中华急诊医学杂志  2025, Vol. 34 Issue (9): 1258-1267   DOI: 10.3760/cma.j.cn114656-20241211-00862
血清可溶性PD-1/PD-L1在脑出血患者预后分析中的临床价值
张伟1 , 廖昭会2 , 王玲1 , 樊哲源3 , 付豹1     
1. 遵义医科大学附属医院重症医学科, 遵义 563003;
2. 正安县人民医院重症医学科, 遵义 563499;
3. 遵义医科大学附属医院胸外科, 遵义 563003
摘要: 目的 探究自发性脑出血(intracerebral hemorrhage, ICH)患者血清可溶性程序性细胞死亡蛋白-1(soluble programmed cell death protein 1, sPD-1)、可溶性程序性细胞死亡因子配体1(soluble programmed cell death-Ligand 1, sPD-L1)水平及其在预后分析中的临床价值。方法 本研究为前瞻性队列研究,纳入2022年1月至2024年10月遵义医科大学附属医院重症医学科收治的年龄≥18岁,出血24 h内入院的首发ICH患者,排除其他原因(肿瘤、药物、外伤等)引起的脑出血和资料不全等患者。按照28 d全因病死率,分为存活组和死亡组;按照60 d神经功能预后分组,分为神经功能预后良好组和神经功能预后不良组。收集患者的临床资料、影像学资料等指标,同时收集患者入院24 h内静脉血,检测血清sPD-1和sPD-L1浓度。运用LASSO-Logistic回归分析筛选出有预测价值的指标,采用列线图将预测模型可视化;采用受试者工作特征曲线、决策曲线、校正曲线、Hosmer-Lemeshow拟合优度统计等一系列评价工具对预测模型进行评价。结果 本研究最终纳入155例患者;其中存活组101例,死亡组54例;神经功能预后良好组56例,神经功能预后不良组99例。死亡组和神经功能预后不良组血清sPD-1浓度分别低于存活组和神经功能预后良好组,然而血清sPD-L1浓度则分别高于存活组和神经功能预后良好组(均P<0.05)。血清sPD-1和sPD-L1是预测28 d死亡风险的预测因子;同时采用脑干出血、出血体积、梗阻性脑积水、手术干预、入院NIHSS评分、入院当日的血清sPD-1和sPD-L1浓度7个指标构建列线图模型[AUC=0.984(95%CI: 0.968~1.000)]优于单独血清sPD-1(AUC=0.712)和sPD-L1(AUC=0.753)。血清sPD-1是预测60 d神经功能预后不良的预测因子;同时梗阻性脑积水、入院NIHSS评分、入院当日血清sPD-1构建的列线图模型[AUC=0.818(95%CI: 0.754~0.882)]优于单独血清sPD-1(AUC=0.637)和sPD-L1(AUC=0.602)。结论 ICH患者死亡组和神经功能预后不良组血清sPD-1浓度分别低于存活组和神经功能预后良好组,然而血清sPD-L1浓度分别高于存活组和神经功能预后良好组。纳入sPD-1和sPD-L1的列线图预测模型,对ICH患者死亡风险和神经功能预后不良的预测性能表现良好。
关键词: 自发性脑出血    程序性细胞死亡蛋白-1    程序性细胞死亡因子配体1    预后    列线图    
The clinical value of serum soluble PD-1/PD-L1 in the prognosis analysis of patients with intracerebral hemorrhage
Zhang Wei1 , Liao Zhaohui2 , Wang Ling1 , Fan Zheyuan3 , Fu Bao1     
1. Department of Critical Care Medicine, Affiliated Hospital of Zunyi Medical University, Zunyi 563003, China;
2. Department of Critical Care Medicine, Zhengan People's Hospital, Zunyi 563449, China;
3. Department of Thoracic Surgery, Affiliated Hospital of Zunyi Medical University, Zunyi 563003, China
Abstract: Objective This study aimed to explore the serum levels of soluble programmed cell death protein 1 (sPD-1) and soluble programmed cell death-ligand 1 (sPD-L1) in patients with spontaneous intracerebral hemorrhage (ICH) and their clinical value in the prognostic analysis. Methods This prospective cohort study included patients aged ≥18 years admitted to the department of critical care medicine at the Affiliated Hospital of Zunyi Medical University between January 2022 and October 2024 with a first episode of ICH presenting within 24 hours of onset. Patients with hemorrhage caused by other causes (e.g., tumor, medication and trauma) or incomplete data were excluded. Based on 28-day all-cause mortality, patients were divided into survival group and non-survival group. According to the 60-day neurological outcome, patients were divided into good neurological outcome group and poor neurological outcome group. Clinical and imaging data were collected, along with venous blood samples obtained within 24 hours of admission to measure serum levels of sPD-1 and sPD-L1. Predictive indicators were identified using LASSO-Logistic regression analysis was used to identify predictive indicators, and a nomogram was constructed to visualize the prediction model. Model performances were evaluated using receiver operating characteristic curves, decision curve analysis, calibration curves, and the Hosmer-Lemeshow test. Results A total of 155 patients were included: 101 in the survival group and 54 in the death group; 56 in the favorable neurological outcome group and 99 in the poor neurological outcome group. Serum sPD-1 concentrations were significantly lower in the death group and poor neurological outcome group compared to the survival group and favorable neurological outcome group, respectively. Conversely, serum sPD-L1 concentrations were significantly higher in the death group and poor neurological outcome group compared to the survival group and favorable neurological outcome group (all P < 0.05). Serum sPD-1 and sPD-L1 were identified as predictors of 28-day mortality risk. A nomogram incorporating seven indicators—brainstem hemorrhage, hemorrhage volume, obstructive hydrocephalus, surgical intervention, admission NIHSS score, and admission serum sPD-1 and sPD-L1 levels—demonstrated superior predictive performance [AUC=0.984 (95%CI: 0.968-1.000)] compared to sPD-1 alone (AUC=0.712) or sPD-L1 alone (AUC=0.753). Serum sPD-1 was a predictor of poor 60-day neurological outcome. A nomogram incorporating obstructive hydrocephalus, admission NIHSS score, and admission serum sPD-1 level [AUC=0.818 (95%CI: 0.754-0.882)] outperformed sPD-1 alone (AUC=0.637) or sPD-L1 alone (AUC=0.602). Conclusions Serum levels of sPD-1 were significantly lower in the non-survivors and the patients with poor neurological outcomes compared to the survivors and the patients with good neurological outcomes. However, serum levels of sPD-L1 were significantly higher in the non-survivors and the patients with poor neurological outcome. Serum sPD-1 was an independent predictor of 28-day mortality risk and 60-day poor neurological outcome; serum sPD-L1 was an independent predictor of 28-day mortality risk. A nomogram prediction model incorporating sPD-1 and sPD-L1 demonstrated good predictive performance for mortality risk and poor neurological outcome.
Key words: Intracerebral hemorrhage    PD-1    PD-L1    Prognosis    Nomogram    

