創(chuàng)傷相關(guān)急性呼吸窘迫綜合征生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展

程 倩，賴曉霏，楊麗萍 綜述，羅 艷 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院檢驗(yàn)科 400016)

ARDS是一種肺部炎癥，根據(jù)其病理變化，通常可分為急性期、增生期和纖維化階段[1]。急性期的特征是肺組織炎癥級聯(lián)反應(yīng)，首先肺泡中有大量中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和其他炎性細(xì)胞浸潤，隨后出現(xiàn)上皮屏障破壞和內(nèi)皮功能障礙，蛋白質(zhì)液和細(xì)胞碎片彌漫到肺泡中并形成透明膜，這種彌漫性肺泡損傷是ARDS的標(biāo)志性病理改變，繼而影響凝血和纖溶系統(tǒng)[2-5]。在增生期，水腫逐漸被吸收，中性粒細(xì)胞被清除并被單核細(xì)胞和肺泡巨噬細(xì)胞替代，Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞增生，試圖修復(fù)上皮屏障。最后，肉芽組織在肺泡間隙中發(fā)育，從而進(jìn)入組織性纖維化階段。

炎癥及感染通過模式識別受體(PRR)識別微生物之間保守的結(jié)構(gòu)，即病原體相關(guān)分子模式(PAMP)。創(chuàng)傷導(dǎo)致?lián)p傷細(xì)胞釋放內(nèi)源性分子，PRR還可識別這種內(nèi)源性分子，稱為損傷相關(guān)分子模式(DAMP)。PRR對PAMP或DAMP的識別會上調(diào)與炎癥有關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。因此，除經(jīng)典的PAMP外，DAMP也是炎癥的主要途徑[6]。應(yīng)激或凋亡細(xì)胞釋放的DAMP是將重度創(chuàng)傷與創(chuàng)傷相關(guān)ARDS聯(lián)系起來的一個重要機(jī)制[7]。

2012年，專家們建立了ARDS的“柏林標(biāo)準(zhǔn)”[1]，在排除心力衰竭或體液超負(fù)荷的情況下，患者低氧血癥急性發(fā)作，氧合指數(shù)小于300，或雙肺浸潤。該新標(biāo)準(zhǔn)主要基于臨床數(shù)據(jù)和放射學(xué)報告，對于評估嚴(yán)重程度和預(yù)后具有重要意義。然而，許多研究表明，在滿足ARDS共識標(biāo)準(zhǔn)的人群中存在顯著的異質(zhì)性[8]。這種異質(zhì)性是來自于膿毒癥或創(chuàng)傷等易感性因素及直接或間接機(jī)械性肺損傷等[9]。針對創(chuàng)傷相關(guān)ARDS的一系列生物標(biāo)志物已得到廣泛研究，并且與其他ARDS患者可能有不同的發(fā)病機(jī)制，本文著重于闡述急性期創(chuàng)傷相關(guān)的ARDS的生物標(biāo)志物，為評估疾病的嚴(yán)重程度及預(yù)后提供新的見解。

根據(jù)嚴(yán)重創(chuàng)傷患者發(fā)生創(chuàng)傷相關(guān)ARDS的時間不同分為早期發(fā)病和晚期發(fā)病[10]。從發(fā)病機(jī)制來看早期發(fā)病即急性期，表現(xiàn)為炎癥級聯(lián)反應(yīng)、上皮/內(nèi)皮損傷、凝血和纖溶紊亂。目前創(chuàng)傷后早期發(fā)病的創(chuàng)傷相關(guān)ARDS涉及的生物標(biāo)志物主要包括內(nèi)皮及上皮生物標(biāo)志物、溶血纖溶系統(tǒng)生物標(biāo)志物、炎癥介質(zhì)。各類別主要代表性生物標(biāo)志物及其主要作用機(jī)制見表1。

