結締組織病相關肺動脈高壓的生物標志物研究進展*

辛昊洋 姜 楠 張 碩

天津中醫藥大學第二附屬醫院,天津市 300250

肺動脈高壓(Pulmonary arterial hypertension,PAH)是由于多種原因引起的肺血管結構改變,肺血管阻力增大,肺動脈壓力進行性升高,逐漸進展至右心室肥厚,最終出現右心衰竭的臨床綜合征。系統性紅斑狼瘡(SLE)、系統性硬化癥(SSc)、原發性干燥綜合征(pSS)、類風濕關節炎、皮肌炎均可發生CTD相關PAH(CTD-associated PAH,CTD-PAH)。根據歐洲心臟病學會(ESC)和歐洲呼吸學會(ESR)的最新指南[1],采用靜息狀態下右心導管術(Right heart catheterization,RHC)所測平均肺動脈壓(Mean pulmonary artery pressure,mPAP)>20mmHg(1mmHg=0.133kPa)是確診PAH的金標準,但它是一種有創性手術,且大部分CTD合并PAH的患者癥狀較輕,很難在早期進行診斷和治療。生物標志物檢測方式相對簡便易行,數據可靠,可能成為該病可重復的診斷指標和臨床評價指標。本綜述旨在通過對CTD-PAH復雜病理生理學過程中出現的生物標志物進行分類總結,包括內皮功能障礙和血管重塑、自身免疫、炎癥和心功能障礙等,為CTD-PAH的早期診斷、預后評估提供新思路、新工具。

1 內皮功能障礙

內皮功能障礙在CTD-PAH的發展中起關鍵作用,它源于血管擴張劑的下調和血管收縮劑和增殖介質的上調,影響血管張力并促進血管重塑且血小板活化會進一步促成該過程。

1.1 血管活性介質之間的不平衡

1.1.1 內皮素-1(ET-1):ET-1是一種內源性血管收縮肽,它通過ET受體A(ETAR)和B(ETBR)相互作用來發揮其生物活性。前者由血管平滑肌細胞表達并介導血管壁增厚、纖維化及血管收縮,在細胞增殖和肺動脈免疫調控中發揮重要作用,后者主要通過釋放一氧化氮和前列腺素誘導ET-1清除和血管舒張以平衡血管收縮作用。Guo等[2]通過研究證明了ETAR自身抗體是SLE的生物標志物,ETAR自身抗體可以促進平滑肌細胞增殖,破壞內皮屏障,并上調PAH相關標志物的表達,加重右心室肥厚和血管重塑。付強等[3]發現CTD-PAH患者抗ETAR抗體水平與肺動脈收縮壓呈正相關,與6min步行試驗呈負相關,認為抗ETAR抗體可作為新的生物標志物用于疾病診斷和心肺功能損害嚴重程度評估。

1.1.2 一氧化氮(NO)途徑:NO是一種有效的肺血管擴張劑,它通過在內皮細胞中產生的NO合酶(NOS)參加免疫應答:這種酶有三種已知的亞型,即神經元型NOS(nNOS)、內皮型NOS(eNOS)和誘導型NOS(iNOS),非對稱二甲基精氨酸(ADMA)是eNOS的內源性抑制劑,Thakkar等[4]發現ADMA水平與PAH顯著相關,作為生物標志物篩選SSc-PAH的作用值得進一步評估。

1.2 血管重塑

1.2.1 內皮到間充質轉化:中小型肺動脈的漸進性重塑是PAH發病機制的關鍵,并且在很大程度上取決于肌成纖維細胞的激活。SSc-PAH血管重塑的發病機制涉及過渡性內皮—間充質細胞,而內皮到間充質的轉化似乎主要通過轉化生長因子-β(TGF-β)信號通路觸發,該途徑激活了細胞內轉錄因子。

生長分化因子-15(GDF-15)是TGF-β家族的成員,最近的一項研究發現,SSc患者的GDF-15水平高于健康對照組,SSc患者的GDF-15升高與PAH具有顯著相關性[5]。FSTL3是一種TGF-β調節蛋白,在彌漫性皮膚性系統性硬化(dcSSc)患者血清中含量較高。Midkine(MDK)是一種新型細胞因子,它通過激活其受體Notch57誘導肺部纖維增殖。Rice等[6]發現,與沒有PAH的lcSSc患者相比,lcSSc-PAH患者血清中的FSTL3和MDK均上調,證明了FSTL3和MDK可能是lcSSc-PAH患者的潛在生物標志物和治療靶標。

