急性呼吸窘迫綜合征表型的研究進展

馮倩桐 李愛民

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是常見的危重癥綜合征，由多種因素導致肺內發生炎癥反應，肺泡上皮和血管內皮受損，發生非心源性肺水腫，引起嚴重的低氧血癥，肺順應性下降，肺內分流和死腔增加。ARDS占ICU疾病的10.4%，死亡率在34.9%～46.1%之間[1]。目前ARDS定義仍采用2012版柏林定義，根據定義觀察到的ARDS患者中，其發生ARDS的病因、疾病的嚴重程度、生物學指標、對治療的反應性和預后均存在較大差異。ARDS目前無特異性藥物治療，許多藥物試驗未提示有明顯效果，考慮其定義寬泛和異質性較大，究竟是治療失敗還是試驗設計的失敗尚不能確定。表型是在基因和環境的相互作用下產生的一組可觀察的特征，表型鑒定即根據某個特征尋找表現相似的具有同質化的組別，目前根據生物標志物鑒定的表型在哮喘和腫瘤學上已得到臨床獲益。因此，識別ARDS的表型有助于ARDS的早期診斷、風險評估、嚴重程度評估、精準治療以及對發病機制的進一步理解，同時有助于為未來研究試驗的設計提供方向。故本文對近年來關于ARDS表型的研究，包括臨床表型、生理表型、生物標志物表型、及新興的代謝組學、基因組學等方面進行綜述。

臨床表型

利用病因、風險因素和發病時間，尋找具有相似的可觀察到的臨床特征，有可能發現具有同質性的表型。

一、根據病因分為直接/間接ARDS(肺內源/外源性ARDS)

根據肺損傷發病因素，ARDS可分為直接(肺內源性)ARDS和間接(肺外源性)ARDS[2]，肺直接ARDS原因包括肺部感染、胃內容物誤吸、溺水、肺挫傷、呼吸機機械損傷、有毒氣體和煙霧吸入等；肺間接ARDS原因包括非肺源性膿毒癥、休克、急性胰腺炎、非胸部嚴重創傷、高危手術、多次輸血、藥物中毒、彌漫性血管內凝血等。膿毒癥是發生ARDS主要危險因素，膿毒性ARDS表型患者較非膿毒癥相關ARDS患者病情更嚴重，肺損傷恢復能力更差，拔管成功率更低，死亡率更高[3]。肺部感染也是主要的危險因素，其中細菌感染是導致ARDS及增加易感性的主要病原體；病毒感染雖然發生率不高，但發生ARDS風險較高；真菌感染發病率較低，多見于免疫功能受損病人；醫院獲得性肺炎尤其是病原學培養陽性患者ARDS的發生率比社區獲得性肺炎高[4]。這種分類方法并不完善，因為部分患者的病因是混合性或不能完全確定的，但仍為ARDS表型的區分提供了線索。

多項研究提示直接和間接ARDS其生理病理、生物學、放射學、呼吸力學和機械通氣策略等方面有所差異。直接ARDS患者肺彈性阻力增高較間接明顯，隨著呼氣末正壓(positive end-expiratory pressure，PEEP)的增加而增加，間接ARDS患者胸壁和肺彈性阻力增高，隨著PEEP增加而減小，PEEP的治療效果更佳[5]。直接ARDS病理改變主要發生在肺泡內，肺泡中炎癥細胞及炎癥因子增加，肺泡上皮受損，纖維素滲出，導致肺實變，肺泡不易復張；間接ARDS主要是血液中炎性物質增加，血管內皮受損，肺間質水腫，肺泡萎陷性不張，肺泡腔結構變化較輕，易于復張。在尸檢病理研究中提示，直接ARDS與肺泡塌陷、纖維蛋白沉積和肺泡壁水腫的相關性明顯高于間接ARDS[6]。生物學方面，直接ARDS患者血漿肺泡上皮特異性標志物，如SP-D、RAGE較高，而內皮損傷的標志物Ang-2、vWF水平較低；間接ARDS是血漿內皮損傷標志物，如Ang-2、vWF濃度較高[7]。放射學表現方面，間接ARDS以磨玻璃影為主，多對稱性分布，實變影較少，直接ARDS多表現為磨玻璃和實變影不均勻分布，肺實變影較間接ARDS多見，但這種影像學表現只是典型表現，不具有特征性[8]。

