《Frontiers in Surgery》：Multimodal biomarker panel for early prediction of anastomotic leak after colorectal surgery: from inflammation to ischemia
吻合口漏（anastomotic leak）是结直肠手术后最严重的并发症之一，发病率范围为2%至19%，且与围手术期死亡率增加、住院时间延长及不良肿瘤学结局密切相关。传统临床诊断依赖于体征、症状及影像学检查，存在显著的时间延迟。近年来，研究人员从炎症反应（inflammatory response）、组织缺血（tissue ischemia）、微生物变化（microbial changes）及细胞外基质重塑（extracellular matrix remodeling）等多个角度探索了早期预警生物标志物，积累了丰富的研究数据。本文系统综述了血清炎症标志物（serum inflammatory markers）、腹膜引流液细胞因子（peritoneal drain fluid cytokines）、缺血代谢物（ischemic metabolites）、微生物组标志物（microbiome markers）及组织修复相关分子（tissue repair-related molecules）在预测吻合口漏中的应用现状，重点分析了各类生物标志物的诊断性能、最佳检测时间窗及临床可操作性。在此基础上，研究人员提出了整合“炎症-缺血-微生物组-组织修复”四个维度的多模态预测框架（multimodal prediction framework），并讨论了该框架向临床决策工具转化面临的挑战。机器学习算法（machine learning algorithms）在整合多源异质性数据方面展现出应用潜力，但外部验证不足仍是制约临床实施的主要瓶颈。未来研究方向应聚焦于大规模多中心前瞻性队列验证、标准化检测方案的确立以及可植入实时监测技术的发展。
1 引言
吻合口漏（anastomotic leak, AL）是结直肠手术后最具挑战性的并发症，发生率报道范围为2%-19%，在低位直肠吻合中可超过20%。AL的后果包括再次手术、腹腔内感染、脓毒症、住院时间延长以及围手术期死亡风险增加。此外，AL还与不良肿瘤学结局和术后生活质量受损相关。AL的早期诊断仍具挑战，传统评估依赖非特异性临床表现和影像学检查（如腹部CT），这些方法在确认可疑漏时有价值，但作为早期预测工具存在局限。这种被动诊断方法延误了最佳干预窗口。从病理生理学角度，AL的发生涉及多个相互关联的病理过程：血供不足导致局部缺血，缺血触发无氧代谢和组织损伤，损伤激活炎症级联反应，炎症环境进而影响组织修复和细菌定植。这些生物学机制叠加于患者和手术相关易感因素之上。现有研究呈现明显的碎片化特征，缺乏系统整合。本文旨在构建多模态生物标志物预测系统的整合框架，通过系统综述各类生物标志物的研究证据，分析其优势与局限，讨论如何将分散信息整合为可操作的临床工具，为未来研究提供方向性参考。
2 文献综述方法
2.1 文献检索策略
本综述为结构化叙事性综述，而非正式系统综述或荟萃分析。为提升透明度和符合当前高质量叙事综述的期望，进行了针对性文献检索。主要数据库为PubMed、Web of Science和Scopus。检索策略聚焦2000年1月至2026年1月发表的研究，使用关键词组合：“anastomotic leak”、“anastomotic leakage”、“colorectal surgery”、“rectal surgery”、“biomarker”、“C-reactive protein”、“procalcitonin”、“interleukin-6”、“drain fluid”、“peritoneal cytokine”、“matrix metalloproteinase”、“lactate”、“pH”、“intestinal fatty acid-binding protein”、“microbiome”、“indocyanine green”、“machine learning”。优先纳入系统综述、荟萃分析、随机对照试验、多中心前瞻性研究及具有明确临床相关性的代表性转化研究。通过筛选合格研究的参考文献列表确定额外出版物。未优先考虑关注非结直肠吻合口或方法学细节不足的研究。由于文献在终点、时间点和检测方法上高度异质，未尝试定量合成。