表1 可用于診斷創(chuàng)傷相關(guān)的急性肺損傷(ALI)/ARDS的生物標(biāo)志物

1 內(nèi)皮及上皮生物標(biāo)志物

1.1 ANG-2

ANG-2是內(nèi)皮細(xì)胞分泌的特異性生長因子。它可提高血管內(nèi)皮細(xì)胞對血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的敏感性，并在VEGF的影響下促進(jìn)血管生成。另一方面，ANG-2可引起內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致血管變性。因此，ANG-2是內(nèi)皮細(xì)胞激活/功能障礙的重要生物標(biāo)志物。ANG-2具有促炎活性，并可以調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞通透性[11-12]。 血管通透性增加和肺血管滲漏是ARDS重要的病理生理機(jī)制。臨床試驗(yàn)表明，創(chuàng)傷患者中發(fā)生ARDS患者的ANG-2水平顯著升高[13]。ANG-2能夠在創(chuàng)傷性患者中區(qū)分出ALI患者[14]，而且血漿ANG-2水平升高與ALI患者的肺通透指數(shù)、疾病嚴(yán)重程度和病死率增加相關(guān)[15]。

1.2 TIMP-3

TIMPs是天然基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑，TIMP-3通過直接結(jié)合VEGF-2受體穩(wěn)定血管內(nèi)皮并阻斷VEGF-A信號通路[16]。研究表明TIMP-3可維持小鼠正常的內(nèi)皮屏障功能，抑制損傷后的血管內(nèi)皮通透性[17-18]。有數(shù)據(jù)表明TIMP-3在ALI小鼠中參與中性粒細(xì)胞募集和炎癥調(diào)節(jié)[19]。最近的1項(xiàng)證據(jù)研究顯示，在患有嚴(yán)重單純腦外傷(TBI)患者中，血漿TIMP-3水平與并發(fā)ARDS風(fēng)險相關(guān)[20]。而且，早期較高水平的TIMP-3與入院后24 h和48 h以后的病死率有關(guān)。所以，TIMP-3是預(yù)測嚴(yán)重TBI后ARDS和死亡的重要生物標(biāo)志物。

1.3 sRAGE

RAGE是免疫球蛋白超家族的成員，RAGE軸在全身性炎癥及ALI中發(fā)揮作用[21]。它在Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞中高度表達(dá),可調(diào)節(jié)肺泡-毛細(xì)血管屏障的完整性。sRAGE是Ⅰ型肺泡上皮損傷的標(biāo)志物，它與內(nèi)皮功能標(biāo)志物(包括ANG-2)相關(guān)。JABAUDON等[22]研究發(fā)現(xiàn)ARDS患者的sRAGE水平升高，與ALI/ARDS嚴(yán)重程度相關(guān)。對于與創(chuàng)傷相關(guān)的ARDS，研究發(fā)現(xiàn)在創(chuàng)傷后第1天或第2天發(fā)生ARDS的患者血漿中sRAGE的水平最高[10]。并且新的證據(jù)表明，在多發(fā)傷患者中，血漿sRAGE水平幾乎是健康對照組的3倍，但在第2天這些水平下降了41%[23]。而且，sRAGE水平與ALI嚴(yán)重程度相關(guān)，與相對肺挫傷體積存在顯著相關(guān)性[23]。這些結(jié)果表明，創(chuàng)傷后早期sRAGE可以作為診斷和預(yù)測創(chuàng)傷相關(guān)ARDS早期發(fā)作的生物標(biāo)志物。

