Abstract
Sepsis är den systemiska reaktionen på infektion med mikrobiella organismer. En differentialdiagnos av infektion orsakad av antingen bakterier eller andra mikrobiella organismer är viktig för effektiv behandling och prognostisk bedömning. Nuvarande kliniska laboratoriemetoder vid diagnos av bakterieinfektioner är antingen ospecifika eller kräver längre omloppstider. Prokalcitonin (PCT) är en biomarkör som uppvisar större specificitet än andra proinflammatoriska markörer (t.ex. cytokiner) när det gäller att identifiera patienter med sepsis och kan användas för att diagnostisera bakteriella infektioner. I den här artikeln går vi igenom den nuvarande kunskapen om PCT och dess användning i den kliniska laboratoriemiljön.
Identifiera om orsaken till inflammation hos patienter är av bakteriellt ursprung har varit ett viktigt utvecklingsområde i det kliniska laboratoriet. Flera kliniska laboratorietester har tillämpats för att diagnostisera sepsis.1 Breddodlingsmetoden är guldstandarden för att diagnostisera bakteriell infektion, men det kan dröja 24 timmar eller mer innan man får en slutgiltig diagnos. Ett antal inflammationsmarkörer, t.ex. leukocytcellantal, C-reaktivt protein (CRP) och cytokiner (TNF-α, IL-1β eller IL-6), har tillämpats för att diagnostisera inflammation och infektion, men deras bristande specificitet har genererat ett fortsatt intresse för att utveckla mer specifika kliniska laboratorietester.2 En lovande markör har varit procalcitonin (PCT), vars koncentration har visat sig vara förhöjd vid sepsis. På grund av dess specificitet för bakteriella infektioner har PCT föreslagits som en relevant markör för snabb diagnos av bakteriell infektion, särskilt för användning på sjukhusens akutmottagningar och intensivvårdsavdelningar. Sedan PCT identifierades och associerades med sepsis på 1990-talet har ett stort antal studier om PCT och dess kliniska tillämpning genomförts. Ett test för att bestämma PCT-nivåer har funnits tillgängligt i Europa i flera år och godkändes nyligen av FDA för användning i USA.3
Biokemi av PCT
Procalcitonin är en peptid med 116 aminosyror som har ett ungefärligt MW på 14,5 kDa och tillhör superfamiljen av peptider av kalcitonin (CT). Den kan delas in i tre sektioner inklusive PCT-regionens aminoterminus, omoget kalcitonin och kalcitonin carboxylterminus peptid-1 (CCP-1, även kallad katacalcin) (figur 1).4 Prokalcitonin kodas av CALC-1-genen som är belägen på kromosom 11. Klyvning på 1 plats i det primära transkriptet av CALC-1-genen producerar pre-PCT, som vidare genomgår proteolytisk klyvning av sin signalsekvens för att producera PCT.5,6 De andra medlemmarna i CT-superfamiljen av peptider inkluderar kalcitonin genrelaterad peptid I, II (CGRP-I, CGRP-II), amylin och adrenomedullin. Calcitonin genrelaterad peptid I kodas också av CALC-1-genen och genereras genom alternativ splicing av det primära transkriptet av CALC-1 mRNA. Calcitonin genrelaterad peptid II, amylin och adrenomedullin kodas av andra gener (tabell 1).