2.2 证据等级与解释方法
为避免将探索性研究与高水平证据置于同等解释层面，本综述根据研究设计和转化成熟度评估证据。荟萃分析、系统综述和随机对照试验被视为最高级别临床证据，但结果仍需结合结局异质性解释。前瞻性观察性研究为中等水平证据。回顾性队列、初步研究和单中心探索性分析因选择偏倚、过拟合和普适性有限等风险，更具谨慎地解释。本综述强调报告诊断性能的同时，也关注可重复性、外部验证、实际可及性和临床实施准备度。表1总结了代表性生物标志物领域的证据成熟度、关键局限和当前临床准备度。
3 吻合口愈合的病理生理学基础
3.1 正常愈合过程与失败机制
肠道吻合口愈合经历三个重叠阶段：炎症期（术后0-4天）、增殖期（术后3-14天）和重塑期（术后数周至数月）。炎症期以中性粒细胞和巨噬细胞浸润为特征，清除坏死组织并释放细胞因子。增殖期的核心事件是成纤维细胞活化和迁移，合成胶原形成肉芽组织。重塑期涉及胶原交联重组和组织强度恢复。AL本质上是愈合过程的失败。危险因素分为三类：技术因素（血供不足、吻合口张力）、患者因素（营养不良、糖尿病、免疫抑制、术前放化疗）和解剖因素（低位直肠吻合）。其中局部血供是最关键的决定因素。缺氧条件下成纤维细胞功能受损，胶原合成减少，吻合口机械强度无法建立。
3.2 低位吻合的特殊风险
低位直肠吻合的AL风险显著高于结肠吻合。一项纳入14项研究共4580例患者的荟萃分析显示，距肛缘≤5cm的肿瘤患者AL风险显著高于>5cm者。该现象涉及多种因素：低位吻合技术难度更大，远端直肠血供相对较弱（依赖直肠中动脉和直肠下动脉分支），术前新辅助放疗的组织损伤效应在低位更明显，低位吻合承受更大的机械应力。
3.3 新辅助治疗的影响
新辅助放化疗是局部晚期直肠癌的标准治疗方案，但其对吻合口愈合的不良影响已被广泛认识。放疗导致血管内皮损伤、组织纤维化和微循环障碍，而化疗抑制细胞增殖和胶原合成。在评估生物标志物预测价值时需考虑这一背景因素。
4 全身性炎症生物标志物
4.1 C反应蛋白
C反应蛋白（C-reactive protein, CRP）是目前临床用于AL早期监测最成熟的生物标志物。作为主要由白细胞介素-6（interleukin-6, IL-6）诱导的急性期反应物，CRP遵循可预测的术后轨迹：术后第1天上升，第2-3天达峰，随后在无并发症恢复中下降。发生AL的患者常偏离此模式，表现为持续升高或在预期峰值后再次上升。一项基于1832例结直肠手术患者的研究建立了CRP诊断模型：术后第4天CRP>135 mg/L预测AL的敏感度为68%，特异度为83%。该研究还强调CRP动态变化比单次值更具预测价值。CRP的主要局限是特异度不足，其他术后并发症（如肺部感染、伤口感染、静脉血栓）均可导致CRP升高，造成假阳性。此外，CRP的最优预测时间窗在术后第3天后，此时部分患者已出现临床症状。
4.2 降钙素原
降钙素原（procalcitonin, PCT）作为AL标志物的研究近年来受到关注。PCT是降钙素的前体肽，正常血清浓度极低（<0.1 ng/mL），在细菌感染期间由多种组织的神经内分泌细胞产生，使血清浓度急剧升高。与CRP相比，PCT对细菌感染具有更高特异度，对单纯组织损伤或病毒感染反应较弱。一项前瞻性研究在205例结直肠切除术患者中发现，对于主要吻合口漏，PCT和CRP在术后第3-5天均为可靠预测因子（AUC>0.80），术后第5天PCT表现最佳（AUC=0.86），截断值0.31 ng/mL时敏感度100%，特异度72%，阴性预测值100%。但纳入轻微AL时，两标志物均不可靠。一项多中心前瞻性研究（501例）比较了CRP和PCT的诊断性能，发现术后第4天CRP对腹腔感染的鉴别能力显著优于PCT。荟萃分析（11项研究，2692例）显示CRP和PCT的诊断准确率在术后各天无显著差异，PCT似乎未提供额外价值。PCT的临床实施面临检测成本较高、非常规实验室检测等实际障碍，且现有研究中最佳阈值差异较大，需进一步标准化。
4.3 白细胞计数与复合炎症指数
