血清生物標志物在AECOPD診斷的研究進展

鄒園林 徐科迪 蔣曉如 種菲菲 趙玉苗 宋春花 許愛國

1鄭州大學公共衛生學院 450001;2鄭州大學第一附屬醫院呼吸與危重癥醫學科 450052

COPD是一種以持續性呼吸系統癥狀和氣流受限為特征的疾病,常引起呼吸道和/或肺泡異常[1]。每年造成約300萬人死亡[2],并導致全球病死率和發病率的增加[3],構成重大公共衛生問題。慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease,AECOPD)是指患者出現短期的癥狀加重而致額外治療。AECOPD不僅會降低生活質量,且增加死亡風險。肺活量的測定是當前評價肺功能的主要方法,但其并非疾病的敏感指標。而生物標志物[4]可以作為正常生理過程、病理過程、藥物反應的客觀評價指標,能夠更準確快速反映患者病情的動態變化。因此,尋找診斷AECOPD的生物標志物至關重要,本文就目前AECOPD相關血清生物標志物研究進展進行綜述。

一、IL

IL-6是關鍵的炎癥細胞因子,其異常表達可誘導單核細胞、嗜酸粒細胞、巨噬細胞或中性粒細胞浸潤,導致支氣管平滑肌細胞麻痹和阻塞性通氣功能障礙加重[5]。Wei等[6]研究表明AECOPD組IL-6水平高于COPD穩定期組(P<0.01),IL-6對AECOPD預測的敏感度、特異度為88.2%、49.0%(IL-6=15.69μg/L),曲線下面積(area under curve,AUC)為0.762(95%CI:0.672 1～0.852 7,P<0.05)。

IL-8是一種趨化因子,在炎性反應過程中會明顯升高,可誘導中性粒細胞向氣道遷移,影響各種細胞脫粒作用[7]。Zhang和Bai[7]研究表明,血清中IL-8水平在健康對照組、COPD穩定期組、AECOPD組逐漸增高,并采用IL-6、IL-8和TNF-α水平來區分COPD和AECOPD患者,其中IL-8的AUC最高為0.71(95%CI:0.576 4～0.838 1,P=0.003),截斷值為82 mg/L,敏感度、特異度分別是71.8%(95%CI:0.604 7～0.814 1)、61.9%(95%CI:0.384 4～0.818 9)。同時,IL-8和IL-6的高表達也可能導致高呼吸道反應性并促進疾病進展[8]。

IL-38是近年來發現的具有抗炎特征的細胞因子,主要由皮膚基底層細胞和扁桃體增殖的B細胞產生[9]。AECOPD組血清IL-38水平顯著高于穩定期組,且該2組均顯著高于對照組,差異均有統計學意義(P值均<0.05)[10]。

二、C反應蛋白(C-reactive protein,CRP)

CRP由肝細胞合成,因其在感染和炎癥過程中血漿濃度升高而被歸類為急性反應蛋白,是炎癥的金標準[11]。Lin等[8]研究表明,AECOPD組CRP水平略高于COPD緩解組(P<0.05),CRP的AUC為0.896,截斷值為14.70 mg/L。Hurst等[12]研究了36個生物標志物,用AUC評定,表現最好的為CRP(AUC=0.73,95%CI:0.66～0.80),其在與當天記錄的任何一個主要加重癥狀(呼吸困難、痰量、膿性痰液)聯合診斷AECOPD時,AUC增加到0.88(95%CI:0.82～0.93,P<0.01),表明生物標志物在聯合癥狀診斷AECOPD效果更好。

三、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)

TNF是一種炎性細胞因子,研究認為TNF-α和CRP可能加劇肺泡和小氣道平滑肌細胞的完整性破壞,并促進支氣管組織的重塑,最終影響氣道流量的穩定性[8]。Zheng等[13]研究表明,AECOPD患者血清中的TNF-α水平高于COPD穩定期組和健康對照組,但應特別指出的是,痰液檢測細菌感染陽性的AECOPD患者血清中TNF-α水平增加[14]。目前有關TNF-α在AECOPD的研究甚少,期待它能成為預測AECOPD的一個重要生物標志物。

四、降鈣素原(procalcitonin,PCT)