Procalcitoninuttryck sker på ett vävnadsspecifikt sätt. I avsaknad av infektion undertrycks transkriptionen av CALC-1-genen för PCT i den icke-neuroendokrina vävnaden, utom i C-cellerna i sköldkörteln där dess uttryck producerar PCT, föregångaren till CT hos friska och icke-infekterade individer5 . Den syntetiserade PCT genomgår sedan posttranslationell bearbetning för att producera små peptider och mogen CT, som genereras som ett resultat av att det C-terminala glycinet avlägsnas från den omogna CT av peptidylglycin α-ammiderande monooxygenas (PAM).7 Mogen CT lagras i sekretoriska granuler och utsöndras i blodet för att reglera kalciumkoncentrationen. I närvaro av mikrobiell infektion uttrycker även icke-neuroendokrina vävnader CALC-1-genen för att producera PCT. En mikrobiell infektion inducerar en betydande ökning av CALC-1-genuttrycket i alla parenkymvävnader och differentierade celltyper i kroppen som producerar PCT.8 Nivåerna ökar avsevärt vid allvarliga systemiska infektioner jämfört med andra parametrar för mikrobiella infektioner.9 Funktionen av PCT som syntetiseras i de icke-neuroendokrina vävnaderna vid mikrobiell infektion är för närvarande oklar, men dess upptäckt har hjälpt till vid differentialdiagnostik av inflammatoriska processer.
Översikt över sepsis
Sepsis hänvisar till den systemiska reaktionen på infektion av mikrobiella agens, såsom bakterier, svampar och jäst, där patienten typiskt sett utvecklar feber, takykardi, takypné och leukocytos. Mikrobiologiska odlingar från blodet eller infektionsstället är ofta, men inte alltid, positiva. Svår sepsis är förknippad med hypoperfusion eller dysfunktion i minst ett organ. När svår sepsis åtföljs av hypotoni eller svikt i flera organsystem kallas tillståndet septisk chock. Epidemiologiska studier visar på en incidens på cirka 750 000 sepsisfall per år i Förenta staterna.10 Tecken och symtom på sepsis är mycket varierande och påverkas av många faktorer, bland annat patogenens virulens och bioburden, ingångsportalen och värdens mottaglighet. Primära platser är luftvägsinfektioner, följt av genitourinära infektioner och gastrointestinala infektioner.11 På senare tid har det kommit ett ökande antal rapporter om bakterieinfektioner hos sjukhuspatienter på grund av ökade nosokomiala infektioner från kateterisering och immunosuppressiva behandlingar, förutom ökade orsaker till meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA).11 Det är viktigt att särskilja inflammation på grund av bakteriell, annan mikrobiell infektion eller avstötning av organ när det gäller behandling av immunreaktionen hos sjukhuspatienter. Ett vanligt problem i den kliniska praktiken är att tecken och symtom på bakteriella och virala infektioner i stor utsträckning överlappar varandra, särskilt vid luftvägsinfektioner. Ibland kvarstår fortfarande den diagnostiska osäkerheten, även efter att ha inhämtat patientens anamnes, utfört en fysisk undersökning, röntgenundersökning av bröstkorgen och laboratorietester. Ett laboratorietest med högre specificitet skulle därför avsevärt förbättra den kliniska differentialdiagnosen i dessa fall. Dessutom skulle differentialdiagnosen av infektion hjälpa till att avgöra om behandling med antibiotika skulle vara fördelaktig. I detta avseende förskrivs cirka 75 % av alla antibiotikadoser för akuta luftvägsinfektioner som huvudsakligen har en viral etiologi.5 Den överdrivna användningen av antibiotika är den främsta orsaken till spridningen av antibiotikaresistenta bakterier. Att minska användningen av antibiotika är därför viktigt för att bekämpa ökningen av antibiotikaresistenta mikroorganismer.
Schematisk bild som visar förhållandet mellan prokalcitonin, kalcitonin och kalcitonincarboxypeptid-1.
Schematisk bild som visar förhållandet mellan prokalcitonin, kalcitonin och kalcitoninkarboxypeptid-1.
