ALI/ARDS生物標志物的研究進展

張一凡，彭大旭，王皓琰，謝晨星，浦踐一通訊作者)

（1.華北理工大學研究生學院，河北 唐山；2.華北理工大學附屬醫院，河北 唐山）

0 引言

ALI/ARDS是由各種病因所致的嚴重低氧性呼吸衰竭。其致病因素主要分為肺內和肺外因素，其中肺內因素有肺炎、肺挫傷等；肺外常見致病因素有嚴重創傷、膿毒癥、輸血等。目前研究普遍認為，該疾病的發病機制為炎癥因子介導肺泡上皮細胞和血管內皮細胞損傷，毛細血管通透性升高，血液循環中性粒細胞、巨噬細胞，向炎癥部位聚集，血漿蛋白滲出增加，導致肺泡及肺間質水腫，肺泡水腫液和蛋白質形成透明膜，肺換氣功能減弱，通氣血流比例失調，血氧飽和度下降，機體代償呼吸頻率加快，出現呼吸窘迫的臨床表現。如果未能發現，缺乏早期治療，將會出現體內二氧化碳蓄積，呼吸衰竭，多臟器功能衰竭進而導致患者死亡。目前臨床上，ARDS的治療主要是采用對癥支持治療，通過機械通氣和控制液體量，尚無特效治療藥物[1]，生物標記物的研究有助于揭示ARDS的發病機制，研究治療靶點，為新藥研發提供實驗依據，對病人和社會具有重大意義。現本文對ARDS相關生物標志物及其臨床意義進行綜述。

1 肺泡上皮細胞

1.1 惡性腦瘤缺失蛋白1(DMBT1)是一種分泌型清道夫受體富含半胱氨酸(SRCR)蛋白，具有先天免疫功能和炎癥調節作用。任珊等[2]應用同位素標記相對和絕對定量技術檢測了14例肺炎所致ARDS患者的肺泡灌洗液，檢測結果發現重度ARDS患者較輕度ARDS患者肺泡灌洗液DMBT1存在表達差異，通過擴大樣本量應用酶聯免疫復合物法在血漿中進行驗證，DMBT1水平在對照組、輕度ARDS及重度ARDS組之間比較存在差異，推測DMBT1可能成為早期診斷和評估ARDS患者嚴重程度的早期檢測標志物。Müller等[3]通過ELISA檢查57名早產兒和足月兒的120個氣管抽吸物中的血管內皮生長因子（VEGF）水平，發現其與DMBT1水平顯著相關，進一步通過A549細胞實驗發現DMBT1促進肺泡組織中的VEGF的產生，表明 DMBT1在從炎癥到再生的轉變中發揮重要作用，可能是新生兒肺損傷相關的臨床標志物。有關DMBT1作為肺部疾病的臨床標志物需要更多的實驗以進一步證實。

1.2 晚期糖基化終產物受體(RAGE)是一種與多種炎癥性疾病的發病機制密切相關的促炎模式識別受體(PRR)，參與宿主對感染,損傷和炎癥的反應。它以兩種不同形式存在:膜結合形式和可溶性形式(sRAGE),在肺中含量豐富,其表達主要位于肺泡的基底膜上。Jabaudon等[4]的一項meta分析研究發現，ARDS患者的基線可溶性RAGE水平與90天死亡率具有高度相關性，提示肺泡上皮損傷可溶性RAGE增加，具有預測ARDS預后的應用價值。Wang等[5]的研究發現RAGE在調節與感染相關的ARDS/ALI中的肺液平衡中發揮重要作用，可溶性RAGE的血清和支氣管肺泡灌洗液水平可預測肺水腫的嚴重程度。Calfee等[6]報道了嚴重ARDS病人血漿RAGE水平明顯升高，以及高潮氣量通氣的ARDS患者死亡率與血漿RAGE水平升高的關系，RAGE水平可能是預測ARDS患者死亡率的潛在指標。

