早產(chǎn)預(yù)測的血液生物標志物研究進展

靳和玥 張怡敏 陶芳標 朱昱敏

早產(chǎn)是導(dǎo)致新生兒死亡的主要原因之一,對兒童視聽能力、認知行為等產(chǎn)生影響,與兒童神經(jīng)發(fā)育結(jié)局相關(guān)[1]。全球每年早產(chǎn)兒人數(shù)約為1 500萬,在全球新生兒死亡中約有35%是由于早產(chǎn)并發(fā)癥引起[2]。雖然此前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種早產(chǎn)的病理生理學(xué)機制和因素,包括炎癥、感染、免疫、遺傳、胎盤形成異常、氧化應(yīng)激增加等,但是早產(chǎn)的病因目前尚不明確,且臨床救治效果有限[3]。因此,早產(chǎn)的有效預(yù)測對于改善新生兒預(yù)后,降低病死風(fēng)險具有重要價值。中國將早產(chǎn)定義為妊娠滿28周至不足37周的分娩。由于不同國家的救治水平存在差異,早產(chǎn)下限的設(shè)置不同,歐洲的早產(chǎn)下限為妊娠滿22周[4]。全球早產(chǎn)發(fā)生率長期處于較高狀態(tài),估計顯示,2014年全球早產(chǎn)發(fā)生率為10.6%,中國早產(chǎn)發(fā)生數(shù)位居全球第二,約占全球早產(chǎn)發(fā)生數(shù)的12.0%[5]。早產(chǎn)的高危因素中的母體因素包括年齡、體重過輕或肥胖、不良生活習(xí)慣、心理壓力、泌尿道感染、生殖道感染以及陰道流血等[6]。隨著中國生育政策的調(diào)整,出現(xiàn)較多的高齡產(chǎn)婦,而高齡作為早產(chǎn)的高危因素之一可能造成國內(nèi)早產(chǎn)兒數(shù)量的進一步增加。因此,加強對早產(chǎn)預(yù)測方法及臨床實踐應(yīng)用的進一步研究顯得更加重要。既往研究發(fā)現(xiàn),血液無創(chuàng)檢測的生物標志物可應(yīng)用于識別早產(chǎn)風(fēng)險[31]。本文就與早產(chǎn)預(yù)測相關(guān)的母體血液生物標志物及無創(chuàng)血液檢測方法的應(yīng)用前景進行闡述。

一、早產(chǎn)預(yù)測的傳統(tǒng)方法

1.超聲檢查預(yù)測早產(chǎn):通過超聲檢查來預(yù)測早產(chǎn)風(fēng)險目前已成為臨床上公認的有效方法,宮頸超聲評估包括經(jīng)會陰、經(jīng)陰道、經(jīng)腹這三種方式,通過測量宮頸長度或觀察宮頸形態(tài),達到預(yù)測早產(chǎn)的目的,其中經(jīng)陰道超聲測量宮頸長度的方法應(yīng)用度相對更高[7]。中國《早產(chǎn)臨床診斷與治療指南2014年版》指出,經(jīng)陰道測量宮頸長度小于25 mm屬于早產(chǎn)高風(fēng)險[8]。目前這一標準已成為固定使用的界定值,但由于宮頸短是多個因素作用的結(jié)果,且孕產(chǎn)婦的身高、體重、胎次都被證實與宮頸長度相關(guān),因此僅根據(jù)宮頸長度小于25 mm可能不是最佳的預(yù)測方式[9]。有研究顯示[10],與經(jīng)產(chǎn)婦相比,妊娠37周前宮頸長度預(yù)測早產(chǎn)風(fēng)險的價值在初產(chǎn)婦中更高,妊娠34周前的預(yù)測結(jié)果也存在這種差異性。此外,關(guān)于宮頸長度的測量時間與測量次數(shù)尚未有確定的標準。綜上所述,通過測量宮頸長度預(yù)測早產(chǎn)的方式有待進一步優(yōu)化。