二、根據發病時間分為早發/晚發型ARDS

根據發病時間可將在入院后48小時以內發生ARDS的患者定義為早發型ARDS，48小時以上的定義為晚發型ARDS[9]。早發型ARDS多與嚴重的失血性休克、嚴重的胸部創傷有關，晚發型ARDS多與感染性疾病相關[10]。同早發型ARDS相比，晚發型ARDS患者多預后不良，生存時間更短，死亡率更高[11]。這種分類方法有較大的局限性，因為在所有研究中，均以入住急診科或重癥監護病房時間開始，嚴重創傷發病在數小時內可準確入組，而其他誘因如膿毒癥等起始時間不能準確確定，所以ARDS的早期識別與診斷具有重大意義。

三、根據影像學分為局灶/彌漫型表型ARDS

根據胸部CT表現可分為局灶型ARDS和彌漫型ARDS，局灶型指肺密度增高呈葉段分布，彌漫型指肺密度增高呈彌漫分布[12]，彌漫型ARDS較局灶型ARDS肺順應性更差、 死亡率更高，這種分型與直接/間接肺損傷類別存在一定的相關性，其中彌漫型中病因以間接肺損傷更常見[13]。

生理表型

了解ARDS的生理病理對疾病的進一步理解具有重要意義。生理指標可判斷疾病的嚴重程度，如氧合指數(PaO2/FiO2)，是柏林定義ARDS嚴重程度的劃分指標，也有文獻提出可利用肺順應性(compliance of respiratory system，Crs)、肺死腔分數(dead space fraction)、肺驅動壓(driving pressure)等生理指標鑒定表型，以判斷疾病的嚴重程度。在未來的試驗中，嚴重程度可能是一個決定因素。

一、根據氧合指數分為輕/中/重度ARDS，或輕-中度/中-重度ARDS

1 輕/中/重度ARDS 氧合指數(PaO2/FiO2)是ARDS可測量的生理變量，柏林定義根據氧合指數將患者劃分為輕度(小于100mmHg)、中度(101～200mmHg)、重度(201～300mmHg)[14]。ARDS的嚴重程度越高，死亡率越高，輕度死亡率為27%，中度32%，重度45%，但臨床試驗提示不可將PaO2/FiO2作為死亡率的替代指標[15]。ARDS的嚴重程度與肺部發生彌漫性肺損傷(diffuse alveolar damage，DAD)有一定的相關性，一項356例ARDS患者的尸檢研究提示：有45%患者發生DAD，中度和重度ARDS的比例更高，其中超過72小時的重度ARDS患者DAD比例高達69%[14]，這提示中度和重度表型ARDS人群更有同質性。

2 輕-中度/中-重度ARDS 近年來更多研究將ARDS以氧合指數150mmHg為閾值分為輕-中度(氧合指數≥150cmH2O)和中-重度(氧合指數<150cmH2O)，其中對中-重度患者具有更明顯的臨床獲益的試驗分別為PROSEVA試驗(Proning Severe ARDS Patients study 俯臥位通氣對比仰臥位通氣)和ACURASYS試驗(ARDS and Curarisation Systematique 神經阻滯劑對比安慰劑)，PROSEVA提示當氧合指數低于150mmHg時俯臥位通氣可顯著降低28天和90天死亡率[16]；ACURASYS試驗提示當氧合指數低于150mmHg時早期給予順式阿曲庫銨可改善90天生存率并減少呼吸機脫機時間[17]。經ECMO治療的患者中90%屬于中-重度亞組[18]。以上表明，根據氧合指數劃分為輕-重度及中-重度可使ARDS患者更具有同質化，兩亞組患者接受一些臨床治療時會有更具體的指征。