1.4 sST2

白細(xì)胞介素33(IL-33)是IL-1超家族的成員，參與其靶向受體的促炎信號傳導(dǎo)，它也稱為致瘤性抑制劑2(ST2)。IL-1α和IL-1β及IL-6上調(diào)sST2的分泌，這些細(xì)胞因子在創(chuàng)傷早期起促炎作用[24]。同樣，IL-33本身也可上調(diào)sST2的表達(dá)。sST2不但阻止IL-33與其受體結(jié)合，還可直接抑制Toll樣受體信號通路直接發(fā)揮其抗炎作用，最終導(dǎo)致巨噬細(xì)胞中核因子激活的B細(xì)胞的κ-輕鏈增強(qiáng)(NF-κB)的下調(diào)。研究發(fā)現(xiàn)sST2主要來源于肺泡上皮細(xì)胞[24]。臨床證據(jù)表明，ARDS患者血清sST2水平增加，且sST2水平與ARDS預(yù)后呈負(fù)相關(guān)[25]。創(chuàng)傷后第1天會出現(xiàn)創(chuàng)傷后炎癥高峰。另有研究發(fā)現(xiàn)多發(fā)傷患者血清sST2明顯升高，在第2天達(dá)到高峰。發(fā)生肺部并發(fā)癥的創(chuàng)傷患者與未發(fā)生肺部并發(fā)癥的患者比較，入院第1天血清sST2水平二者相當(dāng)，但第2天合并有肺部并發(fā)癥的患者的血清sST2水平顯著增加。此外，創(chuàng)傷第2天的血清sST2水平與ISS的相關(guān)性很弱。因此筆者認(rèn)為sST2可作為多發(fā)傷患者預(yù)測肺部并發(fā)癥的獨(dú)立生物標(biāo)志物[26]。

1.5 CC16

CC16是由非纖毛的細(xì)支氣管克拉拉細(xì)胞在氣道中大量分泌的主要蛋白質(zhì)，也是肺部的主要分泌蛋白之一 。這種蛋白保護(hù)呼吸道免受氧化應(yīng)激和炎癥。在體外，已有證據(jù)表明CC16調(diào)節(jié)各種炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生及活性，包括磷脂酶A2、干擾素-γ和腫瘤壞死因子-α(THFN-α)[27]。研究顯示CC16不僅可保護(hù)肺組織免受炎癥、氧化應(yīng)激，還可以保護(hù)肺組織免受ARDS纖維化的影響。在創(chuàng)傷相關(guān)ARDS中，WUTZLER等[28]發(fā)現(xiàn)與非ARDS患者和健康對照組比較，嚴(yán)重創(chuàng)傷相關(guān)ARDS患者血清CC16水平顯著升高，且與肺挫傷體積高度相關(guān)。然而，有研究將創(chuàng)傷入ICU患者分為ALI/ARDS組及在住院前7 d內(nèi)胸片正常的對照組，二者CC16水平差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，值得注意的是，所有研究對象均是在入ICU前3 d采集的血清[14]。因此不論ARDS的病因如何，采樣時間可能也是導(dǎo)致CC16水平差異的重要因素。另一項(xiàng)研究從收集的患者入院至創(chuàng)傷后14 d的血液標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)，最初CC16水平顯著升高，但如果不再發(fā)生呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥，則在創(chuàng)傷后的第1天內(nèi)水平就會降至對照值[29]。這些結(jié)果表明CC16是創(chuàng)傷相關(guān)ARDS的一種特定生物標(biāo)志物，但標(biāo)本采樣時間需要進(jìn)一步優(yōu)化。

2 溶血纖溶系統(tǒng)

