肖泠西 鄧旺

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome ,ARDS )是一種由非心源性肺水腫引起的以雙側(cè)胸部浸潤性影像學(xué)改變,伴嚴重低氧血癥的急性呼吸系統(tǒng)疾病[1]。且ARDS是一種常見的、危及生命的疾病,根據(jù)初始嚴重程度類別,死亡率約為35%～45%[1]。生物標(biāo)志物可能有助于識別急性呼吸窘迫綜合征、進行風(fēng)險分層和預(yù)測疾病結(jié)局。它們可用于評估疾病的嚴重程度、揭示預(yù)后和監(jiān)測對治療的反應(yīng)。雖然目前仍沒有針對ARDS的靶向藥物治療,但生物標(biāo)志物有助于加深我們對病理生理學(xué)的理解,并確定潛在的新治療靶點和策略。此外,生物標(biāo)志物還可以幫助識別ARDS亞群,從而確定適當(dāng)?shù)闹委煼椒?。本文回顧了目前研究已證實對ARDS診斷和預(yù)后評估具有意義的生物標(biāo)志物,并評估了它們的臨床應(yīng)用價值。

一、急性呼吸窘迫綜合征的發(fā)病機制

ARDS分為滲出期和增殖期。滲出期中,肺泡巨噬細胞釋放炎癥介質(zhì),引發(fā)炎癥細胞聚集。炎癥細胞損傷血管內(nèi)皮和肺泡上皮,導(dǎo)致肺水腫、透明膜形成,肺順應(yīng)性降低和氣體交換減少。纖維增生階段則見成纖維細胞、Ⅱ型肺泡細胞增殖及肺組織修復(fù)[2]。這些各種生化和細胞途徑的急性失調(diào)允許產(chǎn)生許多與ARDS風(fēng)險或嚴重程度相關(guān)的潛在生物標(biāo)志物。炎癥反應(yīng)在ARDS中起關(guān)鍵作用,IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α等細胞因子與炎癥細胞的激活和趨化有關(guān)。內(nèi)皮損傷是ARDS的核心特征,血管緊張素2 (angiopoietin-2,Ang-2)、細胞間粘附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1, ICAM-1)、選擇素(selectins)和血管內(nèi)皮細胞生長因子(vascular endothelial growth factor、VEGF)等與內(nèi)皮屏障功能、血管通透性調(diào)節(jié)以及血管新生相關(guān)。凝血和纖溶紊亂也與ARDS密切相關(guān),von Willebrand因子、血栓調(diào)節(jié)蛋白(thrombomodulin,TM )、蛋白C和纖溶酶原活化抑制因子-1等標(biāo)志物反映了凝血激活和抗凝功能失衡。此外,表面活性蛋白D(surfactant-associated protein D,SP-D)、可溶性RAGE受體(soluble receptor for advanced glycation end-products,sRAGE )、KL-6蛋白(kerbs von lungren 6 antigen ,KL-6)等與肺泡上皮損傷和修復(fù)有關(guān)。血管生成素樣蛋白4(angiopoietin-like protein 4,ANGPTL4)、激活素-A(activin-A)和死亡受體5(death receptor 5, DR5)等新型標(biāo)志物在ARDS的病理生理過程中的作用逐漸受到關(guān)注。膿毒癥前蛋白酶(presepsin)作為感染性疾病的生物標(biāo)志物,與ARDS的炎癥反應(yīng)有關(guān)。線粒體DNA (mitochondrial DNA ,mtDNA)和微小RNA (microRNA,miRNA )作為信號分子,參與調(diào)控炎癥細胞、細胞因子產(chǎn)生以及內(nèi)皮屏障功能等信號通路,影響ARDS的發(fā)展和病程。

