生物標志物在支氣管擴張癥診治中的研究進展

仇裕鵬 霍建民

支氣管擴張癥(Bronchiectasis)是一種慢性呼吸系統疾病，其特征是支氣管不可逆轉地受損和擴張，主要表現為呼吸困難、咳嗽、咯血、精神萎靡及反復胸部不適[1]。由于人口老齡化，以及胸部高分辨CT(HRCT)掃描的廣泛使用和人們對這種疾病的更多認識,近年來國際上報道的支氣管擴張癥患病率有所升高[2-3]。據統計，2013年美國和英國的支氣管擴張癥患病率分別約為139/10萬和526/10萬[4-5]。我國人口基數大，支氣管擴張癥患者理論上不在少數，但是長期以來對這一疾病缺乏重視，到目前為止，我國尚未進行大規模、可信度較高的流行病學研究，支氣管擴張癥患病率沒有確切數據。據初步估計，在中國40歲以上的成年人中，支氣管擴張癥的患病率約為1.2%[6]。早期診斷及早期干預，對于延緩支氣管擴張癥的發展及降低支氣管擴張癥死亡率有著重要的意義。近年來，生物標志物在支氣管擴張癥中的研究引起了臨床界的重視，對支氣管擴張癥相關生物標志物的研究可以幫助臨床醫生早期識別支氣管擴張癥，評估患者支氣管擴張癥的嚴重程度，預測患者支氣管擴張癥預后及為支氣管擴張癥的治療提供新的方案。這有助于優化支氣管擴張癥患者的管理、提高治療效率，改善患者的預后及降低死亡率。現對近年來支氣管擴張癥相關生物標志物的研究進展作以下綜述。

中性粒細胞彈性蛋白酶(NE)

中性粒細胞彈性蛋白酶(NE)是一種蛋白水解酶，由中性粒細胞儲存和分泌，其主要來源于中性粒細胞溶酶體[7]。NE在抵抗微生物感染中具有著重要作用，是構成機體防御體系的重要一環，但是在病理情況下，NE能夠水解中性粒細胞彈性蛋白進而引起組織損傷以及重塑，使臟器正常結構及功能發生改變[8-9]。研究表明，在支氣管擴張癥患者中，無論患者處于穩定期還是急性加重期，痰NE水平都高于健康人[8]。Chalmers等人[10]通過對433例患者進行為期三年的病例前瞻性研究，發現痰NE活性與支氣管擴張嚴重程度指數呈正相關(r=0.49，P<0.0001)，且與MRC呼吸困難評分、預計FEV1%及支氣管擴張癥的影像學嚴重程度均呈正相關，在三年的隨訪中，痰NE升高與更高的急性加重頻率相關(P<0.0001)。Oriano等人[11]開展了一項對照研究，把痰中NE≥20ug/mL和痰中NE<20 ug/mL的患者分為兩組，發現對于痰中NE≥20ug/mL的一組，患者病情嚴重程度較重，日排痰量較高且銅綠假單胞菌定植率更高。Chalmers[12]和Murray[13]證明長期霧化吸入慶大霉素顯著降低了痰NE活性，有利于減少支氣管擴張惡化的風險，改善氣道炎癥和臨床預后。Liu等人[14]證明支氣管擴張癥患者使用羅紅霉素可以降低支氣管擴張患者的痰NE水平，表明大環內酯類抗生素對支氣管擴張的治療是有效的。綜上所述，痰NE在支氣管擴張穩定期或急性加重期以及局部或全身抗生素治療中都是有用的生物標志物。NE還與病情惡化的風險、下一次病情惡化的時間和各種原因的死亡率有關。綜上所述，許多研究人員都將目光聚集該領域。與健康人群相比，支氣管擴張癥患者中，NE水平處于異常水平，因此，對于支氣管擴張癥患者，及時跟蹤并準確測定NE水平將具有重要意義。另一方面，鑒于相關研究[12-14]，研發相應靶向藥物抑制NE活性，就顯得尤為重要。

降鈣素原(PCT)

降鈣素原(PCT)是降鈣素的前體，在正常人血清中含量非常低，但是當人體處于細菌感染時，體內PCT水平迅速升高[15]。因此PCT已被廣泛作為呼吸道疾病細菌感染的生物標志物[16]。鄭亮等人[17]在一項回顧性研究中納入120例支氣管擴張癥急性加重期的病人，血清PCT取臨界值為0.25 μg/L，當血清PCT大于0.25 μg/L時，患者痰細菌培養陽性率顯著升高(P<0.05)。吳小玲等人[18]在研究中發現，相比于根據CRP水平或經驗應用抗生素，根據血清PCT的水平來指導應用抗生素，患者的住院天數、住院費用以及抗生素應用天數更低(P<0.05)。以上研究表明，血清PCT在細菌感染導致的支氣管擴張癥急性加重是有意義的，且可以指導抗生素的應用。然而在國外的一些研究中指出，雖然血清PCT在細菌感染引起的支氣管擴張癥急性加重的檢測和監測中是有用的，但是無相關證據證明血清PCT在病毒或真菌感染引起的支氣管擴張癥急性加重是有意義的[19-20]。不過最近Good等人[21]的一項研究首次調查了痰，而不是血清中的PCT水平，結果表明，與血清PCT相比，支氣管擴張癥急性加重期住院患者的痰中PCT水平顯著升高。這種新的痰生物標志物有可能幫助評估和治療支氣管擴張，不足的是，被納入的患者只有15名，樣本量太小，導致結果并不是很有說服力，但是也為我們研究PCT與支氣管擴張癥的關系提供了一個新的思路。總之，PCT對于支氣管擴張癥的診斷及指導抗生素的治療是有價值的，痰PCT對于支氣管擴張癥的價值，未來需要我們更多的研究。目前PCT在臨床上的價值已得到證實，隨著PCT在支氣管擴張癥的作用不斷的被研究出，檢測PCT水平不僅可以用于預測支氣管擴張癥的急性加重，而且可以指導患者的抗菌藥物應用，減輕支氣管擴張癥患者的細菌耐藥危機。