自发性脑出血(intracerebral hemorrhage, ICH)是导致全球成人高死亡率和致残率的重要公共卫生问题[1-2]。目前,ICH的临床治疗主要包括积极降压、止血治疗、不同的手术策略等,然而ICH患者临床终点的结局仍未明显改善[3]。ICH后神经炎症反应被激活,释放细胞因子和其他免疫调节分子,这些分子可以增强或减轻继发性脑损伤,并参与随后的脑修复机制,可能是潜在的治疗靶点并有效治疗ICH的炎症后遗症[4]

程序性细胞死亡蛋白-1(programmed cell death protein 1, PD-1)是一种含有288个氨基酸的细胞跨膜表面受体,广泛表达于免疫细胞和其他细胞类型(小胶质细胞和神经元)中[5]。PD-1是免疫应答的负调节因子,通过结合程序性细胞死亡因子配体1(programmed cell death-Ligand 1, PD-L1),抑制免疫细胞的活性,在维持自身免疫耐受和防止过度免疫反应方面有一定意义[5]。除了在免疫系统中扮演重要角色外,越来越多的证据表明PD-1/PD-L1通路同样参与中枢神经系统和周围神经系统中的神经炎症反应[6-7]。在脑外伤或脊髓损伤模型中,大脑和脊髓中的PD-1+小胶质细胞被激活,同时PD-1+巨噬细胞也被招募,这些小胶质细胞和巨噬细胞发生表型改变调节神经炎症和疾病进展[8-9]。除了PD-1和PD-L1的膜结合形式外,循环系统中还发现了这些分子的可溶性形式(soluble PD-1/PD-L1, sPD-1/sPD-L1)[10]。sPD-1和sPD-L2主要由PD-1 mRNA的选择性剪接异构体翻译产生[11],而sPD-L1则是由基质金属蛋白酶剪切PD-L1产生[12]。目前,sPD-1和sPD-L1多在各种肿瘤[13-16](肺癌、肝癌和胰腺癌等)和感染性疾病[10, 17](感染性胰腺炎和脓毒症等)中被检测到显著升高,可以作为血清生物标志物预测患者预后。然而,目前尚未报导ICH患者血液中的sPD-1和sPD-L1水平,及其在预后分析中的预测价值。

1 资料与方法 1.1 研究对象

本研究为前瞻性队列研究,纳入2022年1月至2024年10月入住遵义医科大学附属医院重症医学科(intensive care unit,ICU)的ICH患者。纳入标准:(1)年龄≥18岁;(2)符合脑出血诊断标准[18]的首发ICH;(3)出血后24 h内入院的患者;(4)患者家属知情同意参加本项目。排除标准:(1)继发性脑出血与外伤、肿瘤、动静脉畸形、凝血功能障碍或缺血性脑卒中出血转化有关;(2)抗血小板或抗凝药物引起的出血;(3)既往存在其他神经系统疾病,如中风、颅内肿瘤、肌萎缩侧索硬化症、帕金森病、阿尔茨海默病、颅内感染、多发性硬化症等;(4)ICH发病前有其他失代偿性基础疾病或进行性合并症(如肾脏、肝脏或心脏疾病)的患者;(5)哺乳期或妊娠期妇女;(6)资料不全者。

