系統(tǒng)性紅斑狼瘡中醫(yī)藥療效預(yù)測模型構(gòu)建的思路和方法

陳麗瑩 楊科朋 王新昌

1.浙江中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院 杭州 310053 2.浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第二醫(yī)院

系統(tǒng)性紅斑狼瘡（systemic lupus erythematosus，SLE）是一種多臟器受累的自身免疫性炎癥性結(jié)締組織病，目前認(rèn)為其發(fā)病是基因、表觀遺傳因素（如DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA等）和環(huán)境因素（如紫外線、藥物和感染）等共同作用的結(jié)果。我國SLE患病率為70～100/10萬，居世界第2位，患病人群超過100萬[1]。SLE的高度異質(zhì)性是風(fēng)濕病臨床醫(yī)師和研究者面臨的巨大挑戰(zhàn)，嚴(yán)重影響臨床診斷和治療。目前臨床上尚無根治SLE的方法，患者需長期應(yīng)用糖皮質(zhì)激素（以下簡稱激素）、免疫抑制劑等，而且需要基于系統(tǒng)性紅斑狼瘡疾病活動指數(shù)（systemic lupus erythematosus disease activity index，SLEDAI）、不列顛群島狼瘡評估組（British Isles Lupus Assessment Group，BILAG）、狼瘡活動測量標(biāo)準(zhǔn)（systemic lupus activity measure，SLAM）等定期評估疾病活動度，以調(diào)整治療方案。長期的西醫(yī)標(biāo)準(zhǔn)治療對患者病程分期及經(jīng)濟(jì)要求高，而且其治療不良反應(yīng)一定程度上可能超過疾病本身所帶來的危害。因傳統(tǒng)的療效評估及方案調(diào)整周期較長[2]，部分患者可能因錯過有效方案的最佳干預(yù)時機(jī)而影響療效。中醫(yī)藥的療效評價有整體觀念和辨證論治的特點，但四診信息等預(yù)測因子缺乏客觀性，通過人腦模糊預(yù)測的方式依賴個人經(jīng)驗，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，因此亟待開發(fā)更安全、更有效的中醫(yī)藥療效預(yù)測方法。本文擬從統(tǒng)計學(xué)工具和組學(xué)技術(shù)創(chuàng)新角度出發(fā)，闡述SLE療效預(yù)測模型構(gòu)建的思路和方法，幫助改進(jìn)現(xiàn)有的臨床療效預(yù)測工具，以克服由SLE異質(zhì)性所造成的療效預(yù)測障礙，實現(xiàn)中醫(yī)早期診斷和精準(zhǔn)治療。

