中华急诊医学杂志  2016, Vol. 25 Issue (12): 1305-1308
降钙素原和基质金属蛋白酶-9在小儿颅内感染中的改变及其价值探讨
孙裕平, 马少春, 乔凌燕, 李德华, 杨柳     
266034 山东省青岛,青岛市妇女儿童医院神经内科
摘要: 目的 观察中枢神经系统感染患儿血清和脑脊液中降钙素原(PCT)、基质金属蛋白酶-9(MMP-9)水平的变化,探讨其对化脓性脑膜炎、病毒性脑炎的鉴别诊断价值。 方法 选取2014年9月至2015年12月青岛市妇女儿童医院神经内科病房收治的脑(膜)炎患儿73例,其中化脓性脑膜炎患儿22例(化脑组),病毒性脑炎患儿51例(病脑组)作为研究对象,并选择非感染性无热惊厥患儿20例作为对照组。所有受试者均于入院后24 h内,在无菌条件下行腰椎穿刺采集脑脊液2.0 mL,同时采取静脉血4 mL,采用双抗体夹心法酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清、脑脊液MMP-9水平,电化学发光法检测血清、脑脊液PCT水平。多组间比较采用方差分析,组间两两比较应用SNK-q检验,阳性率显著性比较用四格表χ2检验,相关性分析采用直线相关分析法。 结果 化脑组患儿血清、脑脊液PCT水平明显高于对照组、病脑组,差异具有统计学意义(均P<0.01),而病脑组PCT水平与对照组比较差异无统计学意义(P>0.05);化脑组患儿血清、脑脊液MMP-9水平明显高于对照组、病脑组,病脑组较对照组亦明显升高,差异均具有统计学意义(均P<0.01);化脑组患儿血清、脑脊液PCT异常升高率明显高于病脑组,差异具有统计学意义(均P<0.01),而血清、脑脊液MMP-9异常升高率两组间差异无统计学意义(P>0.05);直线相关分析显示,化脑组PCT和MMP-9血清水平呈正相关(r=0.694,P<0.01),脑脊液PCT和MMP-9水平也呈正相关(r=0.498,P<0.01),而病脑组血清、脑脊液PCT含量基本正常,与MMP-9无相关性(均P>0.05)。 结论 联合检测血清、脑脊液PCT、MMP-9水平对化脓性脑膜炎、病毒性脑炎的鉴别诊断具有一定的临床价值。
关键词: 降钙素原     基质金属蛋白酶-9     化脓性脑膜炎     病毒性脑炎     鉴别诊断     儿童    
Value of procalcitonin, matrix metalloproteinase-9 in the differential diagnosis of intracranial infection in children
Sun Yuping, Ma Shaochun, Qiao Lingyan, Li Dehua, Yang Liu     
Department of Neurology, Qingdao Women and Children' s Hospital Qingdao, Shandong266034, China
Fund program: Shandong Provincial Medicine Health Science and Technology Development Project (2015WSB25016)
Abstract: Objective To observe the serum and cerebrospinal fluid (CSF) levels of procalcitonin (PCT), matrix metalloproteinase-9(MMP-9) in children with purulent meningitis and viral encephalitis, and evaluat the differential diagnosis value of PCT and MMP-9. Methods The clinical data of 73 patients with intracranial infection admitted to neurology of Qingdao Women and Children' s Hospital from September 2014 to December 2015.Twenty-two patients with pumlent meningitis were se1ected as purulent meningitis group, 51 patients with viral encephalitis as viral encephalitis group, and another 20 non-infectious convulsion children asacontrol group.Samples of 2 ml CSF and 3 ml venous blood from all the subjects were collected within 24 hours after admission.The levels of MMP-9 were detected by Enzymelinked immunosorbent assay (ELISA), and the PCT 1evels were measured by electrochemiluminescence immunoassay.The data in multiple groups were compared with analysis of variance, and by SNK-q test to carry on pairwise comparison among groups. The positive rate significance compared by Chi-square test. Linear correlation analysis was used for correlation analysis. Results Mean serum and CSF levels of PCT in the pumlent meningitis patients group were significantly higher than those in the viral encephalitis group as well as the control group (P< 0.01), but the levels of serum or CSF there were no significant difference between the viral encephalitis group and the control group (P>0.05);Mean serum and CSF levels of MMP-9 in the pumlent meningitis patients group were significantly higher than those in the viral encephalitis group and control group (P< 0.01), and the levels in patients with viral encephalitis were significantly higher than those in control group (P< 0.01);The increased percentage of the serum and CSF PCT in pumlent meningitis group were significantly higher than in viral encephalitis group (P< 0.01)., but there were no significant difference for MMP-9(P>0.05); The PCT level of serum or CSF in pumlent meningitis patients was positively correlated with MMP-9(r=0.498,P< 0.01), but there was no significant correlation in viral encephalitis group (P>0.05). Conclusion Detection of PCT and MMP-9 level is valuable in differential diagnosis for the pumlent meningitis or viral encephalitis.
Key words: Procalcitonin     Matrix Metalloproteinase-9     Purulent meningitis     Viral encephalitis     Differential diagnosis     Children    

