膿毒癥相關性急性呼吸窘迫綜合征新型生物標志物的研究進展

陳明霞 王愷 張汝敏

膿毒癥可通過嚴重感染導致急性肺損傷，進而發展為急性呼吸窘迫綜合征（Acute respiratory distress syndrome，ARDS）。據統計，在ARDS 的發病原因中，因膿毒癥導致肺部損傷，進而誘發ARDS的患者占25%～50%。目前臨床上針對ARDS 患者主要采取肺保護性通氣、限制性液體管理及體外膜肺氧合等手段治療，但病死率仍較高，究其原因是其發病機制極為復雜，不同ARDS 患者之間存在高度異質性[1]。研究發現，其病理生理機制涉及多種生物標志物，本研究主要就近年來針對膿毒癥相關性ARDS 的多項研究中所發現的一些新型生物標志物，如內皮細胞特異性分子-1、NOD 樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3、多配體蛋白聚糖-1、脂質運載蛋白-2、自噬相關蛋白、高遷移率族蛋白 B1 以及多種微小核糖核酸等進行簡要闡述。

1 ARDS

ARDS 是由非心源性因素引起的嚴重急性肺損傷，主要病因包括重癥肺炎、膿毒癥、急性胰腺炎、嚴重創傷等因素，其臨床特征主要為進行性加重的呼吸困難及頑固性低氧血癥等，為ICU 常見的致死性疾病之一，病死率高達27%～45%。據2012 年ARDS 柏林定義診斷標準，ARDS 臨床診斷的影像學表現為雙肺致密影，但該影像學特征不能解釋為肺積液、肺不張、肺結節等，同時患者氧合指數（Arterial oxygen tension/inspired oxygen fraction，PaO2/FiO2）≤300mmHg，結合患者的氧合指數水平可將患者分為輕度、中度和重度ARDS。由于不同程度ARDS患者呈高度異質性，其診斷需要基于臨床表現、實驗室檢測和影像學結果進行綜合分析，同時療效判斷和預后評估也受到影響[2，3]。而聯合檢測多種生物標志物并針對其特異性和敏感性建立相應數據庫對膿毒癥相關性ARDS 進行風險預測、早期診斷、療效判斷和預后評估等是目前研究熱點。

2 膿毒癥相關性ARDS 的生物標志物

2.1 微小核糖核酸（MicroRNA，miRNA）microRNA是一種高度保守的由18～25 個核苷酸組成的非編碼RNA，可間接調節基因表達。多項研究證實其在膿毒癥相關性ARDS 進程中發揮重要作用[4～6]。

2.1.1 微小核糖核酸-126（MicroRNA-126，miR-126）miR-126 由表皮生長因子樣結構域7 基因上的第七內含子編碼，可在心肌、血管內皮和肺等多種組織細胞中表達。近年來，miR-126 已被應用于免疫調控、炎癥調控等方面，循環miR-126 可能輔助預測膿毒癥患者中 ARDS 發生風險，其機制可能是miR-126 通過調控細胞或炎性因子表達直接致肺損傷并最終致ARDS 發生，或者通過促進炎癥發生，加重膿毒癥進展，進而間接致肺受損和ARDS 發生[7]。有研究[8]發現，與非膿毒癥相關性ARDS 患者相比，膿毒癥相關性ARDS 患者中血漿miR-126 顯著升高，且其表達水平與機體炎癥水平和病情嚴重程度均呈正相關。但相關研究的樣本量較少，實驗結果可能存在誤差和偏倚，因此需要更多的相關研究數據來證實。

2.1.2 微小核糖核酸-424（MicroRNA-424，miR-424）有報道[9，10]miR-424 升高可抑制淋巴細胞、中性粒細胞等的炎癥反應，通過靶向成纖維細胞生長因子2調節由脂多糖誘導的肺泡上皮細胞中白細胞介素-8（Interleukin-8，IL-8）的表達，還可由核因子κB（Nuclear factor kappa-B，NF-κB）途徑調節肺泡上皮細胞的炎癥反應及凋亡。程東良等[11]研究發現miR-424 在膿毒癥相關性ARDS 組中呈低表達，且其表達量與白蛋白、小兒危重癥評分（Pediatric critical illness score，PCIS）、PaO2/FiO2值均呈正相關，而與白細胞介素-6（Interleukin-6，IL-6）、IL-8、C-反應蛋白（C-reactive protein，CRP）均呈負相關，miR-424 在ARDS 死亡組低表達且miR-424 是膿毒癥合并ARDS 組患者死亡的獨立危險因素。但本研究尚處于起步階段，仍需更多臨床研究驗證miR-424 在膿毒癥并ARDS 中的作用。