1 SLE中醫(yī)療效評價現(xiàn)狀

隨著SLE“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”和“靶向治療”的發(fā)展，新的免疫抑制劑和生物制劑在SLE的治療中發(fā)揮著積極的作用。中醫(yī)藥治療SLE具有“增效減毒”的優(yōu)勢，能夠減輕激素等藥物產(chǎn)生的不良反應(yīng)，并提高患者生活質(zhì)量。然而，SLE的中醫(yī)療效評價正面臨著挑戰(zhàn)，這一定程度上影響中醫(yī)藥治療特色的發(fā)揮，重新審視和探索中醫(yī)藥治療SLE的作用變得尤為重要。目前SLE的治療應(yīng)答時間與醫(yī)師治療方案調(diào)整時間存在一定差異，這使醫(yī)師往往難以把握中醫(yī)藥治療的最佳時機(jī)。中醫(yī)“整體觀念”“辨證論治”“隨證治之”的動態(tài)診療思維有利于“個體化診療”“療效預(yù)測”模式的建立，如《傷寒論》“太陽-陽明-少陽-太陰-少陰-厥陰”的傳變方式，一定程度上預(yù)測了疾病的傳變模式和預(yù)后反應(yīng)[3]；《金匱要略》則將“夫治未病者，見肝之病，知肝傳脾，當(dāng)先實脾”的治未病思想用于指導(dǎo)臨床用藥；《溫病條辨》提出的溫病衛(wèi)-氣-營-血的傳變方式則揭示了邪氣漸深、病情加重的規(guī)律。由于SLE常常累及多個器官，病程長，易復(fù)發(fā)，臨床特征和血清學(xué)表現(xiàn)存在高度異質(zhì)性，臨床療效評估需要從多個維度考慮。從癥狀分類角度來看，SLE癥狀可分為2類，一類是以炎癥導(dǎo)致的典型癥狀，包括脫發(fā)、皮疹、漿膜炎、關(guān)節(jié)炎、腎炎、血細(xì)胞減少等；另一類則是與炎癥無關(guān)的癥狀，主要表現(xiàn)為疲勞、抑郁、疼痛和認(rèn)知障礙[4]。由此看來，僅僅通過臨床分類標(biāo)準(zhǔn)診斷或以SLEDAI評分來調(diào)整治療方案具有一定的局限性。在臨床評價SLE的中醫(yī)療效時，僅僅以西醫(yī)SLEDAI評分、BILAG、SF-36量表、系統(tǒng)性紅斑狼瘡生活質(zhì)量（systemic lupus erythematosus quality of life，SLEQOL） 量表作為評判標(biāo)準(zhǔn)是不全面的，而且忽視了“證”的療效評價；中醫(yī)學(xué)者一般應(yīng)用“證候積分法”來評價臨床上常見的中醫(yī)證型，然而單純針對“證”的療效評價又一定程度上偏離了SLE療效評價的側(cè)重點，忽視了SLE生物學(xué)指標(biāo)在SLE療效預(yù)測中的積極作用[5-6]。因此，目前中醫(yī)臨床上常采用“病證結(jié)合”的思想來指導(dǎo)SLE的治療，采用證素辨證和西醫(yī)臨床量表相結(jié)合的方法，能夠客觀體現(xiàn)中醫(yī)證候的變化和轉(zhuǎn)歸[7]。綜上所述，中醫(yī)個體化療效評價雖然有效整合了復(fù)雜動態(tài)條件下中醫(yī)個體化診療的特征，滿足了患者病證動態(tài)演變的規(guī)律，但需要一定的時間長度作為療效評價的支撐[8]。因此，科學(xué)的、符合SLE病證本質(zhì)的中醫(yī)療效評價方法決定了SLE中醫(yī)藥治療的研究方向。中醫(yī)藥系統(tǒng)生物學(xué)是采用層次化、整合各種組學(xué)方法和逐步優(yōu)化的策略來研究“系統(tǒng)-系統(tǒng)”的中醫(yī)藥創(chuàng)新研究模式。包括網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在內(nèi)的系統(tǒng)生物學(xué)是探索SLE中醫(yī)療效預(yù)測靶點的有效方法之一，借助科學(xué)化的療效靶點預(yù)測，可以彌補(bǔ)中醫(yī)藥臨床療效評價多靶點、缺乏精準(zhǔn)化、時程長的特點。因此，中醫(yī)“整體觀”和“辨證論治”思想指導(dǎo)下的臨床和基礎(chǔ)實驗方法和技術(shù)的創(chuàng)新融合是探索SLE等優(yōu)勢病種中醫(yī)藥治療的良好趨勢[9]。