患者本人或法定监护人签署知情同意书,本研究通过遵义医科大学附属医院生物医学研究伦理委员会批准(伦理审查批件号:KLLY-2022-039)。

1.2 数据收集

从电子病历中收集ICH患者的人口学资料和临床参数:年龄、性别、既往史、抽烟史、饮酒史、住院时间和实验室结果;计算格拉斯哥昏迷评分(Glasgow Coma Scale, GCS)评分、国家卫生研究院卒中评分(National Institute of Health Stroke Scale, NIHSS)和改良Rankin量表(modified Rankin Scale, mRS)评分;计算机断层扫描指标:出血量、出血部位、出血体积、梗阻性脑积水。

主要结局指标:28 d全因病死率和60 d神经功能预后。

根据患者28 d存活或死亡将患者分为存活组和死亡组;根据mRS评分进行60 d神经功能预后评估,0~3分为神经功能预后良好组,4~6分为神经功能预后不良组。

1.3 血清收集与检测

收集纳入ICH患者入院当日(24 h内)外周静脉血3~5 mL,将采集的血标本于4 ℃离心(3 000 r/min, 10 min)后将血清分装,-80 ℃冻存备检。采用酶联免疫吸附试验(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)法检测血清sPD-1和sPD-L1(华美生物工程有限公司,武汉,中国),具体步骤按试剂盒说明书操作。

1.4 统计学方法

所有数据均采用SPSS 29.0和R 4.2.2软件进行数据分析并绘制图表。采用专业统计学软件PASS进行样本量估计,设定显著性水准双侧α=0.05,β=0.2,把握度(Power=1-β)=80%,根据以往相关临床研究的sPD-1的研究结果[10],按照暴露组∶非暴露组=1∶1,计算每组样本量为40例,考虑了10%的脱落病例数,确定每组纳入45例患者,总计纳入至少90例患者。

采用Shapiro-Wilk检验或Kolmogorov-Smirnov检验评估连续变量的正态性,连续变量用均数±标准差(x±s)或中位数(四分位间距法)[MQ1, Q3)]表示,两组间比较采用独立样本t检验或Mann-Whitney U检验。分类变量用计数(百分比)表示,使用Fisher精确检验或Pearson卡方检验。使用LASSO分析筛选变量,采用二元多因素Logistic回归分析影响28 d死亡风险和60 d神经功能预后的相关独立危险因素。采用列线图将预测模型可视化;采用受试者工作特征(receiver operating characteristic curve, ROC)曲线、决策曲线(decision curve analysis, DCA)、校正曲线、Hosmer-Lemeshow拟合优度统计等对预测模型进行评价。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果 2.1 纳入患者的基线资料

本研究总计纳入194例ICH患者,根据排除标准最终155例患者纳入最终研究队列,其中存活组有101例,死亡组有54例;依据60 d mRS评分,神经功能预后良好组有56例,神经功能预后不良组有99例(图 1)。

图 1 患者流程图 Fig 1 Participant enrollment flowchart

存活组和死亡组患者在年龄、性别、既往史、抽烟史和饮酒史的差异无统计学意义(均P > 0.05,表 1)。死亡组患者的出血体积、脑干出血比例和合并梗阻性脑积水比例多于存活组;但手术干预的存活组患者多于死亡组(均P<0.05)。存活组患者的总住院时间和ICU住院时间长于死亡组;存活组患者入院GCS评分高于死亡组,同时入院NIHSS评分低于死亡组(均P<0.05)。实验室结果显示白细胞计数、中性粒细胞计数、血小板、国际标准化比值、甘油三酯、胆固醇、C-反应蛋白、钠离子和白蛋白在存活组和死亡组患者之间的差异无统计学意义(均P > 0.05);然而死亡组患者的血清乳酸和肌酐浓度高于存活组(均P<0.05)。见表 1