2.1.3 微小核糖核酸-146α（MicroRNA-146α，miR-146α）Zeng 等[12]研究指出，miR-146α 可減少肺部炎癥因子如細胞間黏附分子（Intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1）、IL-1、IL-6 等的釋放，減輕患者肺部炎癥反應，主要機制是通過抑制腫瘤壞死因子受體相關因子-6（TNF receptorassociated factor-6，TRAF-6）及IL-1 受體關聯激酶（Interleukin receptor associated kinase-1，IRAK-1）的表達而阻斷TLRs/NF-κB 信號通路，最終對Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）信號通路起負性調控作用。且張建國等[13]發現在膿毒癥相關性ARDS 小鼠肺組織中miR-146α 的表達水平上升，抑制了由膿毒癥刺激引起的TNF-α 的釋放，由膿毒癥所致炎癥反應及肺組織損傷因此減輕。故miRNA-146α 有望成為診斷和輔助治療膿毒癥相關性ARDS 的新型生物標記物，但仍需大量基礎和臨床研究證實其臨床意義。

2.2 血管緊張素轉化酶2（Angiotensin converting enzyme2，ACE-2）ACE-2 是一種含兩個結構域的Ⅰ型跨膜糖蛋白。研究[14]表明，ACE-2 基因序列在人體肺部中的表達主要集中于肺泡Ⅱ型上皮，肺組織中的ACE-2 是調節肺組織炎癥的重要蛋白，ACE/ACE-2 的表達失衡或功能障礙，則可能會誘發或加重ARDS，其可能機制是：①ACE-2/血管緊張素1-7（Angiotension 1-7，Ang1-7）/Mas 受 體（Mas receptor，MasR）軸信號通路激活后會導致肺內局部血管緊張素Ⅱ（Angiopoietin-Ⅱ，Ang-Ⅱ）水平上升，造成肺氣血屏障受損，而當Ang-Ⅱ被大量水解后可發揮對ARDS 的保護性作用；②RAS 系統中各組分可由免疫細胞自身合成和分泌，而ACE-2 存在于免疫細胞表面，ACE-2 及其RAS 軸可通過改變免疫細胞對ARDS 產生影響。

研究[15]表明，ACE-2 能發揮肺保護性作用，與其阻止活性氧（Reactive oxygen species，ROS）產生降低促炎細胞因子表達有關。Khan 等[16]研究表明，ARDS 患者通過重組ACE-2 治療后，其炎性反應顯著降低，肺損傷得到顯著改善。王劉洋等[17]認為ACE-2 及其RAS 軸已被證實能夠在局部免疫反應和細胞因子釋放中起調節作用，因此非經典的RAS系統中整個系統的激活，或系統中ACE-2 表達或活性增加，都可能成為治療膿毒癥相關性ARDS 的潛在靶點。通過檢測膿毒癥患者ACE-2 活性、濃度方面的差異，或比較膿毒癥患者ACE/ACE-2 的比值，來探索ACE-2 與膿毒癥相關性ARDS 的關系和ACE-2 在靶向治療層面的作用機制，將是治療膿毒癥相關性ARDS 的研究方向。

2.3 自噬相關蛋白自噬是一種細胞內降解途徑，細胞由此可回收細胞質并降解相關細胞器，細胞自噬可通過參與調控機體炎癥反應從而維持內環境穩態[18，19]。有動物研究[20]指出，自噬在感染性損傷后會短暫性升高，之后其表達及活性水平又會受到顯著抑制。研究顯示[21，22]，表觀遺傳學機制包括基因甲基化、組蛋白修飾、micro-RNA 等參與調控自噬，深入研究表觀遺傳學在自噬調控方面的意義將利于發現針對膿毒癥相關性 ARDS 患者新的治療策略。何子純等[23]研究指出，膿毒癥并發ARDS患者炎癥指標顯著升高，而體內自噬水平顯著降低，提示膿毒癥相關性ARDS 患者體內自噬處于抑制狀態，且死亡組患者體內自噬水平顯著低于存活組，結果顯示自噬相關蛋白對膿毒癥相關性ARDS患者預后評估的特異性及敏感性較高。但該研究存在漏診可能，且為單中心小樣本量研究，其結果可能存在偏倚。故自噬相關蛋白在膿毒癥相關性ARDS 中的作用還有待大量研究證實。

