血清meprin α水平用于检测全身炎症反应综合征

《Molecular Medicine》：Serum meprin α levels for the detection of systemic inflammatory response syndrome

　　

背景：全身炎症反应综合征（systemic inflammatory response syndrome, SIRS）是临床患者中一种常见的危重状态，以免疫激活失调和高死亡率为特征。早期启动适当的干预措施对患者预后至关重要，但目前用于诊断的分子标志物并非SIRS特异性。方法：研究人员对再现炎症性皮肤病中表皮金属蛋白酶meprin α（K5Mα）表达升高的转基因疾病小鼠模型进行了血液学分析和健康状况评估。在一个发生SIRS（n=19）或未发生SIRS（n=29）的重症监护患者队列中，研究人员测量了与全身炎症和器官功能相关的参数以及血清meprin α水平。结果：K5Mα小鼠发生了致命的SIRS，其特征为低温、严重体重减轻、低色素小细胞性贫血、中性粒细胞白细胞增多和细胞因子释放综合征。K5Mα小鼠血清meprin α浓度与疾病进展相关。研究人员在发生SIRS的重症监护患者血清中检测到高水平的meprin α，而在未发生SIRS的患者中均未检测到。血清meprin α水平与C反应蛋白、降钙素原和白细计数等临床参数显著相关，但与所有其他测量的炎症参数不同，它能够明确识别SIRS患者。结论：研究人员提出血清meprin α水平作为SIRS的潜在生物标志物。然而，研究人员想强调由于队列规模有限，后续需要进行更大规模的多中心研究来验证发现，并潜在地深入了解血清meprin α水平升高与SIRS特定病因或特定器官系统功能障碍之间是否存在关联。

研究背景方面，全身炎症反应综合征（systemic inflammatory response syndrome, SIRS）是一种由感染、炎症性疾病、创伤、手术、肿瘤及某些药物等多种原因引发的累及多器官系统的过度免疫反应，常进展为脓毒症、感染性休克及多器官功能障碍，在西方国家的感染相关SIRS死亡率高达21.5%至41.5%。SIRS起病与进展伴随的炎症介质和症状缺乏特异性，使得早期诊断困难，而 timely diagnosis 对启动恰当治疗、改善患者预后极为关键，因此亟需能特异性指示SIRS起病与进展的生物标志物。目前常用的炎症指标如C反应蛋白（C-reactive protein, CRP）、降钙素原（procalcitonin, PCT）等并非SIRS特异性，难以实现明确鉴别。meprin α是属于astacin家族的金属蛋白酶（metalloprotease），其底物包括IL-1β、IL-6受体等炎症调节相关蛋白，在川崎病、炎症性肠病、寻常型银屑病等疾病中报道有异常水平，且在肾脏近曲小管刷状缘、肠道、表皮基底层等组织高表达，其血清及尿液水平在川崎病中升高且与系统性血管炎病理生理相关，提示其可能参与系统性炎症过程，但此前未在SIRS中进行体内验证及临床相关性研究。

该研究发表在《Molecular Medicine》，研究人员通过构建表皮过表达meprin α的转基因小鼠模型（K5Mα）模拟SIRS发展，并在德国石勒苏益格-荷尔斯泰因大学医学中心重症监护室纳入48例疑似感染且需抗生素治疗的患者（19例发生SIRS、29例未发生SIRS）的前瞻性队列，测量血清meprin α及CRP、PCT、白细胞计数等炎症与器官功能参数，结合小鼠表型、血液学、细胞因子检测及临床相关性分析，得出血清meprin α可作为SIRS潜在特异性生物标志物的结论，为SIRS早期诊断提供新方向，但需更大规模多中心研究验证其与SIRS病因、器官功能障碍的关联。

主要关键技术方法包括：构建C57BL/6 J-KRT5^{tm1.1?CreERT2};ROSA26^Stop?mMep1a（K5Mα）及C57BL/6 J-Lyz2^tm1(Cre)lfo;Rosa26^Stop?mMep1a（LMα）转基因小鼠模型，通过他莫昔芬饮食诱导meprin α过表达；采用改良小鼠脓毒症临床评估评分（modified Mouse Clinical Assessment Score for Sepsis, M-CASS）及面部表情疼痛评分监测小鼠健康状态；进行小鼠血细胞计数、血清PCT（procalcitonin）、PTX3（pentraxin-3）、meprin α ELISA定量及流式细胞术分析骨髓与外周血白细胞亚群；开展前瞻性临床研究，纳入重症监护室疑似感染需抗生素治疗的成人患者，采集入院及第1、4、7天血清、全血及部分患者尿液，用ELISA检测人MEP1A水平，常规临床化验检测CRP、PCT、白细胞计数、肝肾功能等指标，通过Spearman相关分析及受试者工作特征（Receiver Operating Characteristic, ROC）曲线评估meprin α诊断价值；分离人外周血白细胞进行MEP1A mRNA实时荧光定量PCR检测。