2 SLE中醫(yī)療效預(yù)測模型構(gòu)建的工具與方法

中醫(yī)藥人工智能發(fā)展大有可為，但目前仍然面臨著一定的數(shù)據(jù)困境和可解釋的難題[10]。SLE發(fā)生、預(yù)后可能與遺傳因素、環(huán)境因素、免疫系統(tǒng)紊亂和性激素水平等相關(guān)，其中遺傳因素是SLE發(fā)生的根本內(nèi)因，而環(huán)境因素則是促發(fā)SLE的外因。目前也有大量文獻(xiàn)證明了表觀遺傳學(xué)在SLE發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮的作用，表觀遺傳學(xué)作為基因和環(huán)境的橋梁，其在SLE療效預(yù)測中的作用不容小覷。SLE中醫(yī)療效的影響因素復(fù)雜，療效預(yù)測因子的多樣性直接影響著對可信度和精確度較高的總體參數(shù)的獲取，從而大大增加了樣本需求量[11]，這使得臨床醫(yī)師難以構(gòu)建能夠明確預(yù)測疾病進(jìn)展的療效預(yù)測模型[12]。目前國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了不少SLE預(yù)測模型，主要是診斷模型、并發(fā)癥相關(guān)預(yù)測模型、預(yù)后模型等[13]，這些預(yù)測模型多數(shù)基于臨床回顧性資料構(gòu)建。從預(yù)測工具的角度看，決策樹、支持向量機(jī)、Logistic回歸、Cox回歸和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（artificial neural networks，ANN）等方法均可支持建立這類SLE預(yù)測模型[14]。根據(jù)研究設(shè)計類型和分析目的選擇合適的模型構(gòu)建工具十分重要，如病例對照設(shè)計研究應(yīng)采用Logistic回歸模型分析環(huán)境因素、易感基因、免疫表型與SLE的相關(guān)性，也可用于SLE診斷模型的構(gòu)建；臨床隨訪復(fù)發(fā)或者死亡率的研究中，Cox風(fēng)險比例模型被用來分析因素對預(yù)后的影響；SLE發(fā)作頻次的研究則可采用Poisson回歸模型，分析因素對發(fā)作頻次的影響[15]；Markov模型可以通過動態(tài)衡量疾病的變化規(guī)律，縱向比較不同階段中醫(yī)個體化診療的優(yōu)勢，同時對疾病的變化趨勢進(jìn)行預(yù)測，以客觀評價中醫(yī)個體化治療和療效間的關(guān)系[16]。目前中醫(yī)藥療效預(yù)測模型的構(gòu)建和驗證較為復(fù)雜，依賴于中醫(yī)藥療效評價體系和數(shù)學(xué)統(tǒng)計模型選擇兩方面的完善。靶向藥物的療效評價主要使用SLE應(yīng)答者指數(shù)-4（SLE responder index-4，SRI-4）作為一個復(fù)合終點，其定義為：與治療前比較，治療后應(yīng)滿足下列各項標(biāo)準(zhǔn)：紅斑狼瘡國家評估-系統(tǒng)性紅斑狼瘡疾病活動指數(shù)（Lupus Erythematosus National Assessment-SLE Disease Activity Index，SELENA-SLEDAI）≥4分；沒有新的BILAG評定的一個器官評分為A或兩個器官評分為B；醫(yī)師全球評估（Physician's Global Assessment，PGA）評分無惡化。中醫(yī)療效則主要依賴中醫(yī)證候評分表等來衡量。從中醫(yī)診療角度看，可將預(yù)測模型的療效結(jié)局定義為復(fù)合結(jié)局，構(gòu)建預(yù)測模型；其次，統(tǒng)計學(xué)模型的選擇上仍可以是多樣的；再者，長時程的療效預(yù)測模型能夠優(yōu)化模型區(qū)分度和校準(zhǔn)度。在預(yù)測模型構(gòu)建的初期階段，需要進(jìn)行一定的外部預(yù)試驗，以確定樣本量的大小，對于以有效率和無效率作為結(jié)局指標(biāo)的療效預(yù)測模型，以中等效應(yīng)量為標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)試驗的樣本量至少要達(dá)到120例以上（每組60例）[11]。在樣本量不足或者數(shù)據(jù)維度高的情況下，用ANN等方法進(jìn)一步定義和驗證SLE的發(fā)病特征，可以克服數(shù)據(jù)無法獲得訓(xùn)練集和驗證集的困難，適用于神經(jīng)精神性SLE或者幼年型SLE等罕見病例預(yù)測模型的構(gòu)建[17-18]。最后，療效評價指標(biāo)可以從臨床角度上升至多組學(xué)層面，以彌補(bǔ)預(yù)測模型長時程的缺陷，而且更能反映疾病的本質(zhì)，有助于達(dá)到早期精準(zhǔn)診斷和準(zhǔn)確判斷預(yù)后的目的。

3 多組學(xué)技術(shù)在SLE療效預(yù)測中的應(yīng)用

3.1 基因組學(xué)與SLE療效預(yù)測 根據(jù)近年來基因組學(xué)在中醫(yī)體質(zhì)研究中的應(yīng)用，筆者認(rèn)為基因組學(xué)能為SLE中醫(yī)藥療效預(yù)測提供一定借鑒意義。目前國內(nèi)外一些研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基因多態(tài)性可用于臨床SLE免疫抑制劑的療效預(yù)測。環(huán)磷酰胺是SLE誘導(dǎo)緩解和維持治療的常見藥物，其作用于活性代謝物烷化DNA，發(fā)揮細(xì)胞毒作用，抑制B細(xì)胞和抗體生成。有研究發(fā)現(xiàn)，中國SLE患者藥物代謝酶基因標(biāo)志物CYP2C19和CYP2B6可以用于預(yù)測環(huán)磷酰胺4-羥基化程度、療效和副作用[19]。硫唑嘌呤是SLE患者維持治療的推薦藥物，由于巰嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶（thiopurine methyltransferase，TPMT） 的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）會導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和TPMT蛋白降解增強(qiáng)，因此可以通過檢測TPMT的活性來實現(xiàn)對硫唑嘌呤的療效預(yù)測[20-22]。一項針對霉酚酸酯治療SLE患兒的藥代動力學(xué)/藥效學(xué)（pharmacokinetic/pharmacodynamics，PK/PD）研究發(fā)現(xiàn)，霉酚酸酯的AUC0-12和Ctrough均可預(yù)測兒童SLE患者的疾病活動度[23]，由此指出應(yīng)考慮以AUC0-12或Ctrough為靶點指導(dǎo)霉酚酸酯的個體化給藥方案[24]。

