Abstract
Sepsis er den systemiske reaktion på infektion med mikrobielle organismer. En differentialdiagnose af infektion forårsaget af enten bakterier eller andre mikrobielle organismer er afgørende for en effektiv behandling og prognostisk vurdering. De nuværende kliniske laboratoriemetoder til diagnosticering af bakterielle infektioner er enten uspecifikke eller kræver længere ekspeditionstider. Procalcitonin (PCT) er en biomarkør, der udviser større specificitet end andre proinflammatoriske markører (f.eks. cytokiner) ved identifikation af patienter med sepsis og kan anvendes til diagnosticering af bakterielle infektioner. I denne artikel gennemgår vi den nuværende viden om PCT og dens anvendelse i kliniske laboratorieforhold.
Det har været et vigtigt udviklingsområde i det kliniske laboratorium at identificere, om årsagen til inflammation hos patienter er af bakteriel oprindelse. Flere kliniske laboratorietests er blevet anvendt til diagnosticering af sepsis.1 Bouillonkulturmetoden er guldstandarden til diagnosticering af bakteriel infektion, men et endeligt resultat kan tage 24 timer eller mere, før der foreligger en endelig diagnose. En række af de inflammatoriske markører, såsom leukocytcelletælling, C-reaktivt protein (CRP) og cytokiner (TNF-α, IL-1β eller IL-6), er blevet anvendt til diagnosticering af inflammation og infektion, men deres manglende specificitet har skabt en fortsat interesse for at udvikle mere specifikke kliniske laboratorieprøver.2 En lovende markør har været procalcitonin (PCT), hvis koncentration har vist sig at være forhøjet ved sepsis. På grund af sin specificitet i forhold til bakterielle infektioner er PCT blevet foreslået som en relevant markør til hurtig diagnosticering af bakteriel infektion, især til brug på hospitalernes skadestuer og intensivafdelinger. Siden PCT blev identificeret og forbundet med sepsis i 1990’erne, er der blevet gennemført et stort antal undersøgelser af PCT og dets kliniske anvendelse. En test til bestemmelse af PCT-niveauer har været tilgængelig i Europa i flere år og er for nylig blevet godkendt af FDA til brug i USA.3
Biokemi af PCT
Procalcitonin er et 116 aminosyrepeptid, der har et ca. MW på 14,5 kDa og tilhører calcitonin (CT)-superfamilien af peptider. Det kan opdeles i 3 sektioner, herunder amineterminus i PCT-regionen, umodent calcitonin og calcitonin carboxyl-terminus peptid-1 (CCP-1, også kaldet katacalcin) (figur 1) (4).4 Procalcitonin er kodet af CALC-1-genet, der er placeret på kromosom 11. Spaltning på 1 sted i det primære transkript af CALC-1-genet producerer pre-PCT, som yderligere undergår proteolytisk spaltning af sin signalsekvens for at producere PCT.5,6 De andre medlemmer af CT-superfamilien af peptider omfatter calcitonin-genrelateret peptid I, II (CGRP-I, CGRP-II), amylin og adrenomedullin. Calcitonin-genrelateret peptid I er også kodet af CALC-1-genet og dannes ved alternativ splejsning af det primære transkript af CALC-1 mRNA. Calcitonin-genrelateret peptid II, amylin og adrenomedullin er kodet af andre gener (tabel 1).