1.3 表面活性蛋白B（SP-B）是一種肺特異性蛋白，由肺上皮Ⅱ型細胞分泌到肺泡中，使血液循環中的SP-B增高。Bersten 等[7]研究發現SP-B水平升高可以預測急性低氧性呼吸衰竭患者ARDS的發展，對于遭受直接肺部損傷的患者，血漿表面活性蛋白-B在預測ARDS(曲線下面積=0.87[0.72-1.02])，其敏感性高達85%(95%CI：55-98%)，特異性高達78%(40-97%)，達到了較為理想的水平。Doyle等[8]研究發現具有免疫反應性的SP-B比SP-A更容易進入血液，血漿SP-B與氧合指數和靜態呼吸系統順應性呈顯著負相關性，可以作為肺部創傷的指標。

1.4 克拉拉細胞蛋白（CC16）是一種主要由遠端呼吸道或末端細支氣管中的Club細胞產生和分泌的抗炎蛋白，血清CC16幾乎完全來自呼吸道，因此存在肺特異性。Lin等[9]的回顧性觀察性發現，與非ATDS患者相比，ARDS患者血清CC16水平升高，ROC分析顯示臨界值為33.3ng/mL時，靈敏度和特異性為90.4%和79.8%。并且CC16水平與ARDS的嚴重程度相關。同樣，Jorens PG等[10]的研究發現ARDS患者的血清和BALF中CC16水平均升高，與患者死亡率增加關系緊密。CC16可作為診斷ARDS和判斷預后的潛在生物學標記物。Wutzler S等[11]發現與非ARDS患者和健康對照組相比，創傷相關ARDS中嚴重肺損傷的外傷患者中CC16的血清水平升高顯著，此外CC16升高的程度與肺挫傷的體積也具有一定的相關性。

2 血管內皮細胞

2.1 血管性血友病因子（vWF）是主要由內皮細胞合成的大分子糖蛋白，具有調節血小板黏附、聚集和發揮Ⅷ因子載體蛋白的作用，內皮細胞發生破壞之前vWF即可釋放入血液循環，血漿中vWF水平對細胞受損程度具有參考價值。El等[12]在40例ALI患兒和40例健康兒童的研究中發現，vWF在患兒組顯著升高，并且vWF預測患兒死亡率具有較高的敏感性（94.2%）和特異性（83.1%）。血漿VWF水平與ALI/ARDS患兒預后的密切相關。Ware Lorraine等[13]研究發現無論患者是否患有膿毒癥，死亡的ARDS患者中，內皮激活和損傷的程度越重，VWF水平越高，患者的預后越差。

2.2 細胞間粘附分子-1（ICAM-1）是由內皮細胞和上皮細胞產生的一種介導黏附反應的免疫球蛋白分子，分為膜表面分子和可溶性兩種類型，在機體炎癥反應過程促進免疫細胞游走向炎癥部位的浸潤。Samransamruajkit等[14]研究發現，與存活組相比，死亡患者血漿sICAM-1水平升高，提示ARDS預后不良與上皮細胞和內皮細胞損傷程度有關。同時，Calfee等[15]研究報道ALI患者血漿和肺泡灌洗液中可溶性ICAM-1水平均高于靜水性肺水腫患者。較高的血漿可溶性ICAM-1水平和隨時間增加的可溶性ICAM-1水平與ALI的不良臨床結局相關。可溶性ICAM-1水平可能成為識別ALI預后不良的標志物。

2.3 多配體蛋白聚糖-1（Syndecan-1）在跨膜硫酸乙酰肝素蛋白聚糖家族成員中研究最為廣泛。Syndecan-1在內皮表面層豐富，可以作為內皮糖降解的標記物。Murphy等[16]研究發現在非肺源性膿毒癥患者中syndecan-1水平與ARDS相關，膿毒癥患者Syndecan-1水平的測量可能有助于識別器官功能障礙和死亡的高危患者。Inagawa等[17]對膿毒癥小鼠的研究發現膿毒癥肺組織中syndecan-1水平顯著降低，肺內皮細胞糖萼明顯破壞。這一發現表明糖萼的破壞與膿毒癥引起的ARDS所特有的微血管內皮功能障礙有因果關系。由此可見，檢測循環中Syndecan-1水平有望成為ARDS患者嚴重程度的標記物。