与单一传统炎症指标（如白细胞计数）相比，近年研究越来越多关注基于血常规的复合标志物，包括中性粒细胞/淋巴细胞比值（neutrophil-to-lymphocyte ratio, NLR）、血小板/淋巴细胞比值（platelet-to-lymphocyte ratio, PLR）、系统性免疫炎症指数（systemic immune-inflammation index, SII=血小板×中性粒细胞/淋巴细胞）和C反应蛋白/白蛋白比值（C-reactive protein-to-albumin ratio, CAR）。一项前瞻性队列研究（130例）发现术后第1天CRP及术后第3天CRP和CAR是手术部位感染的独立预测因子。另一项前瞻性研究（157例腹腔镜低位前切除术患者）发现术后第1天CAR联合术后第3天SII和腹腔IL-6是症状性AL的独立预测因子，列线图c指数达0.812。复合指数因成本低且基于常规实验室输入具有吸引力，但不同公式、阈值和终点定义限制了可比性和普适性。
4.4 白细胞介素-6
IL-6是炎症级联中的上游细胞因子，参与诱导CRP等急性期蛋白。由于IL-6升高可能早于CRP，作为更早期预警信号的生物学吸引力强。但与CRP相比，IL-6的临床证据尚不成熟，常规应用受限于检测可及性、成本和跨研究标准化不足。
4.5 全身性炎症生物标志物综合
全身性炎症生物标志物仍是AL早期监测最临床可及的领域，但各标志物证据成熟度差异显著。CRP目前具有最强且最可重复的支持证据，尤其作为术后第3-5天动态标志物。PCT有前景，但其相比CRP的增量价值在研究中不一致。复合指数依赖常规实验室参数，但阈值确定和终点定义的异质性及外部验证不足限制了证据强度。IL-6等上游细胞因子生物学上有望更早检测，但证据尚不成熟。
5 腹膜引流液生物标志物
5.1 局部标志物的理论优势与实践挑战
腹膜引流液直接来自手术区域，理论上能比全身标志物更早、更灵敏地反映吻合口局部病理变化。系统综述分析了36项研究、51种生物标志物，结论是单独使用腹膜引流液标志物预测性能不够理想，但与全身标志物联合可提高准确性。临床实施面临多重障碍：加速康复外科（enhanced recovery after surgery, ERAS）方案一般不推荐常规放置腹膜引流管，且系统综述包括Cochrane证据未显示常规引流可明确降低AL，也未显示引流本身增加伤口感染、再手术或住院时间。若越来越多患者不放置引流，基于引流液的监测策略将失去应用基础。此外，引流液组成受引流管位置、引流量及稀释效应影响，标准化困难。
5.2 腹膜细胞因子
腹膜细胞因子，尤其是IL-6，被综述级文献总结为最有前景的AL早期局部炎症标志物之一，但采样方案和检测方法异质性仍较大。一项前瞻性研究（23例前切除术患者）发现，发生AL的患者术后第1天和第2天腹腔IL-6和IL-10显著升高，腹腔肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）在术后第1天也显著升高，均早于临床诊断（中位第6天）。另一项初步研究（42例）进一步显示，结合腹腔IL-6和CRP水平的指标能在术后48小时准确诊断AL。不同人群中腹腔TNF-α的研究结果不一致，提示腹腔与全身炎症反应可能分离，突显了局部标志物的潜在额外价值。
5.3 基质金属蛋白酶
基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases, MMPs）是锌依赖性内肽酶，降解细胞外基质并在组织重塑中起关键作用。过度的MMP活性破坏新形成的胶原，导致愈合失败。一项研究（29例低位前切除术患者）发现发生AL的患者术后早期腹腔液中MMP-9和MMP-8显著升高，而其他MMP或组织金属蛋白酶抑制剂（TIMPs）无差异。另一项研究揭示MMP-9与肠道细菌之间的机制联系：粪肠球菌（Enterococcus faecalis）通过其gelE和sprE基因降解胶原并激活宿主组织MMP-9，导致吻合口组织破坏。局部抗生素或药理学抑制MMP-9可预防大鼠模型中的AL，而标准静脉抗生素未能消除吻合口组织的粪肠球菌。
6 缺血相关生物标志物
6.1 乳酸与无氧代谢