中枢神经系统感染是儿科常见的神经系统疾病,常以病毒和细菌感染为常见。由于广谱抗生素的广泛应用,导致部分化脓性脑膜炎(以下简称化脑)临床表现、实验室检查不典型,依据脑脊液检查亦难以与病毒性脑炎(以下简称病脑)区分。因此寻找特异性强的实验室指标指导临床,从而达到早期诊断、及时治疗,对降低病死率、减少并发症,以及改善预后具有重要意义,也是小儿临床神经工作者近年来的工作目标。血降钙素原(procalcitonin,PCT)可作为鉴别细菌和病毒感染的敏感指标,并可指导临床抗生素的使用,国内外学者多有报道[1-3];血清和脑脊液中基质蛋白金属酶(MMPs)检测,能够反映中枢神经系统感染脑损伤的严重程度[4-5],但二者联合检测对化脑、病脑的鉴别诊断意义,国内外尚未见报道。本研究通过对血清和脑脊液PCT和MMP-9水平检测,探讨二者在儿童化脑及病脑鉴别诊断中的价值,为临床早期诊断、及时治疗提供实验室依据。

1 资料与方法 1.1 一般资料 1.1.1 观察组

选取2014年9月至2015年12月本院神经内科病房收治的脑(膜)炎患儿73例,男41例,女32例;年龄40 d~13岁,中位年龄6.5岁。所有患者均除外中枢神经系统外感染、肿瘤、免疫性疾病等疾病。所有患者均于入院当日行脑脊液常规及生化检查,并涂片革兰染色检菌及脑脊液、血细菌培养,血及脑脊液病毒抗体测定。根据临床表现并符合以下指标之一者诊断化脓性脑膜炎[6]:①脑脊液涂片或脑脊液培养细菌阳性;②脑脊液涂片或脑脊液培养细菌阴性,但血细菌培养阳性且脑脊液符合典型化脑脑脊液改变,外观浑浊,蛋白明显增高,白细胞数显著增多,分类以中性粒细胞为主,常伴有糖含量降低。病毒性脑炎则根据临床表现及脑脊液特点,结合脑电图、MRI特点、血清学检测明确诊断[6]。病脑脑脊液外观清亮,细胞数正常或轻度升高,分类以淋巴细胞为主,蛋白正常或轻度升高,糖和氯化物正常,脑脊液菌检阴性。确诊为化脑22例(化脑组),5例住院前已行抗生素治疗,其余17例均为初治病例;病脑51例(病脑组)。两组年龄、性别、体质量等差异均无统计学意义(P>0.05)。

1.1.2 对照组

选择无热惊厥患儿20例作为对照组,行血常规、CRP及脑脊液检查,结合脑电图、影像学检查排除神经系统感染及其他系统炎症,实验数据可以代表正常值,且年龄、性别与观察组比较差异无统计学意义(P>0.05)。

