Abstract
Sepsis is de systemische reactie op infectie door microbiële organismen. Een differentiële diagnose van infectie veroorzaakt door bacteriën of andere microbiële organismen is essentieel voor een effectieve behandeling en prognostische beoordeling. De huidige klinische laboratoriummethoden voor de diagnose van bacteriële infecties zijn ofwel niet-specifiek of vereisen langere doorlooptijden. Procalcitonine (PCT) is een biomarker die specifieker is dan andere pro-inflammatoire markers (bv. cytokines) bij het identificeren van patiënten met sepsis en kan worden gebruikt bij de diagnose van bacteriële infecties. In dit artikel geven wij een overzicht van de huidige kennis van PCT en het gebruik ervan in de klinische laboratoriumsetting.
Het bepalen of de oorzaak van ontsteking bij patiënten van bacteriële oorsprong is, is een belangrijk gebied van ontwikkeling in het klinisch laboratorium geweest. Verschillende klinische laboratoriumtests zijn toegepast voor de diagnose van sepsis.1 De bouillonkweekmethode is de gouden standaard voor de diagnose van bacteriële infectie, maar een definitief resultaat kan 24 uur of meer duren voordat een definitieve diagnose kan worden gesteld. Een aantal ontstekingsmarkers, zoals het aantal leukocyten, C reactief proteïne (CRP), en cytokines (TNF-α, IL-1β, of IL-6), zijn toegepast bij de diagnose van ontsteking en infectie, maar hun gebrek aan specificiteit heeft geleid tot een voortdurende belangstelling voor de ontwikkeling van meer specifieke klinische laboratoriumtests.2 Een veelbelovende marker is procalcitonine (PCT), waarvan de concentratie verhoogd blijkt te zijn bij sepsis. Door zijn specificiteit voor bacteriële infecties is PCT voorgesteld als een relevante marker voor de snelle diagnose van bacteriële infecties, vooral voor gebruik op spoedeisende hulpafdelingen en intensive care afdelingen van ziekenhuizen. Sinds de identificatie van PCT en de associatie ervan met sepsis in de jaren negentig is een groot aantal studies naar PCT en de klinische toepassing ervan uitgevoerd. Een test om PCT niveaus te bepalen is al enkele jaren beschikbaar in Europa en werd onlangs door de FDA goedgekeurd voor gebruik in de Verenigde Staten.3
Biochemie van PCT
Procalcitonine is een 116 aminozuur peptide dat een geschatte MW van 14,5 kDa heeft en behoort tot de calcitonine (CT) superfamilie van peptiden. Het kan worden onderverdeeld in 3 secties, waaronder de amino terminus van de PCT regio, onrijpe calcitonine, en calcitonine carboxyl-terminus peptide-1 (CCP-1, ook wel katacalcine genoemd) (figuur 1).4 Procalcitonine wordt gecodeerd door het CALC-1 gen dat zich op chromosoom 11 bevindt. Splitsing op 1 plaats van het primaire transcript van het CALC-1 gen produceert pre-PCT, dat verder proteolytische splitsing van zijn signaalsequentie ondergaat om PCT te produceren.5,6 De andere leden van de CT superfamilie van peptiden zijn calcitonine-gen-gerelateerd peptide I, II (CGRP-I, CGRP-II), amyline, en adrenomedulline. Calcitonine gen-gerelateerd peptide I wordt ook gecodeerd door het CALC-1 gen en wordt gegenereerd door alternatieve splicing van het primaire transcript van CALC-1 mRNA. Calcitonine-gen-gerelateerd peptide II, amyline, en adrenomedulline worden gecodeerd door andere genen (tabel 1).