二、ARDS病理生理機制相關(guān)的經(jīng)典生物標(biāo)志物

1 血管緊張素2

Ang-2是一種內(nèi)皮衍生的蛋白質(zhì),主要由活化的內(nèi)皮表達,雖然它在正常的血管中表達較低,但在炎癥環(huán)境中強烈增加,作用于酪氨酸激酶Tie2受體,導(dǎo)致血管內(nèi)皮連接完整性的紊亂和血管周圍細胞脫落,從而增加通過血管內(nèi)皮系統(tǒng)的液體滲漏[3]。在ARDS中,內(nèi)皮屏障的破壞導(dǎo)致液體和大分子進入間質(zhì)空間和肺泡空間,導(dǎo)致肺水腫。其中,Ang-2可以促進炎癥反應(yīng),并增加白細胞的粘附和遷移。這些發(fā)現(xiàn)表明,在ARDS中,Ang-2水平的變化反應(yīng)其內(nèi)皮功能障礙和血管屏障的損傷。在一項前瞻性研究中(n=158),Ang-2水平可以預(yù)測ARDS的發(fā)生(ROC曲線下面積 AUC 0.735)[4]。Ang-2不僅與ARDS診斷有關(guān),也與ARDS預(yù)后有關(guān),并具有較高的敏感度和特異度。在一項隊列研究中(n=283),Ang-2水平可作為ARDS患者發(fā)生重度急性腎損傷的預(yù)測指標(biāo)[5],在伴有ARDS的膿毒癥患者中,Ang-2與血管外肺水腫指數(shù)(EVLWI)組合在24小時(AUC 0.834)與48小時(AUC 0.981)的水平與其患者死亡率相關(guān)[6]。最近一項系統(tǒng)評價及薈萃分析中,Ang-2水平可以 獨立預(yù)測急性呼吸窘迫綜合征患者的死亡風(fēng)險[7],上述研究表明,Ang-2與ARDS的發(fā)生、發(fā)展及嚴重程度等息息相關(guān)。

2 細胞間粘附分子-1

ICAM-1是一種細胞表面糖蛋白和粘附受體,最著名的是調(diào)節(jié)白細胞從循環(huán)到炎癥部位的招募。其在ARDS中的作用與中性粒細胞的招募和炎癥反應(yīng)后的繼發(fā)性器官損傷有關(guān)[8]。在 COVID-19 相關(guān)急性呼吸窘迫綜合征患者中(n=31),ICAM-1與Ang-2與其不良預(yù)后有關(guān),其AUC值分別為0.65及0.717,表明其對ARDS的預(yù)后具有一定的敏感度和特異度[9]。而且在動物模型中,ICAM-1在ARDS中的核心作用已被廣泛研究,一些通過減少ICAM-1的內(nèi)皮表達的化合物,已被證明可用于改善ARDS小鼠模型中的肺部炎癥[10]。因此ICAM-1有望成為ARDS治療相關(guān)靶點及診斷與預(yù)后相關(guān)標(biāo)志物,反映炎癥程度和病程進展。

3 黏結(jié)蛋白聚糖- 1

內(nèi)皮糖萼是內(nèi)皮表面富含碳水化合物的屏障,由黏結(jié)蛋白聚糖(syndecan-1,Syn-1)、透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素和硫酸乙酰肝素組成。糖萼損傷導(dǎo)致血管通透性增加、水腫、循環(huán)炎癥細胞與內(nèi)皮粘附增加、炎癥過程加速、凝血級聯(lián)反應(yīng)激活、血小板高聚集性、微循環(huán)血流障礙等[11]。 而內(nèi)皮損傷作為ARDS發(fā)生的主要病理生理機制之一,因血管內(nèi)皮損傷而脫落到循環(huán)中的Syn-1可能作為ARDS的相關(guān)生物標(biāo)志物,在膿毒性休克患者(n=38)中,較高的 Syn-1 水平可預(yù)測其發(fā)生ARDS的風(fēng)險[12]。在流感患者中(n=66)Syn-1水平也和其發(fā)生ARDS有關(guān)[13],因此Syn-1可作為ARDS診斷相關(guān)的潛在標(biāo)志物。

4 血管性血友病因子

血管性血友病因子(von Willebrand Factor,vWF )是一種大分子抗原,主要由內(nèi)皮細胞產(chǎn)生,也可由血小板產(chǎn)生。vWF在循環(huán)系統(tǒng)中起到血小板聚集和血栓形成的作用,當(dāng)內(nèi)皮激活或損傷時,vWF會被釋放到循環(huán)中,其主要由肝臟內(nèi)的內(nèi)皮細胞和巨噬細胞通過受體介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)降解途徑進行清除。在ARDS中,內(nèi)皮激活和損傷是其病理過程的重要組成部分。因此,vWF的釋放可能表明直接的內(nèi)皮細胞損傷已經(jīng)發(fā)生,可作為ARDS的生物標(biāo)志物。在燒傷患者 (n=113)中,vWF與ARDS的發(fā)生密切相關(guān),且其AUC值為0.89,對于ARDS的診斷具有較高的敏感度和特異度[14]。其也可作為ARDS患者(n=39)不良結(jié)局的預(yù)測標(biāo)志物,預(yù)測期顯示靈敏度為94.9%,特異度為56.7%[15],綜上述,vWF可作為ARDS的預(yù)測及預(yù)后標(biāo)志物。

