粪钙卫蛋白在炎症性肠病中的应用

下游肠道症状，包括伴随腹泻或便秘的慢性腹痛或不适是一级和二级护理中的常见症状。这些症状可能由不同的原因引起，IBD、UC、CD和IBS是引起这些症状最主要的原因。IBS是一种功能性肠病，目前引起该疾病的原因不明，该疾病也没有其独特的病理学和有效的治疗方法。尽管该疾病没有有效的日常方法进行干预，但它与多种肠道疾病的发病有关。据估计目前成人人群的IBS发病率介于10%—20%之间或更高，而且许多出现IBS症状的患者却并没有就医治疗。该疾病最常见的发病年龄是20岁至30岁之间，该疾病老年人群的发病数量明显上升，女性罹患该疾病的概率是男性的2倍。

UC和CD是IBD最常见的两种形式。UC的发病率大约为每10万人中100—200人；CD的发病率大约为每10万人中50—100人，没有显著的性别差异。与亚裔和非洲裔加勒比人种相比，IBD在高加索人种人群中更为常见。典型的发病年龄阶段是15—30岁，但是高达20%的发病出现在儿童阶段。UC和CD都属于忽轻忽重且容易受多种原因影响而复发的疾病。尽管大约10%的UC患者在诊断后的10年内需要进行结肠切除术，但是CD患者的预后比UC患者更差。因为与IBS相比，IBD症状显著，诊断相对容易。因此急需开发用于辅助诊断的生物标志物。

传统的诊断方法主要包括血液试验，如全血计数来排除贫血症；结合血清学试验的炎症标志物如红细胞沉降率（ESR）和C反应蛋白（CRP）用于诊断乳糜泻（典型的组织谷氨酰胺酶抗体）。ESR和CRP对炎症具有特异性，但不能确定炎症在肠道中的位置。这些血液试验主要用于对患者接下来是否需要进行造影研究和/或内窥镜检查进行决策辅助。

钙卫蛋白是一种小分子钙结合蛋白，是锌结合蛋白S100家族的成员之一，是S100 A8/A9的异质二聚体。1980年，钙卫蛋白被首次发现，它占据中性粒细胞胞质蛋白成分的60%。单核和巨噬细胞中也检测出了钙卫蛋白，但浓度比中性粒细胞要低并可能具有抗菌特性。存在活动性肠炎时，多形核中性粒细胞从循环中转移到肠黏膜内。任何导致肠黏膜结构紊乱的炎症，都会导致中性粒细胞溢出，因此钙卫蛋白会进入肠腔并随后出现在粪便内。已经证明粪便内的钙卫蛋白浓度与“黄金标准”密切相关。铟标记白血球试验检测肠道炎症的严重程度。同样，钙卫蛋白在粪便中呈分散式分布，并能在室温环境中保持稳定7天。最近，一项涉及18名UC患者的研究采集了共287份粪便样品，研究发现，钙卫蛋白浓度在室温环境中3天内保持不变，但是7天后平均值下降了28%。尽管研究存在矛盾，但是有必要考虑个体间粪钙卫蛋白浓度的日常变异。一项涉及14名结肠镜检查正常患者的研究中，每个患者提供了8份样品，观测到的受试者内变异系数（CV）为58%。涉及UC患者的两项研究得到了类似的结果。一项研究中从18名受试者处采集了56份粪便样品，钙卫蛋白CV中值为40%；另一项研究从18名患者处采集了287份样品，CV中值为52%。但是一项涉及143名缓解期CD患者的更大规模连续研究却发现仅有16%的提供3份以上样品患者的钙卫蛋白浓度发生了个体内变异。粪钙卫蛋白浓度可能随着年龄发生变化。新生儿粪钙卫蛋白浓度较高但会在5岁时下降到成人水平。