本研究获受试者家属知情同意,并通过我院医学伦理委员会批准。

1.2 方法

所有受试者均于入院后24 h内,在无菌条件下行腰椎穿刺采集脑脊液2.0 mL;同时抽取静脉血4 mL,离心分离上清液,-20℃保存待测。采用双抗体夹心法酶联免疫吸附试验(ELISA)检测MMP-9水平(试剂盒购自美国R & D公司),PCT检测采用电化学发光法(试剂盒由瑞士ROCHE公司提供),严格按照说明书进行检测。以对照组血清、脑脊液PCT、MMP-9浓度为正常值界限,超过上限为异常升高。

1.3 统计学方法

以SPSS 17.0统计软件进行分析,数据以均数±标准差(x±s)表示。多组间比较采用方差分析,组间两两比较应用SNK-q检验,阳性率显著性比较用四格表χ2检验,相关性分析采用直线相关分析法。以P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果 2.1 各组血清PCT、MMP-9浓度比较

化脑组患儿血清PCT水平明显高于对照组、病脑组,差异具有统计学意义(均P<0.01),而病脑组PCT水平较对照组差异无统计学意义(P>0.05);化脑组患儿血清MMP-9水平明显高于对照组、病脑组,病脑组较对照组亦明显升高,差异均具有统计学意义(均P<0.01)。见表 1

表 1 各组血清、脑脊液PCT、MMP-9水平比较(μg/L,x±s) Table 1 Comparison of serum and CSF PCT, MMP-9 level among three groups (μg/L, x±s)
组别例数血清脑脊液
PCTMMP-9PCTMMP-9
化脑组2227.7±5.41a623.18±146.59a5.78±1.23a145.36±56.27a
病脑组510.29±0.07b395.26±99.82c0.12±0.07b87.64±23.61c
对照组200.23±0.06123.09±46.230.11±0.057.58±1.95
F45.65266.32734.58677.529
P< 0.01< 0.01< 0.01< 0.01
注:与病脑组、对照组比较,均aP<0.01;与对照组比较,bP>0.05;与对照组比较,cP<0.01
2.2 各组脑脊液PCT、MMP-9水平比较

化脑组患儿脑脊液PCT水平明显高于对照组、病脑组,差异具有统计学意义(均P<0.01),而病脑组患儿脑脊液PCT水平较对照组无明显升高,差异无统计学意义(P>0.05);化脑组患儿脑脊液MMP-9水平明显高于对照组、病脑组,病脑组较对照组亦明显升高,差异均具有统计学意义(均P<0.01)。见表 1

2.3 各组血清、脑脊液中PCT、MMP-9异常升高率比较

以对照组血清、脑脊液PCT、MMP-9浓度(x±s)为正常值界限,超过上限为异常升高。化脑组患儿血清、脑脊液PCT异常升高率明显高于病脑组,差异具有统计学意义(P<0.001),而血清、脑脊液MMP-9异常升高率,两组间差异无统计学意义(P>0.05)。见表 2

表 2 各组血清、脑脊液PCT和MMP-9的异常升高率比较(%) Table 2 Comparison of serum and CSF PCT, MMP-9 rising rate among three groups (%)
组别例数血清脑脊液
PCTMMP-9PCTMMP-9
化脑组2222(100)a18(81.82)b19(86.36)c15(68.18)d
病脑组512(3.92)41(80.39)1(0.02)37(72.55)
注:两组比较,:χ2=68.21,aP<0.001;χ2=0.25,bP>0.05;χ2=50.71,cP<0.001;χ2=1.56,dP>0.05
2.4 血清、脑脊液中PCT、MMP-9的相关性分析

直线相关分析显示,化脑组PCT和MMP-9血清水平呈正相关(r=0.694,P<0.01),脑脊液PCT和MMP-9水平也呈正相关(r=0.498,P<0.01);病脑组血清、脑脊液PCT含量基本正常,与MMP-9无相关性(均P>0.05)。