Procalcitonine-expressie vindt plaats op een weefselspecifieke manier. In afwezigheid van infectie wordt de transcriptie van het CALC-1-gen voor PCT in niet-neuro-endocrien weefsel onderdrukt, behalve in de C-cellen van de schildklier, waar de expressie PCT produceert, de precursor van CT bij gezonde en niet-geïnfecteerde personen.5 De gesynthetiseerde PCT ondergaat vervolgens post-translationele verwerking om kleine peptiden en rijpe CT te produceren, die ontstaat als gevolg van de verwijdering van de C-terminale glycine uit de onrijpe CT door peptidylglycine α-amiderende mono-oxygenase (PAM).7 Rijpe CT wordt opgeslagen in secretiegranules en wordt uitgescheiden in het bloed om de calciumconcentratie te reguleren. In aanwezigheid van een microbiële infectie brengen niet-neuro-endocriene weefsels ook het CALC-1 gen tot expressie om PCT te produceren. Een microbiële infectie induceert een aanzienlijke toename van de expressie van het CALC-1 gen in alle parenchymweefsels en gedifferentieerde celtypes in het lichaam die PCT produceren.8 Het niveau ervan neemt aanzienlijk toe bij ernstige systemische infecties, in vergelijking met andere parameters van microbiële infecties.9 De functie van PCT gesynthetiseerd in de niet-neuroendocriene weefsels onder microbiële infectie is momenteel onduidelijk; echter, de detectie ervan heeft geholpen bij de differentiële diagnose van ontstekingsprocessen.
Overzicht van Sepsis
Sepsis verwijst naar de systemische reactie op infectie door microbiële agentia, zoals bacteriën, schimmels en gist, waarbij de patiënt typisch koorts, tachycardie, tachypneu en leukocytose ontwikkelt. Microbiologische culturen uit het bloed of van de infectieplaats zijn vaak, hoewel niet altijd, positief. Ernstige sepsis gaat gepaard met hypoperfusie of disfunctie van ten minste één orgaan. Wanneer ernstige sepsis gepaard gaat met hypotensie of falen van meerdere orgaansystemen, staat de aandoening bekend als septische shock. Epidemiologische studies wijzen op een incidentie van ongeveer 750.000 sepsisgevallen per jaar in de Verenigde Staten.10 De tekenen en symptomen van sepsis zijn zeer variabel en worden beïnvloed door vele factoren, waaronder de virulentie en bioburden van de ziekteverwekker, de toegangspoort, en de vatbaarheid van de gastheer. De primaire plaatsen zijn infecties van de luchtwegen, gevolgd door urogenitale infecties en gastro-intestinale infecties.11 De laatste tijd is er een toenemend aantal rapporten over bacteriële infecties van gehospitaliseerde patiënten als gevolg van een toename van nosocomiale infecties door katheterisatie en immunosuppressieve therapieën, naast de toegenomen oorzaken van meticillineresistente Staphylococcus aureus (MRSA).11 Het onderscheiden van ontsteking door bacteriële, andere microbiële infecties of orgaanafstoting is belangrijk bij de behandeling van de immuunreactie bij gehospitaliseerde patiënten. Een veel voorkomend probleem in de klinische praktijk is dat de tekenen en symptomen van bacteriële en virale infecties elkaar sterk overlappen, vooral bij luchtweginfecties. Soms blijft de diagnostische onzekerheid bestaan, zelfs na het afnemen van de anamnese van de patiënt, het uitvoeren van lichamelijk onderzoek, röntgenonderzoek van de borstkas en laboratoriumtests. Daarom zou een laboratoriumtest met een hogere specificiteit de klinische differentiële diagnose in deze gevallen aanzienlijk verbeteren. Bovendien zou de differentiële diagnose van infectie helpen bij de beslissing of behandeling met antibiotica nuttig zou zijn. In dit verband wordt ongeveer 75% van alle antibioticadosissen voorgeschreven voor acute luchtweginfecties met een overwegend virale etiologie.5 Het overmatig gebruik van antibiotica is de belangrijkste oorzaak van de verspreiding van antibioticaresistente bacteriën. Het terugdringen van het gebruik van antibiotica is dus van essentieel belang om de toename van antibiotica-resistente micro-organismen tegen te gaan.
Schema met de relatie tussen procalcitonine, calcitonine en calcitoninecarboxypeptide-1.
Schematisch overzicht van de relatie tussen procalcitonine, calcitonine en calcitoninecarboxypeptide-1.