粪钙卫蛋白浓度的测量方法全部基于免疫化学技术，利用多克隆或单克隆抗体靶定不同二聚钙卫蛋白分子上的表位。这些表位可以分为生成定量结果的表位或生成阳性或阴性结果也就是定性结果的表位。后者主要用于床旁环境，可以通过阅读测量设备的读数获得生成的结果。主要的方法是内部酶联免疫吸附（ELISA）技术，可用商业试验很多，表1罗列了一些可用的试验。商业ELISA都很类似，可以人工执行或使用ELSIA平台半自动化执行。ELSIA的一个劣势在于分批分析的一个典型批次只能包括35-40个样品，限制了钙卫蛋白测量的周转时间。近年来，一些厂商根据荧光、化学发光和免疫比浊法技术陆续上市了随机访问免疫化学法。所有定量试验的分析性能类似，但是随机访问方法在周转时间和试验批次的大小方面有更好的灵活性。最近，一项对6种粪钙卫蛋白测量方法进行比较研究的研究结果已经发表，床旁钙卫蛋白试剂盒已经成为研究的对象。

表1 一些商业粪钙卫蛋白试验

缩写：ELISA，酶联免疫吸附试验

所有的粪钙卫蛋白测量方法都需要样品预处理，将钙卫蛋白从粪便样品中提取到缓冲液内进行分析。提取方法的“黄金标准”是在缓冲液中称量一定数量的粪便。这显然是一项劳动密集型技术，好在现在一些商用提取设备已经上市，可以降低人员的劳动强度。得到结果的稳定性取决于水解粪便样品粪钙卫蛋白的回收率的稳定性。

IBS和IBD患者通常具有相同的症状包括腹痛、腹胀和腹泻。粪钙卫蛋白研究的主要侧重点是根据胃肠病学在一级护理环境中对患有这两种疾病的患者进行区分的能力。英国皇家医学院（英国伦敦）胃肠病诊所进行了一项涉及602名患者的连续研究，对患者的粪钙卫蛋白水平进行测量，并使用ROME问卷对IBS进行评估。在检测器质性肠病方面，粪钙卫蛋白具有89%的灵敏度和79%的特异性。ROME问卷IBS阳性灵敏度为85%，特异性为71%。二者相结合，IBS的预测价值接近100%。

在过去的10年中，研究者对使用粪钙卫蛋白区分IBD和IBS的价值进行了大量研究，并在近期的若干meta分析中进行概述。Gisbert和McNicholl结合2475名患者的研究数据，得出钙卫蛋白在区分器质性和非器质性疾病方面的平均灵敏度为83%，平均特异性为84%。在此次meta分析中，研究包括了未报告右结肠和/或末端回肠组织学的结果，这可能导致微小炎症的遗漏，可能低估潜在的灵敏度和特异性。与UC患者（灵敏度72%，特异性74%）相比，CD患者的诊断准确度较高（灵敏度83%，特异性85%）。Von Roon等人分析了30项涉及5983名患者的研究数据，得出的灵敏度为95%，特异性为91%。早期meta分析仅包括成人的研究数据。Van Rheenen等人的研究包括了成人和儿童疑似IBD患者的数据（670名成人，371名儿童）。但是，仅通过内窥镜和组织学对32%的成人和61%的儿童进行了诊断确认。粪钙卫蛋白的总灵敏度和特异性分别为93%和96%。最近一项对儿童粪钙卫蛋白研究（9项研究，包括853名患者）的meta分析报告的灵敏度为97%，特异性为70%。使用50µg/g作为临界值，出现了17%的假阳性和2%的假阴性结果。把钙卫蛋白合并到是否执行内窥镜检查的标准中，能减少67%的内窥镜检查，代价是出现假阴性结果导致6%的IBD病例诊断延迟。与灵敏度相同的成人结果相比，儿童人群的特异性显著较低（儿童，76%；成人，96%）。随后的一项仅包括儿童患者的meta分析支持了这一论断。分析包括715名患者（394名患者患有IBD，321名患者未患有IBD）得到的灵敏度和特异性分别为98%和68%。瑞士一家研究中心的一项涉及298名接受内窥镜检查患者的回顾性分析发现与仅使用EPAGE标准相比，联合粪钙卫蛋白能提高诊断率。

