Alai

Abstract

Le sepsis est la réponse systémique à une infection par des organismes microbiens. Un diagnostic différentiel de l’infection causée soit par des bactéries, soit par d’autres organismes microbiens, est essentiel pour un traitement et une évaluation pronostique efficaces. Les méthodes actuelles de laboratoire clinique pour le diagnostic des infections bactériennes sont soit non spécifiques, soit nécessitent des délais d’exécution plus longs. La procalcitonine (PCT) est un biomarqueur qui présente une plus grande spécificité que d’autres marqueurs pro-inflammatoires (par exemple, les cytokines) dans l’identification des patients atteints de septicémie et qui peut être utilisé dans le diagnostic des infections bactériennes. Dans cet article, nous passons en revue les connaissances actuelles sur la PCT et son utilisation dans le cadre du laboratoire clinique.

Identifier si la cause de l’inflammation chez les patients est d’origine bactérienne a été un domaine important de développement dans le laboratoire clinique. Plusieurs tests de laboratoire clinique ont été appliqués au diagnostic du sepsis.1 La méthode de la culture en bouillon est l’étalon-or pour le diagnostic d’une infection bactérienne, mais un résultat définitif peut prendre 24 heures ou plus avant un diagnostic concluant. Un certain nombre de marqueurs inflammatoires, tels que la numération leucocytaire, la protéine C réactive (CRP) et les cytokines (TNF-α, IL-1β ou IL-6), ont été utilisés pour le diagnostic de l’inflammation et de l’infection, mais leur manque de spécificité a suscité un intérêt constant pour le développement de tests de laboratoire cliniques plus spécifiques.2 Un marqueur prometteur est la procalcitonine (PCT), dont la concentration est élevée dans le sepsis. En raison de sa spécificité vis-à-vis des infections bactériennes, la PCT a été proposée comme un marqueur pertinent pour le diagnostic rapide des infections bactériennes, en particulier dans les services d’urgence des hôpitaux et les unités de soins intensifs. Depuis son identification et son association avec la septicémie dans les années 1990, un grand nombre d’études portant sur la PCT et son application clinique ont été menées. Un test pour déterminer les niveaux de PCT est disponible en Europe depuis plusieurs années et a récemment été approuvé par la FDA pour une utilisation aux États-Unis.3

Biochimie de la PCT

La calcitonine est un peptide de 116 acides aminés qui a un MW approximatif de 14,5 kDa et appartient à la superfamille des peptides de la calcitonine (CT). Elle peut être divisée en 3 sections, dont l’extrémité amino-terminale de la région PCT, la calcitonine immature et le peptide carboxyl-terminal de la calcitonine-1 (CCP-1, également appelé katacalcin) (Figure 1).4 La procalcitonine est codée par le gène CALC-1 situé sur le chromosome 11. Le clivage en 1 site du transcrit primaire du gène CALC-1 produit la pré-PCT, qui subit ensuite un clivage protéolytique de sa séquence signal pour produire la PCT.5,6 Les autres membres de la superfamille des peptides CT comprennent le peptide I, II lié au gène de la calcitonine (CGRP-I, CGRP-II), l’amyline et l’adrénomédulline. Le peptide I lié au gène de la calcitonine est également codé par le gène CALC-1 et est généré par épissage alternatif du transcrit primaire de l’ARNm CALC-1. Le peptide II lié au gène de la calcitonine, l’amyline et l’adrénomédulline sont codés par d’autres gènes (tableau 1).

L’expression de la calcitonine se produit de manière spécifique au tissu. En l’absence d’infection, la transcription du gène CALC-1 de la PCT dans les tissus non neuroendocriniens est supprimée, sauf dans les cellules C de la glande thyroïde où son expression produit la PCT, le précurseur de la CT chez les individus sains et non infectés5. La PCT synthétisée subit ensuite un traitement post-traductionnel pour produire de petits peptides et la CT mature, qui est générée à la suite de l’élimination de la glycine C-terminale de la CT immature par la peptidylglycine α-amidating monooxygenase (PAM).7 La CT mature est stockée dans les granules du secrétaire et est sécrétée dans le sang pour réguler la concentration de calcium. En présence d’une infection microbienne, les tissus non neuroendocriniens expriment également le gène CALC-1 pour produire de la PCT. Une infection microbienne induit une augmentation substantielle de l’expression du gène CALC-1 dans tous les tissus parenchymateux et les types de cellules différenciées de l’organisme produisant de la PCT.8 Ses niveaux augmentent de manière significative dans les infections systémiques sévères, par rapport aux autres paramètres des infections microbiennes.9 La fonction de la PCT synthétisée dans les tissus non neuroendocriniens lors d’une infection microbienne n’est actuellement pas claire ; cependant, sa détection a aidé au diagnostic différentiel des processus inflammatoires.