Diagnostiska metoder för sepsis
Den traditionella metoden för att diagnostisera sepsis innefattar odling av blod-, urin-, cerebrospinalvätske- (CSF) eller bronkialvätskeprover och tar vanligen 24 till 48 timmar. Tyvärr manifesterar sig ofta kliniska symtom i avsaknad av en positiv odling. De traditionella kliniska tecknen på infektion och de rutinmässiga laboratorietesterna för sepsis, t.ex. CRP eller leukocytantal, saknar diagnostisk noggrannhet och är ibland missvisande. Vid allvarliga infektioner ökar de flesta klassiska proinflammatoriska cytokiner, t.ex. TNF-α, IL-1β eller IL-6, endast kortvarigt eller intermittent, om alls. Med tanke på ovanstående diagnostiska och terapeutiska dilemman är ett mer entydigt test för differentialdiagnostik av infektion och sepsis av största vikt.
Sambandet mellan Calcitonin Superfamily of Peptides
| Kromosom . | 11 . | 11 . | 11 . | 12 . | 11 . | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Gener | CALC-1 | CALC-II | CALC-III | CALC-II | CALC-IIIIV | CALC-V |
| Peptider | *PCT I | CGRP-II | Pseudogen (icke-översatt gen)31 | Amylin | Adrenomedullin | |
| *PCT II | ||||||
| CGRP-I |
| Kromosom . | 11 . | 11 . | 11 . | 12 . | 11 . | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Gener | CALC-1 | CALC-II | CALC-III | CALC-II | CALC-IIIIV | CALC-V |
| Peptider | *PCT I | CGRP-II | Pseudogen (icke-översatt gen)31 | Amylin | Adrenomedullin | |
| *PCT II | ||||||
| CGRP-I |
PCT II skiljer sig från PCT I med 8 aminosyror vid C-terminus.
Sambandet mellan kalcitonin superfamiljen av peptider
| Kromosom . | 11 . | 11 . | 11 . | 12 . | 11 . | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Gener | CALC-1 | CALC-II | CALC-III | CALC-II | CALC-IIIIV | CALC-V |
| Peptider | *PCT I | CGRP-II | Pseudogen (icke-översatt gen)31 | Amylin | Adrenomedullin | |
| *PCT II | ||||||
| CGRP-I |
| Kromosom . | 11 . | 11 . | 11 . | 12 . | 11 . | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Gener | CALC-1 | CALC-II | CALC-III | CALC-II | CALC-IIIIV | CALC-V |
| Peptider | *PCT I | CGRP-II | Pseudogen (icke-översatt gen)31 | Amylin | Adrenomedullin | |
| *PCT II | ||||||
| CGRP-I |
PCT II skiljer sig från PCT I med 8 aminosyror vid C-terminus.
PCT-mätning vid diagnos av bakterieinfektioner
Sedan mitten av 1990-talet har PCT-mätningar i allt större utsträckning använts för att identifiera systemiska bakterieinfektioner3 . PCT:s korta halveringstid (25-30 timmar i plasma), i kombination med att det nästan inte finns någon hälsa och specificitet för bakterieinfektioner, ger det en klar fördel jämfört med andra markörer för bakterieinfektioner3,4 . Studier har också visat att en ökning av PCT-nivåerna är minimal vid virusinfektioner medan nivåerna ökar snabbt efter en enda injektion med endotoxin.12,13 Dessutom är förhöjda PCT-nivåer inte förknippade med specifika bakteriestammar, även om man i en studie av Rowther och medarbetare identifierade och förtecknade stammar från septiska patienter med PCT-nivåer i serum >2 ng/ml.14 Nyligen visade Jacquot och medarbetare att en snabb mätning av PCT skulle kunna hjälpa till att utesluta nosokomialinfektion hos nyfödda barn som inlagts på intensivvårdsavdelning.15