这些研究基于在二级或三级护理诊所内接受诊疗的患者，由于在一级护理阶段患者预选的参考不同，结果可能出现偏差。在一级护理环境中进行的两项较大规模的研究显示与二级或三级护理环境中得到的结果相比，一级护理环境中研究获得的灵敏度和特异性较低。在一项涉及48项一级护理环境、946名患者数据的回顾性分析得到的灵敏度为82%，特异性为77%。一项侧重床旁环境试验的进一步研究将粪钙卫蛋白测量和粪便潜血测量相结合（使用免疫化学试验），得到的灵敏度为79%，但是特异性仅为49%。

钙卫蛋白对活动期和非活动期IBD具有区分能力。一些研究将钙卫蛋白和内窥镜检查联系起来评估疾病活动度。一项涉及IBD患者的研究显示粪钙卫蛋白与使用Rachmilewitz内窥镜指数（r=0.834）测量的内窥镜疾病活跃度密切相关。另一项使用改进的Baron指数测量UC的类似研究也发现，与CRP相比钙卫蛋白与内窥镜疾病活动度有更大的相关性（r=0.821 vs 0.556）。对于CD，钙卫蛋白与克罗恩病的严重程度指数（CDIS）相关（r=0.729）。一项将钙卫蛋白与CDIS相比较的进一步研究发现，在使用274µg/g的理想临界值时，受试者操作特征曲线下面积非常大，达到了0.935。目前瑞士已经将粪钙卫蛋白整合到指南内监测IBD疾病活动度。

IBD的治疗目的是达到并保持疾病处于缓解状态，终极目标是修复黏膜。药物疗法包括类固醇、氨基水杨酸盐、巯嘌呤类药物、氨甲喋呤、免疫抑制剂（也就是环孢素）以及肿瘤坏死因子α（TNF-α）靶向抗体（也就是英夫利昔单抗）。传统的治疗效果评估基于主观症状的减轻，以及临床评分如克罗恩病活动指数（CDAI）、溃疡性结肠炎疾病活动指数（UCDAI）以及ESR和/或CRP浓度的变化。Roseth等人对处于缓解期的IBD患者执行结肠镜检查，发现45名组织学检查结果正常患者中的38名钙卫蛋白浓度也处于参考范围内。一项对CD患者的后续研究发现钙卫蛋白浓度小于250µg/g时，鉴别黏膜修复的灵敏度为94%，特异性为62%。在鉴别内窥镜疾病活动度方面，粪钙卫蛋白比CDAI更可靠。与CDAI相比，钙卫蛋白结果纵向上升能更早地表明疾病复发。

Sipponen等人研究了CD患者对TNF-α疗法的响应，患者在治疗的初始阶段和治疗的第12周接受了结肠镜检查。粪钙卫蛋白中值从1173µg/g下降到130µg/g，5名处于内窥镜缓解期患者的钙卫蛋白值处于参考区间内。使用英夫利昔单抗治疗UC的患者也出现了类似结果—钙卫蛋白浓度出现了显著下降（基线中值1260µg/g，第12周，1073µg/g）。一项涉及60名IBD患者的进一步研究（34名CD患者，26名UC患者；使用英夫利昔单抗治疗（n=42）或阿达木单抗治疗（n=18））表明52%患者的钙卫蛋白水平下降到小于100µg/g，其中84%的患者处于缓解期达1年，粪钙卫蛋白浓度仍大于100µg/g的患者，只有38%的患者处于缓解期达1年。对于严重急性UC患者，钙卫蛋白能对那些抗TNF-α疗法无响应并需要手术治疗的患者进行预测。一项涉及49名患者的前瞻性多中心研究报告称再次使用内窥镜检查2-6个月之前，粪钙卫蛋白水平会上升。同样，粪钙卫蛋白能鉴别那些需要高剂量类固醇疗法的患者。