表 1 存活组和死亡组患者的基线特征 Table 1 Comparisons of baseline characteristics between survivors and non-survivors
指标 整体队列(n=155) 存活组(n=101) 死亡组(n=54) t/Z/χ2 P
一般情况
  年龄(岁)a 57.7 ± 13.1 58.2 ± 13.5 56.6 ± 12.5 0.602 0.467
  男性b 111 (71.6) 67 (66.3) 44 (81.5) 3.260 0.071
  抽烟史b 65 (41.9) 38 (37.6) 27 (50.0) 2.213 0.137
  饮酒史b 57 (36.8) 32 (31.7) 25 (46.3) 3.232 0.072
  梗阻性脑积水b 60 (38.7) 20 (19.8) 40 (74.1) 43.684 < 0.001
  外科手术治疗b 97 (62.6) 74 (73.3) 23 (42.6) 14.139 < 0.001
  出血体积(mL)c 32.5 (11.3, 57.2) 28.3 (10.1, 49.3) 39.4 (14.0, 81.1) -2.974 0.003
  入院GCS评分c 4.0 (3.0, 5.0) 4.0 (3.0, 5.0) 3.0 (3.0, 5.0) 3.600 < 0.001
  入院NIHSS评分c 28.0 (24.0, 34.0) 25.0 (20.5, 28.0) 35.0 (31.8, 38.0) -8.390 < 0.001
  总住院时间(d)c 6.0 (4.0, 10.0) 7.0 (4.0, 12.5) 5.0 (3.0, 9.3) 2.763 0.006
  ICU住院时间(d)c 5.0 (4.0, 10.0) 6.0 (4.0, 11.0) 5.0 (3.0, 7.0) 2.934 0.003
既往史b
  糖尿病 13 (8.4) 6 (5.9) 7 (12.9) 2.258 0.133
  高血压 118 (76.1) 77 (76.2) 41 (75.9) 0.002 0.965
  冠心病 13 (8.4) 8 (7.9) 5 (9.3) 0.082 0.775
  慢性肾脏病 19 (12.3) 10 (9.9) 9 (16.7) 1.498 0.221
  手术史 23 (14.8) 16 (15.8) 7 (12.9) 0.231 0.631
出血部位b
  基底节区出血 75 (48.4) 53 (52.5) 22 (40.7) 1.940 0.164
  丘脑出血 12 (7.7) 8 (7.9) 4 (7.4) 0.013 0.909
  脑叶出血 47 (30.3) 30 (29.7) 17 (31.5) 0.053 0.818
  小脑出血 12 (7.7) 9 (8.9) 3 (5.6) 0.555 0.544
  脑室出血 6 (3.9) 4 (3.9) 2 (3.7) 0.006 0.937
  脑干出血 25 (16.1) 8 (7.9) 17 (31.5) 14.439 < 0.001
实验室指标
  白细胞计数(×109/L)a 11.99 ± 4.31 12.14 ± 4.55 11.69 ± 3.90 -0.621 0.535
  中性粒细胞计数(×109/L)c 9.78 (7.35, 12.08) 10.04 (7.49, 12.34) 9.59 (6.79, 11.56) 0.916 0.359
  血小板(×109/L)c 165.0 (115.0, 212.0) 167.0 (117.0, 215.0) 157.5 (110.3, 204.0) 0.738 0.461
  国际标准化比值c 0.98 (0.90, 1.06) 0.98 (0.90, 1.04) 0.99 (0.90, 1.11) -1.133 0.257
  甘油三酯(mmol/L)c 1.91 (1.63, 2.84) 2.05 (1.58, 2.85) 1.80 (1.67, 2.68) 0.638 0.523
  胆固醇(mmol/L)c 2.57 (1.84, 3.53) 2.57 (1.85, 3.53) 2.59 (1.75, 3.55) 0.487 0.627
  乳酸(mmol/L)c 4.50 (3.28, 6.50) 4.23 (2.85, 5.73) 5.13 (3.74, 6.80) -2.297 0.022
  C-反应蛋白(mg/L)c 56.3 (18.3, 145.3) 53.8 (18.3, 148.8) 80.1 (18.7, 134.6) -0.819 0.413
  钠离子(mmol/L)c 141.0 (138.0, 147.0) 140.6 (138.0, 146.0) 141.0 (138.7, 148.0) -0.812 0.422
  肌酐(μmol/L)c 92.0 (71.0, 126.0) 90.5 (68.3, 125.8) 96.0 (84.5, 139.0) -2.038 0.042
  白蛋白(g/L)a 32.4 ± 5.0 32.3 ± 4.9 32.6 ± 5.2 0.350 0.727
注:GCS为格拉斯哥昏迷评分,ICU为重症监护室,NIHSS为美国国立卫生研究院卒中量表;ax±sb为(例,%),cMQ1, Q3

合并梗阻性脑积水的神经功能预后不良组患者多于预后良好组,神经功能预后良好组患者入院GCS评分高于预后不良组,同时入院NIHSS评分低于预后不良组(均P<0.05)。神经功能预后不良组患者的血乳酸、C反应蛋白和肌酐浓度均高于神经功能预后良好组(均P<0.05)。见表 2

