志物在大多数传染病(图3和表2)

表2。诊断区分病毒感染和各种细菌和支原体感染的诊断。

CRP是不包括在这些计算,因为这个生物标记已经退休审核人员。然而,当我们研究患者呼吸道感染分别包括在计算CD64和PCT和CRP(出现了一个非常有趣的模式30.]。CRP和HNL时也有同样的诊断能力的区别仅是基于临床观察。然而,当诊断证实了目标微生物试验诊断HNL的力量从AuROC 0.82提高到0.92,而AuROC CRP从0.82下降到0.74。同样的模式反复上呼吸道或下呼吸道感染是否分开计算,还是结果的基础上计算呼吸道感染症状,如咳嗽、鼻塞和喉咙痛。这些结果告诉我们两件事。一是使用c反应蛋白高估了细菌感染的原因和第二个,更重要的是,HNL的测量全血活化后具体反映了身体对细菌感染的反应。

在最近的研究中,我们表明,全血活化和释放HNL可能最佳3 - 5分钟后即大大短于20分钟,这是Bio-X研究中使用的时间(30.]。基于这些实验的即时分析正在研制HNL激活全血和测量的同时进行的小型手持乐器。可行性实验表明,这是可能的,将允许结果抽血后5 - 10分钟内获得。因此,充分发展化验将允许快速的即时评价急性感染高度的诊断准确性和支持医生处方抗生素的决定或不即更好的使用抗生素。我们的项目是2017年100万欧元的欧盟奖最有前途的分析来完成更好的目标在上呼吸道感染使用抗生素。

引用

1. Laxminarayan R, et al。抗生素抗争—需要全球解决方案。柳叶刀感染说。2013;13:1057 - 1098。
2. Nathan C和汽车o .抗生素耐药性问题,进展和前景。郑传经地中海J。2014; 371:1761 - 1763。
3. Hopstaken RM, et al .贡献的症状,体征,红细胞沉降率和c反应蛋白诊断急性下呼吸道感染的肺炎。Br J创Pract。2003; 53:358 - 64。
4. Hopstaken RM、Stobberingh EE Knottnerus是的,缪里斯JW, P,内尔Rinkens PE、et al。临床项目有助于区分细菌性下呼吸道感染的病毒惯例。中国论文。2005;58:175 - 83。
5. 徐、铁刀木p Lipocalins生化标记的疾病。Biochim Biophys学报。2000;1482:298 - 307。
6. 徐SY, et al .纯化和表征人类嗜中性粒细胞lipocalin (HNL)二级人类中性粒细胞的颗粒。Scand中国实验室投资。1994;54:365 - 76。
7. Kjeldsen L, et al .隔离和NGAL的主要结构,一种新型的蛋白质与人类中性粒细胞白明胶酶有关。生物化学杂志。1993;14:10425-32。
8. Cai L, et al .化验尿液HNL水平/ NGAL接受心脏手术的患者和抗体的影响配置的临床表现。中国詹学报。2009;403:121 - 125。
9. Mishra J, et al .中性粒细胞gelatinase-associated lipocalin (NGAL)作为心脏手术后急性肾损伤的生物标志物。柳叶刀》。2005;365:1231 - 1238。
10. Abella V, et al . lipocalin-2 / NGAL的潜力作为炎症和代谢疾病的生物标志物。生物标志物。2015;20:565 - 71。
11. Cai L, et al .多个分子形式的起源HNL / NGAL的尿液。J是Soc Nephrol。2010。
12. Martensson J,等。分析区分HNL / NGAL尿液从肾脏上皮细胞和中性粒细胞释放。中国詹学报。2012;413:1661 - 1667。
13. fiedl的用于检查电子邮件地址,et al .中性粒细胞gelatinase-associated lipocalin在正常和人类肿瘤组织。细胞特定类型的表达模式。Histochem j . 1999; 31:433-41。
14. Roli L, et al . NGAL可以用作预后和诊断生物标记在人类癌症吗?系统回顾当前的证据。Int J生物标记。2017;32:e53-e61。
15. 徐SY, et al。血清测量人类嗜中性粒细胞lipocalin (HNL)区分急性细菌和病毒感染。Scand中国实验室投资。1995;55:125 - 131。
16. Pauksens K, et al .嗜中性粒细胞和单核细胞受体表达在简单和复杂的甲型流感感染肺炎。Scand J感染说。2007;1 - 12。
17. 于Z, et al .区分细菌和病毒感染的血清测量人类嗜中性粒细胞lipocalin (HNL)和抗体选择的影响。J Immunol方法。2016;432:82 - 86。
18. Bjorkqvist M,等。人类中性粒细胞lipocalin:正常水平和使用作为一个标记侵入性感染新生儿。Acta Paediatr。2004; 93:534 - 539。
19. Fjaertoft G, et al。人类嗜中性粒细胞lipocalin (HNL)作为诊断工具在儿童急性感染:动力学的研究。Acta Paediatr。2005; 94: 661 - 666。
20. Torsteinsdottir我,et al。血清溶菌酶:一个潜在的标志单核细胞/巨噬细胞在类风湿性关节炎的活动。风湿病学(牛津大学)。1999;38:1249 - 1254。
21. 为我,等。人类中性粒细胞lipocalin高度特定的急性恶化的标志在囊性纤维化。欧元和j . 1999; 14: 1145 - 1149。
22. Ekberg-Jansson, et al . Neutrophil-associated激活标记在健康吸烟者与DL (CO)下降和气性高分辨率CT变化。和医学。2001;95:363 - 373。
23. Fjaertoft G, et al .中性粒细胞CD64 (FcgammaRI)表达式是一个特定的细菌感染的标志:一个研究动力学和大手术的影响。Scand J感染说。2007;39:525 - 535。
24. Lannergard, et al .评价实验室检测标记的心脏手术患者的感染。Scand J感染说。2003;35:121 - 126。
25. Axelsson L,等。研究人类中性粒细胞lipocalin的释放和周转率。Scand中国实验室投资。1995;55岁:577 - 588。
26. 铁刀木P,等。人类中性粒细胞lipocalin fMLP-activated全血作为诊断手段区分急性细菌和病毒感染。J Immunol方法。2015;424:85 - 90。
27. Martensson J,贝尔M, Oldner,徐年代,铁刀木P Martling CR。中性粒细胞gelatinase-associated lipocalin在成人患者感染性和急性肾损伤。重症监护医学。2010;36:1333-40。
28. Martensson J,血浆et al .协会中性粒细胞gelatinase-associated lipocalin (NGAL)与脓毒症和急性肾脏功能障碍。生物标志物。2013;18:349 - 356。
29. 铁刀木P,等。人类中性粒细胞Lipocalin优越的诊断手段区分急性细菌和病毒感染。中国疫苗Immunol。2015;22日:1025 - 1032。
30. 铁刀木P, et al . HNL(人类中性粒细胞Lipocalin)激活全血是一个特定的和快速诊断的生物标志物在呼吸道细菌感染。中国疫苗Immunol。2017。