譫妄是由多種影響因素引起大腦皮質功能障礙而發生的急性認知功能紊亂。目前關于譫妄病理生理機制的基礎研究較少。譫妄生物標志物的研究有助于闡明其病理生理機制，且對其診斷、嚴重程度分級及遠期結局預測有著重要意義。本文回顧了譫妄相關的三類血清生物標志物的研究進展：① 風險標志物：譫妄發作前在血清中出現或增高表達，包括血清化學物、基因標志物等。② 活性標志物：譫妄發生時增高表達，恢復時表達水平降低，包括乙酰膽堿、血清抗膽堿能活性、5-羥色胺、血清氨基酸、褪黑素、白細胞介素和 C-反應蛋白等炎癥標志物。③ 終產物：根據疾病的嚴重程度或結局呈比例升高，包括 S-100?、神經元特異性烯醇酶等。以上三類標志物有助于我們進一步探討譫妄的發生機制。
引用本文： 王艷艷, 廖玉麟, 岳冀蓉. 從譫妄的血清生物標志物探討譫妄發生機制. 生物醫學工程學雜志, 2017, 34(3): 465-470. doi: 10.7507/1001-5515.201611065 復制
引言
譫妄（delirium）源于拉丁語“delirare”，英文意思為“to be out of one’s furrow”[1]，含義為大腦皮質功能障礙而發生的急性認知功能紊亂，主要影響注意力和集中力（attention and concentration）。簡單來說，譫妄是一種認知、覺醒、注意力的紊亂；這種認知紊亂的波動性變化可從低警覺性（如嗜睡）到高警覺性（躁動），甚至表現出攻擊性行為[2]。
譫妄的發生不僅會影響軀體/認知功能的康復，延長住院時間，增加住院死亡率，而且耗費過多醫療成本和資源，加重了患者的經濟負擔[3]。目前關于譫妄病理生理機制的基礎研究較少，且尚未研究透徹[4]。最主要的挑戰在于譫妄癥狀的波動性和研究人群的異質性。導致譫妄發生的外在誘發因素較多（如感染、炎癥、疾病、藥物等），在這些因素作用下，通過多條途徑導致關鍵中樞神經遞質紊亂是其發生的根本機制（見圖 1）。譫妄生物標志物的研究有助于闡明其病理生理機制途徑，并對譫妄的診斷、嚴重程度分級及遠期結局預測非常重要。此外，比較分析譫妄和癡呆的生物標志物可更好地理解二者的關系，且有助于分析譫妄對于遠期認知功能的影響。本綜述將對譫妄相關的血清生物標志物研究進展進行回顧，探討譫妄發生可能的病理生理機制，為今后研究譫妄的特異性生物標志物提供參考。
圖1
譫妄的病理生理機制 IL-1β：白細胞介素 1β；IL-2：白細胞介素 2；IL-6：白細胞介素 6；IL-8：白細胞介素 8；IL-10：白細胞介素 10；CRP：C-反應蛋白；TNF-α：腫瘤壞死因子 α；Apo-E：載脂蛋白 E；SAA：血清抗膽堿能活性；CSF AA：腦脊液抗膽堿能活性；IGF-1：胰島素樣生長因子-1；5-HT：5-羥色胺；NSE：神經元特異性烯醇酶；BBB：血腦屏障
Figure1.
Pathophysiology of delirium IL-1β: interleukin 1β; IL-2: interleukin 2; IL-6: interleukin 6; IL-8: interleukin 8; IL-10: interleukin 10; CRP: C-reactive protein; TNF-α: tumor necrosis factor α; Apo-E: apolipoprotein E; SAA: serum anticholinergic activity; CSF AA: cerebrospinal fluid anticholinergic activity; IGF-1: insulin-like growth factor-1; 5-HT: serotonin; NSE: neuron specific enolase; BBB: blood brain barrier
雖然已有關于譫妄的非藥物干預研究證明多學科綜合干預可一定程度上降低譫妄發生率，但對于減輕譫妄嚴重程度卻無明顯效果。本研究就譫妄相關的生物標志物研究進展進行回顧，探討譫妄發生可能的病理生理機制，為今后譫妄的精準干預提供生物學基礎。譫妄的血清生物標志物大致可分為三類：① 風險標志物：譫妄發作前在血清中出現或增高表達；② 譫妄活性標志物：譫妄發生時增高表達，恢復時表達水平降低；③ 譫妄終產物：根據譫妄的嚴重程度或結局呈比例升高，可預示譫妄帶來的損傷嚴重程度。
1 譫妄風險標志物
1.1 血清化學物
研究發現，內科住院患者的研究中發現血尿素氮/肌酐比值（blood urine nitrogen/creatinine，BUN/Cr）>18 是導致譫妄發生的獨立危險因素。評估 BUN/Cr 可預測脫水、充血性心力衰竭及其他導致譫妄發生的易感因素。另外，術前血清學指標如電解質、血糖、腎功能異常是引起譫妄發生的危險因素，也可作為術后譫妄發生的獨立危險因素[5]。
