膿毒癥相關(guān)性急性呼吸窘迫綜合征新型生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展

陳明霞 王愷 張汝敏

膿毒癥可通過嚴(yán)重感染導(dǎo)致急性肺損傷，進(jìn)而發(fā)展為急性呼吸窘迫綜合征（Acute respiratory distress syndrome，ARDS）。據(jù)統(tǒng)計，在ARDS 的發(fā)病原因中，因膿毒癥導(dǎo)致肺部損傷，進(jìn)而誘發(fā)ARDS的患者占25%～50%。目前臨床上針對ARDS 患者主要采取肺保護(hù)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(fā)病機(jī)制極為復(fù)雜，不同ARDS 患者之間存在高度異質(zhì)性[1]。研究發(fā)現(xiàn)，其病理生理機(jī)制涉及多種生物標(biāo)志物，本研究主要就近年來針對膿毒癥相關(guān)性ARDS 的多項研究中所發(fā)現(xiàn)的一些新型生物標(biāo)志物，如內(nèi)皮細(xì)胞特異性分子-1、NOD 樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3、多配體蛋白聚糖-1、脂質(zhì)運載蛋白-2、自噬相關(guān)蛋白、高遷移率族蛋白 B1 以及多種微小核糖核酸等進(jìn)行簡要闡述。

1 ARDS

ARDS 是由非心源性因素引起的嚴(yán)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(yán)重創(chuàng)傷等因素，其臨床特征主要為進(jìn)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(dá)27%～45%。據(jù)2012 年ARDS 柏林定義診斷標(biāo)準(zhǔn)，ARDS 臨床診斷的影像學(xué)表現(xiàn)為雙肺致密影，但該影像學(xué)特征不能解釋為肺積液、肺不張、肺結(jié)節(jié)等，同時患者氧合指數(shù)（Arterial oxygen tension/inspired oxygen fraction，PaO2/FiO2）≤300mmHg，結(jié)合患者的氧合指數(shù)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(zhì)性，其診斷需要基于臨床表現(xiàn)、實驗室檢測和影像學(xué)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，同時療效判斷和預(yù)后評估也受到影響[2，3]。而聯(lián)合檢測多種生物標(biāo)志物并針對其特異性和敏感性建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫對膿毒癥相關(guān)性ARDS 進(jìn)行風(fēng)險預(yù)測、早期診斷、療效判斷和預(yù)后評估等是目前研究熱點。

2 膿毒癥相關(guān)性ARDS 的生物標(biāo)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(diào)節(jié)基因表達(dá)。多項研究證實其在膿毒癥相關(guān)性ARDS 進(jìn)程中發(fā)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(jié)構(gòu)域7 基因上的第七內(nèi)含子編碼，可在心肌、血管內(nèi)皮和肺等多種組織細(xì)胞中表達(dá)。近年來，miR-126 已被應(yīng)用于免疫調(diào)控、炎癥調(diào)控等方面，循環(huán)miR-126 可能輔助預(yù)測膿毒癥患者中 ARDS 發(fā)生風(fēng)險，其機(jī)制可能是miR-126 通過調(diào)控細(xì)胞或炎性因子表達(dá)直接致肺損傷并最終致ARDS 發(fā)生，或者通過促進(jìn)炎癥發(fā)生，加重膿毒癥進(jìn)展，進(jìn)而間接致肺受損和ARDS 發(fā)生[7]。有研究[8]發(fā)現(xiàn)，與非膿毒癥相關(guān)性ARDS 患者相比，膿毒癥相關(guān)性ARDS 患者中血漿miR-126 顯著升高，且其表達(dá)水平與機(jī)體炎癥水平和病情嚴(yán)重程度均呈正相關(guān)。但相關(guān)研究的樣本量較少，實驗結(jié)果可能存在誤差和偏倚，因此需要更多的相關(guān)研究數(shù)據(jù)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(xì)胞、中性粒細(xì)胞等的炎癥反應(yīng)，通過靶向成纖維細(xì)胞生長因子2調(diào)節(jié)由脂多糖誘導(dǎo)的肺泡上皮細(xì)胞中白細(xì)胞介素-8（Interleukin-8，IL-8）的表達(dá)，還可由核因子κB（Nuclear factor kappa-B，NF-κB）途徑調(diào)節(jié)肺泡上皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)及凋亡。程東良等[11]研究發(fā)現(xiàn)miR-424 在膿毒癥相關(guān)性ARDS 組中呈低表達(dá)，且其表達(dá)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(guān)，而與白細(xì)胞介素-6（Interleukin-6，IL-6）、IL-8、C-反應(yīng)蛋白（C-reactive protein，CRP）均呈負(fù)相關(guān)，miR-424 在ARDS 死亡組低表達(dá)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(xì)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(yīng)，主要機(jī)制是通過抑制腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子-6（TNF receptorassociated factor-6，TRAF-6）及IL-1 受體關(guān)聯(lián)激酶（Interleukin receptor associated kinase-1，IRAK-1）的表達(dá)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(fù)性調(diào)控作用。且張建國等[13]發(fā)現(xiàn)在膿毒癥相關(guān)性ARDS 小鼠肺組織中miR-146α 的表達(dá)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(yīng)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(guān)性ARDS 的新型生物標(biāo)記物，但仍需大量基礎(chǔ)和臨床研究證實其臨床意義。