引用的较早的研究全部在成人IBD患者中进行，但是结果却在儿科患者中得到了证实。2项研究中一项使用皮质类固醇，另一项使用英夫利昔单抗。研究显示粪钙卫蛋白浓度随着临床情况的改善而下降，钙卫蛋白值处于参考范围内则预示着维持在缓解期内。建议在开始或改变IBD疗法时，首先测量包括粪钙卫蛋白在内的炎症标志物。

疾病复发预测

一些研究报告称粪钙卫蛋白能预测患者处于缓解期12个月内IBD的复发。Costa等人证明如果钙卫蛋白大于150g/g，UC患者复发的风险高达14倍以上，但这不适用于CD患者。Tibble等人的初步研究表明粪钙卫蛋白水平超过临界值50g/g，UC和CD患者的复发率高达85%，反之，粪钙卫蛋白水平低于50g/g，复发率则仅有10-15%。儿童IBD患者的研究表明，钙卫蛋白水平高于临界值100g/g时，复发率高达39%；反之，低于该临界值的儿童患者复发率仅为25%。使用130g/g为临界值的大型研究（97名UC患者，65名CD患者）也得到了类似结果，当钙卫蛋白水平低于临界值时，只有20%的患者复发；如果结果高于临界值，则CD复发率为43%，UC复发率为59%。Gisbert等人进行的研究中，12个月内复发的IBD患者的基线钙卫蛋白浓度显著较高（239g/g vs 136g/g；P<0.001），当钙卫蛋白水平大于150g/g时复发率为30%，当钙卫蛋白水平较低时，复发率仅为7%。两项儿童研究表明，患者钙卫蛋白水平低于选定临界值（257和400g/g）时，复发率显著较低。Kallel等人发现如果钙卫蛋白浓度大于340g/g，12个月内CD患者的复发风险高达18倍。60名IBD患者中，使用150g/g的临界值时，低于该值的患者的25%出现复发；但是钙卫蛋白浓度高于该值的患者，75%的患者都出现了复发。Molander等人的研究发现钙卫蛋白浓度大于139μg/g能在12个月后预测复发，灵敏度72%，特异性80%。De Vos的人采用了不同的方法，表明以1个月间隔的治疗期间，以>300µg/g为临界值，疗法前3个月内钙卫蛋白结果发生变化能更好地预测复发，灵敏度为61%，特异性为100%。很明显，已经提出了很多临界值来检测复发，这部分依赖于作者是否选择最大化灵敏度或特异性。临界值选得越低，以特异性为代价的灵敏度就越大，反之亦然。

IBD术后复发

对于多达20%的患者而言，生命进程中有必要使用末端回肠切除术治疗CD以及使用直肠切除术治疗UC。目前建议CD患者在进行回肠结肠切除术后的6-12个月内进行结肠镜检查。一种具有良好预测能力，并能鉴别患者是否出现复发的非侵入性生物标志物有助于将患者的不适程度最小化，这样的生物标志物令人期待。一些研究证明术后粪钙卫蛋白水平仍然较高的个体通常会出现复发，但是术后粪钙卫蛋白浓度处于参考范围内的缓解期患者通常不会出现复发。澳大利亚一项涉及135名CD患者的研究发现粪钙卫蛋白浓度小于100µg/g具阴性预测值达91%。如果根据该研究得到的结果，可以避免将近一半（47%）的术后内窥镜检查。一项涉及85名CD患者的研究同样使用100µg/g作为临界值，发现可以避免30%的结肠镜检查。最近发表的文章对术后CD患者的粪钙卫蛋白研究有更加详细的叙述。