抗菌肽LL-37

抗菌肽在人體抵抗微生物病原體的感染中起著重要作用[22]。抗菌肽LL-37作為抗菌肽家族中的重要的一員，具有廣譜抗菌作用[23]。但是在一些慢性感染性疾病的背景下，反復的感染引起過度的抗菌肽殺傷作用，結果抗菌肽不僅沒有清除細菌反而進一步刺激炎癥[24]。炎癥的持續存在導致過度的抗菌肽殺傷作用，從而形成一個惡性循環。在支氣管擴張癥反復感染的背景下，抗菌肽與支氣管擴張癥的關系引起了研究者的興趣。Sibila等人[25]對135例患者進行的為期12個月的病例前瞻性研究發現痰中抗菌肽LL-37的升高與疾病嚴重程度、疾病活動性和氣道感染有關，當臨界點取1500 ng/mL時，LL-37≥1500 ng/mL時，支氣管擴張癥患者急性加重頻率更高(IRR=1.57, 95%CI1.04～2.37,P=0.02)。楊歡歡等人[26]對154例支氣管擴張癥患者的分組研究中，通過計算支氣管擴張嚴重程度指數(BSI)將患者分為輕度組(54 例)、中度組(33 例)及重度組(67 例)，測定上述患者外周血和支氣管肺泡灌洗液(BALF)中的LL-37水平，研究證明3個組BALF中LL-37 水平差異有統計學意義(P<0.05)，BALF中LL-37水平與BSI評分呈正相關(r=0.32，P<0.05)。上述研究表明LL-37有望成為預測支氣管擴張患者未來惡化風險的新生物標記物，深入研究其機制不僅有助于為支氣管擴張癥的治療提供新的靶點，而且可以評估支氣管擴張癥嚴重程度。

基質金屬金屬蛋白酶(MMPs)

基質金屬蛋白酶(MMPs)是很多蛋白酶的合稱，因這些蛋白酶都需要金屬離子作為輔因子而得名，最初認為它們的主要功能是降解細胞外基質的各種成分，隨著研究深入，發現基質金屬蛋白酶參與骨骼重塑、血管生成、免疫和傷口愈合等生理過程[27]。基質金屬蛋白酶目前有26種蛋白酶，編號分別為MMP1-26。MMP-9是基質金屬蛋白酶中的一個重要成員，能參與分解肺內的細胞外基質和基底膜,在肺內呼吸道的重建有著重要作用，它還能調節其他蛋白酶及細胞因子的活性，如保護中性粒細胞彈性蛋白酶活性[28]。TIMP-1是MMP-9的抑制劑，廣泛存在于組織和體液中。支氣管擴張癥主要為中性粒細胞浸潤，該細胞可產生MMP-9，MMP-9從而可以對支氣管基質產生一定破壞[29]。Guan等人[30]納入的在167名接受篩查的受試者中，分為支擴組(102例)和健康組(22例)，測定痰中MMP-9和TIMP-1水平，研究表明支氣管擴張癥患者痰中相比于健康人MMP-9(3628.0 ng/mLvs112.6 ng/mL)、TIMP-1(3.3ngmLvs2.0 ng/mL)及MMP-9/TIMP-1比值(1106.0vs57.4)均顯著升高(均P<0.01)，且MMP-9水平和MMP-9/TIMP-1比值的顯著升高與支氣管擴張癥狀持續時間較長、HRCT評分較高、痰細菌載量、支氣管擴張嚴重程度指數(BSI)呈正相關(均P<0.01)。金前等人[31]的研究證明支氣管擴張癥的患者在氣管內膜活檢組織中的MMP-9明顯高于健康人，且TIMP-1/MMP-9比值遠低于健康人，在銅綠假單胞菌感染的支氣管擴張癥患者TIMP-1/MMP-9比值更低。上述研究基質金屬蛋白酶可能是潛在的評估支氣管擴張嚴重程度和預測支氣管擴張癥未來風險的有用生物標志物，同時為基質金屬蛋白酶抑制劑在未來的臨床應用提供了理論依據。同時，不少課題組指出，未來的研究不應局限于MMP-9,基質金屬蛋白酶家族的其他成員也值得我們深入研究，不同成員的聯合應用可能會讓基質金屬蛋白酶在支氣管擴張癥的作用得到更好的證實。這在一定程度上給研究人員指明方向，相關成果值得期待。