Diagnostische methoden voor sepsis
De traditionele methode voor de diagnose van sepsis omvat het kweken van bloed, urine, cerebrospinaal vocht (CSF), of bronchiaal vochtmonsters en duurt meestal 24 tot 48 uur. Helaas manifesteren de klinische symptomen zich vaak zonder een positieve kweek. De traditionele klinische tekenen van infectie en de routinematige laboratoriumtests voor sepsis, zoals CRP of het aantal leukocyten, zijn onvoldoende diagnostisch nauwkeurig en soms misleidend. Bij ernstige infecties zijn de meeste klassieke ontstekingsbevorderende cytokinen, zoals TNF-α, IL-1β, of IL-6, slechts kortstondig of met tussenpozen verhoogd, als ze al verhoogd zijn. Gezien bovenstaande diagnostische en therapeutische dilemma’s is een meer eenduidige test voor de differentiële diagnose van infectie en sepsis van het grootste belang.
De relatie tussen de Calcitonine Superfamilie van Peptiden
| Chromosoom . | 11 . | 11 . | 11 . | 12 . | 11 . |
|---|---|---|---|---|---|
| Genes | CALC-1 | CALC-II | CALC-III | CALC-IV | CALC-V |
| Peptiden | *PCT I | CGRP-II | Pseudogeen (nietvertaald gen)31 | Amylin | Adrenomedullin |
| *PCT II | |||||
| CGRP-I |
| Chromosoom . | 11 . | 11 . | 11 . | 12 . | 11 . |
|---|---|---|---|---|---|
| Genes | CALC-1 | CALC-II | CALC-III | CALC-IV | CALC-V |
| Peptiden | *PCT I | CGRP-II | Pseudogeen (nietvertaald gen)31 | Amylin | Adrenomedullin |
| *PCT II | |||||
| CGRP-I |
PCT II verschilt van PCT I door 8 aminozuren aan de C-terminus.
De relatie tussen de Calcitonine Superfamilie van Peptiden
| Chromosoom . | 11 . | 11 . | 11 . | 12 . | 11 . |
|---|---|---|---|---|---|
| Genes | CALC-1 | CALC-II | CALC-III | CALC-IV | CALC-V |
| Peptiden | *PCT I | CGRP-II | Pseudogeen (nietvertaald gen)31 | Amylin | Adrenomedullin |
| *PCT II | |||||
| CGRP-I |
| Chromosoom . | 11 . | 11 . | 11 . | 12 . | 11 . |
|---|---|---|---|---|---|
| Genes | CALC-1 | CALC-II | CALC-III | CALC-IV | CALC-V |
| Peptiden | *PCT I | CGRP-II | Pseudogeen (nietvertaald gen)31 | Amylin | Adrenomedullin |
| *PCT II | |||||
| CGRP-I |
PCT II verschilt van PCT I door 8 aminozuren aan de C-terminus.
PCT-meting bij de diagnose van bacteriële infecties
Sinds het midden van de jaren negentig is er een toenemend gebruik van PCT-metingen bij de identificatie van systemische bacteriële infecties.3 De korte halfwaardetijd (25-30 uur in plasma) van PCT, gekoppeld aan het vrijwel ontbreken van gezondheid en specificiteit voor bacteriële infecties, geeft het een duidelijk voordeel boven de andere markers van bacteriële infectie.3,4 Studies hebben ook aangetoond dat een stijging van de PCT-spiegel minimaal is bij virale infecties, terwijl de spiegel snel stijgt na een enkele injectie met endotoxine.12,13 Bovendien zijn verhogingen in PCT niet geassocieerd met specifieke bacteriestammen, hoewel in een studie van Rowther en collega’s stammen van septische patiënten met serum PCT-spiegels >2 ng/mL werden geïdentificeerd en geïnventariseerd.14 Onlangs hebben Jacquot en collega’s aangetoond dat een snelle meting van PCT kan helpen bij het uitsluiten van nosocomiale infectie bij pasgeborenen die zijn opgenomen in intensivecareafdelingen.15
In een andere studie onderzochten de Jager en collega’s de waarde van het meten van PCT-niveaus in het bloed van patiënten die geïnfecteerd waren met community-acquired pneumonia (CAP) veroorzaakt door Legionella pneumophila, in vergelijking met andere conventionele parameters zoals CRP en WBC-tellingen.16 Zij vonden dat aanvankelijk hoge PCT-niveaus indicatief waren voor een ernstiger ziekte, en dit werd weerspiegeld in een langer verblijf van de patiënt op de intensive care-afdeling (ICU) en/of overlijden in het ziekenhuis. Bovendien waren aanhoudend verhoogde PCT-spiegels altijd indicatief voor een ongunstig resultaat. De bepaling van PCT-niveaus verschafte dus waardevolle informatie over de prognose van de patiënt die niet kon worden bepaald op basis van conventionele ontstekingsparameters zoals CRP en WBC-tellingen. Bovendien is aangetoond dat het gebruik van PCT-metingen om patiënten efficiënt met antibiotica te behandelen, het ziekenhuisverblijf van de patiënt verkort. Kristoffersen en collega’s meldden dat bij patiënten met chronische obstructieve longziekte een eenmalige serum PCT-bepaling op het moment van opname de gemiddelde verblijfsduur verkortte van 7,1 dagen tot 4,8 dagen.17