局部缺血是AL的核心病理机制，反映无氧代谢的标志物具有理论预测价值。乳酸是无氧糖酵解的终产物，在组织缺氧时大量积累。系统综述显示腹腔引流液乳酸在腹腔并发症和AL患者中持续升高，而pH表现出极佳特异度。微透析研究（24例）发现AL患者平均乳酸/丙酮酸比值（lactate/pyruvate ratio, L/P）为25，对照组为19.2，术后前5天乳酸水平显著更高。L/P比值被认为比单独乳酸更能反映组织氧合，因其校正了全身代谢变量。另一项微透析研究（45例低位前切除术）证实迟发性AL患者L/P比值在临床症状出现前数天即升高。
6.2 pH监测
腹腔液pH是直接的缺血指标。一项研究（90例直肠或乙状结肠癌患者）使用张力计发现术后24小时内吻合口黏膜内pH<7.28与AL风险增加22倍相关。另一项回顾性研究（753例）证实引流液pH从术后第3天起持续下降具有诊断意义。pH监测简单、快速、低成本，可在床旁进行，但灵敏度在不同研究中存在差异，更适合作为联合评估的一部分而非独立排除性测试。
6.3 肠型脂肪酸结合蛋白
肠型脂肪酸结合蛋白（intestinal fatty acid-binding protein, I-FABP）是小肠肠细胞的胞质蛋白，在肠缺血或损伤时释放入循环。与乳酸相比，I-FABP具有更高的肠道特异性，不受全身代谢状态影响。人体转化模型显示血浆I-FABP水平与上皮肠损伤的形态严重程度密切相关（r=-0.82）。系统综述确认I-FABP是人类肠缺血的可靠血清学标志物。但I-FABP在选择性结直肠手术后AL预测中的研究仍处于初步阶段，缺乏大规模验证。
7 微生物组与细菌标志物
7.1 肠道微生物组与吻合口愈合
细菌在AL发病机制中的作用早在1950年代即被认识，微生物组时代的研究提供了新深度。研究人员提出了“病原体毒力假说”，认为围手术期应激将共生细菌转化为致病表型，直接破坏吻合口愈合。一项研究分析了123例结直肠手术患者的吻合口黏膜微生物组，发现发生AL的患者微生物多样性显著降低，拟杆菌科（Bacteroidaceae）和毛螺菌科（Lachnospiraceae）相对丰度升高。另一项研究探索了术前黏膜微生物组作为预测工具的潜力，发现术前微生物组成可区分后续是否发生AL。但这些发现仍处于探索阶段，受限于队列规模小、方法异质性和缺乏标准化方案。
7.2 细菌PCR检测
更直接的细菌检测策略是分析腹膜引流液中的微生物。初步研究显示RT-PCR可检测引流液中的大肠杆菌（Escherichia coli）和粪肠球菌。多中心APPEAL研究使用PCR检测粪肠球菌DNA作为筛查工具，发现症状性AL患者术后第3天粪肠球菌浓度显著升高（诊断比值比31.6），在临床症状出现前1-2天提供预警。粪肠球菌因其胶原酶活性受到特别关注。
7.3 围手术期抗生素的影响
围手术期抗生素是预防手术部位感染的标准措施，但不可避免地改变肠道微生物组组成。抗生素暴露导致微生物多样性下降和机会致病菌（如肠球菌）选择性扩增，这些变化可能与AL风险增加相关。抗生素类型、时机和持续时间均可能影响微生物组及后续愈合结局。
8 术中灌注评估技术
8.1 吲哚菁绿荧光血管造影
吲哚菁绿（indocyanine green, ICG）荧光血管造影是近年来研究最广泛的术中灌注评估技术。静脉注射后ICG与血浆蛋白结合，在近红外激发下发出荧光，实现组织灌注实时可视化。其原理是在吻合口构建前评估肠段血供，若灌注不足则扩大切除范围。回顾性研究和观察性数据的荟萃分析显示ICG可降低AL发生率。但个体随机对照试验（randomized controlled trials, RCTs）结果不一致：一项多中心RCT（240例）未发现ICG组与对照组AL率有显著差异（5% vs. 9%）；AVOID试验（907例）同样未报告显著差异（5.3% vs. 7.1%）。ICG评估依赖主观判断，缺乏客观量化标准；术中正常灌注不能排除术后血流动力学变化导致的缺血；AL是多因素过程，血供仅是一个贡献因素。
8.2 量化灌注参数
为克服主观评估局限，研究者探索了ICG荧光参数的客观量化，包括出现荧光时间、荧光上升斜率和最大荧光强度。量化参数可能比主观评估更具预测价值，但标准化仍是关键挑战。
9 机器学习预测模型
9.1 多参数整合的技术工具