3.2 表觀遺傳組學(xué)與SLE的療效預(yù)測 目前針對SLE的表觀遺傳療效預(yù)測研究較少，但部分基于DNA甲基化的藥物研究提示，DNA甲基化的動態(tài)變化與藥物治療存在一定關(guān)系。DNA甲基化/羥甲基化修飾是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferases，DNMTs）和羥甲基化酶（ten eleven translocation，TET）介導(dǎo)下的CpG二核苷酸中胞嘧啶的修飾，DNA甲基化修飾與羥甲基化修飾維持著動態(tài)平衡，對基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)具有重要的調(diào)控作用。全基因組分析表明，SLE患者的T細(xì)胞具有更顯著的差異甲基化位點，尤其是Ⅰ型干擾素途徑相關(guān)基因顯著低甲基化，與自身抗體產(chǎn)生、淋巴細(xì)胞募集相關(guān)。針對混合性結(jié)締組織病的全基因組甲基化研究發(fā)現(xiàn)，PARP14、SPATS2L、DDX58、OAS2、PLSCR1、HLA-F、LGALS3B基因具有特征性的甲基化差異[25]。類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（rheumatoid arthritis，RA）患者早期的T淋巴細(xì)胞顯示出明顯的DNA低甲基化表現(xiàn)，使用甲氨蝶呤治療后能夠逆轉(zhuǎn)這種低甲基化表現(xiàn)，并且與正常人群趨向一致[26]。研究發(fā)現(xiàn)5 196個差異甲基化的CpGs與激素的使用有關(guān)，125個差異甲基化的CpGs與硫唑嘌呤有關(guān)[27]，但環(huán)磷酰胺等藥物誘導(dǎo)甲基化的機(jī)制研究仍不明。中藥治療SLE的表觀遺傳機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，白芍總苷能夠上調(diào)SLE患者外周血CD4+T細(xì)胞甲基化基因CD11a的啟動子甲基化水平[28]，抑制自身免疫反應(yīng)。解毒祛瘀滋腎方（狼瘡定）含藥血清能夠上調(diào)女性SLE患者外周血單核細(xì)胞CD70基因啟動子甲基化水平，抑制SLE患者CD70基因的表達(dá)，從而發(fā)揮治療效應(yīng)[29]。筆者認(rèn)為，建立以DNA甲基化為療效預(yù)測因子的臨床預(yù)測模型，將有助于評估患者臨床獲益和風(fēng)險。