Sanges等[7]對31名lcSSc患者的血清進行了蛋白質組分析,研究發現,在lcSSc-PAH患者中,血清中的多效蛋白chemerin水平較高,該蛋白對平滑肌細胞具有多種作用,誘導其收縮和增殖,對內皮細胞具有調節新生血管生成、一氧化氮產生和細胞黏附的作用。另一項研究也對157例SSc患者的血清樣本進行了類似的蛋白質組學分析,Bauer等[8]從中發現了兩種參與肺血管重塑的蛋白質:糖基化終產物受體(RAGE),它是一種跨膜蛋白,可通過BMP信號通路在體外調節SMC的增殖;基質金屬蛋白酶-2(MMP-2)可參與細胞外基質和基底膜的分解。

1.2.2 血管生成受損:在SSc血管病變中,血流中內皮祖細胞的濃度在病程中逐漸降低,導致血管生成受損和功能障礙。Adachi等[9]評估了107名PAH患者和33名健康者的血清血管生成和血管抑制因子水平,發現CTD-PAH患者的血清胎盤生長因子(sPlGF)水平高于特發性肺動脈高壓(IPAH)和健康對照組,血管抑制因子與6min步行距離、B型利鈉肽和肺血管阻力顯著相關。Bauer等[8]通過對77例SSc-PAH患者和80例無PAH的SSc患者的DETECT隊列蛋白質組學分析發現,神經纖毛蛋白-1(neuropilin-1)是另一種與血管內皮生長因子家族成員相互作用以誘導內皮細胞血管生成的分子,有助于SSc-PAH的早期檢測。

2 自身免疫

大多數結締組織病的抗核抗體血清學陽性,并且具有自身特異性抗體,每種疾病的自身特異性抗體譜不僅可以應用于診斷,還可能與疾病的臨床表現和病理進展相關。

2.1 系統性硬化癥 在SSc特異性抗體中,抗著絲點抗體(ACA)、抗核糖核蛋白抗體(nRNP)、抗Th/To 抗體、抗磷脂抗體(aPLA)均與SSc-PAH存在相關性。最近的一個多中心研究收集了134例ACA陽性SSc-PAH患者的臨床數據和血清樣本,發現抗著絲點蛋白A(抗 CENP-A),又稱抗p4.2抗體,可在血管病變方面發揮預測作用[10]。SSc患者血清中存在抗血小板源性生長因子受體抗體[11],該抗體在體外誘導人肺血管平滑肌細胞的增殖和遷移,可能參與了SSc-PAH的建立。

2.2 系統性紅斑狼瘡 在組織病理學檢查中,SLE-PAH患者的肺血管顯示免疫復合物介導的肺血管炎伴輕度內膜纖維化,免疫復合物的形成在此過程中起重要作用。一項在納入3 624例SLE患者的多中心研究顯示,抗RNP抗體與SLE-PAH關聯密切[12],骨形態蛋白(BMP)屬于TGF-β家族,BMP及其受體(BMPR)與PAH的發病機制廣泛相關,BMPR2信號通路的遺傳缺陷是遺傳性PAH的最常見原因,Xing等[13]發現BMPR2信號傳導和促炎因子的缺乏共同促成了SLE-PAH的發展。

2.3 其他CTD 關于其他CTD-PAH的免疫生物標志物的研究數據并不多,一項國內的多中心研究將103例原發性pSS-PAH患者的臨床表現和血清學特征與526名無PAH的pSS患者進行了比較,發現抗SSB(OR 4.095,95%CI:2.183～7.681)和抗U1RNP抗體(OR 29.518,95%CI:6.026～144.600)可確定為PAH的獨立危險因素,而抗SSA抗體和高丙種球蛋白血癥沒有統計學意義[14]。

3 炎癥

巨噬細胞、中性粒細胞、T細胞、樹突狀細胞和肥大細胞等多種免疫細胞及其分泌的多種細胞因子參與調控血管內皮細胞和平滑肌細胞的信號轉導通路,影響其增殖與功能,促使血管舒張和收縮因子的失衡,該機制對CTD-PAH的發生發展尤為重要。

3.1 白細胞介素 白細胞介素(IL)是啟動炎癥反應的鑰匙,調節免疫細胞應答,介導淋巴細胞活化、增殖與分化等過程中也起重要作用[15]。Simpson等[16]通過研究發現,門靜脈高壓和CTD-PAH患者血清IL-6水平較其他病因PAH患者顯著升高,且IL-6水平與PAH患者生存時間密切相關。也有研究顯示,IL-6水平升高被確定為肺部受累的SSc患者死亡率的有力預測指標[17]。