維生素D

關于維生素D人們最為熟知的是它可以維持人體鈣磷代謝的平衡[32]。最近研究表明，維生素D還具有多種免疫調節作用[33]，其缺乏與呼吸道感染風險增加有關[34-35]。因此，有理由假設維生素D缺乏和支氣管擴張癥之間有直接聯系。一項小鼠模型研究表明，小鼠的肺內結構改變和肺功能的降低與體內缺乏維生素D有直接關系[36]。由Chalmers等人[37]納入的402名支氣管擴張癥穩定期患者進行血清維生素D測量，并對他們進行為期三年的隨訪調查，研究發現超過半數的支氣管擴張癥患者缺乏維生素D，維生素D缺乏的患者氣管更容易定植細菌(P<0.0001)，維生素D缺乏患者預測的FEV1%較低(P=0.002)，急性加重更頻繁(P=0.04)。最近的Ferri等人[38]在納入57名支氣管擴張癥患者的研究中驗證了Chalmers等人觀點，其中57名患者中64%的患者維生素D缺乏，而且發現血清維生素D水平與Bhalla評分(R2=0.68,P<0.001)和支氣管擴張癥嚴重程度指數(BSI)(R2=0.58,P<0.0001)相關，這種相關性似乎強于其他炎癥標志物，如ESR和CRP(R2=0.33,P=0.001和R2=0.39,P=0.001)。上述研究證明，維生素D可以很好的預測支氣管擴張癥的臨床和影像學嚴重程度,未來的研究應該更好地闡明維生素D缺乏癥和支氣管擴張癥之間的關系，明確維生素D缺乏對支氣管擴張癥的影響是直接還是間接的。

其他生物標記物

肝素結合蛋白(HBP)作為一種具有抗菌活性的多功能炎癥介質，來源于多形核白細胞,可以促進單核細胞的募集、黏附和外滲,有顯著的抗菌活性、趨化特性及調節炎癥反應作用[39]。Leyah等人[40]納入121例支氣管擴張癥患者，對患者進行為期3年的隨訪調查，發現患者痰液中HBP濃度與痰液中其他中性粒細胞標記物(如NE)呈中度正相關(r=0.52，P<0.0001)。HBP濃度與MRC呼吸困難評分呈正相關(r=0.32，P=0.004)，與FEV1呈負相關(r=-0.24，P=0.0086)，較高的痰HBP值與和支氣管擴張嚴重程度指數(BSI)(r=0.445，P<0.0001)和FACED(r=0.34，P=0.001)相關。研究表明HBP可能是支氣管擴張癥患者氣道炎癥和疾病嚴重程度的潛在生物標志物。

和肽素是近年來臨床上新發現的的生物標志物，它源于精氨酸加壓素，是前精氨酸加壓素原C末端一個組成部分，由于和肽素與慢性疾病的嚴重程度和預后之間有著密切聯系，因此和肽素被認為是慢性疾病急性加重的預后標志物[41]。溫輝等人[42]研究證明血清和肽素聯合支氣管擴張癥的其他生物標志物，如降鈣素原及C-反應蛋白，有利于預測支氣管擴張癥的急性加重，可作為早期診斷支氣管擴張癥合并感染的新型的生物學指標。

中性粒細胞/淋巴細胞比值(NLR)最近被用來早期診斷感染性疾病的新型生物學指標。Georgakopoulou等人[43]納入的80例支氣管擴張癥急性加重期患者，分為痰細菌培養陽性組(52例)和痰細菌培養陰性組(28例)，痰細菌培養陽性患者的平均NLR值為10.5±9.1，痰細菌培養陰性患者的平均值為6.7±3.6(P<0.012)，銅綠假單胞菌患者的平均NLR值為10.1±9.5，分離出其他微生物的患者的平均值為10.8±8.9(P=0.784)。上述研究表明NLR在預測支氣管擴張癥急性加重可能具有著重要的意義。

上述三種生物標志物都不同程度的參與了支氣管擴張癥的炎癥反應，盡管相應研究目前都處在初級階段，但近五年國內外不斷有研究成果涌現出來，有理由相信在未來它們在支氣管擴張癥中的作用會不斷凸顯。

總結與展望

綜上所述，生物標志物不僅可以作為支氣管擴張癥的早期診斷指標，也可以監測支氣管擴張癥的病情變化、判斷患者預后。近年來，對支氣管擴張癥的生物學標志物研究取得了很大的進展。但是由于支氣管擴張癥的異質性，導致其生物標志物大多缺乏特異性與高敏感性。不過隨著研究人員對支氣管擴張癥這一疾病的重視，現在已經被證實的生物標志物將會被更深入的研究，新的生物標志物也會被不斷挖掘，生物標志物缺乏特異性與高敏感性這一問題有望得到合理解決，使支氣管擴張癥的治療有新的突破，同時實現支氣管擴張癥的個體化、人性化治療。