二、根據肺順應性分為L型/H型

最近在2019新型冠狀病毒肺炎(Covid-19)的背景下，有學者提出了基于肺順應性的表型模型。Luciano Gattinoni等人基于16例機械通氣的新冠肺炎患者的臨床觀察，提出新冠肺炎ARDS與典型的ARDS表現不同，其特征是存在嚴重的低氧血癥和較正常的肺順應性[19]，這在典型的ARDS患者中是少見的，具有獨特的表型特征。隨后，作者基于更多的患者研究后提出L型和H型兩種表型[20]，作者認為COVID-19肺炎ARDS多數患者早期表現為L型，表現為較低的肺彈性、肺通氣/血流比、肺重量和肺復張能力，L型胸部CT影像多表現為以胸膜下分布為主的磨玻璃樣陰影，幾乎沒有實變病灶，肺內氣體容積基本正常，肺水腫不明顯，具有較高的肺順應性；而H型表現為較高的肺彈性、右向左分流、肺重量和肺復張能力，H型與典型的重度ARDS表現更符合，肺水腫及體位重力依賴性肺實變，肺內氣體容積減少，CT可見肺重量顯著增加，具有更低的肺順應性。其中部分L型患者可轉化為H型，可能由疾病演變和患者自主呼吸誘導的肺損傷(patient self-inficted lung injury，P-SILI)共同造成。作者建議其中L型和H型最好使用胸部CT結合病理生理鑒別。同時作者主張兩種亞型的呼吸治療要有所區別，氣管插管及深度鎮靜的L型患者如果出現高碳酸血癥，應給予更大的潮氣量，VT大于6mL/kg(高達8～9mL/kg)，因為高順應性肺沒有呼吸機相關肺損傷的風險；另應將PEEP降低到8～10cmH2O，L型患者對俯臥位治療效果反應不佳，僅作為挽救策略。H型患者應視為嚴重的ARDS，治療方面包括高PEEP、俯臥位通氣等。

在此背景下，為確定在Covid-19肺炎大流行之前ARDS患者中是否存在基于肺順應性的表型以及肺順應性與死亡率的關系，Rakshit Panwar對1117例非新冠肺炎ARDS患者進行了研究[21]，結果提示在非新冠肺炎ARDS中肺順應性的變化范圍較大，其中有約1/8的患者肺順應性正常但合并嚴重的低氧血癥，同時提示低肺順應性是高死亡率的獨立性因素。

生物標志物表型

生物標志物在ARDS的診斷、評估預后和判斷治療反應等方面多具有應用前景，并有潛力成為靶向治療的目標。目前研究生物標志物種類大多集中于ARDS發病機制網絡中，如肺泡上皮損傷、血管內皮損傷、炎癥反應、凝血與纖溶通路、肺纖維化等多方面，但很難找到針對ARDS的特異性生物標志物，將幾種生物標記物與臨床相關指標結合在一起或許是一種好的方法。目前已有研究利用生物標志物組合ARDS進行表性鑒定，這些研究提示炎癥或許是一個潛在的治療方向策略。

一、根據生物標志物分為高/低炎癥表型，或炎癥/無炎癥表型

1 高/低炎癥表型 Calfee等人利用潛類別分析方法對全國心肺和血液研究所(NHLBI)ARDS網絡中心的ARMA(高低潮氣量試驗)、ALVEOLI(高低PEEP試驗)的兩項大型隨機對照試驗1022例患者的數據進行了獨立建模，確定了高炎癥型和低炎癥型2種表型，驗證了不同表型與臨床結局的關系以及不同表型對呼氣末正壓(PEEP)的治療反應[22]。與低炎癥表型對比，高炎癥表型的特征是血漿炎性標志物濃度更高，酸中毒更嚴重，患休克和肺外器官衰竭的危險性更高，機械通氣時間更長，死亡率更高；另ALVEOU組數據確定了PEEP策略對不同表型的死亡率具有顯著影響，提示高炎癥表型可能對高PEEP通氣更有效。隨后，為確定高低炎癥表型對臨床治療的反應性進行了多項試驗，如FACTT(液體管理試驗)[23]、HARP-2(辛伐他汀試驗)[24]、SAILS(瑞舒伐他汀試驗)[25]等，FACTT提示高低炎癥表型對液體管理的反應不同，高炎癥型組保守性和開放性液體管理的90 d病死率分別為50%和40%，而低炎癥型保守性和開放性液體管理的90 d病死率分別為18%和26%，兩組差異有統計學意義。HARP-2試驗提示在高炎癥表型中辛伐他汀可提高28d存活率，并延長非機械通氣時間，在低炎癥表型中辛伐他汀和安慰劑無明顯差異；但SAILS試驗中瑞舒伐他汀沒有看到生存益處。