IGF-1 促進神經元發育、存活、增殖，并可增強中樞神經系統中突觸的傳遞[6]。IGF-1 低水平表達與譫妄發生有相關性[7]。一項研究基于 IGF-1 對老年消化道腫瘤患者開腹手術后譫妄的發生進行預測，證明了術前 IGF-1 低水平表達可能是預測術后譫妄發生的潛在生物標志物[8]。其原因可能為 IGF-1 具有神經保護作用，IGF-1 表達水平較低的患者可能對物理或化學損傷引起的細胞毒性細胞因子反應缺乏先天免疫反應，增強了譫妄發生的易感性。但也有研究持不同結論。Chu 等[9]研究中國老年患者術前 IGF-1 水平與術后譫妄的關系，未發現兩者有相關性。這些研究結果的不一致，可能與研究人群、環境不同，評價方法不一有關，提示有必要進一步驗證 IGF-1 對譫妄發生的預測作用，并可嘗試探討 IGF-1 靶向干預譫妄的效果。
1.2 基因標志物
譫妄和癡呆之間存在密切的關系，比較分析譫妄和癡呆的生物學標志物可更好地理解二者的關系，有助于分析譫妄對遠期認知功能的影響。因此，預測癡呆的基因風險標志物也可能作為譫妄發生的基因標志物。
Apo-E 是一種生物蛋白，在損傷發生時或發生后可通過活化膽固醇起到修復和再生髓磷脂和神經細胞膜的作用。近年來研究發現 Apo-E 與譫妄具有相關性。一項研究分析了 704 例患者的 DNA，經校正年齡、認知功能障礙和軀體功能受限后，發現攜帶 Apo-E4 等位基因者發生譫妄的風險增高[10]。此外，Apo-E4 與譫妄持續時間也有相關性，在認知功能受損的人群中，Apo-E4 等位基因攜帶者其發生譫妄的中位持續時間較未具有該基因者譫妄持續中位時間更長[11]。
除了 Apo-E4 外，個別研究指出多巴胺轉運蛋白基因與酒精戒斷震顫性譫妄相關[12]，但該基因尚未在內、外科譫妄發生者中檢測過。鑒于中樞神經系統內乙酰膽堿和多巴胺之間的相互作用關系，以及抗多巴胺藥物治療譫妄躁動的有效性，該等位基因值得深入研究。
2 譫妄活性標志物
2.1 乙酰膽堿和抗膽堿能活性
目前關于譫妄發生最廣泛的一個假設機制即是膽堿能衰竭。早期專家認為 SAA 和 CSF AA 與譫妄發生密切相關，提示抗膽堿能活性可作為譫妄發生的生物標志物。但近年來兩項研究提出了不同的看法。van Munster 等[13]分析髖關節骨折術后老年患者譫妄的發生與 SAA 的關系，發現譫妄發生者其 SAA 水平顯著增高，但由于 IL-6、皮質醇等混雜因素的影響，SAA 與譫妄的獨立相關性有待進一步驗證。Watne 等[14]首次采用隊列研究同時分析髖關節骨折患者 SAA 與 CSF AA 在譫妄發生中的作用機制，結果顯示無論是外周抗膽堿能活性（SAA）還是中樞抗膽堿能活性（CSF AA）均未發現與譫妄發生的相關性。該研究另一結果提示外周抗膽堿能活性可間接反映中樞抗膽堿能活性。
2.2 5-羥色胺、血清氨基酸、褪黑素
第二個譫妄相關的潛在機制即是 5-羥色胺能系統失衡。Qiu 等[15]用動物研究發現譫妄大鼠大腦中 5-HT 和多巴胺濃度增加，且用選擇性 5-HT 阻滯劑可逆轉譫妄癥狀。但 Tomasi 等[16]在 ICU 譫妄人群中的研究并不支持該結果，即血清 5-HT 水平與譫妄或急性腦功能障礙無相關性。此外，中樞神經系統 5-HT 水平依賴于色氨酸，色氨酸與大的中性氨基酸競爭（如苯丙氨酸），用于穿透血腦屏障。相應地，血清中苯丙氨酸水平增高（通常見于術后或創傷后分解代謝狀態），血清色氨酸水平降低及色氨酸與苯丙氨酸比值降低與譫妄發生具有相關性[17]。此類研究大多為小樣本的橫斷面研究，僅有個別縱向研究關注譫妄緩解后的血清氨基酸水平，但未得出明確結論。由此可見，研究血清氨基酸作為譫妄的生物標志物具有一定挑戰：首先其波動較大，依賴于飲食中的蛋白種類；其次氨基酸的測試較為昂貴，需要特殊的血清處理技術以保證氨基酸的穩定性。然而，氨基酸有望成為糾正譫妄的潛在靶點之一，今后可深入研究以氨基酸為靶點，通過 5-羥色胺能機制途徑如何預防或逆轉譫妄的發生。
此外，褪黑素是一個能影響 5-羥色胺能系統的相關生物標志物，它由松果體分泌，對睡眠-覺醒調節具有重要作用。褪黑素在睡眠-覺醒周期紊亂與譫妄發生之間具有一定中介作用，但目前相關研究不多。一項關于尿液中褪黑素代謝產物的小樣本研究發現，未發生譫妄者褪黑素代謝物水平正常，而活動減少型譫妄其代謝物水平較高，活動增多型譫妄其代謝物水平較低[18]。由于褪黑素水平可被調節，除作為預測譫妄發生的生物標志物外，還可考慮作為譫妄預防的調控靶點。
2.3 炎癥標志物
老年人大多數疾病病程中會伴有炎癥反應，如心血管事件、衰弱、阿爾茨海默病，且譫妄大多發生在伴隨全身炎癥反應較重的疾病狀態，如膿毒癥、腫瘤、手術后等。炎癥可導致血腦屏障的損害，且減少膽堿能傳遞。因此，炎癥標志物或細胞因子是譫妄重要的生物標志物。在譫妄中研究較多的炎癥標志物包括白細胞介素（interleukin，IL）、CRP 和 TNF-α 等。