I en annan studie undersökte de Jager och medarbetare värdet av att mäta PCT-nivåer i blodet hos patienter som infekterats med samhällsförvärvad lunginflammation (CAP) orsakad av Legionella pneumophila i jämförelse med andra konventionella parametrar som CRP och WBC-räkning.16 De fann att initialt höga PCT-nivåer indikerade en allvarligare sjukdom, och att detta avspeglades i en längre patientvistelse på intensivvårdsavdelningen (ICU) och/eller dödsfall på sjukhuset. Dessutom var ihållande förhöjda nivåer av PCT alltid ett tecken på ett ogynnsamt utfall. Bestämning av PCT-nivåer gav således värdefull information om patientens prognos som inte kunde bestämmas utifrån konventionella inflammatoriska parametrar som CRP och WBC-räkning. Dessutom har användningen av PCT-mätningar för att effektivt behandla patienter med antibiotika visat sig minska patienternas sjukhusvistelse. Kristoffersen och medarbetare rapporterade att hos de patienter med kronisk obstruktiv lungsjukdom minskade en enda PCT-bestämning i serum vid intagningen den genomsnittliga vistelsetiden från 7,1 dagar till 4,8 dagar.17
Mätning av PCT
Procalcitonin kan mätas med hjälp av en kvantitativ homogen analys (BRAHMS, Hennigsdorf, Tyskland). Testet är baserat på TRACE-teknik (Time Resolved Amplified Cryptate Emission) (figur 2). En kvävelaser vid 337 nm riktas mot ett prov som innehåller PCT och två fluorescerande märkta antikroppar som känner igen olika epitoper av PCT-peptiden. Principen för analysen bygger på överföring av icke-strålande energi mellan ”donator-” och ”acceptormolekyler”. Donatormolekylen avger vid excitation en långlivad fluorescerande signal i millisekunderna vid 620 nm, medan acceptormolekylen vid excitation avger en kortlivad signal i nanosekunderna vid 665 nm. När båda molekylerna kommer nära varandra genom bindning till PCT förstärks den resulterande signalen vid 665 nm och förlängs så att den varar i några mikrosekunder. Denna förlängning säkerställer att signalen kan mätas efter det att bakgrundsfluorescensen (vanlig i biologiska prover) har avklingat. I BRAHMS-analysen är donatormolekylen en Europiumkryptat-märkt polyklonal fårantikropp som känner igen epitoper i den omogna CT-regionen, medan acceptormolekylen är en XL665-märkt monoklonal antikropp uppvuxen mot PCT:s CCP-1-region.18,19
Schematisk bild som visar principerna för TRACE-tekniken.
Schematisk bild som visar principerna för TRACE-tekniken.
Prover som lämpar sig för analysen kan vara serum eller plasma med antingen EDTA eller heparin som antikoagulantia, men inte citrat eftersom detta har visat sig underskatta PCT-nivåerna.18
PCT-mätningar vid andra sjukdomar
Användbarheten av PCT som diagnostisk markör vid andra inflammatoriska tillstånd har också utvärderats och granskats av Becker och medarbetare.20 Vid malaria är PCT-nivåerna förhöjda vid både svår och okomplicerad Plasmodium falciparum-malaria, men kunde inte användas för att skilja mellan de två typerna och var därför av begränsad nytta vid diagnostisering.21,22 Värdet av PCT vid diagnostisering av lungtuberkulos (PTB) har också undersökts och visat sig ha ett lågt värde.19 Baylan och medarbetare fann att PCT-nivåerna i serum var något förhöjda vid intagningen hos patienter med aktiv PTB i jämförelse med kontroller och patienter på antituberkulös kemoterapi. Även om denna skillnad var statistiskt signifikant låg PCT-nivåerna i de flesta fall med PTB (58,7 %) under den vanliga gränsvärdet (0,5 ng/mL).23 PCT var alltså inte en tillförlitlig indikator vid diagnos av aktiv PTB och kunde inte ersätta mikrobiologiska, epidemiologiska, kliniska och radiologiska data.23 Nyamande och Lalloo fann dock att PCT-nivåer kunde vara användbara för att särskilja samhällsförvärvad lunginflammation (CAP) på grund av vanliga bakterier, såsom Mycobacterium tuberculosis (TB) och Pneumocystis jirovecii (PJP) i en miljö med hög hiv-prevalens där atypiska presentationer ofta förvirrade den empiriska kliniska diagnosen.24 Deras studie visade att PCT-nivåerna skiljer sig signifikant hos patienter med CAP på grund av TB, PJP och bakterier.
