慢性阻塞性肺疾病相關血清生物學標志物

戴飄飄，劉婷，柳明坤，王紅梅

（1遵義醫學院，遵義 563003；2大連大學附屬中山醫院呼吸內科，大連 116001）

綜 述

慢性阻塞性肺疾病相關血清生物學標志物

戴飄飄1，劉婷2*，柳明坤2，王紅梅2

（1遵義醫學院，遵義 563003；2大連大學附屬中山醫院呼吸內科，大連 116001）

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）的特征是持久的氣流受限，目前用肺功能對COPD進行診斷、分級、衡量預后存在著局限性，尋找COPD生物標志物便成為研究方向。血液因其易采集、更易被患者接受以及已建立標準的檢測方法等優勢成為我們理想的檢驗標本。因此，從血液中探尋COPD特征性生物標記物正成為研究熱點。而反應肺部狀況的特異的生物標志物逐漸體現出它的優勢。本文對其中的Clara細胞蛋白16、肺表面活性蛋白-A和肺表面活性蛋白-D的研究進展進行綜述。

慢性阻塞性肺疾病；生物標志物；Clara細胞蛋白16；肺表面活性蛋白-A；肺表面活性蛋白-D

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是目前全世界發病率和死亡率很高的疾病，WHO預計到2030年它將成為全球排名第四的死因［1］。COPD的特征是持久的氣流受限，多與肺長期暴露于有害氣體或顆粒有關，并長期存在慢性氣道炎癥反應，可根據臨床表現分為急性加重期及穩定期［2］，多為感染時誘發疾病原有癥狀加重或者產生新的臨床癥狀發展為急性加重期。因COPD的復雜性，不同COPD患者的臨床癥狀、嚴重程度以及預后存在很大差別。目前，肺功能中1秒用力呼氣量（FEV1）、用力肺活量（FVC）、FEV1%預計值在COPD診斷及分級里仍占有不可撼動的地位，而肺功能的檢測與臨床醫生經驗、患者配合程度等有很大關系，結果并不能完全反應患者的真實情況，另外，還有部分病人有進行肺功能檢查的禁忌癥，這類病人COPD的診斷及評估較為困難，并且臨床上還發現相似肺功能的患者疾病的嚴重程度、臨床癥狀、預后不盡相同［3］。隨著進一步研究，人們發現生物學分子作為相關生物標志物可能與COPD發病機制、診斷、病情評估及預后有關［3，4］，還可部分替代肺功能檢查。血液因其易采集、更易被患者接受以及已建立標準的檢測方法等優勢，已成為我們理想的檢驗標本。全身的標志物不能特異地反映肺部情況，多與全身的感染或者炎癥有關，因此，在血液中探尋COPD特異性生物標記物正成為研究熱點。本文就血清中潛在的生物標記物Clara細胞蛋白16（club cell protein 16，CC16）、肺表面活性蛋白-A（surfactant protein A，SP-A）、肺泡表面活性蛋白D（surfactant protein D，SP-D）等的研究進展綜述如下。

1　Clara細胞蛋白16

CC16是一種主要由肺細支氣管黏膜的Clara細胞分泌的16-kDa同型二聚體蛋白，參與支氣管上皮損傷后的再生，具有抗炎作用，在肺上皮襯液和外周血中具有較大濃度差，肺上皮襯液大約為外周血濃度的1000倍，破壞支氣管肺泡和毛細血管膜的完整性可能影響這種平衡狀態。CC16具有抗炎、抗氧化損傷、抗纖維化、免疫調節、抑制腫瘤等功能［5］，與COPD有密切聯系［5，6］。通過單純煙熏法建立慢阻肺大鼠模型，王海龍等人發現慢阻肺組的Clara細胞、肺組織中CC16低于正常對照組，且在小氣道明顯［6］。還有學者進一步檢測CC16的基因得出相似結論。國內有研究表明慢阻肺急性加重期患者血清CC16含量比穩定期低，且CC16的濃度與病情嚴重程度相關［7］。近期國外一個包括4724名COPD患者長達9年的隊列研究也證實下降的CC16與加速降低的FEV1有關［8］，而CC16主要分布于終末細支氣管等小氣管，明確CC16與小氣道的關系。在COPD縱向識別預測代替終點評價（evaluation of COPD longitudinally to identify predictive surrogate endpoints，ECLIPSE）研究中，血清中CC16的標準差每下降一單位可能引起33ml FEV1基礎值的增加與FEV1在3年中每年4ml的下降［9］。沈奕播等人認為CCl6水平下降也是吸煙對氣道損害的重要生物標志物［10］。近期國內研究重組小鼠，發現CC16蛋白可通過支氣管的NF-κB途徑抑制由脂多糖介導的基質蛋白金屬酶9的表達。此外，也有人提出，血漿中的CC16對全身或者吸入皮質類固醇無特殊反應［11］，可減少應用激素后對COPD病人病情評估的干擾，提高病情評估的準確性。