Overview of Sepsis

La septicémie désigne la réponse systémique à une infection par des agents microbiens, tels que des bactéries, des champignons et des levures, où le patient développe généralement de la fièvre, une tachycardie, une tachypnée et une leucocytose. Les cultures microbiologiques du sang ou du site de l’infection sont souvent, mais pas toujours, positives. Le sepsis sévère est associé à l’hypoperfusion ou au dysfonctionnement d’au moins un organe. Lorsque le sepsis sévère s’accompagne d’une hypotension ou d’une défaillance de plusieurs organes, on parle de choc septique. Les études épidémiologiques indiquent une incidence d’environ 750 000 cas de sepsis par an aux États-Unis.10 Les signes et symptômes du sepsis sont très variables et sont influencés par de nombreux facteurs, notamment la virulence et la charge biologique de l’agent pathogène, la porte d’entrée et la sensibilité de l’hôte. Les principaux sites sont les infections des voies respiratoires, suivies des infections génito-urinaires et des infections gastro-intestinales.11 Récemment, un nombre croissant de rapports sur les infections bactériennes des patients hospitalisés a été publié en raison de l’augmentation des infections nosocomiales dues au cathétérisme et aux thérapies immunosuppressives, en plus de l’augmentation des causes de Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM).11 Il est important de distinguer l’inflammation due à une infection bactérienne, à une autre infection microbienne ou à un rejet d’organe dans le traitement de la réaction immunitaire des patients hospitalisés. Un problème courant dans la pratique clinique est que les signes et symptômes des infections bactériennes et virales se chevauchent largement, en particulier dans les infections des voies respiratoires. Parfois, l’incertitude diagnostique demeure, même après avoir recueilli les antécédents du patient, effectué un examen physique, une radiographie pulmonaire et des tests de laboratoire. Ainsi, un test de laboratoire plus spécifique améliorerait considérablement le diagnostic différentiel clinique dans ces cas. En outre, le diagnostic différentiel de l’infection aiderait à décider si un traitement par antibiotiques serait bénéfique. À cet égard, environ 75 % de toutes les doses d’antibiotiques sont prescrites pour des infections respiratoires aiguës dont l’étiologie est principalement virale.5 L’utilisation excessive d’antibiotiques est la principale cause de la propagation des bactéries résistantes aux antibiotiques. Ainsi, la diminution de l’utilisation des antibiotiques est essentielle pour lutter contre l’augmentation des micro-organismes résistants aux antibiotiques.

Méthodes de diagnostic du sepsis

La méthode traditionnelle de diagnostic du sepsis comprend la mise en culture d’échantillons de sang, d’urine, de liquide céphalorachidien (LCR) ou de liquide bronchique et prend généralement 24 à 48 heures. Malheureusement, les symptômes cliniques se manifestent fréquemment en l’absence d’une culture positive. Les signes cliniques traditionnels de l’infection et les tests de laboratoire de routine pour la septicémie, tels que la CRP ou la numération leucocytaire, manquent de précision diagnostique et sont parfois trompeurs. Dans les infections graves, la plupart des cytokines pro-inflammatoires classiques, comme le TNF-α, l’IL-1β ou l’IL-6, ne sont augmentées que brièvement ou par intermittence, voire pas du tout. Compte tenu des dilemmes diagnostiques et thérapeutiques ci-dessus, un test plus univoque pour le diagnostic différentiel de l’infection et de la septicémie est d’une importance capitale.