前期研究指出無論內科住院還是外科手術患者，譫妄發生者可檢測到一種或多種炎癥標志物升高。de Rooij 等[19]研究結果指出，IL-6>10 pg/mL、IL-8>20 pg/mL 者其譫妄發生率顯著高于低于此界值者，即 IL-6 和 IL-8 高水平表達與譫妄發生具有正相關關系。van den Boogaard 等[20]在 100 例 ICU 患者中研究導致譫妄不同途徑的生物標志物，多元 Logistic 回歸分析得出炎癥組譫妄發生與 IL-8 水平具有獨立相關性；非炎癥組譫妄發生與 IL-10（OR 2.6；95% CI 1.1～5.9）、ratio Ab1-42/40（OR 0.03；95% CI 0.002～0.50）分別具有相關性。
雖然譫妄是由外周創傷、手術、炎癥反應間接導致中樞神經系統功能紊亂而出現的異常癥狀，但聯接“外周與中樞”的中介機制途徑目前尚未研究透徹。Cape 等[21]嘗試分析急性髖關節骨折患者腦脊液中的神經炎癥標志物，發現術后譫妄發生者腦脊液 IL-1β 水平、腦脊液與血清 IL-1β 比值顯著高于未發生譫妄者，提示腦脊液 IL-1β 可作為監測譫妄的早期敏感因子。Ritter 等[22]研究 ICU 患者譫妄的炎癥標志物也得出 ICU 譫妄發生者其 IL-1β 水平顯著增高，可溶性腫瘤壞死因子受體 1 和受體 2 與譫妄發生相關。
隨著免疫系統和中樞神經系統的相互作用成為研究的熱點，IL-2 作為 T 細胞活化最重要的細胞因子，在免疫調節中發揮著核心作用。近年來 IL-2 被認為是與譫妄發生關系密切的一個重要細胞因子。其相關機制在于 IL-2 可選擇性阻斷海馬和額葉皮層中乙酰膽堿的釋放，增加海馬去甲腎上腺素代謝率與前額皮質多巴胺代謝率。Baranyi 等[23]研究了 34 例接受擇期心臟體外循環手術的患者其術后可溶性 IL-2 受體（sIL-2R）對譫妄發生的影響，發現術后 24 小時持續譫妄者其 sIL-2R 水平顯著高于未發生譫妄者，提示 sIL-2R 可作為篩查術后譫妄發生風險的重要標志物。
CRP 是一種急性期蛋白，可破壞血腦屏障，增加中樞細胞因子和小膠質細胞活性，從而導致神經炎癥反應。臨床上廣泛用于感染、炎癥和組織損傷的標志物。理論上推測，膽堿能和多巴胺能神經失調導致的臨床癥狀是譫妄發生的上游因子，CRP 可能是譫妄發生的下游因子。Ritchie 等[24]分析了 710 例內科住院患者數據資料，得出譫妄發生者其 CRP 水平顯著增高，但譫妄嚴重程度與 CRP 水平未見相關性。該研究是第一個用大樣本數據資料提出 CRP 在譫妄病理機制中的核心作用。Zhang 等[25]研究 CRP 水平與 ICU 譫妄發生的相關性，在校正年齡、性別、疾病嚴重程度等混雜變量后得出入住 ICU 時的 CRP 水平是譫妄發生的獨立預測因子。以上研究結果的差異可能與研究人群背景不同、資料收集和分析方法缺乏一致性有關。事實上，譫妄發生的炎癥機制較復雜，CRP 僅能反映其中的某個方面，且不一定是與譫妄發生最相關的炎癥因子。綜合分析 IL-1、CRP、TNF-α 等分子網絡對譫妄發生的預測或影響可能是譫妄機制研究的重要方向。
2.4 慢性應激：兒茶酚胺和皮質醇
慢性應激導致交感神經系統興奮，反過來激活下丘腦垂體軸，引起血清皮質醇升高。在酒精戒斷性譫妄中可檢測到血、尿兒茶酚胺，ICU 譫妄發生者其皮質醇水平顯著高于譫妄未發生者。少數小樣本研究分別探討了內科和外科術后患者譫妄發生與血清皮質醇水平的關系，但研究結果存在爭議。個別研究報告指出，可采用地塞米松抑制試驗以預測手術患者術后譫妄的發生風險，抑制失敗或效果不顯著者則可能預示譫妄發生風險較高。此外，中風患者注意力集中困難與皮質醇分泌增多有關，而注意力集中困難是臨床譫妄診斷的核心特征，說明皮質醇水平可在一定程度上預測譫妄的發生。
2.5 新喋呤
新喋呤（neopterin，Np）是人體內三磷酸鳥苷的代謝產物，是單核-巨噬細胞經激活的T細胞釋放的 γ-干擾素（interferon-γ，IFN-γ）刺激而產生的一種低分子嘧啶化合物，是反映“淋巴細胞-巨噬細胞軸”所介導的細胞免疫狀態的標志物。Np 早期多用于神經退行性疾病的研究，如阿爾茨海默病、亨廷頓病。近年來譫妄研究領域開始關注 Np 在譫妄機制中的作用。Osse 等[26]研究得出老年患者心臟手術前其血漿 Np 濃度增高可預測術后譫妄的發生風險。Egberts 等[27]研究老年內科住院患者譫妄發生的生物標志物，明確指出譫妄發生者其 Np 平均水平顯著高于非譫妄者；作者認為譫妄的發生可能與 Np 間接誘導腦細胞凋亡有關。
3 譫妄終產物
雖然譫妄發生可能導致的后遺癥仍不確定，但少數研究已指出譫妄可直接導致神經元損傷。由此可見，反映神經元損傷或死亡的血清生物學指標可能也適用于預測譫妄發作、持續或譫妄導致的認知后遺癥。這類指標包括 S-100?、NSE 及神經 tau 蛋白。目前，這些蛋白主要用于直接的神經損傷研究（如中風和頭部外傷），可反映持續性損傷的程度。僅少數研究者分析了這些蛋白在譫妄發生機制中的作用，但尚無定論。可以確定的是，這類神經元損傷標志物有助于預測譫妄對遠期癡呆的發生風險。