表 2 神经功能预后良好组和神经功能预后不良组患者的基线特征 Table 2 Comparisons of baseline characteristics between patients with good and poor neurological outcome
指标 整体队列(n=155) 预后良好组(n=56) 预后不良组(n=99) t/Z/χ2 P
一般情况
  年龄(岁)a 57.7 ± 13.1 59.3 ± 13.8 56.7 ± 12.7 1.129 0.261
  男性b 111 (71.6) 36 (64.3) 75 (75.8) 2.316 0.128
  抽烟史b 65 (41.9) 27 (48.2) 38 (38.4) 1.420 0.233
  饮酒史b 57 (36.8) 24 (42.8) 33 (33.3) 1.395 0.238
  梗阻性脑积水b 60 (38.7) 10 (17.8) 50 (50.5) 16.069 < 0.001
  外科手术治疗b 97 (62.6) 40 (71.4) 57 (57.6) 2.931 0.087
  出血体积(mL)c 32.5 (11.3, 57.2) 33.8 (10.7, 53.0) 31.1 (11.9, 68.2) -1.158 0.247
  入院GCS评分c 4.0 (3.0, 5.0) 4.5 (3.0, 5.0) 3.0 (3.0, 5.0) 2.311 0.021
  入院NIHSS评分c 28.0 (24.0, 34.0) 24.0 (18.0, 26.0) 31.0 (26.0, 35.0) -6.923 < 0.001
  总住院时间(d)c 6.0 (4.0, 10.0) 7.0 (4.3, 11.0) 5.0 (3.0, 10.0) 1.761 0.078
  ICU住院时间(d)c 5.0 (4.0, 10.0) 6.0 (4.0, 10.8) 5.0 (3.0, 10.0) 1.871 0.061
既往史b
  糖尿病 13 (8.4) 5 (8.9) 8 (8.1) 0.033 0.855
  高血压 118 (76.1) 40 (71.4) 78 (78.8) 1.066 0.302
  冠心病 13 (8.4) 5 (8.9) 8 (8.1) 0.033 0.855
  慢性肾脏病 19 (12.3) 6 (10.7) 13 (13.1) 0.194 0.659
  手术史 23 (14.8) 8 (14.3) 15 (15.2) 0.021 0.884
出血部位b
  基底节区出血 75 (48.4) 31 (55.4) 44 (44.4) 1.706 0.192
  丘脑出血 12 (7.7) 4 (7.1) 8 (8.1) 0.044 0.834
  脑叶出血 47 (30.3) 15 (26.8) 32 (32.3) 0.519 0.417
  小脑出血 12 (7.7) 6 (10.7) 6 (6.1) 1.085 0.298
  脑室出血 6 (3.9) 1 (1.7) 5 (5.1) 1.025 0.311
  脑干出血 25 (16.1) 5 (8.9) 20 (20.2) 3.360 0.067
实验室指标
  白细胞计数(×109/L)a 11.99 ± 4.31 11.48 ± 3.36 11.36 ± 2.74 -0.022 0.983
  中性粒细胞计数(×109/L)c 9.78 (7.35, 12.08) 8.96 (7.56, 11.37) 9.78 (7.85, 10.60) -0.030 0.976
  血小板(×109/L)c 165.0 (115.0, 212.0) 181.0 (149.0, 214.0) 142.0 (102.0, 227.0) 0.454 0.649
  国际标准化比值c 0.98 (0.90, 1.06) 1.01 (0.96, 1.05) 1.01 (0.90, 1.31) 0.306 0.760
  甘油三酯(mmol/L)c 1.91 (1.63, 2.84) 2.52 (1.74, 3.23) 2.51 (1.75, 2.58) -0.635 0.525
  胆固醇(mmol/L)c 2.57 (1.84, 3.53) 2.52 (1.91, 3.53) 2.04 (1.75, 3.85) 1.453 0.146
  乳酸(mmol/L)c 4.50 (3.28, 6.50) 3.05 (2.29, 3.60) 4.55 (2.53, 15.0) -2.407 0.016
  C-反应蛋白(mg/L)c 56.3 (18.3, 145.3) 20.3 (4.3, 69.4) 79.9 (41.9, 158.7) -2.650 0.008
  钠离子(mmol/L)c 141.0 (138.0, 147.0) 138.5 (136.8, 142.8) 142.6 (139.6, 152.0) 0.099 0.100
  肌酐(μmol/L)c 92.0 (71.0, 126.0) 78.0 (59.0, 114.0) 92.0 (85.0, 176.0) -2.258 0.024
  白蛋白(g/L)a 32.4 ± 5.0 33.1 ± 4.6 32.8 ± 4.4 0.077 0.939
注:GCS为格拉斯哥昏迷评分,ICU为重症监护室,NIHSS为美国国立卫生研究院卒中量表;ax±sb为(例,%),cMQ1, Q3
2.2 ICH患者的血清sPD-1和sPD-L1浓度

入院当日ICH存活组患者的血清sPD-1浓度高于死亡组;神经功能预后良好组患者血清sPD-1浓度高于神经功能预后不良组(均P<0.05)。然而,入院当日存活组患者的血清sPD-L1浓度低于死亡组;神经功能预后良好组患者血清sPD-L1浓度低于神经功能预后不良组(均P<0.05)。见图 2

注:mRS为改良Rankin量表,sPD-1为可溶性程序性细胞死亡蛋白-1,sPD-L1为可溶性程序化细胞死亡配体1 图 2 各组血清sPD-1和sPD-L1浓度的比较 Fig 2 Comparison of serum sPD-1 and sPD-L1 among groups
2.3 患者28 d死亡风险和60 d神经预后不良的预测因素