2.2 血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（Angiotensin converting enzyme2，ACE-2）ACE-2 是一種含兩個結(jié)構(gòu)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(dá)主要集中于肺泡Ⅱ型上皮，肺組織中的ACE-2 是調(diào)節(jié)肺組織炎癥的重要蛋白，ACE/ACE-2 的表達(dá)失衡或功能障礙，則可能會誘發(fā)或加重ARDS，其可能機(jī)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(dǎo)致肺內(nèi)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(dāng)Ang-Ⅱ被大量水解后可發(fā)揮對ARDS 的保護(hù)性作用；②RAS 系統(tǒng)中各組分可由免疫細(xì)胞自身合成和分泌，而ACE-2 存在于免疫細(xì)胞表面，ACE-2 及其RAS 軸可通過改變免疫細(xì)胞對ARDS 產(chǎn)生影響。

研究[15]表明，ACE-2 能發(fā)揮肺保護(hù)性作用，與其阻止活性氧（Reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生降低促炎細(xì)胞因子表達(dá)有關(guān)。Khan 等[16]研究表明，ARDS 患者通過重組ACE-2 治療后，其炎性反應(yīng)顯著降低，肺損傷得到顯著改善。王劉洋等[17]認(rèn)為ACE-2 及其RAS 軸已被證實能夠在局部免疫反應(yīng)和細(xì)胞因子釋放中起調(diào)節(jié)作用，因此非經(jīng)典的RAS系統(tǒng)中整個系統(tǒng)的激活，或系統(tǒng)中ACE-2 表達(dá)或活性增加，都可能成為治療膿毒癥相關(guān)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(guān)性ARDS 的關(guān)系和ACE-2 在靶向治療層面的作用機(jī)制，將是治療膿毒癥相關(guān)性ARDS 的研究方向。