2 炎癥/無炎癥表型 MARS試驗利用一組生物標志物確定了兩種具有不同死亡率的表型，即炎癥型和無炎癥型，其中炎癥型占了52%，死亡率較高，2種表型可用IL-6、干擾素γ、血管生成素1/2、PAI-1鑒別[7]。

新興組學

ARDS發病機制復雜，一些新興的組學如代謝組學、轉錄組學、基因組學對ARDS的研究也具有重要貢獻，同時有望成為潛在的靶向治療目標。

一、代謝組學

代謝組學是一個新興的研究領域，通常使用核磁共振和質譜進行低分子量細胞代謝產物分析，可實時檢測代謝產物濃度，動態監測疾病變化；由于代謝物處于生物級聯的下游，所以對病理狀態更加敏感，這將有助于理解病理生理和分子機制，發現有價值的生物標志物及更理想的表型。利用代謝組學技術，Charles R. Evans等人發現 ARDS 患者肺泡灌洗液中尿酸前體代謝物如鳥嘌呤、黃嘌呤、次黃嘌呤及乳酸水平升高，磷脂酰膽堿水平降低，證實了鳥苷代謝途徑在肺部被激活，尿酸可誘導急性炎癥進一步加重肺損傷[26]。Lieuwe D. J. Bos等人發現ARDS患者呼出氣中，辛烷、3-甲基庚烷和乙醛與對照組有明顯差異，這些異常代謝物可能與肺氧化應激和炎癥反應有關[27]。代謝組學相關的研究相對較少，目前仍有較大的局限性，代謝組學受機體影響因素較大，不易控制，另標本采集過程及檢測技術方面的困難仍需克服。

二、微小RNA(microRNA，MiRNA)

MiRNA是非編碼的小分子RNA，通過干擾、降解信使RNA(messengerRNA，mRNA)調節基因的表達發揮作用，MiRNA已被證實在多個系統疾病如呼吸系統、心血管系統、神經系統及腫瘤等疾病的病理生理過程中發揮作用。目前MiRNA對ARDS的研究多在細胞和動物模型上進行，不同模型所表達的明顯上調或下調的MiRNA種類不同且繁多，未發現明顯的規律，但可提示MiRNA參與整個ARDS的過程，對炎癥反應和細胞凋亡起著重要作用，并有可能成ARDS潛在的診斷新指標和治療靶點。尋找和驗證ARDS患者的特異性MiRNA或MiRNA組合，有助于理解ARDS的發病機制，尋找潛在的治療靶點，為臨床治療提供新的證據。

三、基因組學

既往的流行病學發現，即使病人處于相同的生理狀態，其發生ARDS的風險、疾病的嚴重程度和預后均存在差異，有可能與基因異質性、多態性有關。目前基因組學研究已經鑒定出與ARDS的發展有關的基因主要包括血管緊張素轉換酶(ACE)、IL-10、TNF、VEGF等多種基因。基因有可能有助于識別ARDS的表型，有潛力成為靶向治療的目標。

總結 ARDS是異質性綜合征，目前暫無特效治療，早期診斷是有效治療的前提。ARDS表型的鑒定可為早期診斷提供證據，為精準治療提供方向，根據氧合指數劃分的嚴重程度分組，及炎癥亞型已在一些實驗中顯示出潛力，未來工作中，需要研究ARDS更多的同質亞組，開發關鍵生物標志物的實時測試和前瞻性驗證，尋找有效的特性異的治療。