患者基线资料(性别、年龄、基底节区脑出血、丘脑出血、脑叶出血、小脑出血、脑室出血、脑干出血、出血体积、梗阻性脑积水、手术干预);血清乳酸、白细胞计数、血小板、肌酐、sPD-1和sPD-L1浓度;入院GCS评分和NIHSS评分这19个变量纳入进行预后分析(图 3)。经过Lasso分析筛选,本研究选择lambda.min(最小误差对应的lambda)值,进行后续列线图模型的构建。最终选择脑干出血、出血体积、梗阻性脑积水、手术干预、入院NIHSS评分、入院当日的血清sPD-1和sPD-L1浓度7个指标为预测28 d死亡风险的预测因子(图 3A~B表 3);进一步分析得出脑干出血、出血体积、梗阻性脑积水和入院NIHSS是独立预测因子(均P<0.05)。梗阻性脑积水、入院NIHSS评分和血清sPD-1浓度3个指标成为预测60 d神经功能预后不良的预测因子(图 3C~3D表 4),入院NIHSS和入院当日的血清sPD-1是独立预测因子(均P<0.05)。

图 3 基于最小绝对收缩和选择算子和二元logistic回归分析选择28 d死亡风险(A,B)和60 d神经功能预后不良(C,D)的预测因子 Fig 3 Predictor selection of 28-day all-cause mortality (A, B) and 60- day neurological prognosis (C, D) based on LASSO-logistic regression analysis

表 3 预测ICH患者28 d死亡风险的多因素回归分析 Table 3 Multivariate regression analysis for predicting 28-day all-cause mortality in ICH patients
变量 β OR值(95%CI P
脑干出血(有/无) 3.449 31.469 (3.571~458.866) 0.004
出血体积(mL) 0.050 1.051 (1.021~1.094) 0.003
梗阻性脑积水(有/无) 3.605 36.785 (6.057~477.416) < 0.001
手术干预(有/无) -1.877 0.153 (0.010~1.386) 0.125
入院NIHSS评分 0.357 1.428 (1.229~1.788) < 0.001
sPD-1 (pg/mL) -0.002 0.997 (0.994~1.000) 0.177
sPD-L1 (pg/mL) 0.006 1.006 (0.996~1.013) 0.086
注:NIHSS为美国国立卫生研究院卒中量表,sPD-1为可溶性程序性细胞死亡蛋白-1,sPD-L1为可溶性程序化细胞死亡配体1

表 4 预测ICH患者60 d神经功能预后不良风险的多因素回归分析 Table 4 Multivariate regression analysis for predicting 60-day neurological prognosis in ICH patients
变量 β OR值(95%CI P
梗阻性脑积水(有/无) 0.653 1.921 (0.823~4.627) 0.135
入院NIHSS评分 0.164 1.179 (1.107~1.267) < 0.001
sPD-1 (pg/mL) -0.001 0.998 (0.997~0.999) 0.036
注:NIHSS为美国国立卫生研究院卒中量表,sPD-1为可溶性程序性细胞死亡蛋白-1

各变量之间的相关性分析结果(图 4)结果显示各变量之间最大相关系数绝对值为0.53,提示各变量之间未存在共线性。各变量方差膨胀因子和容忍度结果分别为:脑干出血(2.192;0.456)、出血体积(1.560;0.641)、梗阻性脑积水(1.963;0.509)、手术干预(2.578;0.388)、NIHSS评分(1.066;0.938)、sPD-1(1.223;0.818)、sPD-L1(1.184;0.845),方差膨胀因子值介于1.066~2.578,容忍度值介于0.388~0.938,均提示各变量间不存在多重共线性。

注:NIHSS为美国国立卫生研究院卒中量表,sPD-1为可溶性程序性细胞死亡蛋白-1,sPD-L1为可溶性程序化细胞死亡配体1 图 4 各变量的相关性分析热图 Fig 4 Heatmaps of correlation of variables
2.4 28 d死亡风险列线图模型构建与验证

本研究根据Lasso-Logistic分析结果,采用脑干出血、出血体积、梗阻性脑积水、手术干预、入院NIHSS评分、入院当日的血清sPD-1和sPD-L1浓度7个指标构建28 d死亡风险模型,生成列线图(图 5)。该列线图的校准曲线(图 6A)和DCA曲线(图 6B)显示了该列线图模型良好的拟合和临床表现。该列线图的C指数为0.984,Bootstrapping验证的C指数为0.975。Hosmer-Lemeshow检验(χ2=6.698, df=8, P=0.569),表明该模型的校正和拟合优秀。此外,本研究应用ROC曲线评价列线图预测性能,AUC为0.984(95%CI: 0.968~1.000),表明该模型具有良好的判别能力(图 6C)。采用DeLong检验对不同变量的AUC进行比较,结果显示列线图模型预测性能优于单独血清sPD-1[AUC=0.712(95%CI: 0.629~0.795)]和sPD-L1[AUC=0.753(95%CI: 0.674~0.833)](均P<0.001,表 5)。

注:NIHSS为美国国立卫生研究院卒中量表,sPD-1为可溶性程序性细胞死亡蛋白-1,sPD-L1为可溶性程序化细胞死亡配体1 图 5 建立28 d死亡风险的列线图预测模型 Fig 5 Developed nomogram of the predictive model for 28-day allcause mortality