2.4 NOD 樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3（NOD-like receptor family pyrin domain-containing protein 3，NLRP3）研究表明，由NLRP3、半胱天冬酶-1 前體（Pro-cysteinyl aspartate specific proteinase-1，procaspase-1）以及凋亡相關斑點樣蛋白（Apoptosisassociated speck-like protein containing a CARD，ASC）組成的炎癥小體是一種存在于細胞質中的多蛋白復合物，可參與機體固有免疫反應[24]。TXNIP又稱硫氧還蛋白結合蛋白2（Thioredoxin-binding protein 2，TEP-2）/維生素D3 上調蛋白1（Vita-min D3 upregulated protein-1，VDUP-1），其可抑制TRX介導氧化應激反應，從而影響NLRP3 炎癥小體激活[25]。研究[26]報道，炎癥刺激因子會引起患者機體產生ROS，并使TXNIP 與硫氧還蛋白（Thioredoxin，TRX）分離，分離后的TXNIP 會與NLRP3結合并形成NLRP3 炎癥小體，NLRP3 炎癥小體會激活Caspase-1 從而引發ARDS。黃鐘等[27]研究發現，膿毒癥相關性ARDS 患者外周血NLRP3 含量提升，且會伴隨炎癥的減弱其含量水平也有所降低，證實NLRP3 炎癥小體與膿毒癥相關性ARDS的嚴重程度呈正相關。該研究為研制抑制TXNIP和NLRP3 的藥物從而治療膿毒癥相關性ARDS 提供可能。

2.5 脂質運載蛋白-2（Lipocalin-2，LCN-2）LCN-2是一種脂肪細胞因子，可誘導白細胞內顆粒釋放，在免疫應答和炎癥趨化中具有重要作用。中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白受體（Neutrophil gelatinase-associated lipocalin receptor，NGALR）作 為LCN-2 的受體，其結合LCN-2 后可促使細胞異常增殖或表型轉化[28～31]。有研究[32～35]發現膿毒癥相關性ARDS 死亡患者外周血中LCN-2、NGALR水平均異常升高，說明LCN-2 可對膿毒癥相關性ARDS 患者進行輔助診斷和預后評估，外周血中LCN-2、NGALR 水平可成為預測患者死亡的敏感指標。另有研究[30，33]發現，伴隨膿毒癥相關性ARDS 患者病情進展，大量LCN-2 被釋放，促進基質降解及炎癥反應；另外在肺泡上皮細胞發生炎癥反應時，LCN-2 可能被當成炎癥刺激感受器，而對患者造成急性肺損傷。這充分提示LCN-2 在膿毒癥相關性ARDS 發生發展過程中的重要作用，但其具體機制還有待進一步研究。

2.6 多配體蛋白聚糖-1（Syndecan-1，SDC-1）血管內皮糖萼（Vascular endothelial glycocalyx，VEG）是一種蛋白質-多糖復合物，其存在于管腔面細胞膜上并參與構成血管內皮表面。研究[36～39]發現，肺VEG 降解在膿毒癥相關性ARDS 發病機制中居于核心地位，膿毒癥患者肺VEG 修復功能被抑制會促進ARDS 發生發展。近年來，檢測肺VEG降解產物并以VEG 作為靶點進行治療膿毒癥相關性ARDS 是目前研究熱點之一。在多項研究中Syndecan-1 已被用作反映VEG 損傷的生物標志物，研究發現患者血漿Syndecan-1 水平與膿毒癥相關性ARDS 病情嚴重程度呈正相關，且其可預測患者的器官衰竭和死亡風險[36，40]。研究[41]發現，給予羥乙基淀粉（用輸入或注射方式）可抑制Syndecan-1 脫落而保護VEG 的完整性，并保護糖萼免遭病理損傷。相關研究通過體外實驗發現，鞘氨 醇-1-磷 酸（Sphingosine-1-phosphate，S1P）對抑制Syndecan-1 脫落有顯著效果，激活并促進S1P與S1P1 受體結合可以減少Syndecan-1 的脫落，從而減輕膿毒癥相關性ARDS 患者病情；該團隊后續研究還發現上述抑制Syndecan-1 脫落的效果需要由白蛋白將其運至血管內皮細胞，再由紅細胞釋放S1P，故治療膿毒癥相關性ARDS 時使用白蛋白或新鮮血漿可以保護糖萼，從而改善患者病情[42]。