3 讨论

小儿化脓性脑膜炎仍然有较高的发病率和致死率、致残率,及时诊断尽早治疗是预后的关键。化脓性脑膜炎根据临床症状和体征,以及典型脑脊液检查结果,很容易确诊,但病程初期或经抗生素治疗后,脑脊液不典型,而病原学检出率不高的情况下,可能将化脑误诊为病脑而延误治疗,或病脑当作化脑治疗而导致抗生素滥用给患儿带来不利影响[7]。因而寻找敏感性和特异性均较强的指标来鉴别化脓性脑膜炎和病毒性脑炎成为研究热点。

PCT是无激素活性的降钙素前肽物质,由116个氨基酸组成,分子量为13 000的糖蛋白。在一定的生理条件下,甲状腺C细胞可产生极少量的PCT, 健康人群的血清PCT水平含量极低,一般在0.05 ng/mL以下,而在细菌感染状态下,PCT在感染后2 h即可测出,12~24 h达到高峰,不受激素、抗生素的影响,在细菌性感染和病毒感染鉴别诊断、预后判断、疗效观察等方面有很高的临床价值[8-9]。本研究结果显示,化脓性脑膜炎患儿血清PCT水平明显升高,与对照组比较差异有统计学意义,而病脑组患儿PCT水平较对照组无明显升高,且化脑组患儿PCT较病脑组升高明显,说明检测血中PCT水平可对中枢神经系统感染者的感染性质进行初步筛查。本研究结果还显示化脑患儿脑脊液中PCT较对照组、病脑组患儿明显升高,而病脑组患儿较对照组无明显升高。以上结果表明血清、脑脊液PCT检测可作为鉴别化脓性脑膜炎和病毒性脑膜炎的指标。

血脑屏障对维持中枢神经系统内环境的稳定具有重要意义,而脑组织毛细血管基底膜与间质内的细胞外基质蛋白(ECM)又是维持血脑屏障完整的重要结构基础[10]。MMP是一组锌钙依赖性催化激活的蛋白酶,是分解ECM的蛋白酶类中最重要的一类。中枢神经系统感染后,细菌、病毒等病原体及其产物可诱发宿主炎性反应,引起各类细胞因子、炎性介质释放,从而诱导MMP-9基因表达增加,迅速活化。MMP-9一旦活化就攻击血脑屏障,降解ECM的Ⅳ型胶原、纤维连接蛋白、弹性蛋白等结构蛋白,导致血脑屏障完整性受到破坏,水、电解质以及大量蛋白质外流,造成脑组织水肿和血管源性脑损害[11]。本研究表明,化脑组、病脑组患儿血清MMP-9含量显著高于对照组,与文献报道相符[12]。化脑组血清MMP-9水平明显高于病脑组,提示细菌感染时MMP-9的产生更为显著。同时还发现化脑组、病脑组患儿脑脊液MMP-9水平显著高于对照组,而化脑组明显高于病脑组,表明中枢神经系统感染时血脑屏障受到破坏,化脓性脑膜炎更加明显,脑损伤更加严重。分析其原因可能为化脓性脑膜炎细菌主要经血液循环侵入脑膜,并刺激炎性细胞大量释放并透过血脑屏障,炎性细胞产生大量TNF-α、IL-1、IL-6等细胞因子及炎性介质,进一步促进MMP-9释放,而病毒性脑炎病原体主要通过周围神经逆行传播,故血脑屏障受损不明显,MMP-9升高较化脑患儿升高不明显。

本研究还发现化脑组患儿血清、脑脊液PCT异常升高率明显高于病脑组,差异具有统计学意义,而血清、脑脊液MMP-9异常升高率,两组间差异无统计学意义,表明在反映化脓性脑膜炎患儿炎性病变时,PCT具有更高的灵敏度。直线相关分析显示,化脑组血清PCT和MMP-9水平呈正相关,脑脊液PCT和MMP-9水平也呈正相关;病脑组血清、脑脊液PCT与MMP-9无相关性。提示化脑患儿血清和脑脊液PCT值越高,则MMP-9值也越高,而病脑患儿无此规律,故而二者联合检测,对于化脓性脑膜炎、病毒性脑炎的鉴别诊断具有一定的指导价值。