3.1 S-100?
S-100? 是一種可作為直接監測創傷性腦損傷和腦血管意外事件的生物標志物，可在脊髓麻醉誘導時采集腦脊液標本進行檢測分析。輕、中、重度創傷性腦損傷者其血漿 S-100? 顯著增高[28]；S-100? 有望成為預測術后認知功能下降或譫妄發生嚴重程度的生物標志物[29]。星形膠質細胞主要表達 S-100?，因此譫妄發生時 S-100? 水平增高可間接反映膠質細胞的損傷。一項關于老年患者髖關節骨折的譫妄研究中證明了 S-100? 與譫妄發生具有相關性[30]；在校正基線認知功能障礙等混雜因素后，仍顯示 S-100? 高水平表達與譫妄發生相關。
3.2 NSE
NSE 是一種存在于神經元的酶，其釋放可提示直接的神經元損傷。目前探索 NSE 作為譫妄生物標志物的相關研究較少，NSE 表達水平與譫妄發生的關系尚無定論。
3.3 tau 蛋白
tau 蛋白作為一個促使微管裝配的微管相關蛋白，主要分布在神經元軸突中。它是組成阿爾茨海默病的神經原纖維纏結的雙螺旋細絲的主要成分，是阿爾茨海默病研究的熱點[31-32]。此外，近年來的研究也指出 tau 蛋白可作為預測創傷性腦損傷嚴重程度及預后的生物標志物[33]。鑒于 tau 蛋白在神經元急慢性損傷機制中的作用，未來有望探討其在譫妄發生機制中的潛在作用。
4 基因表達檢測
上述這些生物標志物的檢測均是基于譫妄某種特定的病理生理機制假說。一些研究者提出，可在不假設任何病理生理機制的條件下對非特異性基因表達進行分析。雖然這種方法僅屬于探索性研究，但已經得到分子生物學界的高度認可。基因微陣列分析是一種可同時檢測成千上萬個基因的技術。通過比較譫妄發生者與非發生者之間的基因微陣列，檢測在譫妄發作當時是否存在某些特定的基因明顯地“開啟或關閉”，這可能是譫妄相關的特異基因；但要注意區別疾病本身可能引起的某些基因表達的變化。此外，還可嘗試蛋白組學分析，比如檢測譫妄患者某些特殊的高表達或低表達的基因或蛋白。目前這類研究尚處于起步階段，尚無譫妄相關的特異基因報道。
5 總結
譫妄血清生物標志物的研究一方面有助于理解譫妄發生的病理生理機制，并可作為預測譫妄發生及評估其嚴重性的生物指標；另一方面也有益于譫妄防治藥物的精準研發。本綜述通過回顧近年來譫妄相關生物標志物的研究，得出 Apo-E4 等位基因是導致譫妄發生和延長譫妄持續時間的一個危險因素；IL-6、IL-8、IL-1β、IL-2、CRP 等炎癥因子高水平表達，以及 IGF-1 低水平表達可預測譫妄的發生；SAA 可在一定程度上反映中樞抗膽堿能活性，在人群研究中無法獲取 CSF AA 時可考慮用 SAA 替代；S-100? 與術后譫妄獨立相關，今后可進一步探索 S-100?、tau 蛋白在譫妄發生機制中的作用。
盡管譫妄血清生物標志物的研究已有所發現，但仍面臨一些問題與挑戰。首先，譫妄不具備病理學診斷的金標準，主要依靠臨床癥狀，具有一定的主觀性。其次，譫妄往往呈現動態波動過程，很難明確其發作開始時間和終止時間。這就為生物標志物的檢測時間提出了挑戰。再次，譫妄是一種中樞神經系統的紊亂過程，血腦屏障可有效隔離中樞神經系統與外周血流。也有研究認為，譫妄可能是藥物和其他病理過程（感染、代謝紊亂）跨越了血腦屏障，導致中樞神經系統紊亂的表現[13]；另一種概念則提出譫妄可能意味著血腦屏障的癱瘓狀態[20]。因而血清生物標志物是否可預測中樞神經系統紊亂的病理過程受到爭議。
此外，從研究設計來看，目前關于譫妄生物標志物的研究大多為小樣本的橫斷面研究，缺乏患者基線特征數據，譫妄發生誘導因素的異質性較大，較難分析對譫妄發生影響較大的特異性生物標志物。因為這些標志物的出現或變化也可能與患者基礎疾病情況（如疾病本身性質、嚴重性、共存疾病和用藥等）相關。今后可考慮進一步開展前瞻性大樣本的隊列研究，分別在譫妄發生前、發生時及結束后連續監測相關的生物標志物水平的變化，將更有利于深入探討譫妄的發生機制，尋找獨立、敏感的譫妄生物標志物。
引言
譫妄（delirium）源于拉丁語“delirare”，英文意思為“to be out of one’s furrow”[1]，含義為大腦皮質功能障礙而發生的急性認知功能紊亂，主要影響注意力和集中力（attention and concentration）。簡單來說，譫妄是一種認知、覺醒、注意力的紊亂；這種認知紊亂的波動性變化可從低警覺性（如嗜睡）到高警覺性（躁動），甚至表現出攻擊性行為[2]。