注:AUC 为曲线下面积,sPD-1 为可溶性程序性细胞死亡蛋白 -1,sPD-L1 为可溶性程序化细胞死亡配体 1 图 6 28 d死亡风险的列线图预测模型的校准曲线(A)、DCA曲线(B)和ROC曲线(C) Fig 6 Calibration curve (A), DCA curve (B), and ROC curve (C) of the nomogram prediction model for 28-day all-cause mortality

表 5 不同变量预测28 d死亡风险的曲线下面积的比较 Table 5 Comparison of the area under the curve across different variables for predicting 28-day all-cause mortality
变量 ΔAUC 标准误 Z统计量 95%CI P
PD-1 vs. PD-L1 0.041 0.059 0.692 -0.075~0.157 0.489
PD-1 vs. model 1 0.272 0.042 6.485 0.190~0.354 < 0.001
PD-L1 vs. model 1 0.231 0.041 5.576 0.150~0.312 < 0.001
注:AUC为曲线下面积,sPD-1为可溶性程序性细胞死亡蛋白-1,sPD-L1为可溶性程序化细胞死亡配体1
2.5 60 d神经功能预后不良风险列线图模型构建与验证

本研究依据Lasso-Logistic分析结果,采用梗阻性脑积水、入院NIHSS评分、入院当日血清sPD-1浓度3个指标构建60 d神经功能预后不良风险模型,生成列线图(图 7)。该列线图的校准曲线(图 8A)和DCA曲线(图 8B)显示了该列线图模型良好的拟合和临床表现。该列线图的C指数为0.818,Bootstrapping验证的C指数为0.806。Hosmer-Lemeshow检验(χ2=7.138, df=8, P=0.522),表明该模型的校正和拟合优秀。此外,本研究应用ROC曲线评价列线图预测性能,AUC为0.818(95%CI: 0.754~0.882),表明该模型具有良好的判别能力(图 8C)。采用DeLong检验对不同变量的AUC进行比较,结果显示列线图模型预测性能优于单独血清sPD-1[AUC:0.637(95%CI: 0.542~0.732)]和sPD-L1 [AUC:0.602(95%CI: 0.506~0.698)](均P<0.05,表 6)。

注 :NIHSS 为美国国立卫生研究院卒中量表,sPD-1 为可溶性 程序性细胞死亡蛋白 -1 图 7 建立60 d神经功能预后不良风险的列线图预测模型 Fig 7 Developed nomogram of the predictive model for 60-day poor neurological prognosis

注:AUC 为曲线下面积,sPD-1 为可溶性程序性细胞死亡蛋白 -1,sPD-L1 为可溶性程序化细胞死亡配体 1 图 8 60 d神经功能预后不良风险的列线图模型的校准曲线(A)、DCA曲线(B)和ROC曲线(C) Fig 8 Calibration curve (A), DCA curve (B), and ROC curve (C) of the nomogram prediction model for 60-day poor neurological prognosis

表 6 不同变量预测60 d神经功能预后不良风险的曲线下面积的比较 Table 6 Comparison of the area under the curve across different variables for predicting 60-day poor neurological prognosis
变量 ΔAUC 标准误 Z统计量 95%CI P
PD-1 vs. PD-L1 0.102 0.049 2.064 0.005~0.198 0.039
PD-1 vs. model 2 0.318 0.033 9.695 0.254~0.382 < 0.001
PD-L1 vs. model 2 0.216 0.057 3.793 0.105~0.328 < 0.001
注:AUC为曲线下面积,sPD-1为可溶性程序性细胞死亡蛋白-1,sPD-L1为可溶性程序化细胞死亡配体1
3 讨论

本研究发现入院当日(24 h)ICH死亡组和神经功能预后不良组患者血清sPD-1浓度分别低于存活组和神经功能预后良好组,然而血清sPD-L1浓度则分别高于存活组和神经功能预后良好组。脑干出血、出血体积、梗阻性脑积水和入院NIHSS是预测28 d死亡风险的独立预测因子;梗阻性脑积水、入院NIHSS评分和血清sPD-1浓度是预测60 d神经功能预后不良的独立预测因子。同时构建了28 d死亡风险和60 d神经功能预后不良的列线图预测模型,经过校准曲线、DCA曲线、ROC曲线、Hosmer-Lemeshow拟合优度统计等验证,两个预测模型均具有良好的预测效能。