Mesure de la PCT dans le diagnostic des infections bactériennes

Depuis le milieu des années 1990, on utilise de plus en plus la mesure de la PCT pour identifier les infections bactériennes systémiques3. La courte demi-vie (25-30 heures dans le plasma) de la PCT, associée à sa quasi-absence en santé et à sa spécificité pour les infections bactériennes, lui confère un avantage certain sur les autres marqueurs d’infection bactérienne3,4. Des études ont également montré qu’une augmentation des niveaux de PCT est minime dans les infections virales alors que les niveaux augmentent rapidement après une injection unique d’endotoxine.12,13 De plus, les élévations de PCT ne sont pas associées à des souches bactériennes spécifiques, bien que dans une étude de Rowther et ses collègues, des souches provenant de patients septiques avec des niveaux de PCT sériques >2 ng/mL aient été identifiées et répertoriées.14 Récemment, Jacquot et ses collègues ont démontré qu’une mesure rapide de la PCT pouvait aider à exclure une infection nosocomiale chez les nouveau-nés hospitalisés dans des unités de soins intensifs.15

Dans une autre étude, de Jager et ses collègues ont examiné la valeur de la mesure des niveaux de PCT dans le sang des patients infectés par une pneumonie communautaire (PAC) causée par Legionella pneumophila par rapport à d’autres paramètres conventionnels tels que la CRP et la numération leucocytaire.16 Ils ont constaté que les niveaux initiaux élevés de PCT étaient indicatifs d’une maladie plus grave, ce qui se traduisait par un séjour plus long du patient dans l’unité de soins intensifs (USI) et/ou un décès à l’hôpital. En outre, une augmentation persistante des taux de PCT était toujours le signe d’une issue défavorable. Ainsi, la détermination des niveaux de PCT a fourni des informations précieuses sur le pronostic des patients qui ne pouvaient pas être déterminées à partir des paramètres inflammatoires conventionnels tels que la CRP et la numération leucocytaire. En outre, il a été démontré que l’utilisation des mesures de la PCT pour traiter efficacement les patients avec des antibiotiques réduisait la durée d’hospitalisation des patients. Kristoffersen et ses collègues ont rapporté que chez les patients atteints d’une maladie pulmonaire obstructive chronique, une seule détermination de la PCT sérique au moment de l’admission a réduit la durée moyenne du séjour de 7,1 jours à 4,8 jours.17

Mesure de la PCT

La procalcitonine peut être mesurée à l’aide d’un dosage quantitatif homogène (BRAHMS, Hennigsdorf, Allemagne). Ce test est basé sur la technologie TRACE (Time Resolved Amplified Cryptate Emission) (Figure 2). Un laser à azote à 337 nm est dirigé vers un échantillon contenant du PCT et 2 anticorps marqués par fluorescence reconnaissant différents épitopes du peptide PCT. Le principe de l’essai est basé sur le transfert d’énergie non radiative entre les molécules « donneur » et « accepteur ». La molécule donneuse, lorsqu’elle est excitée, émet un signal fluorescent à longue durée de vie dans la gamme des millisecondes à 620 nm, tandis que la molécule acceptrice, lorsqu’elle est excitée, émet un signal à courte durée de vie dans la gamme des nanosecondes à 665 nm. Lorsque les deux molécules sont mises à proximité l’une de l’autre par liaison au PCT, le signal résultant est amplifié à 665 nm et prolongé pour durer quelques microsecondes. Cette prolongation garantit que le signal peut être mesuré après que la fluorescence de fond (fréquente dans les échantillons biologiques) a diminué. Dans le test BRAHMS’, la molécule donneuse est un anticorps polyclonal de mouton marqué au Cryptate d’Europium reconnaissant les épitopes dans la région immature du CT, tandis que la molécule acceptrice est un anticorps monoclonal marqué au XL665 élevé contre la région CCP-1 du PCT18,19.

Les échantillons appropriés pour le dosage peuvent être du sérum ou du plasma en utilisant soit l’EDTA ou l’héparine comme anticoagulants mais pas le citrate car il a été démontré que cela sous-estime les niveaux de PCT.18