2.胎兒纖維連接蛋白預(yù)測早產(chǎn):胎兒纖維連接蛋白(fetalfibronectin,fFN)是一種集中于滋養(yǎng)層和蛻膜之間區(qū)域的糖蛋白,臨床上可以通過測定宮頸陰道分泌物中fFN的含量來預(yù)測早產(chǎn)風(fēng)險。在沒有超聲評估的情況下,測量宮頸陰道分泌液中fFN的濃度已成為較為成熟的生化試驗,具有廣泛實施的可能性[11]。2018年,Melchor等[12]比較了胎盤微球蛋白-1(PAMG-1)和fFN兩種指標在評估自發(fā)早產(chǎn)風(fēng)險中的作用,研究結(jié)果顯示,fFN在7日內(nèi)自發(fā)早產(chǎn)預(yù)測的測試中敏感性和特異性分別達到30.0%和90.5%,在14日內(nèi)自發(fā)早產(chǎn)預(yù)測的測試中為25.0%和90.4%,但其陽性預(yù)測價值較低,即陽性檢測結(jié)果的可靠性有限。因此,目前來看,將fFN作為單獨指標預(yù)測早產(chǎn)在臨床應(yīng)用中仍然具有一定的局限性[13]。

二、早產(chǎn)預(yù)測的新型血液生物標志物

1.蛋白質(zhì):近年來,有部分研究者選擇通過蛋白組學(xué)分析鑒定可用于早產(chǎn)預(yù)測的血清蛋白,其中有部分預(yù)測因子已得到驗證。母體血清C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein,CRP)作為與炎癥反應(yīng)相關(guān)的非特異性標志物,與感染密切相關(guān),已被證實在臨床上有助于判斷胎膜早破,而早產(chǎn)與感染之間也存在緊密聯(lián)系,且既往有研究顯示早產(chǎn)孕婦的血清CRP水平在孕中期時明顯高于足月孕婦,當(dāng)CRP水平超過一定范圍會顯著增加早產(chǎn)發(fā)生風(fēng)險[14],因此,可以將CRP作為早產(chǎn)的相關(guān)標志物。除了CRP之外,有研究提出胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白-3(insulin-like growth factor binding protein 3,IGFBP-3)也可作為早產(chǎn)的獨立預(yù)測因子,在研究結(jié)果中,說明IGFBP-3預(yù)測早產(chǎn)準確性的ROC曲線下面積為0.79[15]。胰島素樣生長因子(insulin-like growth factors,IGFs)可以在胎盤功能、妊娠早期胎兒發(fā)育等方面發(fā)揮作用,并在循環(huán)中與IGFBP-3相結(jié)合,延長IGFs的半衰期。胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白(insulin-like growth factor binding proteins,IBPs)家族的另一成員胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白4(insulin-like growth factore binding protein 4,IBP4)在早產(chǎn)中也具有重要意義,Saade等[16]在發(fā)現(xiàn)和驗證過程中確定了IBP4和性激素結(jié)合球蛋白(sex hormone binding globulin,SHBG)兩種血清蛋白可作為自發(fā)性早產(chǎn)的預(yù)測因子,利用IBP4/SHBG建立分類器,該分類器對于預(yù)測早產(chǎn)的敏感性和特異性分別為75%、74%,顯示出對早期發(fā)現(xiàn)早產(chǎn)風(fēng)險孕婦的重要價值。除此之外,有研究證明血清鈣調(diào)節(jié)蛋白-1和血清鐵蛋白與早產(chǎn)的發(fā)生也具有相關(guān)性,但血清鈣調(diào)節(jié)蛋白-1水平僅為輕度升高,不具備足夠的臨床意義,需要擴大樣本量進行進一步研究[17]。而血清鐵蛋白水平的升高可能是對于機體的潛在感染的應(yīng)激反應(yīng),但研究結(jié)果[18]顯示,該指標的ROC曲線下面積為0.796,特異性可達到89.2%,仍具備一定預(yù)測價值,因此,臨床上可對于出現(xiàn)該指標水平升高的孕婦仍然要予以重視。