譫妄的發生不僅會影響軀體/認知功能的康復，延長住院時間，增加住院死亡率，而且耗費過多醫療成本和資源，加重了患者的經濟負擔[3]。目前關于譫妄病理生理機制的基礎研究較少，且尚未研究透徹[4]。最主要的挑戰在于譫妄癥狀的波動性和研究人群的異質性。導致譫妄發生的外在誘發因素較多（如感染、炎癥、疾病、藥物等），在這些因素作用下，通過多條途徑導致關鍵中樞神經遞質紊亂是其發生的根本機制（見圖 1）。譫妄生物標志物的研究有助于闡明其病理生理機制途徑，并對譫妄的診斷、嚴重程度分級及遠期結局預測非常重要。此外，比較分析譫妄和癡呆的生物標志物可更好地理解二者的關系，且有助于分析譫妄對于遠期認知功能的影響。本綜述將對譫妄相關的血清生物標志物研究進展進行回顧，探討譫妄發生可能的病理生理機制，為今后研究譫妄的特異性生物標志物提供參考。
圖1
譫妄的病理生理機制 IL-1β：白細胞介素 1β；IL-2：白細胞介素 2；IL-6：白細胞介素 6；IL-8：白細胞介素 8；IL-10：白細胞介素 10；CRP：C-反應蛋白；TNF-α：腫瘤壞死因子 α；Apo-E：載脂蛋白 E；SAA：血清抗膽堿能活性；CSF AA：腦脊液抗膽堿能活性；IGF-1：胰島素樣生長因子-1；5-HT：5-羥色胺；NSE：神經元特異性烯醇酶；BBB：血腦屏障
Figure1.
Pathophysiology of delirium IL-1β: interleukin 1β; IL-2: interleukin 2; IL-6: interleukin 6; IL-8: interleukin 8; IL-10: interleukin 10; CRP: C-reactive protein; TNF-α: tumor necrosis factor α; Apo-E: apolipoprotein E; SAA: serum anticholinergic activity; CSF AA: cerebrospinal fluid anticholinergic activity; IGF-1: insulin-like growth factor-1; 5-HT: serotonin; NSE: neuron specific enolase; BBB: blood brain barrier
雖然已有關于譫妄的非藥物干預研究證明多學科綜合干預可一定程度上降低譫妄發生率，但對于減輕譫妄嚴重程度卻無明顯效果。本研究就譫妄相關的生物標志物研究進展進行回顧，探討譫妄發生可能的病理生理機制，為今后譫妄的精準干預提供生物學基礎。譫妄的血清生物標志物大致可分為三類：① 風險標志物：譫妄發作前在血清中出現或增高表達；② 譫妄活性標志物：譫妄發生時增高表達，恢復時表達水平降低；③ 譫妄終產物：根據譫妄的嚴重程度或結局呈比例升高，可預示譫妄帶來的損傷嚴重程度。
1 譫妄風險標志物
1.1 血清化學物
研究發現，內科住院患者的研究中發現血尿素氮/肌酐比值（blood urine nitrogen/creatinine，BUN/Cr）>18 是導致譫妄發生的獨立危險因素。評估 BUN/Cr 可預測脫水、充血性心力衰竭及其他導致譫妄發生的易感因素。另外，術前血清學指標如電解質、血糖、腎功能異常是引起譫妄發生的危險因素，也可作為術后譫妄發生的獨立危險因素[5]。
IGF-1 促進神經元發育、存活、增殖，并可增強中樞神經系統中突觸的傳遞[6]。IGF-1 低水平表達與譫妄發生有相關性[7]。一項研究基于 IGF-1 對老年消化道腫瘤患者開腹手術后譫妄的發生進行預測，證明了術前 IGF-1 低水平表達可能是預測術后譫妄發生的潛在生物標志物[8]。其原因可能為 IGF-1 具有神經保護作用，IGF-1 表達水平較低的患者可能對物理或化學損傷引起的細胞毒性細胞因子反應缺乏先天免疫反應，增強了譫妄發生的易感性。但也有研究持不同結論。Chu 等[9]研究中國老年患者術前 IGF-1 水平與術后譫妄的關系，未發現兩者有相關性。這些研究結果的不一致，可能與研究人群、環境不同，評價方法不一有關，提示有必要進一步驗證 IGF-1 對譫妄發生的預測作用，并可嘗試探討 IGF-1 靶向干預譫妄的效果。
1.2 基因標志物
譫妄和癡呆之間存在密切的關系，比較分析譫妄和癡呆的生物學標志物可更好地理解二者的關系，有助于分析譫妄對遠期認知功能的影響。因此，預測癡呆的基因風險標志物也可能作為譫妄發生的基因標志物。