机器学习（machine learning, ML）在整合多源异质性数据方面具有优势，已广泛应用于AL预测模型开发。常用算法包括逻辑回归、随机森林、梯度提升（XGBoost）和神经网络。一项研究基于四家瑞士医院1244例患者的21个术前因素，使用多种ML算法构建预测模型，随机森林模型在内部测试集AUC-ROC为0.78，但在外部保留集下降至0.60，凸显数据异质性和过拟合问题。
9.2 CRP轨迹的动态分析
利用术后多个时间点生物标志物轨迹数据（而非单次静态值）可提供更丰富的预测信息。比较ML模型使用CRP动态数据发现，ML方法相比传统单变量CRP阈值表现出更优的区分能力，更好地平衡敏感度和特异度。
9.3 模型整合策略
一项研究采用元模型集成策略，整合来自13个欧洲和北美中心（9120例患者）的多个现有预测模型logits及患者特征，交叉验证F1分数87%，外部验证70%。集成方法理论上可结合不同模型优势，但ML模型的主要局限仍是“黑箱”性质，临床可解释性不足。目前该领域多数ML模型应视为探索性决策支持工具，而非临床就绪的预测系统。
10 新兴与转化方向
10.1 可植入生物传感器
一项研究报道了基于生物阻抗原理的可降解植入式传感器，用于实时监测吻合口缺血。该可吸收传感器可集成到圆形吻合器中，在猪模型中成功检测到缺血相关阻抗变化。从概念验证到临床应用仍有很长路要走，需解决生物相容性、信号稳定性、降解控制、监管审批和成本效益评估等问题。
10.2 床旁快速检测技术
缩短从采样到结果的时间对临床决策至关重要。CRP的床旁检测（point-of-care testing, POCT）设备已商业化，可在15分钟内出结果。PCT、IL-6等标志物的POCT技术正在开发中。多标志物联合POCT平台是未来发展方向。
10.3 多模态整合框架
本文提出的多模态概念应理解为分阶段、实用性的框架，而非高度复杂的诊断算法。当前实践中最现实的策略是结合基线临床风险分层、术中灌注评估（若可行）以及以临床可及性炎症标志物为中心的术后动态监测。CRP仍是常规监测最可行的核心标志物，PCT可在特定情况下作为辅助。对于有腹腔引流的患者，局部标志物如腹腔IL-6或乳酸可提供更早期局部预警，但其应用依赖机构实践和检测可及性。更先进的方法（微生物组分析、机器学习整合、可植入传感技术）目前应视为有前景的研究方向而非常规临床工具。表2总结了该分阶段围手术期框架及其对管理潜在影响。
11 挑战与局限
11.1 定义与诊断标准的异质性
缺乏统一的AL定义标准给研究带来根本挑战。国际直肠癌研究组（ISREC）的分级系统被广泛引用，但实践中是否纳入无症状放射学漏以及如何分类仅需保守治疗的A级漏，不同研究存在差异。终点定义异质性直接影响研究结果可比性。此外，生物标志物性能可能因研究关注临床显著性症状性AL、影像学监测漏或合并不同严重程度漏的复合终点而有实质差异。
11.2 样本量与统计效能
AL发病率相对较低（约5%-10%），需大样本研究以获得足够统计效能。多数现有研究为小样本单中心，通常仅二十至三十例事件，导致效应估计不精确和多变量分析可靠性有限。回顾性和单中心设计增加了选择偏倚风险。
11.3 临床可及性与成本效益
理想生物标志物应满足简单检测、快速出结果、可接受成本和临床实验室可及性等标准。按此标准，CRP几乎是唯一完全合格的候选者。PCT检测成本更高且非常规可用，细胞因子和微生物组检测成本更高。
11.4 加速康复外科时代的挑战
ERAS方案的广泛实施改变了术后监测格局。早期出院（术后2-4天）缩短了院内观察窗口，部分AL可能在出院后才显现。应对策略包括优化出院前风险分层、开发门诊或家庭简易检测以及建立出院后远程监测机制。
12 结论与未来展望
AL的早期预测是一个多维问题，单一生物标志物难以提供完整解决方案。综述证据表明，CRP是目前证据最充分、临床可及性最高的炎症标志物，术后第3-5天动态变化比单次值更具预测价值；PCT可能提供更早期预警信号但证据水平和临床可用性低于CRP；腹膜引流液标志物理论上更接近病灶但受标准化困难和ERAS方案下引流使用限制；缺血标志物和微生物组标志物仍处于研究阶段；ICG荧光血管造影的RCT结果未一致显示获益。基于上述证据，多模态预测框架应遵循时序整合、多维信息融合、优先实用性、个体化阈值等原则。未来研究方向包括建立大规模多中心前瞻性队列、标准化检测方法、开发POCT技术、实时监测技术临床转化以及ML模型的严格验证。AL定义、严重程度分级和诊断时间窗的标准化对未来验证研究至关重要。