基于上述研究，人們開始探求是否有藥物能直接或者間接作用 CC16從而干預 COPD的進展。龐龍等人進一步用N-乙酰半胱氨酸（NAC）灌胃處理吸煙3月法復制的 COPD大鼠模型，發現處理后的吸煙組大鼠肺組織小氣道上皮CCl6陽性細胞比例有所增高，血清中CCl6及肺組織CC16基因含量增加［12］。雖然其機制尚有待于進一步研究，但為COPD的治療提供了新方向。

2　肺泡表面活性蛋白　A

SP-A主要存在于肺表面，是Ⅱ型肺泡上皮合成和分泌的最豐富親水性蛋白質，在炎癥和免疫學的調制中發揮重要作用，還可維持肺磷脂動態平衡，參與對抗病原體的肺的宿主防御［13］。在肺損傷和慢性炎癥狀態，包括慢性阻塞性肺病時，Ⅱ型肺泡會增生，從而產生Ⅰ型肺泡和特定產物（包括SP-A），參與肺防御［14］。吸煙可以破壞這一固有防御，是發展為COPD的高危因素。在對中國漢族人吸煙的COPD人群研究中，韓翔等發現SP-A的＋186位點基因多態性可能與其發病有關［15］。近期有研究提出，香煙中的尼古丁可通過Wnt／β-連環蛋白和磷脂肌醇信號途徑在人呼吸道上皮細胞信號傳導從而降低表面活性蛋白A和D的水平［16］，這些結果將成為將來進一步研究尼古丁對合成的調節機制SP-A和SP-D的基礎，有利于進一步理解及治療COPD。國外有研究通過觀察肺結核組、COPD組及健康對照組的血清及痰中的SP-A發現，肺結核組血清SP-A高于COPD組及健康對照組［17］。另外，有文獻報道，SP-A的含量在哮喘組和健康對照組之間無差別［18，19］。COPD患者血漿SP-A含量高于健康對照組，COPD病情越重外周血SP-A水平越高［20，21］。不過相關的臨床試驗較少，需要大規模的動物及人體的臨床試驗證實相應觀點。還有研究關注SP-A能從抗氧化應激、抗炎、抗感染方面保護肺功能［22，23］，可作為COPD病情監測的指標，可能成為治療COPD的靶點。

3　肺泡表面活性蛋白　D

SP-D是屬于膠原凝素家族的一種大的親水性蛋白，主要由肺泡II型細胞和無纖毛Clara細胞產生。血中SP-D變化與肺部小氣道炎性細胞浸潤等病理變化有關，SP-D可能是COPD的肺部特異標記［24］。SP-D可在血清中檢測到，并且具有6個月穩定期的優勢［25］。

Akiki等人提出，SP-D可用于區別COPD和其他呼吸系統癥狀及疾病［26］，但對其具體的不同未做進一步深入探討，可能不同濃度的血清SP-D對應不同的疾病及癥狀。

Mutti等通過測定COPD組及健康對照組血清SP-D濃度，發現COPD患者血清SP-D水平明顯偏高，并發現其與患者的吸煙年限、吸煙量、目前是否戒煙有關，血清SP-D水平與肺功能成負相關［27］。Lomas等［28，29］還提出SP-D對于監測COPD病情較敏感，通過檢測COPD急性加重期和穩定期SP-D水平發現，急性加重期時血清SP-D水平高于穩定期，隨著疾病從急性加重期逐漸轉變為穩定期SP-D水平也隨之降低。與此相似，Sin研究穩定期Ⅲ級和Ⅳ級COPD患者血清SP-D與肺功能的關系，發現SP-D濃度與FEV1值成負相關。Giizel等還提出COPD患者血清SP-D水平與急性加重期風險有關［30］。但是，也有學者持相反意見，認為SP-D與FEV1%、FEV1／FVC沒有相關性［26，28，31，32］。上述研究之間的差異可以與樣本大小，包括或不包括抽煙者COPD患者、COPD患者中吸煙的比例、目前是否處于戒煙狀態及COPD的嚴重程度有關［26］。