大量的临床前研究表明,PD-1/PD-L1轴不仅在外周免疫中发挥作用,而且在神经炎症的调节中也发挥关键作用[7]。不同于PD-1/PD-L1轴在肿瘤疾病中导致肿瘤逃逸、抑制T细胞增殖和诱导T细胞衰竭等有害作用[13];目前PD-1/PD-L1通路在中枢神经系统炎症中的作用存在争议,不同的疾病模型和病理状况下往往得出相互矛盾的结果[7]。在大多数小鼠急性神经炎症模型中,PD-1/PD-L1轴的上调有助于减缓和限制炎症过程,是一种对抗性的平衡保护机制[7, 9, 19]。在小鼠中风模型中显示活化的小胶质细胞和巨噬细胞中PD-1表达增加,PD-1缺乏导致脑梗死面积扩大和加剧神经功能障碍[9]。然而一些研究表明,PD-L1可加重脑卒中患者的炎症,抗PD-L1抗体治疗可控制中枢神经系统炎症[7, 20]。因此,脑卒中PD-1/PD-L1通路可能导致阳性或阴性结果,这可能取决于脑卒中的不同阶段[6]。外周循环中sPD-1和sPD-L1的主要来源是免疫细胞表面表达的膜结合PD-1和PD-L1(membrane PD-1/L1,mPD-1/L1),因此本研究中ICH患者血清sPD-1和sPD-L1浓度升高,也提示ICH后PD-1/PD-L1表达的上调[11]。由于ICH后血脑屏障被破坏,同样不排除神经元或小胶质细胞等表面来源的mPD-1/L1进入外周循环中。

尽管目前sPD-1的作用尚未完全阐明,但大量研究表明,sPD-1具有生物活性,sPD-1通过与mPD-L1和mPD-L2结合来阻断mPD-1/mPD-Ls免疫抑制途径;同时研究发现sPD-1也可增强T淋巴细胞和其他免疫细胞的效应功能[13, 21-22]。一项对接受根治性切除的肝细胞癌患者的回顾性研究发现,外周血sPD-1高浓度与患者更长的生存期相关,sPD-1和sPD-L1是患者预后生物标志物,但是sPD-L1和sPD-1具有相反的预后作用[23]。本研究中也发现ICH存活组和神经功能良好组患者血清sPD-1浓度较死亡组和神经功能不良组显著升高,提示sPD-1可能抑制了mPD-1介导的ICH后患者的外周免疫抑制或增强了免疫细胞的效应功能,并且sPD-1也是ICH患者28 d死亡风险和60 d神经功能预后不良的独立预测因子。与sPD-1相反,sPD-L1结合mPD-1传递负调控信号,激活免疫抑制[13]。脑卒中后的免疫抑制增加了脑卒中后感染的风险,并与神经功能缺损和临床预后恶化有关[24]。Cheng等[20]在小鼠ICH模型中发现脑出血损伤诱导神经元来源的PD-L1释放到外周血,循环中sPD-L1在卒中后诱导了外周免疫抑制,通过抗PD-1单克隆抗体阻断PD-1通路部分逆转脑出血后的免疫抑制并减少肺部细菌感染。本研究中也发现ICH死亡组和神经功能不良组患者血清sPD-L1浓度较存活组和神经功能良好组升高,同样提示外周血sPD-L1可能参与了外周免疫抑制,并且与死亡风险和神经功能预后不良相关,而且血清sPD-L1浓度也是预测28 d死亡风险的独立预测因子。本研究也提示sPD-1和sPD-L1除了可能是ICH患者潜在的炎症干预靶点外,同时也可作为患者死亡风险和神经功能预后的生物标志物。

在本研究中,进一步构建并验证了预测ICH患者28 d死亡风险和60 d神经功能预后不良风险的模型。两个预测模型的校准曲线、DCA曲线和ROC曲线显示模型预测能力较好,临床适用性较好。ROC曲线分析也显示,两个模型预测能力优于单独ICH患者血清sPD-1和sPD-L1的预测能力。

脑干出血、出血体积、手术干预和合并梗阻性脑积水一直是ICH患者预后差的常见独立危险因素[25-26]。同时,NIHSS评分相比于GCS评分更适用于出血性或缺血性脑卒中患者,更能反映神经功能损伤程度[27]

本研究也有一些局限性,需要进行更多的研究来解决这些问题。首先,本研究仅检测了ICH患者血清中的sPD-1和PD-L1浓度,而没有检测脑脊液、神经细胞表面或神经组织中的PD-1和PD-L1,需要更多的基础研究更好地了解PD-1/PD-L1在ICH中的病理生理机制。其次,本研究是单中心队列研究,患者数量相对有限,本研究仅对列线图模型进行了内部验证。因此,未来的模型需要进行更多的多中心、大样本量临床研究进行外部验证。最后,本研究没有检测血清炎症因子了解ICH患者外周炎症状况,以及连续性的监测sPD-1和PD-L1浓度变化,未来将开展更多针对不同的细胞类型和神经回路的研究。

综上所述,本研究表明ICH患者死亡组和神经功能预后不良组血清sPD-1浓度分别低于存活组和神经功能预后良好组,然而血清sPD-L1浓度则分别高于存活组和神经功能预后良好组。纳入sPD-1和sPD-L1的列线图预测模型,对死亡风险和神经功能预后不良的预测性能表现良好。

利益冲突  所有作者声明无利益冲突

作者贡献声明  张伟:数据采集及整理、论文撰写;廖昭会:实验操作、数据收集及整理;王玲:统计学分析、经费支持;樊哲源:统计学分析、论文修改;付豹:研究设计、论文修改、指导支持

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