Apo-E 是一種生物蛋白，在損傷發生時或發生后可通過活化膽固醇起到修復和再生髓磷脂和神經細胞膜的作用。近年來研究發現 Apo-E 與譫妄具有相關性。一項研究分析了 704 例患者的 DNA，經校正年齡、認知功能障礙和軀體功能受限后，發現攜帶 Apo-E4 等位基因者發生譫妄的風險增高[10]。此外，Apo-E4 與譫妄持續時間也有相關性，在認知功能受損的人群中，Apo-E4 等位基因攜帶者其發生譫妄的中位持續時間較未具有該基因者譫妄持續中位時間更長[11]。
除了 Apo-E4 外，個別研究指出多巴胺轉運蛋白基因與酒精戒斷震顫性譫妄相關[12]，但該基因尚未在內、外科譫妄發生者中檢測過。鑒于中樞神經系統內乙酰膽堿和多巴胺之間的相互作用關系，以及抗多巴胺藥物治療譫妄躁動的有效性，該等位基因值得深入研究。
2 譫妄活性標志物
2.1 乙酰膽堿和抗膽堿能活性
目前關于譫妄發生最廣泛的一個假設機制即是膽堿能衰竭。早期專家認為 SAA 和 CSF AA 與譫妄發生密切相關，提示抗膽堿能活性可作為譫妄發生的生物標志物。但近年來兩項研究提出了不同的看法。van Munster 等[13]分析髖關節骨折術后老年患者譫妄的發生與 SAA 的關系，發現譫妄發生者其 SAA 水平顯著增高，但由于 IL-6、皮質醇等混雜因素的影響，SAA 與譫妄的獨立相關性有待進一步驗證。Watne 等[14]首次采用隊列研究同時分析髖關節骨折患者 SAA 與 CSF AA 在譫妄發生中的作用機制，結果顯示無論是外周抗膽堿能活性（SAA）還是中樞抗膽堿能活性（CSF AA）均未發現與譫妄發生的相關性。該研究另一結果提示外周抗膽堿能活性可間接反映中樞抗膽堿能活性。
2.2 5-羥色胺、血清氨基酸、褪黑素
第二個譫妄相關的潛在機制即是 5-羥色胺能系統失衡。Qiu 等[15]用動物研究發現譫妄大鼠大腦中 5-HT 和多巴胺濃度增加，且用選擇性 5-HT 阻滯劑可逆轉譫妄癥狀。但 Tomasi 等[16]在 ICU 譫妄人群中的研究并不支持該結果，即血清 5-HT 水平與譫妄或急性腦功能障礙無相關性。此外，中樞神經系統 5-HT 水平依賴于色氨酸，色氨酸與大的中性氨基酸競爭（如苯丙氨酸），用于穿透血腦屏障。相應地，血清中苯丙氨酸水平增高（通常見于術后或創傷后分解代謝狀態），血清色氨酸水平降低及色氨酸與苯丙氨酸比值降低與譫妄發生具有相關性[17]。此類研究大多為小樣本的橫斷面研究，僅有個別縱向研究關注譫妄緩解后的血清氨基酸水平，但未得出明確結論。由此可見，研究血清氨基酸作為譫妄的生物標志物具有一定挑戰：首先其波動較大，依賴于飲食中的蛋白種類；其次氨基酸的測試較為昂貴，需要特殊的血清處理技術以保證氨基酸的穩定性。然而，氨基酸有望成為糾正譫妄的潛在靶點之一，今后可深入研究以氨基酸為靶點，通過 5-羥色胺能機制途徑如何預防或逆轉譫妄的發生。
此外，褪黑素是一個能影響 5-羥色胺能系統的相關生物標志物，它由松果體分泌，對睡眠-覺醒調節具有重要作用。褪黑素在睡眠-覺醒周期紊亂與譫妄發生之間具有一定中介作用，但目前相關研究不多。一項關于尿液中褪黑素代謝產物的小樣本研究發現，未發生譫妄者褪黑素代謝物水平正常，而活動減少型譫妄其代謝物水平較高，活動增多型譫妄其代謝物水平較低[18]。由于褪黑素水平可被調節，除作為預測譫妄發生的生物標志物外，還可考慮作為譫妄預防的調控靶點。
2.3 炎癥標志物
老年人大多數疾病病程中會伴有炎癥反應，如心血管事件、衰弱、阿爾茨海默病，且譫妄大多發生在伴隨全身炎癥反應較重的疾病狀態，如膿毒癥、腫瘤、手術后等。炎癥可導致血腦屏障的損害，且減少膽堿能傳遞。因此，炎癥標志物或細胞因子是譫妄重要的生物標志物。在譫妄中研究較多的炎癥標志物包括白細胞介素（interleukin，IL）、CRP 和 TNF-α 等。
前期研究指出無論內科住院還是外科手術患者，譫妄發生者可檢測到一種或多種炎癥標志物升高。de Rooij 等[19]研究結果指出，IL-6>10 pg/mL、IL-8>20 pg/mL 者其譫妄發生率顯著高于低于此界值者，即 IL-6 和 IL-8 高水平表達與譫妄發生具有正相關關系。van den Boogaard 等[20]在 100 例 ICU 患者中研究導致譫妄不同途徑的生物標志物，多元 Logistic 回歸分析得出炎癥組譫妄發生與 IL-8 水平具有獨立相關性；非炎癥組譫妄發生與 IL-10（OR 2.6；95% CI 1.1～5.9）、ratio Ab1-42/40（OR 0.03；95% CI 0.002～0.50）分別具有相關性。