参考文献
[1] Wang HX, Chen B. Diagnostic role of soluble triggering receptor expressed on myeloid cell-1 in patients with sepsis[J]. World J Emerg Med , 2011, 2 (3) : 190-194 DOI:10.5847/wiem.j.1920-8642.2011.03.006
[2] 贺彬, 祝益民, 卢秀兰, 等. 血清降钙素原对重症儿童病情的预测[J]. 中华急诊医学杂志 , 2013, 22 (7) : 755-759
He B, Zhu YM, Lu XL, et al. The predictive value of procalcitonin in critically ill children[J]. Chin J emerg Med , 2013, 22 (7) : 755-759 DOI:10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2013.07.014
[3] van der Does Y, Limper M, Schuit SC, et al. Higher diagnostic accurac and cost-effectiveness using procalcitonin in the treatment of emergency medicine patients with fever (The HiTEMP study): a multicenter randomized study[J]. BMC Emerg Med , 2016, 16 (1) : 17-24 DOI:10.1186/s12873-016-0081-6
[4] Ichiyama T, Matsushige T, Siba P, et al. Cerebrospinal fluid levels of matrix metalloproteinase-9 and tissue inhibitor of metalloproteinase-1 in subacute sclerosing panencephalitis[J]. J Infect , 2008, 56 (5) : 376-380 DOI:10.1016/j.jinf.2008.02.014
[5] Palus M, Zampachová E, Elsterová J, et al. Serum matrix metalloproteinase-9 and tissue inhibitor of metalloproteinase-1 levels in patients with tick-borneencephalitis[J]. J Infect , 2014, 68 (2) : 165-169 DOI:10.1007/s00415-009-5207-2
[6] 罗向阳, 梁立阳, 黄怀. 实用小儿神经病学 [M]. 广州: 世界图书出版公司, 2010 : 253 -263 .
Luo XY, Liang LY, Huang H. Practical Pediatric Neurology [M]. Guangzhou: World Book Inc, 2010 : 253 -263 .
[7] 胡瑞海, 孙若鹏, 李保敏, 等. 血清降钙素原与细菌性脑膜炎患儿病情程度及预后的关系[J]. 中华急诊医学杂志 , 2003, 12 (12) : 839-842
Hu RH, Sun RP, Li BM, et al. Serum Procalcitonin levels:Relationship to severity of disease and prognosis in Pediatric bacterial meningitis[J]. Chin J Emerg Med , 2003, 12 (12) : 839-842 DOI:10.3760/j.issn.1671-0282.2003.12.017
[8] Milcent K, Faesch S, Gras-Le Guen C, et al. Use of Procalcitonin Assays to Predict Serious Bacterial Infection in Young Febrile Infants[J]. JAMA Pediatr , 2016, 170 (1) : 62-69 DOI:10.1001/jamapediatrics.2016.0382
[9] Umran RM, Radhi NH. Diagnostic value of serum procalcitonin level in differentiating bacterial from nonbacterial meningitis in children[J]. Iran J Pediatr , 2014, 24 (6) : 739-744
[10] Miner JJ, Daniels BP, Shrestha B, et al. The TAM receptor Mertk protects against neuroinvasive viral infection by maintaining blood-brain barrier integrity[J]. Nat Med , 2015, 21 (12) : 1464-1472 DOI:10.1038/nm.3974
[11] Kuroki T, Tanaka R, Shimada Y, et al. Exendin-4 Inhibits Matrix Metalloprot-einase-9 Activation and Reduces Infarct Growth After Focal Cerebral Ischemia in Hyperglycemic Mice[J]. Stroke , 2016, 45 (5) : 1328-1335
[12] 李小鹏, 张伦理, 黄呈辉. 金属基质蛋白酶-9在中枢神经系统感染患者脑脊液中的表达水平及意义[J]. 中华传染病杂志 , 2012, 30 (3) : 141-145
Li XP, Zhang LL, Huang CH. The expression of matrix metalloproteinase-9 levels in cerebrospinal fluid in patients with central nervous system infection and its significance[J]. Chin J Infect Dis , 2012, 30 (3) : 141-145 DOI:10.3760/cma.j.issn.1000-6680.2012.03.004