通過過度表達SP-D及敲除SP-D小鼠的研究，Jain得出SP-D與氧化應激有關系，缺乏SP-D的小鼠接觸到微生物時，更易導致肺部炎癥，這也許與其SP-D的動態平衡破壞有關［33］。近期，還有研究表明，血清中SP-D濃度高于肺組織濃度的原因可能是SP-D由復合體變為單體，單體通過氣-血屏障漏入血液有關，SP-D復合體與單體的表達水平可能是形成激素抵抗的原因［34］。抗氧化劑、轉錄因子激動劑、抗氧化基因可以抑制SP-D基因的表達，大大增加激素的敏感性［16］。在2010年ATS國際會議上，Zhang等報告了CC16和SP-D與COPD不同表型、病情嚴重程度、吸煙狀態有著密切關系［35］。中國臺灣有相似研究認為，SP-D的基因多態性不僅僅與COPD發展的危險有關，并且和疾病的表型及預后都有關系［36］，進一步提出血清SP-D與肺功能在基線上下降和在隨訪期間急性加重的頻率有關［36］。對SP-D基因研究中發現，在吸煙人群中攜帶有SFTPD AG和AA多態性基因型與野生型GG攜帶者相比發展為COPD的風險更高［37］。全基因相關協會的 Kim等人提出SP-D不僅可以作為COPD血清生物標志物，還可以作為基因易感性標志物［38］。

在ECLIPSE的多中心研究發現，COPD患者經類固醇治療后血清SP-D減少，且血清SP-D與癥狀緩解有關［39］。廣州的一個包含65名初始治療的COPD患者進行為時3個月的沙美特羅氟替卡松粉吸入劑治療的試驗也證實了上述觀點［31］。從ECLIPSE隊列的數據進一步表明，血清SP-D基線水平與通過低劑量的高分辨率測量計算斷層掃描測出的肺密度的下降有關［40］，基線血清SP-D水平與3年全因死亡率相關［41］。還有研究提出血漿SP-D水平和增加的總死亡率及心血管死亡率有關［42］。目前，SP-D作為COPD的生物標志物已經得到大部分學者認可。然而，臨床上對SP-A、SP-D的失調和功能障礙在COPD疾病過程中是否具有重要地位是模糊的，或者說它只是受損肺組織的副產物［43］。因此，仍需要大量的臨床研究探究其中的關系。

4　小結

COPD理想的生物標志物應該盡量具有以下特點：①能夠早期診斷疾病；②區別急性期還是穩定期［2，29］；③為患者的風險分層；④能通過它給特定的患者選擇最合適的治療［36］；⑤能對疾病的進展進行監控，檢測對患者某種治療的反應［16］。鑒于COPD的復雜性及多樣性，單一的生物標志物不能完全滿足上述要求，因此，多種生物標志物組合成為人們研究的新方向。通過進一步了解生物標志物與COPD發病機制的關系，能為治療COPD的提供新方向。

[1]Kelly E,Owen CA,Pinto-Plata V,et al.The role of systemic inflammatory biomarkers to predictive mortality in chronic obstructive pulmonary disease.Expert Rev Respir Med,2013,7(1):57-64.

［2］中華醫學會呼吸病學分會慢性阻塞性肺疾病學組.中國醫學前沿雜志（電子版），2014，6（2）：67-80.

［3］郭凱，殷少軍.慢性阻塞性肺疾病急性加重期相關生物標志物及其診斷意義.中華診斷學電子雜志，2015，3（2）：133-137.

［4］劉蕾，李宇航.慢性阻塞性肺疾病（COPD）相關生物學標志物研究進展.中華中醫藥學刊，2010，28（9）：1857-1860.

［5］陳玉寶，谷偉.CC16與慢性阻塞性肺疾病小氣道功能.臨床肺科雜志，2015，20（3）：539-541.

［6］王海龍，龐敏，張彰，等.COPD大鼠Clara細胞超微結構及CC16的變化.山西醫科大學學報，2007，38（2）：110-113.