雖然譫妄是由外周創傷、手術、炎癥反應間接導致中樞神經系統功能紊亂而出現的異常癥狀，但聯接“外周與中樞”的中介機制途徑目前尚未研究透徹。Cape 等[21]嘗試分析急性髖關節骨折患者腦脊液中的神經炎癥標志物，發現術后譫妄發生者腦脊液 IL-1β 水平、腦脊液與血清 IL-1β 比值顯著高于未發生譫妄者，提示腦脊液 IL-1β 可作為監測譫妄的早期敏感因子。Ritter 等[22]研究 ICU 患者譫妄的炎癥標志物也得出 ICU 譫妄發生者其 IL-1β 水平顯著增高，可溶性腫瘤壞死因子受體 1 和受體 2 與譫妄發生相關。
隨著免疫系統和中樞神經系統的相互作用成為研究的熱點，IL-2 作為 T 細胞活化最重要的細胞因子，在免疫調節中發揮著核心作用。近年來 IL-2 被認為是與譫妄發生關系密切的一個重要細胞因子。其相關機制在于 IL-2 可選擇性阻斷海馬和額葉皮層中乙酰膽堿的釋放，增加海馬去甲腎上腺素代謝率與前額皮質多巴胺代謝率。Baranyi 等[23]研究了 34 例接受擇期心臟體外循環手術的患者其術后可溶性 IL-2 受體（sIL-2R）對譫妄發生的影響，發現術后 24 小時持續譫妄者其 sIL-2R 水平顯著高于未發生譫妄者，提示 sIL-2R 可作為篩查術后譫妄發生風險的重要標志物。
CRP 是一種急性期蛋白，可破壞血腦屏障，增加中樞細胞因子和小膠質細胞活性，從而導致神經炎癥反應。臨床上廣泛用于感染、炎癥和組織損傷的標志物。理論上推測，膽堿能和多巴胺能神經失調導致的臨床癥狀是譫妄發生的上游因子，CRP 可能是譫妄發生的下游因子。Ritchie 等[24]分析了 710 例內科住院患者數據資料，得出譫妄發生者其 CRP 水平顯著增高，但譫妄嚴重程度與 CRP 水平未見相關性。該研究是第一個用大樣本數據資料提出 CRP 在譫妄病理機制中的核心作用。Zhang 等[25]研究 CRP 水平與 ICU 譫妄發生的相關性，在校正年齡、性別、疾病嚴重程度等混雜變量后得出入住 ICU 時的 CRP 水平是譫妄發生的獨立預測因子。以上研究結果的差異可能與研究人群背景不同、資料收集和分析方法缺乏一致性有關。事實上，譫妄發生的炎癥機制較復雜，CRP 僅能反映其中的某個方面，且不一定是與譫妄發生最相關的炎癥因子。綜合分析 IL-1、CRP、TNF-α 等分子網絡對譫妄發生的預測或影響可能是譫妄機制研究的重要方向。
2.4 慢性應激：兒茶酚胺和皮質醇
慢性應激導致交感神經系統興奮，反過來激活下丘腦垂體軸，引起血清皮質醇升高。在酒精戒斷性譫妄中可檢測到血、尿兒茶酚胺，ICU 譫妄發生者其皮質醇水平顯著高于譫妄未發生者。少數小樣本研究分別探討了內科和外科術后患者譫妄發生與血清皮質醇水平的關系，但研究結果存在爭議。個別研究報告指出，可采用地塞米松抑制試驗以預測手術患者術后譫妄的發生風險，抑制失敗或效果不顯著者則可能預示譫妄發生風險較高。此外，中風患者注意力集中困難與皮質醇分泌增多有關，而注意力集中困難是臨床譫妄診斷的核心特征，說明皮質醇水平可在一定程度上預測譫妄的發生。
2.5 新喋呤
新喋呤（neopterin，Np）是人體內三磷酸鳥苷的代謝產物，是單核-巨噬細胞經激活的T細胞釋放的 γ-干擾素（interferon-γ，IFN-γ）刺激而產生的一種低分子嘧啶化合物，是反映“淋巴細胞-巨噬細胞軸”所介導的細胞免疫狀態的標志物。Np 早期多用于神經退行性疾病的研究，如阿爾茨海默病、亨廷頓病。近年來譫妄研究領域開始關注 Np 在譫妄機制中的作用。Osse 等[26]研究得出老年患者心臟手術前其血漿 Np 濃度增高可預測術后譫妄的發生風險。Egberts 等[27]研究老年內科住院患者譫妄發生的生物標志物，明確指出譫妄發生者其 Np 平均水平顯著高于非譫妄者；作者認為譫妄的發生可能與 Np 間接誘導腦細胞凋亡有關。
3 譫妄終產物
雖然譫妄發生可能導致的后遺癥仍不確定，但少數研究已指出譫妄可直接導致神經元損傷。由此可見，反映神經元損傷或死亡的血清生物學指標可能也適用于預測譫妄發作、持續或譫妄導致的認知后遺癥。這類指標包括 S-100?、NSE 及神經 tau 蛋白。目前，這些蛋白主要用于直接的神經損傷研究（如中風和頭部外傷），可反映持續性損傷的程度。僅少數研究者分析了這些蛋白在譫妄發生機制中的作用，但尚無定論。可以確定的是，這類神經元損傷標志物有助于預測譫妄對遠期癡呆的發生風險。