2.1 組蛋白

組蛋白ARDS發(fā)病中的一種新型的DAMP通路蛋白[30]。細(xì)胞外組蛋白與游離DNA和顆粒蛋白一起形成稱為中性粒細(xì)胞外陷阱(NET)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在ALI/ARDS期間可作為促炎因子。細(xì)胞外組蛋白通過TLR信號激活肺內(nèi)皮細(xì)胞促進(jìn)中性粒細(xì)胞的黏附和活化。早期創(chuàng)傷患者細(xì)胞因子激增主要是由于組蛋白誘導(dǎo)白細(xì)胞中細(xì)胞因子釋放，而循環(huán)組蛋白是嚴(yán)重鈍性創(chuàng)傷后高炎癥狀態(tài)的主要介質(zhì)。組蛋白誘導(dǎo)的髓過氧化物酶(MPO)釋放和中性粒細(xì)胞捕獲網(wǎng)(NET)形成可能導(dǎo)致細(xì)胞損傷，肺毛細(xì)血管充血和血栓形成。循環(huán)組蛋白在創(chuàng)傷相關(guān)ALI中起著重要的作用[31]。在嚴(yán)重非胸腔鈍性創(chuàng)傷患者中，發(fā)現(xiàn)組蛋白水平升高，且組蛋白水平與ALI/ARDS的發(fā)生率及內(nèi)皮損傷和凝血激活的標(biāo)志物顯著相關(guān)，筆者認(rèn)為組蛋白是改善患者生存結(jié)果的治療靶標(biāo)[31]。另一項(xiàng)前瞻性研究表明血漿組蛋白在入院時升高，但在入院后6 h下降，組蛋白水平與創(chuàng)傷嚴(yán)重程度(ISS)評分，ALI/ARDS發(fā)生率和病死率相關(guān)。此外，較高的組蛋白水平還與延長的國際標(biāo)準(zhǔn)化比率(INR)、部分凝血活酶時間(APTT)、D-二聚體和組織型纖溶酶原激活劑及活化的蛋白C相關(guān)[32]。這些研究提示組蛋白可以作為ARDS的早期預(yù)測指標(biāo)及纖溶系統(tǒng)失調(diào)和抗凝劑激活的指標(biāo)。

2.2 可溶性尿激酶型纖溶酶原激活物受體(SuPAR)

SuPAR是一種相對分子質(zhì)量為55×103～60×103的糖蛋白，它以3種形式(Ⅰ～Ⅲ，Ⅱ～Ⅲ和Ⅰ)出現(xiàn)，是尿激酶型纖溶酶原激活物受體(uPAR)的可溶性形式，蛋白酶從細(xì)胞表面切割uPAR成suPAR激發(fā)炎性反應(yīng)。suPAR可以在血清、尿液、支氣管肺泡灌洗液和腦脊液中檢測到，并且在某些晝夜節(jié)律變化和禁食的情況下其血清水平保持穩(wěn)定，由于其穩(wěn)定性，它可能是極好的診斷疾病和評估預(yù)后的生物標(biāo)志物[33]。suPAR在某些炎癥疾病中可能具有促炎作用，它作為纖溶酶原激活劑，可促進(jìn)凝血和纖溶級聯(lián)反應(yīng)。研究表明，膿毒癥并發(fā)ARDS患者的suPAR水平高于未發(fā)生ARDS的膿毒癥患者。在膿毒癥患者中，血清suPAR水平是ARDS的獨(dú)立危險因素。在膿毒癥并發(fā)ARDS患者中，血清suPAR水平與APACHEⅡ評分、序貫器官衰竭(SOFA)評分及C反應(yīng)蛋白(CRP)、TNF-α、IL-1β和IL-8水平呈正相關(guān)[34]。而suPAR是否可用于創(chuàng)傷相關(guān)ARDS的診斷還有待研究。

3 炎癥介質(zhì)

3.1 線粒體DNA(mtDNA)

最近研究認(rèn)為mtDNA是具有重要免疫作用的一種DAMP。創(chuàng)傷使得線粒體DAMP(MTD)釋放到循環(huán)中，發(fā)揮重要的免疫功能。MTD包括甲?；暮途€粒體DNA。它們分別通過甲酰基肽受體1和Toll樣受體9(TLR9)激活人多形核中性粒細(xì)胞(PMN)。 MTD促進(jìn)PMN Ca2+流動和絲裂原激活的蛋白(MAP)激酶的磷酸化，從而導(dǎo)致PMN遷移和脫顆粒。循環(huán)MTD可引起中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的器官損傷。創(chuàng)傷破壞細(xì)胞，MTD釋放到循環(huán)中。細(xì)胞損傷釋放這種mtDNA是創(chuàng)傷、炎癥和全身炎性反應(yīng)綜合征(SIRS)之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[35]。此外， 在體外研究中，CpG DNA(一種合成的mtDNA類似物)通過活化的白細(xì)胞引起肺血管內(nèi)皮功能障礙和炎癥介質(zhì)的釋放，而體內(nèi)模型表明，全身性注射CpG DNA或MTDs后，發(fā)現(xiàn)肺組織損傷[36]。研究顯示ISS評分大于25分的創(chuàng)傷患者血漿mtDNA水平顯著升高，且創(chuàng)傷后24 h mtDNA進(jìn)一步升高[35]。升高的mtDNA與ISS評分獨(dú)立相關(guān)，因此mtDNA可用于評估創(chuàng)傷嚴(yán)重程度，創(chuàng)傷后發(fā)生SIRS患者的血漿mtDNA水平也顯著高于未患SIRS的患者，血漿mtDNA是創(chuàng)傷后SIRS的獨(dú)立危險因素[37]。血漿mtDNA水平的早期升高與包括ALI / ARDS在內(nèi)的MODS和病死率有關(guān)[38]。因此血漿mtDNA水平可用于評估包括ALI/ARDS在內(nèi)的創(chuàng)傷相關(guān)并發(fā)癥的風(fēng)險。