2.3 自噬相關(guān)蛋白自噬是一種細(xì)胞內(nèi)降解途徑，細(xì)胞由此可回收細(xì)胞質(zhì)并降解相關(guān)細(xì)胞器，細(xì)胞自噬可通過參與調(diào)控機(jī)體炎癥反應(yīng)從而維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)[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(dá)及活性水平又會受到顯著抑制。研究顯示[21，22]，表觀遺傳學(xué)機(jī)制包括基因甲基化、組蛋白修飾、micro-RNA 等參與調(diào)控自噬，深入研究表觀遺傳學(xué)在自噬調(diào)控方面的意義將利于發(fā)現(xiàn)針對膿毒癥相關(guān)性 ARDS 患者新的治療策略。何子純等[23]研究指出，膿毒癥并發(fā)ARDS患者炎癥指標(biāo)顯著升高，而體內(nèi)自噬水平顯著降低，提示膿毒癥相關(guān)性ARDS 患者體內(nèi)自噬處于抑制狀態(tài)，且死亡組患者體內(nèi)自噬水平顯著低于存活組，結(jié)果顯示自噬相關(guān)蛋白對膿毒癥相關(guān)性ARDS患者預(yù)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(jié)果可能存在偏倚。故自噬相關(guān)蛋白在膿毒癥相關(guān)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(jié)構(gòu)域相關(guān)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(guān)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(xì)胞質(zhì)中的多蛋白復(fù)合物，可參與機(jī)體固有免疫反應(yīng)[24]。TXNIP又稱硫氧還蛋白結(jié)合蛋白2（Thioredoxin-binding protein 2，TEP-2）/維生素D3 上調(diào)蛋白1（Vita-min D3 upregulated protein-1，VDUP-1），其可抑制TRX介導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)，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(jī)體產(chǎn)生ROS，并使TXNIP 與硫氧還蛋白（Thioredoxin，TRX）分離，分離后的TXNIP 會與NLRP3結(jié)合并形成NLRP3 炎癥小體，NLRP3 炎癥小體會激活Caspase-1 從而引發(fā)ARDS。黃鐘等[27]研究發(fā)現(xiàn)，膿毒癥相關(guān)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(guān)性ARDS的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。該研究為研制抑制TXNIP和NLRP3 的藥物從而治療膿毒癥相關(guān)性ARDS 提供可能。

2.5 脂質(zhì)運載蛋白-2（Lipocalin-2，LCN-2）LCN-2是一種脂肪細(xì)胞因子，可誘導(dǎo)白細(xì)胞內(nèi)顆粒釋放，在免疫應(yīng)答和炎癥趨化中具有重要作用。中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運載蛋白受體（Neutrophil gelatinase-associated lipocalin receptor，NGALR）作 為LCN-2 的受體，其結(jié)合LCN-2 后可促使細(xì)胞異常增殖或表型轉(zhuǎn)化[28～31]。有研究[32～35]發(fā)現(xiàn)膿毒癥相關(guān)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(guān)性ARDS 患者進(jìn)行輔助診斷和預(yù)后評估，外周血中LCN-2、NGALR 水平可成為預(yù)測患者死亡的敏感指標(biāo)。另有研究[30，33]發(fā)現(xiàn)，伴隨膿毒癥相關(guān)性ARDS 患者病情進(jìn)展，大量LCN-2 被釋放，促進(jìn)基質(zhì)降解及炎癥反應(yīng)；另外在肺泡上皮細(xì)胞發(fā)生炎癥反應(yīng)時，LCN-2 可能被當(dāng)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(guān)性ARDS 發(fā)生發(fā)展過程中的重要作用，但其具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