Meting van PCT
Procalcitonine kan worden gemeten met een kwantitatieve homogene assay (BRAHMS, Hennigsdorf, Duitsland). De assay is gebaseerd op de Time Resolved Amplified Cryptate Emission (TRACE)-technologie (figuur 2). Een stikstoflaser bij 337 nm wordt gericht op een monster dat PCT bevat en 2 fluorescent gelabelde antilichamen die verschillende epitopen van het PCT-peptide herkennen. Het principe van de test is gebaseerd op de overdracht van niet-radiatieve energie tussen “donor”- en “acceptor”-moleculen. De donormolecule zendt bij excitatie een langlevend fluorescerend signaal uit in het millisecondenbereik bij 620 nm, terwijl de acceptormolecule bij excitatie een kortlevend signaal uitzendt in het nano-secondenbereik bij 665 nm. Wanneer beide moleculen door binding aan PCT dicht bij elkaar worden gebracht, wordt het resulterende signaal bij 665 nm versterkt en verlengd tot een paar microseconden. Deze verlenging zorgt ervoor dat het signaal kan worden gemeten nadat de achtergrondfluorescentie (gebruikelijk in biologische monsters) is verdwenen. In de BRAHMS-test is het donormolecuul een met Europium Cryptate gelabeld polyklonaal schapenantilichaam dat epitopen in het onrijpe CT-gebied herkent, terwijl het acceptormolecuul een met XL665 gelabeld monoklonaal antilichaam is dat tegen het CCP-1-gebied van PCT is opgewassen.18,19
Schema met de principes van de TRACE-technologie.
Schema met de principes van de TRACE-technologie.
Monsters die geschikt zijn voor de bepaling kunnen serum of plasma zijn, waarbij EDTA of heparine als anticoagulantia worden gebruikt, maar geen citraat, aangezien is aangetoond dat dit de PCT-spiegels onderschat.18
PCT-metingen bij andere ziekten
De bruikbaarheid van PCT als diagnostische marker in andere ontstekingstoestanden is ook geëvalueerd en beoordeeld door Becker en zijn medewerkers.20 Bij malaria zijn de PCT-spiegels verhoogd bij zowel ernstige als ongecompliceerde Plasmodium falciparum malaria, maar ze konden niet gebruikt worden om een onderscheid te maken tussen de 2 types en waren dus van beperkt nut bij de diagnose ervan.21,22 De waarde van PCT bij de diagnose van longtuberculose (PTB) werd ook onderzocht en bleek weinig waarde te hebben.19 Baylan en medewerkers vonden dat de serum PCT-spiegels lichtjes hoog waren bij opname bij patiënten met actieve PTB in vergelijking met controles en patiënten die antituberculeuze chemotherapie kregen. Hoewel dit verschil statistisch significant was, lagen de PCT-spiegels van de meeste gevallen met PTB (58,7%) onder het gebruikelijke afkapniveau (0,5 ng/mL).23 PCT was dus geen betrouwbare indicator bij de diagnose van actieve PTB en kon niet in de plaats komen van microbiologische, epidemiologische, klinische en radiologische gegevens.23 Nyamande en Lalloo vonden echter dat PCT-niveaus nuttig konden zijn bij het onderscheiden van community-acquired pneumonie (CAP) door gewone bacteriën, zoals Mycobacterium tuberculosis (TB) en Pneumocystis jirovecii (PJP) in een omgeving met hoge HIV-prevalentie waar atypische presentaties de empirische klinische diagnose vaak in de war stuurden.24 Hun studie toonde aan dat PCT niveaus significant verschillen bij patiënten met CAP te wijten aan TB, PJP, en bacteriën.