2.4 促血管生成素（Ang）是一種血管形成因子，目前已發現發現4種，即Ang-1，2，3，4，其中Ang-2研究廣泛，Ang-2在炎癥反應中表達增多，主要由血管內皮細胞合成和分泌，增加血管通透性。Li等[18]的一項meta分析研究發現在ARDS患者中，基線Ang-2水平較高的患者具有更高的死亡風險。循環Ang-2水平可以作為獨立預測ARDS患者的死亡風險的標記物。葉等[19]研究發現，ARDS患者Ang-2水平與非ARDS患者相比顯著升高，對重癥患者發生 ARDS 的診斷具有較高敏感度為65.8%和特異度 66.0%，與CC16聯合可進一步提高診斷ARDS的靈敏度和特異度。綜上所述，Ang-2水平對ARDS患者診斷和預后具有應用價值。

3 炎癥標志物

3.1 白細胞介素-6（IL-6）是多種炎性細胞（單核巨噬細胞、成纖維細胞產生、輔助型T細胞2、血管內皮細胞）產生的趨化細胞因子。具有促進淋巴細胞的增殖，調節免疫應答，參與急性期反應的作用。Aisiku等[20]一項納入200名重型顱腦損傷的患者發現，血漿促炎因子IL-6與急性呼吸窘迫綜合征發生相關且具有潛在預測作用。Parsons等[21]多中心研究發現急性肺損傷患者血漿IL-6水平與發病率、病死率相關，炎癥的嚴重程度隨臨床危險因素的不同而不同，IL-6水平可作為評估ARDS患者炎癥程度的標記物。

3.2 白細胞介素-8（IL-8）主要由單核-巨噬細胞分泌的一種細胞免疫因子,可趨化多種免疫細胞。趨化并激活中性粒細胞、促進炎癥介質釋放、介導細胞毒性反應和局部炎癥免疫反應,促進溶酶體酶激活。鄭等[22]研究發現，隨著疾病嚴重程度的加重，IL-8水平依次升高，提示IL-8水平對ARDS病情嚴重程度具有良好的預測價值。郎等[23]對研究報道，ARDS患者IL-8水平與對照組相比在創傷后1周內顯著升高，創傷后死亡的ARDS患者比存活者IL-8水平更高。血清IL-8均值與創傷嚴重程度評分表呈顯著正相關。提示IL-8對ARDS病情嚴重程度及預后具有預測價值。

3.3 白細胞介素-1（IL-1）是由上皮細胞，巨噬細胞，樹突狀細胞，內皮細胞和B淋巴細胞產生的高度促炎性細胞因子，具有廣泛的生物學功能，主要集中在炎癥過程的產生和維持上。著名的成員主要有IL-1α，IL-1β和IL-1Ra（受體拮抗劑）。呂等[24]一項前瞻性對照研究發現，與中度ARDS組比較，重度ARDS組IL-1β血漿水平明顯升高；同時，與存活組比較，死亡組IL-1β血漿水平亦顯著升高。提示IL-1β水平對ARDS嚴重程度具有參考價值而且可以預測ARDS預后。張等[25]的研究也發現死亡組IL-1β水平顯著高于存活組，提示IL-1β可能是ARDS病情嚴重程度的預測標記物。

3.4 腫瘤壞死因子α（TNF-α）是TNF超家族中研究最多的多效性細胞因子。在病理生理條件下，高水平的TNF-α產生會導致炎癥反應的發展，而炎癥反應是許多疾病的標志。TNF-α是始動級聯炎癥反應的重要因子,具有廣泛生物功能，同時在免疫調節中也發揮著重要作用。甘等[26]對30例高危患者研究發現最終發展為ARDS組患者TNF-α水平升高，存活組與死亡組TNF-α水平無明顯差異，提示TNF-α水平可以作為預測高危患者發展為ARDS的早期標志物。鄭等[22]在一項回顧性研究中發現TNF-α水平可以早期預測ARDS的病情進展。