3.2 干擾素 干擾素家族是一組能夠維持體內穩態和宿主防御功能的分泌蛋白,作為細胞外信使參與抗病毒、抗增殖、免疫調節等應答反應。有文獻報道,接受β干擾素治療的SSc患者會誘發PAH,停用β干擾素后患者臨床癥狀改善、血流動力學趨于正常,說明PAH是β干擾素治療的一種罕見而嚴重的不良反應[18]。Gairhe等[19]發現外源性干擾素可改變肺動脈內皮細胞的細胞骨架,干擾素引發的炎癥反應會導致內皮細胞表型功能異常,引起PAH的病理性血管重構。綜上所述,干擾素的測定可能是監控SSc-PAH的一個新方向。

3.3 趨化因子 趨化因子主要作用是通過與7個跨膜的G蛋白偶聯受體結合,誘發細胞內信號轉導,從而介導其趨化因子活性,實現對白細胞的激活和化學吸引,也可能在血管生成中發揮重要作用。Didriksen等[20]通過對大量患者的血清樣本進行免疫組化測定以及蛋白質陣列分析,發現了CC趨化因子配體21[chemokine(C-Cmotif)ligand,CCL21]在SSc-PAH患者上皮肺組織中的存在。Ikawa等[21]通過對67名SSc患者和20名健康受試者進行了為期9年的橫斷面分析發現,CCL20水平與SSc患者通過RHC測量的mPAP值、伴發無癥狀原發性膽汁性膽管炎呈正相關。這些都表明了趨化因子的生物標志物潛力。

4 心功能不全

PAH會增加肺血管阻力,最終導致右心功能衰竭。心肌損傷和重塑的血清生物標志物,包括利鈉肽家族、心肌肌鈣蛋白(cTn)、D-二聚體,它們具有經濟實惠、易于采集且結果可靠的特點,然而其在許多其他涉及心臟功能障礙的疾病中也較為常見,所以作為CTD-PAH的特異性指標還需要大量基礎實驗和臨床研究佐證。

4.1 利鈉肽家族 心房利鈉肽(ANP)和腦利鈉肽(BNP)是利鈉肽家族的主要成員,是公認的右心室功能障礙標志物。主要由心肌分泌,以響應右心室后負荷的增加,利尿和血管舒張作用在血容量的穩態調節中發揮重要作用。ANP由心房心肌細胞釋放,雖然檢測方法復雜,但N末端心鈉肽前體(NT-pro-ANP)作為ANP的非活性形式,在循環中更穩定,壽命更長。Miller等[22]通過一項對432例加拿大SSc患者的回顧性研究,首次發現SSc患者早期PAH與中部前心鈉肽(MR-pro-ANP)水平增加有關。與BNP相比,N末端腦鈉肽前體(NT-pro-BNP)具有更長的半衰期,更穩定且更易于測量,但其受腎功能影響較大,因此其可靠性很大程度取決于腎功能。根據最新指南,BNP和NT-proBNP均已納入PAH患者的風險分層指標中,Cavagna等[23]在PAH篩查中發現,BNP和NT-proBNP都與mPAP相關,且BNP是SSc-PAH的獨立預測因子。

4.2 心肌肌鈣蛋白 心肌肌鈣蛋白(cTn)是檢測心肌損傷和診斷心肌梗死的首選生物標志物。Avouac等[24]在沒有相關心血管危險因素的SSc患者中發現HS-cTnT水平與PAH獨立相關。最新的一項研究納入了675名SSc患者,發現hs-cTnT對死亡和PAH具有獨立的預測價值[25]。

4.3 血清D-二聚體 CTD-PAH引起肺小動脈收縮,肺血管阻力增加以及肺小動脈管壁增厚而出現肺小動脈栓塞,最終導致部分肺梗死,這個病理過程引起D-二聚體濃度升高。崔曉陽等[26]通過對95例CTD-PAH患者進行回顧性分析,發現血清D-二聚體與結締組織病患者并發PAH密切相關,但在不同種類的CTD疾病患者中的臨床診斷意義存在差異。

5 小結

CTD-PAH最終會導致右心功能障礙和衰竭,死亡率高,改進早期發現CTD-PAH的篩查手段至關重要。除了自身免疫外,炎癥和血管重塑也被探索為該病的兩個關鍵驅動機制,因此,自身抗體、炎癥分子、血管活性介質已被提出作為CTD-PAH早期疾病診斷的潛在生物標志物。近年來雖然對生物標志物的研究不斷深入,但仍需要更大規模的前瞻性研究來確定其作為日常臨床實踐中潛在篩查工具的價值,以改善CTD-PAH患者的早期診斷和風險分層,并且可能為PAH的靶向與精準治療提供新思路。