执行结肠切除术的CD患者有很大的风险发展为术后结肠袋炎。仅有一小部分的研究对粪钙卫蛋白检测结肠袋炎患者方面的价值进行了研究。Thomas等人的研究发现全部接受内窥镜检查和结肠袋炎组织学检查的患者都出现了粪钙卫蛋白浓度升高的现象，但是没有接受上述检查的15个人中仅有2名出现了钙卫蛋白浓度升高。Johnson等人发现结肠袋炎患者的粪钙卫蛋白水平不仅会升高，还与囊病活动指数相关。一项涉及结肠切除术后儿童患者的研究也得到了类似结果。

粪钙卫蛋白在其他胃肠疾病中的应用

一定要记得粪钙卫蛋白对胃肠（GI）道炎症具有良好的特异性，但是由于大部分的肠道炎症都会引起粪钙卫蛋白水平升高，所以其对IBD的特异性不佳。Tibble等人在一项最早的涉及62名结肠直肠癌症患者的粪钙卫蛋白探究中将粪钙卫蛋白与传统愈创木脂或免疫化学潜血试验（FOB）进行了比较，发现90%的癌症患者钙卫蛋白结果为阳性，仅有58%的患者为FOB阳性。报告的粪钙卫蛋白预测直肠结肠癌的灵敏度和特异性分别为79%和72%。但是，挪威和意大利的两项主要研究没有重现该结果，粪钙卫蛋白检测结肠直肠癌的灵敏度和特异性分别为27%和56%。Von Roon等人的meta分析共涉及5983名患者，其中297名患者后来发展为结肠直肠癌。单独使用粪钙卫蛋白检测癌症，排除IBD检测结果的灵敏度仅为36%，特异性为71%。这说明并不是所有的癌症都有炎症反应，有些癌症不会破坏细胞结构，不会使与中性粒细胞相关的钙卫蛋白通过进入肠腔，这两点会导致假阴性结果。

非甾体类抗炎药

长期使用非甾体类抗炎药（NSAID）会对许多患者产生胃肠道影响，这种影响通常没有症状并会导致贫血症。最早的一项试验发现NSAID肠病的出现与粪钙卫蛋白水平的升高有关。在一项涉及40名志愿者的研究中，志愿者摄取双氯芬酸（150mg/天）14天，该研究证明NSAID会直接导致低水平炎症。但是与粪钙卫蛋白基线值相比，75%的志愿者的粪钙卫蛋白水平升高（中值11 µg/g vs 82 µg/g）。

感染性肠胃炎

大多数的胃肠道炎症粪便生物标志物研究侧重于慢性腹泻而不是急性腹泻。超过一半的发达国家人群和接近100%的发展中国家人群每年会至少发生一次感染性腹泻。这通常具有疾病自限性并不需要就医治疗，但是医院环境中出现更加严重的细菌感染病例是司空见惯。住院治疗期间由于其他原因后天免疫性群体和感染群体出现腹泻也是屡见不鲜。印度一项涉及2383名急性腹泻患者的连续研究发现粪钙卫蛋白鉴别细菌性胃肠感染的灵敏度和特异性分别为83%和87%。该研究结果随后在成人患者和儿童患者中得到了确认。粪钙卫蛋白水平在细菌感染病例中水平较高，与之相比病毒感染案例的粪钙卫蛋白水平相对较低，粪钙卫蛋白水平与疾病严重程度密切相关。

憩室病

复杂憩室病患者通常具有黏膜炎症的组织学证据。两项研究证明大于60µg/g的粪钙卫蛋白浓度能预测憩室病的急性并发症。

其他粪便标志物

钙卫蛋白是研究最为广泛的胃肠道炎症粪便标志物，但是近年来，其他标志物也已出现，性能更优越或能提供补充信息。这些标志物包括在中性粒细胞胞质内表达的其他蛋白质如乳铁蛋白、S100A12、多形核弹性蛋白酶和M2-PK，其为快速细胞分裂表达的丙酮酸激酶同种型。