3.1 S-100?
S-100? 是一種可作為直接監測創傷性腦損傷和腦血管意外事件的生物標志物，可在脊髓麻醉誘導時采集腦脊液標本進行檢測分析。輕、中、重度創傷性腦損傷者其血漿 S-100? 顯著增高[28]；S-100? 有望成為預測術后認知功能下降或譫妄發生嚴重程度的生物標志物[29]。星形膠質細胞主要表達 S-100?，因此譫妄發生時 S-100? 水平增高可間接反映膠質細胞的損傷。一項關于老年患者髖關節骨折的譫妄研究中證明了 S-100? 與譫妄發生具有相關性[30]；在校正基線認知功能障礙等混雜因素后，仍顯示 S-100? 高水平表達與譫妄發生相關。
3.2 NSE
NSE 是一種存在于神經元的酶，其釋放可提示直接的神經元損傷。目前探索 NSE 作為譫妄生物標志物的相關研究較少，NSE 表達水平與譫妄發生的關系尚無定論。
3.3 tau 蛋白
tau 蛋白作為一個促使微管裝配的微管相關蛋白，主要分布在神經元軸突中。它是組成阿爾茨海默病的神經原纖維纏結的雙螺旋細絲的主要成分，是阿爾茨海默病研究的熱點[31-32]。此外，近年來的研究也指出 tau 蛋白可作為預測創傷性腦損傷嚴重程度及預后的生物標志物[33]。鑒于 tau 蛋白在神經元急慢性損傷機制中的作用，未來有望探討其在譫妄發生機制中的潛在作用。
4 基因表達檢測
上述這些生物標志物的檢測均是基于譫妄某種特定的病理生理機制假說。一些研究者提出，可在不假設任何病理生理機制的條件下對非特異性基因表達進行分析。雖然這種方法僅屬于探索性研究，但已經得到分子生物學界的高度認可。基因微陣列分析是一種可同時檢測成千上萬個基因的技術。通過比較譫妄發生者與非發生者之間的基因微陣列，檢測在譫妄發作當時是否存在某些特定的基因明顯地“開啟或關閉”，這可能是譫妄相關的特異基因；但要注意區別疾病本身可能引起的某些基因表達的變化。此外，還可嘗試蛋白組學分析，比如檢測譫妄患者某些特殊的高表達或低表達的基因或蛋白。目前這類研究尚處于起步階段，尚無譫妄相關的特異基因報道。
5 總結
譫妄血清生物標志物的研究一方面有助于理解譫妄發生的病理生理機制，并可作為預測譫妄發生及評估其嚴重性的生物指標；另一方面也有益于譫妄防治藥物的精準研發。本綜述通過回顧近年來譫妄相關生物標志物的研究，得出 Apo-E4 等位基因是導致譫妄發生和延長譫妄持續時間的一個危險因素；IL-6、IL-8、IL-1β、IL-2、CRP 等炎癥因子高水平表達，以及 IGF-1 低水平表達可預測譫妄的發生；SAA 可在一定程度上反映中樞抗膽堿能活性，在人群研究中無法獲取 CSF AA 時可考慮用 SAA 替代；S-100? 與術后譫妄獨立相關，今后可進一步探索 S-100?、tau 蛋白在譫妄發生機制中的作用。
盡管譫妄血清生物標志物的研究已有所發現，但仍面臨一些問題與挑戰。首先，譫妄不具備病理學診斷的金標準，主要依靠臨床癥狀，具有一定的主觀性。其次，譫妄往往呈現動態波動過程，很難明確其發作開始時間和終止時間。這就為生物標志物的檢測時間提出了挑戰。再次，譫妄是一種中樞神經系統的紊亂過程，血腦屏障可有效隔離中樞神經系統與外周血流。也有研究認為，譫妄可能是藥物和其他病理過程（感染、代謝紊亂）跨越了血腦屏障，導致中樞神經系統紊亂的表現[13]；另一種概念則提出譫妄可能意味著血腦屏障的癱瘓狀態[20]。因而血清生物標志物是否可預測中樞神經系統紊亂的病理過程受到爭議。
此外，從研究設計來看，目前關于譫妄生物標志物的研究大多為小樣本的橫斷面研究，缺乏患者基線特征數據，譫妄發生誘導因素的異質性較大，較難分析對譫妄發生影響較大的特異性生物標志物。因為這些標志物的出現或變化也可能與患者基礎疾病情況（如疾病本身性質、嚴重性、共存疾病和用藥等）相關。今后可考慮進一步開展前瞻性大樣本的隊列研究，分別在譫妄發生前、發生時及結束后連續監測相關的生物標志物水平的變化，將更有利于深入探討譫妄的發生機制，尋找獨立、敏感的譫妄生物標志物。