2.6 多配體蛋白聚糖-1（Syndecan-1，SDC-1）血管內(nèi)皮糖萼（Vascular endothelial glycocalyx，VEG）是一種蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物，其存在于管腔面細(xì)胞膜上并參與構(gòu)成血管內(nèi)皮表面。研究[36～39]發(fā)現(xiàn)，肺VEG 降解在膿毒癥相關(guān)性ARDS 發(fā)病機(jī)制中居于核心地位，膿毒癥患者肺VEG 修復(fù)功能被抑制會促進(jìn)ARDS 發(fā)生發(fā)展。近年來，檢測肺VEG降解產(chǎn)物并以VEG 作為靶點進(jìn)行治療膿毒癥相關(guān)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(biāo)志物，研究發(fā)現(xiàn)患者血漿Syndecan-1 水平與膿毒癥相關(guān)性ARDS 病情嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，且其可預(yù)測患者的器官衰竭和死亡風(fēng)險[36，40]。研究[41]發(fā)現(xiàn)，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(hù)VEG 的完整性，并保護(hù)糖萼免遭病理損傷。相關(guān)研究通過體外實驗發(fā)現(xiàn)，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(jìn)S1P與S1P1 受體結(jié)合可以減少Syndecan-1 的脫落，從而減輕膿毒癥相關(guān)性ARDS 患者病情；該團(tuán)隊后續(xù)研究還發(fā)現(xiàn)上述抑制Syndecan-1 脫落的效果需要由白蛋白將其運至血管內(nèi)皮細(xì)胞，再由紅細(xì)胞釋放S1P，故治療膿毒癥相關(guān)性ARDS 時使用白蛋白或新鮮血漿可以保護(hù)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(xì)胞核中。研究表明，當(dāng)細(xì)胞受到細(xì)菌產(chǎn)物、內(nèi)毒素等外源性刺激或TNF-α、干擾素等內(nèi)源性刺激時，細(xì)胞會快速釋放HMGB1，其可與相應(yīng)受體，如晚期糖基化終末產(chǎn)物受體（Receptor of advanced glycation endproducts，RAGE）和Toll 樣受體4（Toll like receptor 4，TLR4）結(jié)合后，可激活多種炎性細(xì)胞，進(jìn)而啟動多種促炎相關(guān)信號導(dǎo)致誘導(dǎo)生成多種細(xì)胞因子，從而形成炎癥級聯(lián)反應(yīng)[43，44]。研究[45]發(fā)現(xiàn)，膿毒癥相關(guān)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(guān)性ARDS 患者的肺損傷，因其充當(dāng)炎性因子而導(dǎo)致級聯(lián)炎癥反應(yīng)的發(fā)生，因此HMGB1 表達(dá)水平升高是膿毒癥患者并發(fā)ARDS 的可能危險因素，但目前相關(guān)的研究較少。因此，證實HMGB1/TLR4 等信號通路在膿毒癥相關(guān)性ARDS 發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮的作用，并利用相關(guān)方法來研發(fā)HMGB1/TLR4 拮抗劑，有可能為膿毒癥相關(guān)性ARDS 患者的診斷及治療開辟新的道路。

2.8 內(nèi)皮細(xì)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(dá)的新型可溶性蛋白多糖，主要參與調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、血管生成等過程，研究發(fā)現(xiàn)其可能是治療ARDS 的潛在靶點。但目前醫(yī)學(xué)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(diào)節(jié)具有保護(hù)作用，其理論依據(jù)為：ESM-1 與淋巴細(xì)胞功能相關(guān)抗原 -1（Lymphocyte function associated antigen-1，LFA-1）結(jié)合后，會抑制LFA-1 和內(nèi)皮細(xì)胞的ICAM-1 相互作用，這一環(huán)節(jié)阻礙白細(xì)胞與活化的內(nèi)皮細(xì)胞間黏附，從而減輕內(nèi)皮細(xì)胞損傷；研究通過構(gòu)建小鼠模型發(fā)現(xiàn)ESM-1可顯著減弱肺炎癥反應(yīng)，主要機(jī)制可能是ESM-1可作用于肺泡上皮細(xì)胞的線粒體，減輕未折疊蛋白反應(yīng)、改善能量代謝和抗凋亡相關(guān)[47]。然而也有多項研究認(rèn)為ESM-1 會促進(jìn)ARDS 的炎癥爆發(fā)，Orbegozo 等[48]通過統(tǒng)計比對ARDS 患者血漿中的ESM-1 水平，發(fā)現(xiàn)不良臨床結(jié)局組（機(jī)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(jié)局組（機(jī)械通氣時間小于10d）明顯升高；還有研究[49]發(fā)現(xiàn)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(fā)病過程中具有復(fù)雜的血流動力學(xué)變化有關(guān)。

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

3 展望

隨著臨床診療技術(shù)的發(fā)展，ARDS 的病死率仍高達(dá)27%～45%。近年來，不斷有研究人員試圖證實一項或者聯(lián)合幾項生物標(biāo)志物的檢測指標(biāo)能應(yīng)用于膿毒癥相關(guān)性ARDS 的風(fēng)險預(yù)測、早期診斷、判斷療效和預(yù)后評估，但迄今為止這一目標(biāo)尚未實現(xiàn)。多項研究證明膿毒癥相關(guān)性ARDS 的病理生理涉及多種生物標(biāo)志物，因此針對這些生物標(biāo)志物進(jìn)行聯(lián)合檢測并針對其特異性和敏感性建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫有望成為輔助膿毒癥相關(guān)性ARDS 早期診斷、治療及評估預(yù)后的新方向。