除血清蛋白外,也有部分研究學(xué)者選擇對母體血液的血漿樣本進行分析,尋找對于早產(chǎn)預(yù)測有意義的蛋白類生物標志物。在過去的一項研究中,研究者對所選樣本的血漿蛋白水平進行分析,觀察了幾種候選蛋白的表達變化,包括內(nèi)皮抑素、脂多糖結(jié)合蛋白(lipopolysaccharide binding protein,LBP)、巨噬細胞炎癥蛋白-1α(MIP-1α)、基質(zhì)金屬蛋白酶-2(MMP-2),研究結(jié)果顯示,血漿LBP、內(nèi)皮抑素和MIP-1α有望成為預(yù)測自發(fā)性早產(chǎn)的潛在新型生物標志物[19]。與早產(chǎn)相關(guān)的血漿生物標志物往往與炎癥相關(guān),既往有研究證明,晚期糖基化終產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end products,RAGE)介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)對早產(chǎn)發(fā)生具有一定影響,妊娠中期RAGE的可溶性形式即可溶性RAGE(soluble RAGE,sRAGE)水平在羊水中的顯著增加可能與炎癥反應(yīng)以及免疫調(diào)節(jié)有關(guān)[20]。基于這一相關(guān)性,Rzepka等[21]選擇對母體血漿樣本進行分析,發(fā)現(xiàn)sRAGE預(yù)測早產(chǎn)的敏感性及特異性分別為51.3%和93.5%,對于早產(chǎn)的預(yù)先診斷確實存在重要意義。

2.DNA:因分子生物學(xué)技術(shù)與無創(chuàng)產(chǎn)前檢測技術(shù)的成熟與發(fā)展,從母體血漿及血清中提取可用于檢測的DNA應(yīng)用于不良妊娠結(jié)局的早期篩查具有可行性。作為研究熱點之一的細胞游離DNA(circulating free DNA,cfDNA)可以在血清和血漿中循環(huán),母體外周血中胎兒游離DNA(Cell-free fetal DNA,cffDNA)伴隨著胎齡的增加以及妊娠并發(fā)癥的出現(xiàn)而增加其水平[22]。早在1998年,已有研究人員發(fā)現(xiàn)早產(chǎn)孕婦的cffDNA水平明顯高于未出現(xiàn)早產(chǎn)的孕婦[23]。隨后關(guān)于cffDNA與妊娠結(jié)局相關(guān)的研究中也有發(fā)現(xiàn)類似的結(jié)果,但在2016年一項評估cffDNA與不良妊娠結(jié)局的研究中,研究結(jié)果顯示cffDNA與自發(fā)性早產(chǎn)并不具有顯著相關(guān)性[24]。由于提取和量化cffDNA的方式都具有較大的異質(zhì)性,所以目前仍難以對cffDNA與早產(chǎn)之間存在的矛盾性結(jié)果做出準確的判定。但隨著對于表觀遺傳因素與妊娠結(jié)局之間的了解逐漸加深,研究發(fā)現(xiàn)DNA甲基化也是早產(chǎn)的一個貢獻因素[25]。Hong等[26]在一項對美國具有早產(chǎn)高危風(fēng)險的黑人女性進行的表觀基因組研究中,同時收集了臍血及母體血液樣本,系統(tǒng)性觀察母體DNA甲基化與早產(chǎn)的關(guān)聯(lián)性,其研究鑒定出兩個分別位于CYTIP和LINC00114基因啟動子區(qū)域的差異甲基化位點,與足月分娩的母親相比,早期發(fā)生自發(fā)性早產(chǎn)的母親全血中均發(fā)生了低甲基化。盡管這種關(guān)聯(lián)在臍血樣本中未被觀察到,但仍然為妊娠早期對于早產(chǎn)風(fēng)險的預(yù)測提供了一組可能作為生物標志物的位點。