PCT是降鈣素的前肽物質,由甲狀腺C細胞產生,PCT在急性期分泌,被認為是反應蛋白,血清中PCT的水平越高,病情越嚴重,AECOPD組PCT水平高于健康人群組(P<0.05)[15]。Gao等[16]研究血清PCT、hs-CRP和白細胞計數對于AECOPD的診斷作用,PCT(PCT=0.15μg/L)敏感度最高為75.0%,hs-CRP(hs-CRP=2.1 mg/L)和白細胞計數(WBC=10×109/L)的敏感度均為40.0%,3者差異有統計學意義(P<0.05),3者特異度分別是80.0%、100.0%、100.0%,但差異無統計學意義(P>0.05)。此外,有研究表明PCT對于AECOPD患者指導抗生素治療有較好的應用前景,不僅可以降低成本,還可以減少抗生素相關不良反應[17]。

五、可溶性尿激酶受體(soluble urokinasetype plasminogen activator receptor,suPAR)

有研究表明,suPAR水平高與活動性肺結核[18]和肺炎球菌菌血癥[19]有關,表明它可能是一個良好的炎癥標志物。Gumus等[20]對AECOPD患者治療7 d后重新評估suPAR水平,結果表明suPAR水平在AECOPD治療7 d后降低,并選用suPAR、CRP、纖維蛋白原預測AECOPD,其中suPAR最優,AUC為0.807(95%CI:0.715～0.900,P<0.01)。AboEl-Magd等[21]研究表明,suPAR診斷AECOPD的AUC為0.93(P<0.01),敏感度、特異度、準確度分別是:95.6%、80.0%、93.0%。表明suPAR對AECOPD診斷及預后有很高的參考價值,值得未來近一步深入研究。

六、可溶性髓系細胞觸發受體1(soluble triggering receptor expressed on myeloid cells-1,s TREM-1)

s TREM-1也是一種新的炎癥標志物,在炎癥過程中釋放到組織及血液中。血清s TREM-1水平的升高與重癥肺炎[22]、社區獲得性肺炎[23]有關。Rohde等[24]研究表明非COPD的吸煙組血清中幾乎檢測不到s TREM-1,而COPD緩解組、AECOPD組血清s TREM-1水平顯著增高(P<0.01)。近年有關s TREM-1在AECOPD的研究甚少,希望未來進一步探索其作為AECOPD標志物的診斷價值。

七、外周血嗜酸粒細胞

新版指南明確指出嗜酸粒細胞計數可作為急性加重風險的生物標志物[25]。COPD的發病機制中涉及炎癥細胞,如中性粒細胞、細胞毒性T細胞、巨噬細胞和嗜酸粒細胞主要參與慢性炎癥過程,導致氣流阻塞逐步發展[26]。Bafadhel等[27]研究表明,外周血嗜酸粒細胞計數百分比預測AECOPD的AUC為0.85(95%CI:0.78～0.93),截斷值為2%,敏感度、特異度分別是90.0%、60.0%。

八、血清淀粉樣蛋白A(serum amyloid A protein,SAA)

SAA是一種主要由肝細胞合成的急性期蛋白,Wei等[6]研究表明,SAA對AECOPD預測的敏感度、特異度為82.4%、68.6%(SAA=10.06μg/L),AUC為0.789(95%CI:0.700 2～0.877 7,P<0.05)。Bozinovski等[28]研究表明,SAA是一種較CRP更為靈敏的生物標志物,SAA既可以加重炎癥,又可以通過干擾脂蛋白信號轉導,共同增強或延長AECOPD而使炎癥鈍化;將門診、住院、伴有呼吸衰竭的AECOPD患者分別定義為水平Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,采用SAA、CRP區分水平Ⅰ的AECOPD患者與COPD穩定期患者的AUC分別為0.71(95%CI:0.61～0.80)、0.66(95%CI:0.56～0.76),采用SAA、CRP區分水平Ⅱ/Ⅲ的AECOPD患者與COPD穩定期患者的AUC分別 為0.88(95%CI:0.80～0.94)、0.80(95%CI:0.70～0.87)。

九、基質金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9)

MMPs是一類鋅依賴的金屬內肽酶家族,MMP-9通過細胞外基質降解、中性粒細胞趨化和炎癥增強來獨特地介導肺部炎癥[29]。Wells等[30]對COPD研究中的亞群和中間結果測量(SPIROMICS)隊列和COPD遺傳流行病學(COPDGene)隊列進行研究,結果顯示兩隊列中MMP-9升高組比值比(odds ratio,OR)分別為1.71(95%CI:1.00～2.90)和3.03(95%CI:1.02～9.01);發病率比(incidence rate ratio,IRR)分別為1.45(95%CI:1.23～1.70)和1.24(95%CI:1.03～1.49)。目前關于MMP-9作為AECOPD生物標志物的研究尚不足,仍需要更多研究來加以驗證。