3.3 細(xì)胞組學(xué)與SLE的療效預(yù)測 在單細(xì)胞測序和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析技術(shù)幫助下，人類免疫圖譜研究已經(jīng)開始揭示單個SLE患者臨床癥狀和疾病發(fā)作或復(fù)發(fā)的細(xì)胞和分子基礎(chǔ)。預(yù)測患者自然病程的預(yù)后生物標(biāo)志物以及預(yù)測治療應(yīng)答的免疫標(biāo)志物對于SLE精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展十分重要，一定程度上促進(jìn)了單靶治療、多靶聯(lián)合治療以及序貫治療的臨床應(yīng)用[30]。采用流式細(xì)胞術(shù)或質(zhì)譜流式細(xì)胞術(shù)（mass cytometry，CyTOF）的外周血免疫表型分析可識別疾病異質(zhì)性的特異細(xì)胞亞群，以幫助發(fā)現(xiàn)與疾病亞型、疾病活動和復(fù)發(fā)有關(guān)的分子網(wǎng)絡(luò)[31]。CyTOF是用金屬同位素標(biāo)簽代替?zhèn)鹘y(tǒng)熒光標(biāo)簽的高通量流式細(xì)胞術(shù)，利用探針耦合到獨特穩(wěn)定的重金屬同位素，因此在特定的質(zhì)量通道中，報告離子的數(shù)量就是分子表達(dá)的量，這項技術(shù)可在單細(xì)胞水平同時分析胞內(nèi)和胞外40種以上的參數(shù)，而且參數(shù)之間重疊的信號很少，因此能系統(tǒng)分析細(xì)胞表型和功能信息[32]。SLE患者存在高度異質(zhì)性，而且其臨床治療方案多樣化，中醫(yī)藥療效反應(yīng)的潛在作用機(jī)制尚不明確，免疫微環(huán)境和免疫細(xì)胞的相互作用對SLE的發(fā)生和發(fā)展具有重要影響，一些特定的SLE細(xì)胞亞群可能誘導(dǎo)SLE免疫抑制藥物耐受，甚則可以用于檢測療效應(yīng)答和復(fù)發(fā)。Robinson等[18]發(fā)現(xiàn)SLE患者外周血單個核細(xì)胞（peripheral blood mononuclear cells，PBMC）中Na?ve B細(xì)胞和未轉(zhuǎn)換型B細(xì)胞頻率對幼年型SLE患者發(fā)病具有較好的預(yù)測效能。研究發(fā)現(xiàn)，漿母細(xì)胞和漿細(xì)胞是SLE特異性抗體的主要來源[33]。利妥昔單抗（抗CD20單抗）治療SLE時B細(xì)胞清除率相對低，復(fù)發(fā)率更高，且存在“二次無應(yīng)答”現(xiàn)象（secondary non-depletion and non-response，2NDNR），而治療前漿母細(xì)胞水平差異或許能解釋這一問題[34]。外周血漿母細(xì)胞表達(dá)CD27水平被認(rèn)為與SLE的疾病活動度相關(guān)，可以作為SLE疾病活動、復(fù)發(fā)和治療應(yīng)答的預(yù)測因子[35]。對特異分子表型的前瞻性縱向研究可能有助于改善預(yù)后評估、臨床試驗設(shè)計，以及實現(xiàn)精準(zhǔn)治療，因此在多組學(xué)技術(shù)背景下，測量與疾病相關(guān)的細(xì)胞群的頻率是監(jiān)測免疫系統(tǒng)狀態(tài)或預(yù)測治療反應(yīng)的候選方法[36-37]。

4 結(jié)語和展望

SLE達(dá)標(biāo)治療（treat-to-target，T2T）認(rèn)為，SLE緩解后的維持治療應(yīng)盡可能實現(xiàn)零激素用藥，這意味著大部分患者將經(jīng)歷低疾病活動度到臨床完全緩解的過渡階段。目前免疫抑制劑和生物制劑的臨床運用更加規(guī)范，然而這些藥物目前仍然無法完全代替激素，這時中醫(yī)藥治療可能發(fā)揮著關(guān)鍵作用，中醫(yī)藥的療效預(yù)測為實現(xiàn)零激素方案提供了一定的可能。中醫(yī)藥療效預(yù)測模型能夠幫助臨床醫(yī)師把握中醫(yī)藥治療的SLE時機(jī)，并且形成規(guī)范化的SLE療效網(wǎng)絡(luò)，但目前敏感度與特異度兼具的中醫(yī)藥SLE預(yù)測模型構(gòu)建面臨著一定的困境，可能存在多維數(shù)據(jù)（基因、表觀遺傳、臨床信息、分子表型、治療方案等）難以獲得、中醫(yī)四診信息缺失嚴(yán)重和難以規(guī)范、模型測試隊列和驗證隊列樣本量不足的問題?，F(xiàn)代人工智能技術(shù)可對SLE進(jìn)行早期診斷和預(yù)后分析，如多方計算平臺可以通過分布式統(tǒng)計分析和機(jī)器學(xué)習(xí)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和模型訓(xùn)練，從而幫助解決醫(yī)療大數(shù)據(jù)共享和樣本量不足的問題?；蛘呓梃b以中醫(yī)循證病例系統(tǒng)為代表的中醫(yī)電子研究平臺，提取多維臨床信息和療效評價量表，通過融合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建中醫(yī)個體化療效評價模型。以SLE為代表的中醫(yī)藥治療特色的疑難疾病的療效預(yù)測模型的構(gòu)建，一定程度上涵蓋了中醫(yī)藥發(fā)展的新趨勢、新動向、新理念，對于重塑中醫(yī)藥在當(dāng)代醫(yī)學(xué)中的地位具有關(guān)鍵意義。