Procalcitonin-ekspression sker på en vævsspecifik måde. I fravær af infektion er transkriptionen af CALC-1-genet for PCT i det ikke-neuroendokrine væv undertrykt, undtagen i C-cellerne i skjoldbruskkirtlen, hvor dets ekspression producerer PCT, forløberen for CT hos raske og ikke-inficerede personer5 . Den syntetiserede PCT gennemgår derefter posttranslationel behandling for at producere små peptider og moden CT, som dannes som følge af fjernelse af den C-terminale glycin fra den umodne CT ved hjælp af peptidylglycin α-amidering af monooxygenase (PAM).7 Den modne CT lagres i sekretoriske granula og udskilles i blodet for at regulere calciumkoncentrationen. Ved tilstedeværelse af mikrobiel infektion udtrykker ikke-neuroendokrine væv også CALC-1-genet for at producere PCT. En mikrobiel infektion inducerer en betydelig stigning i CALC-1-genekspressionen i alle parenkymvæv og differentierede celletyper i kroppen, der producerer PCT.8 Niveauerne stiger betydeligt ved alvorlige systemiske infektioner sammenlignet med andre parametre for mikrobielle infektioner.9 Funktionen af PCT syntetiseret i de ikke-neuroendokrine væv under mikrobiel infektion er i øjeblikket uklar; dens påvisning har dog hjulpet i differentialdiagnosen af inflammatoriske processer.
Overblik over sepsis
Sepsis henviser til den systemiske reaktion på infektion med mikrobielle agenser, såsom bakterier, svampe og gær, hvor patienten typisk udvikler feber, takykardi, takypnø og leukocytose. Mikrobiologiske kulturer fra blodet eller infektionsstedet er ofte, men ikke altid, positive. Alvorlig sepsis er forbundet med hypoperfusion eller dysfunktion af mindst ét organ. Når alvorlig sepsis er ledsaget af hypotension eller svigt af flere organsystemer, kaldes tilstanden septisk chok. Epidemiologiske undersøgelser viser en forekomst på ca. 750 000 sepsistilfælde om året i USA.10 Tegn og symptomer på sepsis er meget variable og påvirkes af mange faktorer, herunder patogenets virulens og biologiske belastning, indgangsportalen og værtens modtagelighed. De primære steder er infektioner i luftvejene, efterfulgt af infektioner i urinvejene og infektioner i mave-tarmkanalen.11 På det seneste har der været et stigende antal rapporter om bakterielle infektioner hos indlagte patienter på grund af øgede nosokomielle infektioner fra kateterisering og immunosuppressive behandlinger, ud over øgede årsager til methicillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA).11 Det er vigtigt at skelne mellem inflammation på grund af bakteriel, anden mikrobiel infektion eller organafstødning i forbindelse med behandlingen af immunreaktionen hos indlagte patienter. Et almindeligt problem i klinisk praksis er, at tegn og symptomer på bakterielle og virale infektioner i vid udstrækning overlapper hinanden, især ved infektioner i luftvejene. Undertiden er der stadig diagnostisk usikkerhed, selv efter indhentning af patientens anamnese, fysisk undersøgelse, røntgenundersøgelse af brystet og laboratorieprøver. En laboratorieprøve med større specificitet ville således forbedre den kliniske differentialdiagnose i disse tilfælde betydeligt. Desuden ville differentialdiagnosen af infektion være en hjælp til at afgøre, om behandling med antibiotika ville være gavnlig. I denne henseende ordineres ca. 75 % af alle antibiotikadoser til akutte luftvejsinfektioner, der overvejende har en viral ætiologi.5 Den overdrevne brug af antibiotika er hovedårsagen til spredningen af antibiotikaresistente bakterier. Derfor er det vigtigt at mindske brugen af antibiotika for at bekæmpe stigningen af antibiotikaresistente mikroorganismer.
Skematisk fremstilling af forholdet mellem procalcitonin, calcitonin og calcitonin carboxypeptid-1.
Skematisk oversigt over forholdet mellem procalcitonin, calcitonin og calcitonincarboxypeptid-1.
Diagnostiske metoder til sepsis
Den traditionelle metode til diagnosticering af sepsis omfatter dyrkning af blod-, urin-, cerebrospinalvæske- (CSF) eller bronkialvæskeprøver og tager normalt 24 til 48 timer. Desværre manifesterer de kliniske symptomer sig ofte i mangel af en positiv dyrkning. De traditionelle kliniske tegn på infektion og de rutinemæssige laboratorieprøver for sepsis, f.eks. CRP eller leukocytantal, mangler diagnostisk nøjagtighed og er undertiden misvisende. Ved alvorlige infektioner er de fleste klassiske proinflammatoriske cytokiner, såsom TNF-α, IL-1β eller IL-6, kun kortvarigt eller intermitterende forhøjet, hvis de overhovedet er forhøjet. I lyset af ovenstående diagnostiske og terapeutiske dilemmaer er en mere entydig test til differentialdiagnostik af infektion og sepsis af største betydning.