2.7 高遷移率族蛋白B1（High mobility group protein B1，HMGB1）HMGB1 是一種核蛋白，其存在于哺乳動物肺組織的細胞核中。研究表明，當細胞受到細菌產物、內毒素等外源性刺激或TNF-α、干擾素等內源性刺激時，細胞會快速釋放HMGB1，其可與相應受體，如晚期糖基化終末產物受體（Receptor of advanced glycation endproducts，RAGE）和Toll 樣受體4（Toll like receptor 4，TLR4）結合后，可激活多種炎性細胞，進而啟動多種促炎相關信號導致誘導生成多種細胞因子，從而形成炎癥級聯反應[43，44]。研究[45]發現，膿毒癥相關性ARDS患者血清中的HMGB1 水平相較于健康人和普通膿毒癥患者明顯升高，推測HMGB1 可能參與了膿毒癥相關性ARDS 患者的肺損傷，因其充當炎性因子而導致級聯炎癥反應的發生，因此HMGB1 表達水平升高是膿毒癥患者并發ARDS 的可能危險因素，但目前相關的研究較少。因此，證實HMGB1/TLR4 等信號通路在膿毒癥相關性ARDS 發生發展中發揮的作用，并利用相關方法來研發HMGB1/TLR4 拮抗劑，有可能為膿毒癥相關性ARDS 患者的診斷及治療開辟新的道路。

2.8 內皮細胞特異性分子-1（Endothelial cell-specific molecule，ESM-1）ESM-1 是一種主要在肺、腎等器官表達的新型可溶性蛋白多糖，主要參與調節炎癥反應、血管生成等過程，研究發現其可能是治療ARDS 的潛在靶點。但目前醫學界針對ESM-1 在ARDS 中的作用爭論不一。研究[46]表明，ESM-1對ARDS 的炎癥調節具有保護作用，其理論依據為：ESM-1 與淋巴細胞功能相關抗原 -1（Lymphocyte function associated antigen-1，LFA-1）結合后，會抑制LFA-1 和內皮細胞的ICAM-1 相互作用，這一環節阻礙白細胞與活化的內皮細胞間黏附，從而減輕內皮細胞損傷；研究通過構建小鼠模型發現ESM-1可顯著減弱肺炎癥反應，主要機制可能是ESM-1可作用于肺泡上皮細胞的線粒體，減輕未折疊蛋白反應、改善能量代謝和抗凋亡相關[47]。然而也有多項研究認為ESM-1 會促進ARDS 的炎癥爆發，Orbegozo 等[48]通過統計比對ARDS 患者血漿中的ESM-1 水平，發現不良臨床結局組（機械通氣時間大于10d）在T1 時的血漿ESM-1 水平相較于良好臨床結局組（機械通氣時間小于10d）明顯升高；還有研究[49]發現ARDS 患者血漿ESM-1 水平伴隨著患者病情的加重而升高，這可能與ESM-1 在ARDS發病過程中具有復雜的血流動力學變化有關。

在ARDS 患者發病早期，由中性粒細胞活化后釋放的蛋白酶可水解 ESM-1 末端及其糖鏈，從而產生片段p14。有研究指出p14 與膿毒癥發生發展呈正相關，健康人體內幾乎無法檢測出p14，因此檢測p14 來預測膿毒癥相關性ARDS 患者更加準確，且p14 能阻斷ESM-1 與LFA-1 相互作用，從而恢復內皮細胞與白細胞之間的黏附和白細胞向內皮細胞遷移。因此，檢測ESM-1 及p14 可能對診斷膿毒癥相關性ARDS 更具價值[50]。綜上，ESM-1及其代謝產物p14 作為生物標記物能否用于臨床上對膿毒癥相關性ARDS 的診斷及預后，還需要后續的深入研究。

3 展望

隨著臨床診療技術的發展，ARDS 的病死率仍高達27%～45%。近年來，不斷有研究人員試圖證實一項或者聯合幾項生物標志物的檢測指標能應用于膿毒癥相關性ARDS 的風險預測、早期診斷、判斷療效和預后評估，但迄今為止這一目標尚未實現。多項研究證明膿毒癥相關性ARDS 的病理生理涉及多種生物標志物，因此針對這些生物標志物進行聯合檢測并針對其特異性和敏感性建立相關數據庫有望成為輔助膿毒癥相關性ARDS 早期診斷、治療及評估預后的新方向。