Procalcitoninbestämningar har visat sig vara av stort värde för att identifiera om inflammation efter en organtransplantation beror på bakteriell infektion eller organavstötning. Mendonca och medarbetare visade att hos mottagare av levertransplantat var PCT-nivåerna i plasma signifikant förhöjda hos infekterade patienter i jämförelse med dem som hade akut leveravstötning där nivåerna liknade nivåerna hos okomplicerade patienter.25 Madershahian och medarbetare visade att PCT-nivåerna efter hjärttransplantation kunde fungera som en användbar markör för prognos.26 Procalcitoninnivåerna visade sig vara konsekvent låga (<10 ng/mL) hos patienter med ett händelselöst förlopp efter transplantationen, men ökade oftare hos patienter med postoperativa komplikationer och var till och med förknippade med en ökad dödlighet tidigt postoperativt när värdena överstiger 80 ng/mL. PCT-nivåer under de första dagarna efter hjärttransplantation skulle således kunna bidra till att identifiera patienter med risk för komplikationer, när koncentrationerna överskrider det ”normala” posttransplantationsintervallet.26
Pitfalls in PCT Measurement
Det finns också rapporter i litteraturen där förhöjda PCT-nivåer inte var kopplade till bakteriella infektioner. Addisonkris orsakad av binjuresvikt har förknippats med förhöjda PCT-nivåer.27 Förhöjda PCT-nivåer, jämförbara med vad som observeras vid svår sepsis, har också setts hos transplantationspatienter som fick pan T-cell-antikroppsbehandling.28 Mer nyligen rapporterade Brodska och medarbetare markerade förhöjda PCT- och CRP-nivåer hos patienter som var planerade för hematopoietisk stamcellstransplantation och som fick anti-thymocytglobulin under konditionering.29
Sammanfattning
Under de senaste 15 åren har användningen av PCT för att identifiera bakteriellt eller icke-bakteriellt ursprung till systemisk inflammation fått ett brett stöd, och det är troligt att denna trend kommer att fortsätta. Även om PCT har visat sig vara en intressant markör för sepsis är dess fysiologiska roll fortfarande osäker. Det finns bevis som tyder på att användningen av PCT vid övervakning av patienter med sepsis leder till minskad morbiditet och mortalitet hos dessa patienter. Administrering av PCT till septiska hamstrar ökade deras dödlighet, medan administrering av anti-PCT-antikroppar ökade deras överlevnadsfrekvens.30 Den nästan obefintliga förekomsten av PCT-uttryck i friskt tillstånd och dess uttryck i praktiskt taget alla organ under sepsis ger näring åt uppfattningen att PCT är naturligt förknippat med den karakteristiska ”organavstängningen” vid allvarlig sepsis. Ytterligare forskning som syftar till att klarlägga PCT:s roll vid sepsis skulle bidra till att förstå sepsisens patogenes i syfte att utveckla bättre och effektivare terapier.
Författarna vill tacka Chris Ciotti, Stephen Barnes och Jim Bromley (BRAHMS USA) för värdefulla diskussioner om tekniska och kliniska aspekter av PCT-analysen.
.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
.
.
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
Anvisningsmanual (version 4.0us) artikelnummer: 825.050: Immunofluorescensanalys för bestämning av PCT (procalcitonin) i humant serum och plasma. BRAHMS PCT sensitive KRYPTOR 2008 (Hennigsdorf, Tyskland).
et al. .
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.
.
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
;
. .
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al.
.
.
;
. .
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
.
Jr
et al. .
.
.
;
:
–
.
et al. .
.
.
;
:
–
.