［7］陳忠仁，秦篙.SP-D、CCL18、CC16在慢性阻塞性肺疾病急性加重期血清和呼氣冷凝液中的變化及臨床價值.重慶醫學，2015，44（19）：2638-2643.

[8]Park HY,Churg A,Wright JL,et al.Club cell protein 16 and disease progression in chronic obstructive pulmonary disease.Am J Respir Crit Care Med,2013,188(12): 1413-1419.

[9]Vestbo J,Edwards LD,Scanlon PD,et al.Changes in forced expiratory volume in 1 second over time in COPD.N Engl J Med,2011,365(13):1184-1192.

[10]Lomas DA,Silverman EK,Edwards LD,et al.Evaluation of serum CC-16 as a biomarker for COPD in the ECLIPSE cohort.Thorax,2008,63(12):1058-1063.

［11］李自生，沈奕播，劉雙林，等.CCl6在慢性阻塞性肺疾病急性加重期血清的變化及臨床意義.中華醫學電子版，2014，7（4）：36-43.

［12］龐敏，王海龍，許建英，等.N一乙酰半胱氨酸對COPD大鼠Clara細胞及CCl6的影響.中國病理生理雜志，2008，24（1）：20-23.

[13]Madsen J,Tornoe I,Nielsen O,et al.Expression and localization of lung surfactant protein A in human tissues.Am J Respir Cell Mol Biol,2003,29(5):591-597.

[14]Garcia O,Hiatt MJ,Lundin A,et al.Targeted type 2 alveolar cell depletion provides a dynamic functional model for lung injury repair.Am J Respir Cell Mol Biol,2016,54 (3):319-330.

［15］韓翔，趙鳴武.慢性阻塞性肺疾病病人誘導痰中肺表面活性蛋白A含量的變化及意義.中國呼吸與危重監護雜志，2005，4（5）：338-341.

[16]Zou W,Liu S,Hu J,et al.Nicotine reduces the levels of surfactant proteins A and D via Wnt／beta-catenin and PKC signaling in human airway epithelial cells.Respir Physiol Neurobiol,2016,221:1-10.

[17]Hu H,Teng GL,Gai LZ,et al.Clinical value of surfactant protein-A in serum and sputum for pulmonary tuberculosis diagnosis.Genet Mol Res,2013,12(4):4918-4924.

[18]Wright SM,Hockey PM,Enhorning G,et al.Altered airway surfactant phospholipid composition and reduced lung function in asthma.J Appl Physiol,2000,89(4):1283-1292.

[19]Wang Y,Voelker DR,Lugogo NL,et al.Surfactant protein A is defective in abrogating inflammation in asthma.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2011,301(4):L598-606.

［20］王鳳玲，隋小芳，董亮亮，等.外周血表面活性蛋白A含量及其基因表達與慢性阻塞性肺疾病的關系.臨床薈萃，2013，28（11）：1235-1237.

［21］關鍵，羅倩，李敬萍，等.COPD患者血漿SP-A、SP-D水平變化及意義.石河子大學學報（自然科學版），2013，31（2）：206-209.

[22]Kishore U,Greenhough TJ,Waters P,et al.Surfactant proteins SPA and SPD:Structure,function and receptors. Mol Immunol,2006,43(9):12931315.

[23]Pastva AM,Wright JR,Williams KL.Immunomodulatory roles of surfactant proteins A and D:Implications in lung disease.Proc Am Thorac Soc,2007,4(3):252257.

[24]Dahl M.Biomarkers for chronic obstructive pulmonary disease:surfactant protein D and C-reactive protein.Am J Respir Crit Care Med,2008,177(11):1177-1178.

[25]Hoegh SV,Sorensen GL,Tornoe I,et al.Longterm stability and circadian variation in circulating levels of surfactant protein D.Immunobiology,2010,215(4):314320.

[26]Akiki Z,Fakih D,Jounblat R,et al.Surfactant protein D, a clinical biomarker for chronic obstructive pulmonary disease with excellent discriminant values.Exp Ther Med, 2016,11(3):723-730.

[27]Mutti A,Corradi M,Goldoni M,et al.Exhaled metallic elements and serum pneumoproteins in asymptomatic smokers and patients with COPD or asthma.Chest,2006,129(5): 1288-1297.

[28]Lomas DA,Silverman EK,Edwards LD,et al.Serum surfactant protein D is steroidsensitive and associated with exacerbations of COPD.Eur Respir J,2009,349(1): 95-102.