对器质性肠病和IBS进行鉴别诊断是一项挑战。随着横断层面成像技术如核磁共振成像（MRI）和计算机断层扫描（CT）的发展和时间的推移，诊断技术已经有了进步。技术的进步可以在进行内窥镜检查前对一些疾病进行鉴别，但是内窥镜仍是疾病检查的“黄金标准”，因为内窥镜可以通过活组织样品取得组织学证明。MRI和CT都很昂贵，CT的缺点是患者不得不暴露在电离辐射下。但是单独使用CT诊断不会导致显著的辐射暴露，使用CT监测疾病活动度可以导致大量辐射暴露。因此MRI作为疾病监测手段比较合理。但是MRI因受医疗机构的经济条件限制较大，有的医疗机构没有MRI设备，而且不是所有患者都能支付长期使用MRI 的费用。

结肠镜检查是一种侵入性检查手段，因为会导致不适所以非常需要患者镇静，而且结肠镜检查相对昂贵。使用粪钙卫蛋白进行IBD/IBS诊断的建议算法详见图1。区分IBS和IBD的临界值选择仍然存在争议。大部分厂商的钙卫蛋白试剂盒将50µg/g作为临界值。该临界值是从英国皇家医学院的研究结果转换而来。提高临界值会提高试验的特异性但会降低试验的灵敏度。临界值的选择取决于灵敏度和特异性二者哪一个的重要性更高并需要对个体患者特殊的临床特征进行考虑。年轻患者可以使用150µg/g的临界值；老年患者的胃肠道恶性肿瘤的风险更高，更适合采用较低的临界值。由于胃肠道粪钙卫蛋白水平升高与病毒或细菌感染有关，因此应该在2—3周后报告介于50µg/g—150µg/g之间的临界值。我们的经验是一级护理环境中30%的案例的试验报告会产生小于50µg/g的临界值。

一些研究对如何使用粪钙卫蛋白对IBD进行经济有效的诊断进行了研究。Yang等人利用财务模型，使用50µg/g和100µg/g的钙卫蛋白临界值对使用结肠镜检查前的100名成人和100名儿童进行了筛查。使用100µg/g的钙卫蛋白临界值时，每名成人患者会节省417美元的费用但会造成2.2/32成人患者出现诊断延迟；每名儿童患者会节省300美元，但会造成4.8/61病例的诊断延迟。使用50µg/g的钙卫蛋白临界值时，成人和儿童患者会分别多花费55美元和43美元，但是每100名接受筛查的个体会产生2.4名和6.1名额外准确诊断。英国国家卫生和临床优化研究所（NICE）2013年总结报告称一级医疗部门的医生在将患者提交胃肠病学科室治疗前使用粪钙卫蛋白做出诊断可以降低综合治疗成本。

图1 使用粪钙卫蛋白区分IBS和IBD的建议算法

缩写：IBS：肠道易激综合征；IBD：炎症性肠病；GI：胃肠；NSAID：非甾体类抗炎药

粪钙卫蛋白测量的潜在用途总结如下：

1、诊断：粪钙卫蛋白具有充分的灵敏度和特异性对可能患有器质性肠病的患者进行鉴别，例如：鉴别IBD与功能性疾病，因此可以经济有效的使用结肠镜检查对IBS进行管理。

2、评估疾病活动度和疗效：IBD治疗的目的是修复黏膜，粪钙卫蛋白水平可以对黏膜状况进行无创鉴别。

3、预后：粪钙卫蛋白水平升高可以预测即将发生的临床IBD复发，让医生能及时采取治疗。

4、研究：尽管一般情况下不会怀疑一些肠道疾病能引发炎症，但是粪钙卫蛋白测量可以发现这些肠道疾病引起的不同程度的炎症。

（摘自Clinical and Experimental Gastroenterology，

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编译：张凯

审校：王小茜