十、成纖維細胞生長因子23(fibroblast growth factor-23,FGF-23)

FGF-23作為一種循環促炎激素,可能在COPD肺部炎癥中起一定作用[31]。Gulati等[31]探討了FGF-23與AECOPD的關聯,結果顯示FGF-23與COPD頻繁惡化獨立相關(OR=1.02,95%CI:1.004～1.04,P=0.017),提示FGF-23可能作為AECOPD潛在的生物標志物。

十一、原顆粒蛋白(progranulin,PGRN)

PGRN又稱顆粒上皮蛋白前體、PC細胞衍生生長因子、原上皮蛋白和頂體顆粒蛋白,PGRN在免疫、炎癥和感染中起重要作用[32]。目前關于PGRN是否能作為COPD急性加重的生物標志物的研究較少,Chen等[33]的研究認為在AECOPD早期,PGRN通過將炎癥細胞募集到損傷部位而成為引發炎癥的重要介質;PGRN可作為AECOPD的獨立預測因子(OR=1.05,95%CI:1.03～1.08),ROC分析顯示最佳截斷值為115.41μg/L,敏感度為78.8%,特異度為67.9%(AUC=0.82,95%CI:0.74～0.90,P<0.01)。

十二、表面活性蛋白D(surfactant protein D,SFTPD)

SFTPD屬于一組稱為集合素的碳水化合物結合蛋白,主要在Ⅱ型肺泡細胞中表達[34]。事實上,更高水平的血清SFTPD被認為是與COPD風險相關的生物標志物[35]。Nandy等[36]進行了一項納入8篇研究的meta分析,結果顯示血清SFTPD升高與AECOPD密切相關(MD=130.41,95%CI:114.62～46.20,P<0.01),AECOPD患者rs721917的T等位基因(OR=1.41,95%CI:1.09～1.83,P=0.009)或TT基因型(OR=1.50,95%CI:1.01～2.23,P=0.04)也存在顯著相關性。

十三、生長分化因子15(growth differentiation factor-15,GDF-15)

GDF-15是肺纖維化過程中的一種生物標志物,與肺功能損害顯著相關,該蛋白可能參與纖維化的形成[37]。Mutlu等[38]對GDF-15和AECOPD的關聯進行研究,多元回歸分析顯示GDF-15可作為AECOPD的獨立預測因子(OR=3.68,95%CI:1.7～8.2,P=0.001),ROC分析顯示最佳截斷值為433μg/L,敏感度為76.0%,特異度為62.0%,陽性預測值為67.0%,陰性預測值為72.0%,診斷準確度為69.0%,AUC=0.783(95%CI:0.666～0.900,P<0.01)。

十四、胰島素樣生長因子結合蛋白7(insulinlike growth factor binding protein-7,IGFBP-7)

IGFBP家族是胰島素樣生長因子1的一組載體蛋白,與氣道炎癥的發生、發展有關[39]。研究顯示IGFBP-7與細胞生長、衰老和細胞黏附有關[40]。Ruan等[39]的研究結果顯示經ROC分析,AUC為0.663,提示IGFBP-7可能作為AECOPD的生物標志物具有候選作用。

目前現有研究報道的AECOPD診斷血清生物標志物見表1。

表1 目前文獻報道AECOPD診斷血清生物標志物

十五、展望

尋找早期診斷AECOPD的生物標志物能讓醫師根據生物標志物的水平進一步制訂針對性治療方案。當前越來越多的生物標志物被發現,其中研究較多的生物標志物如:CRP、IL-6、IL-8、PCT等,但有些問題亟待解決:部分生物標志物缺乏特異性、大多數蛋白類生物標志物處于個別小樣本研究階段等。因此,篩選驗證AECOPD早期診斷生物標志物有以下幾點建議:(1)臨床大樣本檢驗當前生物標志物,提高結論重現性;(2)結合生物標志物與基因組學、蛋白組學等領域的信息全面篩選鑒定;(3)明確疾病發病機制,開發檢測生物標志物的儀器設備,探索更多潛在生物標志物;(4)聯合多種生物標志物進行檢測,提高早期診斷的敏感度和特異度;(5)對AECOPD早期標志物進行動態監測并與各種臨床癥狀和檢查結果相結合進行綜合分析。相信隨著多組學及生物信息學的發展,將會有更多高敏感度、高特異度的早期診斷生物標志物被發現而應用到臨床實踐。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突