5 血栓調(diào)節(jié)蛋白

TM 是一種多結(jié)構(gòu)域跨膜結(jié)合糖蛋白,主要在內(nèi)皮上表達,通過調(diào)節(jié)凝血系統(tǒng)在維持血管穩(wěn)態(tài)中起重要作用[16]。在ARDS中,許多這些過程被破壞,其中包括彌漫性內(nèi)皮損傷、凝血系統(tǒng)的強烈激活和毛細血管通透性增加。故其可作為ARDS的生物標(biāo)志物。在兒童機械通氣患者中(n=432),血漿TM水平與患兒的死亡率、多器官衰竭相關(guān),且AUC值為0.70,對ARDS患者的預(yù)后具有一定的敏感度和特異度[17],其可作為一個潛在的標(biāo)志物預(yù)示ARDS的不良預(yù)后。

6 晚期糖基化終末產(chǎn)物可溶性受體

RAGE是免疫球蛋白超家族的成員,與感染、損傷和炎癥相關(guān),主要由Ⅰ型肺泡上皮細胞產(chǎn)生,它的作用主要在肺泡表面,通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)來影響ARDS的發(fā)生和進展。sRAGE 是膜型RAGE的可溶性競爭性誘騙受體,通過分泌至血液和支氣管肺泡灌洗液(BALF)中來調(diào)節(jié)RAGE的功能。sRAGE的代謝主要通過腎臟排放和肝臟降解。一項納入4646例危重患者的多中心前瞻性觀察性隊列研究顯示,sRAGE水平與ARDS發(fā)生率相關(guān),且第一天sRAGE值的AUC為0.82,對于ARDS的診斷具有較高的敏感度和特異度[18]。在兒童ARDS患者中(n=258),sRAGE水平與ARDS診斷相關(guān),且與間接肺損傷患兒的死亡率相關(guān)[19]。與一項基于8項試驗,746例ARDS患者的薈萃分析表明,sRAGE與ARDS患者的死亡率相關(guān)[20]。在COVID-19相關(guān)的ARDS患者中(n=65),基線血漿sRAGE水平與患者死亡率相關(guān)[21]。sRAGE在作為ARDS的診斷及預(yù)后的生物標(biāo)志物方面有很高的臨床價值,臨床意義重大。

三、值得關(guān)注的新型標(biāo)志物

1 微小核糖核酸

miRNA 是一種新型非編碼RNA分子,它們在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控基因表達,其參與細胞增殖、分化等多個生物學(xué)過程,可通過影響靶基因的表達,調(diào)控機體炎癥和免疫反應(yīng),在ARDS中,miRNA通過影響炎癥細胞、細胞因子產(chǎn)生和內(nèi)皮屏障功能等方面的信號通路,進一步影響ARDS的發(fā)展和病程。循環(huán)miRNA最近也作為多種炎癥性疾病(包括ARDS)的預(yù)后生物標(biāo)志物出現(xiàn)[22]。在嚴重社區(qū)獲得性肺炎(SCAP)患者中 (n=53),miR-126、miR-27a、miR-146a和miR-155的組合表達與其發(fā)生ARDS顯著相關(guān)(AUC 0.909),意味著miRNA在ARDS的診斷上具有很高的敏感度和特異度[23]。在合并COVID-19的ARDS患者中(n=20),血漿miR-155、miR-208a 和 miR-499 與其診斷相關(guān)[24]。一項研究發(fā)現(xiàn),miRNA-466家族分子通過外泌體分泌到ARDS模型的氣道中,并通過NLRP3炎癥小體加劇炎癥。這些結(jié)果表明,由外泌體miRNA調(diào)控的NLRP3炎癥小體途徑可能成為ARDS的治療靶點[25]。

2 線粒體DNA

在ALI/ARDS發(fā)生過程中,受損的內(nèi)皮、上皮和募集的白細胞中功能失調(diào)的線粒體產(chǎn)生大量活性氧并釋放mtDNA。血漿mtDNA水平顯示出成為臨床診斷和評估肺損傷嚴重程度的有希望的生物標(biāo)志物的潛力。在機制上,從受損線粒體釋放出來的mtDNA及其氧化形式,在肺部的炎癥反應(yīng)和組織病理學(xué)變化中起著關(guān)鍵作用[26]。在創(chuàng)傷及膿毒血癥患者(n=344)中,48小時mtDNA水平與其發(fā)生ARDS顯著相關(guān)[27]。且在膿毒癥相關(guān)ARDS患者(n=687)中mtDNA與其28天生存率顯著相關(guān),且其與APACHE Ⅱ評分結(jié)合, AUC值為0.679,對ARDS的預(yù)后具有一定的敏感度及特異度[28]。