3.RNA:miRNA與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),因此,miRNA作為新生物標志物的潛力成為眾多學(xué)者感興趣的領(lǐng)域。在此背景下,來自斯坦福大學(xué)的研究人員[27]對于是否可以通過監(jiān)測母體血液中胎兒的細胞游離RNA(cell-free RNA,cfRNA)轉(zhuǎn)錄來評估早產(chǎn)風(fēng)險進行了探討,研究在25名足月孕婦和13名早產(chǎn)孕婦中進行,確定了7個可以準確分類早產(chǎn)2個月的孕婦的cfRNA轉(zhuǎn)錄本(CLCN3,DAPP1,PPBP,MAP3K7CL,MOB1B,RAB27B和 RGS18),并且由這些轉(zhuǎn)錄本構(gòu)建的預(yù)測模型準確性可達75%。盡管該研究仍然存在樣本量較少等局限性,但為血液樣本中cfRNA識別早產(chǎn)風(fēng)險提供了依據(jù),在未來可通過進一步研究轉(zhuǎn)化為臨床實踐。Gray等[28]將miRNA陣列用于分析妊娠20周首次懷孕的健康婦女的血漿樣本,以鑒定可識別自發(fā)性早產(chǎn)風(fēng)險的血漿miRNA。該研究結(jié)果顯示,妊娠19～21周婦女的血漿中有7個miRNA(miR-548a,miR-548ai,miR-548aa,miR-548ak,miR-548n,miR-1253和miR-302b)在早產(chǎn)組與足月組之間有差異表達,與此同時,證明了母體血漿miR-223表達水平的升高與早產(chǎn)存在關(guān)聯(lián)性,可能成為用于預(yù)測自發(fā)性早產(chǎn)風(fēng)險的候選miRNA生物標志物。因此,血漿miRNA的差異表達可能為妊娠早期識別早產(chǎn)風(fēng)險提供新的生物標志物,這也為研究者們提供了研究思路,可通過更大規(guī)模的研究來確定這些miRNA的預(yù)測價值[28]。有研究[29]稱,EBF1(early B cell factor 1)的遺傳變異與妊娠時間以及自發(fā)性早產(chǎn)有關(guān),通過進一步的分析驗證,研究人員發(fā)現(xiàn)EBF1的mRNA水平在早產(chǎn)和足月的母體血液樣本中具有差異性,妊娠中晚期EBF1水平的下降與自發(fā)性早產(chǎn)風(fēng)險的增加具有一定的相關(guān)性;因此,母親血液中EBF1的低mRNA水平可能有助于在妊娠中期檢測自發(fā)性早產(chǎn)的風(fēng)險。

環(huán)狀RNA(circular RNA,circRNA)作為在各種病理過程中發(fā)揮重要作用的新興分子,其與早產(chǎn)的病理機制的聯(lián)系還尚未明確。有研究人員針對此問題進行了探索,其研究[30]通過分析早產(chǎn)兒和足月孕婦外周血的RNA-seq數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)hsa-ANKFY1_0025、hsa-FAM13B_0019和hsa-NUSAP1_0010對早產(chǎn)具有較好的預(yù)測能力,這一新發(fā)現(xiàn)也為早產(chǎn)風(fēng)險的評估提供了新思路。Weiner等[31]第一次在沒有事先假設(shè)的情況下對自發(fā)性早產(chǎn)(≤32周)的妊娠中期孕婦的血漿轉(zhuǎn)錄組進行了發(fā)現(xiàn)及驗證研究,驗證結(jié)果確定了4種血漿細胞游離RNA(APOA4、LET-7g、NAMPT、PSME2),均在早產(chǎn)孕婦的血漿及胎盤中呈現(xiàn)過表達,且與妊娠小于32周早產(chǎn)的發(fā)生具有顯著相關(guān)性,這一發(fā)現(xiàn)也表明了血漿轉(zhuǎn)錄組對于協(xié)助早產(chǎn)的病理診斷的極大潛力。