3.5 中性粒細胞外陷阱(NETs)是中性粒細胞胞核染色質釋放到胞外的一種具有生物活性的網狀結構，其上面具有多種組蛋白，具有殺菌活性，在固有免疫中發揮重要作用。Ojima等[27]研究了3例ARDS患者氣管抽吸物中NETs的變化發現，不論是肺內或肺外因素導致ARDS，其氣管抽吸物中均可觀察到NETs的形成，NETs形成的數量與臨床病情嚴重程度相一致。Bendib等[28]的一項單中心研究發現，ARDS組患者支氣管肺泡NETs濃度高于對照組，但是NETs濃度和患者死亡率和機械通氣時間無明顯相關性。提示NETs可能成為ARDS診斷的標志物，是否能預測患者預后還需要進一步的臨床研究。

4 凝血和纖溶標記物

4.1 蛋白質C（PC）也被稱為自身凝血酶原IIA和凝血因子XIX，是一種血清絲氨酸蛋白酶酶原,其活化形式活化蛋白質C(aPC)與內皮細胞EPCR結合后，通過降低血管通透性,減少炎癥細胞浸潤和炎癥因子釋放，發揮抗凝血作用和細胞保護作用。夏等[29]報道，ARDS病人蛋白C活性明顯下降，ROC曲線分析顯示蛋白C預測ALI/ARDS的準確性較好。Ware等[30]對8項生物學指標蛋白C、血管性血友病因子抗原、腫瘤壞死因子受體-1、表面活性蛋白D、IL-6、IL-8、細胞間黏附分子-1、纖溶酶原激活物抑制物-1和臨床相關指標進行綜合研究發現,與單獨指標相比，指標的聯合應用具有更高的預測價值。

4.2 纖溶酶原激活物抑制劑（PAI）包括四種類型，而PAI-1是組織型纖溶酶原激活物（t-PA）和尿激酶型纖溶酶原激活物（u-PA）的主要抑制劑，屬于絲氨酸蛋白酶抑制劑超家族，多種細胞如血管內皮細胞、巨核細胞均可產生，主要貯存于血小板顆粒中，激活血小板時大量釋放入血，增強血塊的穩定性有利于止血。Koyama等[31]研究發現，與特發性或免疫相關疾病ARDS患者相比，具有直接共同危險因子的ARDS患者，PAI-1水平顯著升高。提示PAI-1可能作為區分ARDS亞型的生物學標志物。Yadav等[32]對擇期胸部、主動脈血管或心臟手術的成年人的病例對照研究發現，ARDS組的基礎纖溶酶原激活物抑制物-1水平較高。提示纖溶酶原激活物-1可能有助于預測術后ARDS的發展。

5 凋亡標記物

Fas/FasL系統可以誘導細胞凋亡，介導免疫系統。細胞凋亡在ALI、ARDS的發病機制中發揮重要作用。Fas是一種糖蛋白，FasL為Fas配體，兩者結合后可在細胞內形成死亡誘導信號復合物，介導細胞凋亡。Albertine等[33]研究發現，ALI或ARDS患者肺水腫液中可溶性Fas和可溶性Fas L均顯著高于對照組。較高的可溶性Fas濃度與較差的臨床結果相關。提示Fas/FasL對ARDS患者預后具有一定參考價值。Thakkar等[34]對小鼠肺內注射FasL siRNA的研究發現，Fas配體的局部（即自分泌/旁分泌）抑制減輕了肺組織中炎癥細胞因子，提示FasL在局部組織中具有肺內的病理影響，FasL可能是有價值的肺部治療靶標。

6 總結與展望

生物標志物的研究對ARDS疾病的認識有著重要意義，生物標志物可用于早期診斷、預測預后、識別ARDS亞型，評估治療效果，目前通過對肺泡灌洗液、肺呼出氣體、肺組織以及血液應用基因組學、蛋白組學、代謝組學、轉錄組學等生物學技術發現幾十種標記物，部分標記物對ARDS的診斷和與預后具有較高的預測價值。但是目前還沒有應用于臨床的生物標記物，相信隨著生物學技術的不斷發展，人類對ARDS的發病機制、亞型、治療等方面的深入研究，高度特異性和靈敏度的標志物將會應用于臨床，指導治療、降低病死率、改善患者預后。