研究结果部分保留小标题并总结如下：

K5Mα小鼠发生致死性SIRS：研究人员给予8至20周龄K5Mα小鼠他莫昔芬饮食诱导meprin α过表达，除既往报道的炎性鱼鳞病皮肤表型外，所有K5Mα小鼠在17天内病情迅速恶化需安乐死或部分自发死亡。血液学分析显示K5Mα小鼠出现低色素小细胞性贫血、血小板活化迹象、以淋巴细胞减少、中性粒细胞增多、炎性单核细胞比例升高及左移为特征的白细胞增多，骨髓呈紧急粒系造血；血清炎症细胞因子与趋化因子（包括IL-1α、IL-6、IL-17A、IL-18、IL-33、IL-34、TNFα、CXCL1、CCL2、G-CSF、PTX3、PCT）急剧升高，血清可强烈激活初始中性粒细细胞；改良M-CASS评分达14预示高死亡风险。用G-CSF中和抗体处理后，K5Mα小鼠白细胞尤其是中性粒细胞减少，骨髓髓系区室受影响，证实病理性升高的G-CSF参与失调粒系造血。综上，K5Mα小鼠具备中性粒细胞白细胞增多伴左移、低色素小细胞性贫血、严重低温、细胞因子释放综合征伴PCT极度升高等SIRS核心特征。

Meprin α血清水平与致死性表型进展相关：对照及M-CASS为0的K5Mα小鼠血清meprin α极低或 undetectable，而表型进展的K5Mα小鼠血清meprin α显著升高；构建髓系（Lyz2启动子驱动）过表达meprin α的LMα小鼠，骨髓可检测高水平meprin α但未出现炎症反应病理改变，提示血清meprin α升高可能是K5Mα小鼠表型进展的后果而非驱动因素，其来源可能为屏障受损皮肤、肾脏或肠道等高表达器官。

Meprin α血清水平可区分SIRS与非SIRS重症患者并与临床参数相关：前瞻性研究中48例重症患者19例发生SIRS，所有非SIRS患者血清meprin α低于检测限，14/19例SIRS患者可检测meprin α（中位0.35 ng/mL，最高1.74 ng/mL）；meprin α水平与CRP、PCT、PTX3、白细胞计数、IL-6、IL-8、IL-18及AST、肾小球滤过率（glomerular filtration rate, GFR）、肌酐、胆红素、γ-谷氨酰转移酶（gamma glutamyl transferase, μ-GT）等器官功能障碍标志物显著相关；ROC分析显示血清meprin α区分SIRS与非SIRS的效能优于其他临床参数，6例入院时不符合SIRS标准但后续发生SIRS的患者已出现meprin α升高，提示其可能预警SIRS风险；非SIRS组细胞因子趋化因子形成孤立簇，SIRS组则与生命体征或器官功能障碍标志物聚为一簇，meprin α均与PCT、AST聚于同一簇，提示其反映SIRS进展及器官功能障碍；部分患者尿液可检测meprin α但无显著差异，人白细胞MEP1A mRNA极低，提示血清meprin α非白细胞来源，可能为肾脏、肠道在炎症下屏障受损或表达上调、脱落增加所致。

讨论部分总结：研究人员指出既往多组织meprin α/β修饰小鼠模型未在体内验证其在系统性炎症中的功能，本研究明确meprin α在系统性炎症过程中的功能作用，揭示其可启动炎症器官间串扰及潜在信号级联；转化层面发现K5Mα小鼠与重症患者血清meprin α升高均与SIRS发展相关，强调其作为SIRS诊断高特异性临床标志物的潜力；但研究局限性在于患者队列仅48例，需更大规模多中心研究验证meprin α在SIRS或脓毒症患者血清中作为诊断、监测、预后生物标志物的价值以改善治疗与预后。

结论部分翻译：总体而言，研究人员认为我们的发现具有重要意义。多年来，我们及其他人构建了多种在肠道、肾脏、大脑及皮肤调节meprin α和meprin β表达或活性的小鼠模型，以探究meprin水平改变是否与炎症及神经退行性疾病因果相关。在此，我们报告meprin α在系统性炎症过程中的明确功能作用，这一点已被许多研究暗示但尚未在体内验证。此外，我们表明meprin α可启动炎症器官间串扰，这对于理解系统性炎症综合征的复杂性尤为重要，并为潜在信号级联提供了证据。最后，从转化角度来看最相关的是，我们在K5Mα小鼠和重症监护患者的血清中发现meprin α水平升高与SIRS发展相关。重要的是，我们的研究强调血清meprin α可能是一种对SIRS诊断具有高特异性的临床有用标志物。尽管如此，研究人员想强调本研究的一个局限性是患者队列仅由48例患者组成。因此，后续更大规模队列研究应评估SIRS甚至脓毒症患者血清中的meprin α水平是否可用作诊断、监测和/或预后的生物标志物，以改善患者治疗与预后。