Procalcitonine bepalingen zijn van aanzienlijke waarde gebleken bij het identificeren of ontsteking na een orgaantransplantatie te wijten is aan bacteriële infectie of orgaanafstoting. Mendonca en collega’s toonden aan dat bij ontvangers van levertransplantatie de plasma PCT-spiegels significant verhoogd waren bij geïnfecteerde patiënten in vergelijking met patiënten met acute leverafstoting bij wie de niveaus vergelijkbaar waren met die van niet-gecompliceerde patiënten.25 Madershahian en collega’s toonden aan dat PCT-spiegels na harttransplantatie kunnen dienen als een nuttige marker voor prognose.26 Procalcitonine niveaus bleken consistent laag te zijn (<10 ng/mL) bij patiënten met een onbelemmerd beloop na transplantatie, maar vaker verhoogd bij patiënten met postoperatieve complicaties en zelfs geassocieerd met een verhoogde mortaliteit vroeg postoperatief wanneer de waarden 80 ng/mL overschrijden. Aldus zouden PCT-spiegels in de eerste dagen na harttransplantatie kunnen helpen bij het identificeren van patiënten met een risico op complicaties, wanneer de concentraties het “normale” bereik na transplantatie overschrijden.26
Valkuilen bij PCT-meting
Er zijn ook meldingen in de literatuur waar verhogingen in PCT-spiegels niet in verband werden gebracht met bacteriële infecties. Addisonische crisis veroorzaakt door bijnierinsufficiëntie is in verband gebracht met verhoogde PCT-spiegels.27 Verhoogde PCT-spiegels, vergelijkbaar met wat wordt waargenomen bij ernstige sepsis, werden ook gezien bij transplantatiepatiënten die pan T-cel antilichaam therapie kregen.28 Meer recent rapporteerden Brodska en collega’s duidelijke verhogingen in PCT en CRP niveaus bij patiënten die gepland waren voor hematopoietische stamceltransplantatie en die anti-thymocyte globuline kregen tijdens de conditionering.29
Samenvatting
De laatste 15 jaar heeft het gebruik van PCT in het identificeren van de bacteriële of niet-bacteriële oorsprong van systemische ontsteking wijdverspreide steun gekregen, en het is waarschijnlijk dat deze tendens zich zal voortzetten. Hoewel PCT een interessante marker voor sepsis is gebleken, blijft de fysiologische rol ervan nog onzeker. Er zijn aanwijzingen dat het gebruik van PCT bij het monitoren van patiënten met sepsis leidt tot een verminderde morbiditeit en mortaliteit van deze patiënten. Toediening van PCT aan septische hamsters verhoogde hun sterftecijfer, terwijl toediening van anti-PCT antilichamen hun overlevingskans verhoogde.30 Het bijna ontbreken van PCT expressie in de gezonde toestand en de expressie ervan in vrijwel elk orgaan tijdens sepsis, voedt de gedachte dat het intrinsiek geassocieerd is met de karakteristieke “orgaanuitval” van ernstige sepsis. Verder onderzoek om de rol van PCT in sepsis op te helderen zou bijdragen tot een beter begrip van de pathogenese van sepsis met het oog op de ontwikkeling van betere en meer doeltreffende therapeutische regimes.
De auteurs willen Chris Ciotti, Stephen Barnes, en Jim Bromley (BRAHMS USA) bedanken voor nuttige discussies over technische en klinische aspecten van de PCT assay.
.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
et al.
.
.
;
:
–
.
et al.
.
.
;
:
–
.
et al.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
e.a. .
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
Instructiehandleiding (versie 4.0us) artikelnummer: 825.050: Immunofluorescente assay voor de bepaling van PCT (procalcitonine) in humaan serum en plasma. BRAHMS PCT sensitive KRYPTOR 2008 (Hennigsdorf, Duitsland).
et al. .
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
;
. .
et al.
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
. .
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
.
Jr
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.