Mesures de PCT dans d’autres maladies

L’utilité de la PCT comme marqueur diagnostique dans d’autres états inflammatoires a également été évaluée et revue par Becker et ses collaborateurs.20 Dans le cas du paludisme, les taux de PCT sont élevés dans les cas de paludisme grave et non compliqué à Plasmodium falciparum, mais ils n’ont pas pu être utilisés pour différencier les deux types de paludisme et ont donc été d’une utilité limitée pour le diagnostic.21,22 La valeur de la PCT dans le diagnostic de la tuberculose pulmonaire (PTB) a également été étudiée et s’est avérée peu utile.19 Baylan et ses collègues ont constaté que les taux sériques de PCT étaient légèrement élevés à l’admission chez les patients atteints de PTB active par rapport aux témoins et aux patients sous chimiothérapie antituberculeuse. Bien que cette différence soit statistiquement significative, les taux de PCT de la plupart des cas de PTB (58,7 %) étaient inférieurs au seuil habituel (0,5 ng/mL).23 La PCT n’est donc pas un indicateur fiable pour le diagnostic de la PTB active et ne peut remplacer les données microbiologiques, épidémiologiques, cliniques et radiologiques.23 Nyamande et Lalloo ont toutefois constaté que les taux de PCT pouvaient être utiles pour distinguer les pneumonies communautaires (PAC) dues à des bactéries communes, telles que Mycobacterium tuberculosis (TB) et Pneumocystis jirovecii (PJP), dans un contexte de forte prévalence du VIH où les présentations atypiques confondent souvent le diagnostic clinique empirique24. Leur étude a montré que les niveaux de PCT diffèrent significativement chez les patients atteints de PAC due à la TB, à la PJP et aux bactéries.

Les déterminations de la procalcitonine se sont avérées d’une valeur considérable pour identifier si l’inflammation suivant une transplantation d’organe est due à une infection bactérienne ou à un rejet d’organe. Mendonca et ses collègues ont démontré que chez les transplantés du foie, les niveaux de PCT plasmatique étaient significativement plus élevés chez les patients infectés par rapport à ceux qui avaient un rejet aigu du foie, chez qui les niveaux étaient similaires à ceux des patients non compliqués.25 Madershahian et ses collègues ont montré que les niveaux de PCT après une transplantation cardiaque pouvaient servir de marqueur utile du pronostic.26 Les taux de procalcitonine se sont avérés être constamment faibles (<10 ng/mL) chez les patients dont l’évolution après la transplantation s’est déroulée sans incident, mais ils augmentent plus fréquemment chez les patients présentant des complications postopératoires et sont même associés à une mortalité accrue en début de période postopératoire lorsque les valeurs dépassent 80 ng/mL. Ainsi, les niveaux de PCT dans les premiers jours suivant la transplantation cardiaque pourraient aider à identifier les patients à risque de complications, lorsque les concentrations dépassent la plage post-transplantation « normale ».26

Pitfalls in PCT Measurement

Il existe également des rapports dans la littérature où les élévations des niveaux de PCT n’étaient pas liées à des infections bactériennes. Une crise addisonienne causée par une insuffisance surrénalienne a été associée à des taux élevés de PCT.27 Des taux de PCT accrus, comparables à ceux observés lors d’un sepsis sévère, ont également été observés chez des patients transplantés recevant un traitement par anticorps pan-cellulaires T28. Plus récemment, Brodska et ses collègues ont signalé des élévations marquées des taux de PCT et de CRP chez des patients prévus pour une transplantation de cellules souches hématopoïétiques et recevant des globulines anti-thymocytes pendant le conditionnement.29

Résumé

Au cours des 15 dernières années, l’utilisation de la PCT pour identifier l’origine bactérienne ou non de l’inflammation systémique a gagné un large soutien, et il est probable que cette tendance se poursuive. Bien que la PCT se soit révélée être un marqueur intéressant du sepsis, son rôle physiologique reste encore incertain. Il existe des preuves suggérant que l’utilisation de la PCT dans le suivi des patients atteints de sepsis conduit à une réduction de la morbidité et de la mortalité de ces patients. L’administration de PCT à des hamsters septiques a augmenté leur taux de mortalité, tandis que l’administration d’anticorps anti-PCT a augmenté leur taux de survie.30 La quasi-absence d’expression de la PCT à l’état sain et son expression dans pratiquement tous les organes pendant le sepsis alimente l’idée qu’elle est intrinsèquement associée à l' »arrêt des organes » caractéristique du sepsis sévère. Des recherches supplémentaires visant à élucider le rôle de la PCT dans le sepsis aideraient à comprendre la pathogenèse du sepsis dans le but de développer des régimes thérapeutiques meilleurs et plus efficaces.

Les auteurs tiennent à remercier Chris Ciotti, Stephen Barnes et Jim Bromley (BRAHMS USA) pour les discussions utiles sur les aspects techniques et cliniques du dosage de la PCT.