4.代謝物:Sylveste等[32]開發(fā)了一項血液測試研究,發(fā)現(xiàn)可以通過測量血清代謝物來確定胎齡并評估早產(chǎn)風(fēng)險。該項研究利用甘油磷脂、鞘脂、?；撬岷突ㄉ南┧岬?0種代謝途徑組成的算法,開發(fā)了早產(chǎn)的預(yù)測模型,模型的預(yù)測準確性保持較高水平,目前研究結(jié)果顯示,甘油磷脂途徑代謝在早產(chǎn)風(fēng)險方面具有積極的主導(dǎo)的作用,鞘脂代謝、花生四烯酸代謝以及精氨酸和脯氨酸代謝也被發(fā)現(xiàn)與早產(chǎn)有關(guān)。在另一項研究中,母體血液代謝物對于預(yù)測胎齡的作用也得到了驗證,研究人員分析了來自30名孕婦的784份血液樣本的非靶向代謝組,利用四氫脫氧皮質(zhì)酮(tetrahydrodeoxycorticosterone,THDOC)、雌三醇-16-葡萄糖醛酸(Estriol-16-Glucuronide)、黃體酮、脫氧異雄酮硫酸鹽(dehydroepiandrosterone sulfate,DHEA-S)、磷脂酰乙醇胺PE(p-16:0e/0:0)五種代謝物組成代謝時鐘,建立胎齡預(yù)測模型,且模型的預(yù)測結(jié)果與超聲結(jié)果高度一致,顯示出了較好的預(yù)測性能[33]。雖然這些研究結(jié)果顯示,可以使用少量的母體血液代謝物來對正常受試者的妊娠階段進行精確分類,但仍需要在更大的獨立隊列中進一步驗證。因此,開發(fā)包含母體血液代謝物的臨床檢測工具對于進一步識別早產(chǎn)風(fēng)險是十分有價值的,這也值得研究人員進行更加深入的探索。

三、無創(chuàng)血液檢測的應(yīng)用前景

盡管目前對于疾病的預(yù)測與診斷已有較為成熟的放射學(xué)方法和超聲技術(shù),但以檢測血液、尿液等體液中生物標志物為基礎(chǔ)的液體活檢方法因其無創(chuàng)、簡便和靈敏性而備受關(guān)注。無創(chuàng)血液檢測所鑒定的生物標志物已展現(xiàn)出對于早期評估早產(chǎn)風(fēng)險的潛力,見表1。血液樣本中cfDNA、cfRNA等生物標志物結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法構(gòu)成的智能預(yù)測模型,在預(yù)測早產(chǎn)和子癇前期等妊娠并發(fā)癥中的價值與意義正在被不斷證實,利用血液樣本的轉(zhuǎn)錄組特征可以獨立于臨床因素來跟蹤妊娠進展[34]。

表1 早產(chǎn)預(yù)測的新型血液生物標志物

目前,超聲檢查和依據(jù)fFN的傳統(tǒng)方法仍是臨床實踐中預(yù)測早產(chǎn)最為常用的手段,既往也有研究提出,可通過鑒定羊水中的生物標志物評估早產(chǎn)發(fā)生的風(fēng)險,比如載脂蛋白A-IV(Apoa4)、Lumican(Lum)和Kininogen-1(Kng1)[35]。但獲取羊水的過程中,有創(chuàng)性操作可能會引起感染和創(chuàng)傷風(fēng)險,具有顯著的局限性[20]。無創(chuàng)性血液檢測的方法在臨床實踐中操作簡便,具有更高的安全性以及推廣度,價格低,風(fēng)險小,孕婦接受程度高,即使在部分發(fā)展中國家或醫(yī)療條件水平較低的地區(qū),這種血液檢測的聯(lián)合指標對于早產(chǎn)進行預(yù)測的方式也能夠得以實現(xiàn)。

四、小結(jié)和展望

早產(chǎn)作為影響孕婦及圍生期胎兒健康的重要因素,是值得全世界長期關(guān)注的熱點問題。盡管目前已經(jīng)有許多研究提出關(guān)于早產(chǎn)預(yù)測的候選生物標志物,但在應(yīng)用于臨床實踐前仍需要進一步的驗證分析,如何用更加簡便高效的篩查指標估計早產(chǎn)風(fēng)險仍然是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。通過血液指標檢測鑒定與早產(chǎn)相關(guān)的生物標志物的方式,具有顯著優(yōu)勢及廣闊的發(fā)展前景,未來可通過更加全面的研究分析,為實現(xiàn)其臨床應(yīng)用提供依據(jù),這一方式的實現(xiàn)對于改善早產(chǎn)孕婦的妊娠結(jié)局以及胎兒的預(yù)后具有重要意義。