Sammenhængen mellem Calcitonin Superfamily of Peptides
| Kromosom . | 11 . | 11 . | 11 . | 12 . | 11 . | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Generer | CALC-1 | CALC-II | CALC-III | CALC-III | CALC-IV | CALC-V |
| Peptider | *PCT I | CGRP-II | Pseudogen (ikkeoversat gen)31 | Amylin | Adrenomedullin | |
| *PCT II | ||||||
| CGRP-I |
| Kromosom . | 11 . | 11 . | 11 . | 12 . | 11 . | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Generer | CALC-1 | CALC-II | CALC-III | CALC-III | CALC-IV | CALC-V |
| Peptider | *PCT I | CGRP-II | Pseudogen (ikkeoversat gen)31 | Amylin | Adrenomedullin | |
| *PCT II | ||||||
| CGRP-I |
PCT II adskiller sig fra PCT I med 8 aminosyrer ved C-terminus.
Sammenhængen mellem Calcitonin superfamilien af peptider
| Kromosom . | 11 . | 11 . | 11 . | 12 . | 11 . | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Generer | CALC-1 | CALC-II | CALC-III | CALC-III | CALC-IV | CALC-V |
| Peptider | *PCT I | CGRP-II | Pseudogen (ikkeoversat gen)31 | Amylin | Adrenomedullin | |
| *PCT II | ||||||
| CGRP-I |
| Kromosom . | 11 . | 11 . | 11 . | 12 . | 11 . | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Generer | CALC-1 | CALC-II | CALC-III | CALC-III | CALC-IV | CALC-V |
| Peptider | *PCT I | CGRP-II | Pseudogen (ikkeoversat gen)31 | Amylin | Adrenomedullin | |
| *PCT II | ||||||
| CGRP-I |
PCT II adskiller sig fra PCT I med 8 aminosyrer ved C-terminus.
PCT-måling til diagnosticering af bakterieinfektioner
Siden midten af 1990’erne har der været en stigende brug af PCT-målinger til identifikation af systemiske bakterieinfektioner3 . Den korte halveringstid (25-30 timer i plasma) for PCT, kombineret med dens næsten manglende sundhed og specificitet for bakterielle infektioner, giver den en klar fordel i forhold til de andre markører for bakteriel infektion3,4 . Undersøgelser har også vist, at en stigning i PCT-niveauerne er minimal ved virusinfektioner, mens niveauerne stiger hurtigt efter en enkelt injektion med endotoxin.12,13 Desuden er forhøjelser af PCT ikke forbundet med specifikke bakteriestammer, selv om der i en undersøgelse af Rowther og kolleger blev identificeret og opført stammer fra septiske patienter med serum-PCT-niveauer >2 ng/mL.14 For nylig viste Jacquot og kolleger, at hurtig måling af PCT kan hjælpe med at udelukke nosokomial infektion hos nyfødte, der er indlagt på intensivafdelinger.15
I en anden undersøgelse undersøgte de Jager og kolleger værdien af at måle PCT-niveauer i blodet hos patienter, der er inficeret med samfundserhvervet lungebetændelse (CAP) forårsaget af Legionella pneumophila, sammenlignet med andre konventionelle parametre såsom CRP og WBC-tælling.16 De fandt, at indledende høje PCT-niveauer var tegn på en mere alvorlig sygdom, og dette afspejlede sig i et længere patientophold på intensivafdelingen (ICU) og/eller død på hospitalet. Desuden var vedvarende forhøjede PCT-niveauer altid tegn på et ugunstigt resultat. Bestemmelse af PCT-niveauerne gav således værdifulde oplysninger om patientens prognose, som ikke kunne bestemmes ud fra konventionelle inflammatoriske parametre såsom CRP og WBC-tælling. Desuden har det vist sig, at brugen af PCT-målinger til effektiv behandling af patienter med antibiotika kan reducere patienternes hospitalsophold. Kristoffersen og kolleger rapporterede, at hos de patienter med kronisk obstruktiv lungesygdom reducerede en enkelt serum PCT-bestemmelse på indlæggelsestidspunktet den gennemsnitlige opholdslængde fra 7,1 dage til 4,8 dage.17