[29]Ozyurek BA,Ulasli SS,Bozbas SS,et al.Value of serum and induced sputum surfactant protein-D in chronic obstructive pulmonary disease.Multidiscip Respir Med,2013,8 (1):36.

[31]Liu W,Ju CR,Chen RC,et al.Role of serum and induced sputum surfactant protein D in predicting the response to treatment in chronic obstructive pulmonary disease.Exp T-her Med,2014,8(4):13131317.

[32]Engstr?m G1,Lindberg C,Gerhardsson de Verdier M,et al.Blood biomarkers and measures of pulmonary function——a study from the Swedish twin registry.Respir Med,2012,106(9):12501257.

[33]Jain D,Atochina-Vasserman EN,Tomer Y,et al.Surfactant protein D protects against acute hyperoxic lung injury. Am J Respir Crit Care Med,2008,178(8):805-813.

[34]Jiang Z,Zhu L.Update on molecular mechanisms of corticosteroid resistance in chronic obstructive pulmonary disease.Pulm Pharmacol Ther,2016,37:1-8.

[35]Bon JM,Leader JK,Weissfeld JL,et al.The influence of radiographic phenotype and smoking status on peripheral blood biomarker patterns in chronic obstructive pulmonary disease.PLoS One,2009,4(8):e6865.

[36]Ou CY,Chen CZ,Hsiue TR,et al.Genetic variants of pulmonary SP-D predict disease outcome of COPD in a Chinese population.Respirology,2015,20(2):296-303.

[37]Issac MS,Ashur W,Mousa H.Genetic polymorphisms of surfactantproteinDrs2243639,Interleukin(IL)-1β rs 16944 and IL-1RN rs2234663 in chronic obstructive pulmonary disease,healthy smokers,and non-smokers.Mol Diagn Ther,2014,18(3):343-354.

[38]Kim DK,Cho MH,Hersh CP,et al.Genome-wide association analysis of blood biomarkers in chronic obstructive pulmonary disease.Am J Respir Crit Care Med,2012,186 (12):1238-1247.

[39]Foreman MG,Kong X,Demeo DL,et al.Polymorphisms in surfactant protein-D are associated with chronic obstructive pulmonary disease.Am J Respir Cell Mol Biol,2011,44 (3):316-322.

[40]Coxson HO,Dirksen A,Edwards LD,et al.The presence and progression of emphysema in COPD as determined by CT scanning and biomarker expression:a prospective analysis from the ECLIPSE study.Lancet Respir Med,2013,1 (2):129-136.

[41]Celli BR,Locantore N,Yates J,et al.Inflammatory biomarkers improve clinical prediction of mortality in chronic obstructive pulmonary disease.Am J Respir Crit Care Med, 2012,185(10):1065-1072.

[42]Hill J,Heslop C,Man S F,et al.Circulating surfactant protein-D and the risk of cardiovascular morbidity and mortality.Eur Heart J,2011,32(15):1918-1925.

[43]Winkler C,Hohlfeld JM.Surfactant and allergic airway inflammation.Swiss Med Wkly,2013,143:w13818.

The serum biomarkers related to chronic obstructive pulmonary disease

Dai Piaopiao1,Liu Ting2*,Liu Mingkun2,Wang Hongmei2
（1Zunyi Medical College，Zunyi 563003，China；2Department of Respiratory Medicine，Affiliated Zhongshan Hospital of Dalian U-niversity，Dalian 116001，China）

Chronic obstructive pulmonary disease(COPD)is characterized by persistent airflow limitation.There are limitations in the current diagnosis,classification and prognosis evaluation of COPD based on lung function.The biomarkers of COPD have become a direction to study.Blood has become an ideal test specimen since it is easy to collect,more acceptable to patients and has a standard test methods.Therefore,it has become a hotspot of research to explore specific blood biomarkers of COPD,and the blood markers reflecting lung conditions have gradually shown their advantages in the study of COPD.This review discusses researches of recent years on Clara Cell Protein 16,surfactant protein A,and surfactant protein D.

Chronic obstructive pulmonary disease；biomarker；Clara Cell Protein16；surfactant protein A；surfactant protein D

R563.1

A

10.16705／j.cnki.1004-1850.2016.05.016

2016-07-23

2016-10-12

戴飄飄，女（1989年），漢族，碩士研究生

（To whom correspondence should be addressed）：819181565＠qq.com