3 膿毒癥前蛋白酶

血液循環(huán)中的presepsin是一種可溶性蛋白,主要表達在巨噬細胞和中性粒細胞等免疫細胞表面,是單核細胞-巨噬細胞對病原體反應(yīng)激活的指標(biāo)。膿毒癥前蛋白酶在血漿中循環(huán),與感染和炎癥反應(yīng)有關(guān)[29]。在ARDS病理過程中,免疫細胞產(chǎn)生大量炎性細胞因子,導(dǎo)致局部和全身炎癥反應(yīng)。presepsin作為感染和炎癥反應(yīng)的標(biāo)志物,在ARDS中與疾病嚴重程度和預(yù)后相關(guān)。在膿毒癥相關(guān)ARDS患者中(n=225),較高的血漿presepsin水平與其死亡率增加有關(guān),且其AUC值為0.81,對診斷膿毒癥相關(guān)的ARDS具有較高的敏感度和特異度[30]。

4 死亡受體5

DR5是一個含有死亡結(jié)構(gòu)域的跨膜受體,其可能主要來源于激活的免疫細胞(如巨噬細胞和淋巴細胞)和受損的肺組織細胞,它通過與其配體TNF相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)結(jié)合來觸發(fā)細胞死亡。在ARDS中,過度的細胞死亡和炎癥反應(yīng)是導(dǎo)致肺損傷的關(guān)鍵因素。因此,DR5可能在ARDS發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn),ARDS患者的血清和BALF中DR5水平升高。且在死亡患者中高于幸存患者。血清DR5與血清TNF-α和嚴重疾病評分呈正相關(guān),是ARDS預(yù)后的預(yù)測因子,其可能與肺泡上皮細胞凋亡有關(guān)[31]。

5 激活素-A

activin-A是轉(zhuǎn)化生長因子-β超家族的成員,是細胞發(fā)育和功能的多營養(yǎng)調(diào)節(jié)因子,ARDS是一種炎癥性肺損傷,當(dāng)液體在肺泡中積聚時會發(fā)生,而它參與促炎和抗炎反應(yīng)以及組織重塑活動,activin-A可能作為ARDS的生物標(biāo)志物,反映炎癥程度和組織損傷修復(fù)過程。與健康對照組相比,ARDS患者(n=97)的activin-A水平升高,且當(dāng)預(yù)測研究人群死亡率時,血清activin-A濃度的截止水平為708 pg/mL,其敏感度為55.8%,特異度為67.2%,其對于ARDS不良預(yù)后具有一定的特異度和敏感度[32]。

6 血管生成素樣蛋白4

ANGPTL4是一種由肝臟和脂肪組織等產(chǎn)生的分泌型糖蛋白。它在諸如脂質(zhì)代謝、炎癥和內(nèi)皮功能等多個生理過程中發(fā)揮作用,ANGPTL4 可以影響內(nèi)皮細胞之間的連接,調(diào)節(jié)血管通透性[33]。ARDS患者(n=56)的BALF和血清中ANGPTL4水平升高,并且與疾病嚴重程度和死亡率顯著相關(guān),其AUC為0.746,對ARDS患者的預(yù)后具有具有一定的敏感度和特異度。此外,BALF和血清中的ANGPTL4水平與血管生成、炎癥和水腫相關(guān)的ARDS生物標(biāo)志物,包括血管生成素-2、IL-6、TNF-α均呈正相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明,ANGPTL4可能是ARDS的一種新的預(yù)后生物標(biāo)志物[34]。

四、結(jié)論

ARDS是一種具有高死亡率的異質(zhì)性疾病,探索可用于診斷ARDS、預(yù)測預(yù)后和監(jiān)測治療反應(yīng)的生物標(biāo)志物對于推動該領(lǐng)域的發(fā)展和指導(dǎo)治療策略具有重要意義。本文重點討論了一些經(jīng)典以及潛在的創(chuàng)新性標(biāo)志物,為ARDS的診斷和治療帶來新視角,為未來ARDS標(biāo)志物研究和應(yīng)用指明了新方向。