Måling af PCT
Procalcitonin kan måles ved hjælp af et kvantitativt homogent assay (BRAHMS, Hennigsdorf, Tyskland). Assayet er baseret på TRACE-teknologi (Time Resolved Amplified Cryptate Emission) (figur 2). En nitrogenlaser ved 337 nm rettes mod en prøve, der indeholder PCT og to fluorescerende mærkede antistoffer, der genkender forskellige epitoper af PCT-peptidet. Princippet i analysen er baseret på overførsel af ikke-radiativ energi mellem “donor”- og “acceptor”-molekyler. Donormolekylet udsender ved excitation et langlivet fluorescerende signal i milli-sekunder ved 620 nm, mens acceptormolekylet ved excitation udsender et kortlivet signal i nanosekunder ved 665 nm. Når begge molekyler bringes tæt på hinanden ved binding til PCT, forstærkes det resulterende signal ved 665 nm og forlænges til at vare i et par mikrosekunder. Denne forlængelse sikrer, at signalet kan måles, efter at baggrundsfluorescensen (som er almindelig i biologiske prøver) er aftaget. I BRAHMS-assayet er donormolekylet et Europium-kryptat-mærket polyklonalt fåreantistof, der genkender epitoper i den umodne CT-region, mens acceptormolekylet er et XL665-mærket monoklonalt antistof, der er opdrættet mod PCT’s CCP-1-region18,19 .
Skematisk fremstilling af principperne for TRACE-teknologien.
Skematisk fremstilling af principperne for TRACE-teknologien.
Prover, der er egnede til analysen, kan være serum eller plasma med enten EDTA eller heparin som antikoagulanter, men ikke citrat, da dette har vist sig at undervurdere PCT-niveauerne.18
PCT-målinger i andre sygdomme
Nytteværdien af PCT som en diagnostisk markør i andre inflammatoriske tilstande er også blevet evalueret og gennemgået af Becker og medarbejdere.20 Ved malaria er PCT-niveauet forhøjet ved både svær og ukompliceret Plasmodium falciparum-malaria, men kunne ikke bruges til at skelne mellem de 2 typer og var derfor af begrænset nytte til diagnosen.21,22 Værdien af PCT ved diagnosticering af lungetuberkulose (PTB) er også blevet undersøgt og har vist sig at have ringe værdi.19 Baylan og medarbejdere fandt, at PCT-niveauet i serum var lidt højt ved indlæggelsen hos patienter med aktiv PTB sammenlignet med kontroller og patienter i anti-tuberkuløs kemoterapi. Selv om denne forskel var statistisk signifikant, var PCT-niveauerne i de fleste tilfælde med PTB (58,7 %) under det sædvanlige cut-off-niveau (0,5 ng/mL).23 Derfor var PCT ikke en pålidelig indikator i forbindelse med diagnosticering af aktiv PTB og kunne ikke erstatte mikrobiologiske, epidemiologiske, kliniske og radiologiske data.23 Nyamande og Lalloo fandt imidlertid, at PCT-niveauer kunne være nyttige til at skelne mellem samfundserhvervet lungebetændelse (CAP) forårsaget af almindelige bakterier, såsom Mycobacterium tuberculosis (TB) og Pneumocystis jirovecii (PJP) i et miljø med høj HIV-prævalens, hvor atypiske præsentationer ofte forvirrede den empiriske kliniske diagnose.24 Deres undersøgelse viste, at PCT-niveauerne varierer betydeligt hos patienter med CAP på grund af TB, PJP og bakterier.