3.2 sTREM-1

TREM-1是免疫球蛋白超家族成員，可以選擇性地在單核/巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞表面表達(dá)。TREM-1通過激活TREM-1 / DAP12途徑來放大炎癥，分泌促炎細(xì)胞因子和趨化因子。sTREM-1是TREM-1的一種特殊形式，可作為感染性疾病的生物標(biāo)志物[39]。有研究表明，TREM-1通過誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中miR-155的表達(dá)增強(qiáng)炎性反應(yīng)，并且TREM-1通過這種機(jī)制促進(jìn)ALI。使用納米膠束方法抑制TREM-1可使中性粒細(xì)胞炎癥減退，表明抑制TREM-1的表達(dá)是治療ARDS的潛在治療靶標(biāo)[40]。

3.3 CALR

研究發(fā)現(xiàn)，CALR在LPS誘導(dǎo)的ALI小鼠中高表達(dá)，CALR水平與ALI的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。抗CALR抗體(aCALR)可以中和重組CALR(rCALR)，并抑制用rCALR處理的巨噬細(xì)胞中TNF-α和IL-6的表達(dá)[41]。通過腹膜內(nèi)注射aCALR來阻斷CALR活性可顯著減輕ALI，同時支氣管肺泡灌洗(BAL)液和肺組織中細(xì)胞總數(shù)減少、中性粒細(xì)胞和T細(xì)胞浸潤減少，因此筆者提出阻斷CALR活性是治療ALI/ARDS的潛在治療方法[41]。目前對CALR的研究尚未涉及臨床研究，也沒有研究將其用于創(chuàng)傷相關(guān)ARDS的診斷。

4 展 望

由于ARDS具有異質(zhì)性，診斷ARDS的生物標(biāo)志物大量涌出。由于單一生物標(biāo)志物的特異性或者靈敏度不高，因此研究人員提出多個生物標(biāo)志物聯(lián)合診斷以提高特異度及靈敏度，使其具有更大的應(yīng)用價值。但是，這在增加臨床工作量的同時也加重了患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)與治療費(fèi)用。能夠通過簡單的檢測方式對不同誘因?qū)е碌腁RDS進(jìn)行診斷成為焦點(diǎn)。這不僅降遏制疾病的惡化與進(jìn)展、減少住院時間，還可為患者減輕經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。目前診斷創(chuàng)傷相關(guān)ARDS的生物標(biāo)志物多樣，它們通過不同的機(jī)制導(dǎo)致疾病發(fā)生，研究還發(fā)現(xiàn)sTREM-1、CALR不僅可作為診斷創(chuàng)傷相關(guān)ARDS的生物標(biāo)志物，還可成為ARDS的治療靶點(diǎn)。因此找到一個特異度高、靈敏度高的生物標(biāo)志物是關(guān)鍵，這種生物標(biāo)志物不僅有利于疾病的診斷，還可能為疾病的治療提供相應(yīng)的靶點(diǎn)。