Procalcitoninbestemmelser har vist sig at være af betydelig værdi til at identificere, om inflammation efter en organtransplantation skyldes bakteriel infektion eller organafstødning. Mendonca og kolleger viste, at hos levertransplantationsmodtagere var plasma PCT-niveauerne signifikant forhøjet hos inficerede patienter sammenlignet med dem, der havde akut leverafstødning, hos hvem niveauerne svarede til niveauerne hos ukomplicerede patienter.25 Madershahian og kolleger viste, at PCT-niveauerne efter hjertetransplantation kunne fungere som en nyttig markør for prognosen.26 Procalcitoninniveauerne viste sig at være konsekvent lave (<10 ng/mL) hos patienter med et begivenhedsløst forløb efter transplantationen, men steg hyppigere hos patienter med postoperative komplikationer og var endda forbundet med en øget dødelighed tidligt postoperativt, når værdierne overstiger 80 ng/mL. PCT-niveauer i de første dage efter hjertetransplantation kunne således være med til at identificere patienter i risiko for komplikationer, når koncentrationerne oversteg det “normale” posttransplantationsområde.26
Faldgruber ved PCT-måling
Der findes også rapporter i litteraturen, hvor forhøjede PCT-niveauer ikke var forbundet med bakterielle infektioner. Addison-krise forårsaget af binyresvigt er blevet forbundet med forhøjede PCT-niveauer.27 Forhøjede PCT-niveauer, der kan sammenlignes med dem, der observeres ved alvorlig sepsis, blev også set hos transplantationspatienter, der modtog pan T-celle antistofbehandling.28 For nylig rapporterede Brodska og kolleger om markante forhøjelser af PCT- og CRP-niveauerne hos patienter, der skulle have foretaget en hæmatopoietisk stamcelletransplantation og modtog antithymocytglobulin under konditionering.29
Summary
I løbet af de sidste 15 år har brugen af PCT til at identificere den bakterielle eller ikke-bakterielle oprindelse af systemisk inflammation fået udbredt støtte, og det er sandsynligt, at denne tendens vil fortsætte. Selv om PCT har vist sig at være en interessant markør for sepsis, er dens fysiologiske rolle stadig usikker. Der er dokumentation, der tyder på, at brugen af PCT til overvågning af patienter med sepsis fører til reduceret morbiditet og mortalitet hos disse patienter. Administration af PCT til septiske hamstere øgede deres dødsrate, mens administration af anti-PCT-antistoffer øgede deres overlevelsesrate.30 Den næsten manglende PCT-ekspression i rask tilstand og dens ekspression i stort set alle organer under sepsis giver næring til forestillingen om, at den er uløseligt forbundet med den karakteristiske “organnedlukning” ved alvorlig sepsis. Yderligere forskning, der har til formål at belyse PCT’s rolle i sepsis, vil bidrage til at forstå patogenesen for sepsis med henblik på at udvikle bedre og mere effektive behandlingsformer.
Forfatterne vil gerne takke Chris Ciotti, Stephen Barnes og Jim Bromley (BRAHMS USA) for nyttige diskussioner om tekniske og kliniske aspekter af PCT-assayet.
.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
m.fl. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
m.fl. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
m.fl. .
.
.
;
:
–
.
Anvisningsmanual (version 4.0us) artikelnummer: 825.050: Immunofluorescensassay til bestemmelse af PCT (procalcitonin) i humant serum og plasma. BRAHMS PCT sensitive KRYPTOR 2008 (Hennigsdorf, Tyskland).
et al. .
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
m.fl. .
.
;
. .
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
. .
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
.
Jr
et al. .
.
.
;
:
–
.
m.fl. .
.
.
;
:
–
.