特發性肺纖維化病情評估和預后生物標志物的研究進展

李 炯 綜述，蘇 立 審校

(重慶市中醫院：1.呼吸科；2.腫瘤科 400021)

·綜述· doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2017.25.045

特發性肺纖維化病情評估和預后生物標志物的研究進展

李 炯1綜述，蘇 立2△審校

(重慶市中醫院：1.呼吸科；2.腫瘤科 400021)

特發性肺纖維化；生物標志物；預后

特發性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是間質性肺疾病中最常見的類型，不同文獻報道的年發病率在百萬分之十幾到幾十之間，且有上升趨勢。IPF患者總體預后極差，平均生存期約3年，甚至短于很多惡性腫瘤[1]。因此近年來IPF的研究日益受到重視，在發病機制、診斷模式及治療方法方面都有較大突破。2011年美國/歐洲/日本/拉美呼吸、胸科協會聯合推薦了新的IPF診斷模式，其結合臨床、影像、病理，并將多學科會診作為IPF診斷的金標準[1]。這種新模式的確立，使得大部分的IPF患者能夠明確診斷。但不同IPF患者間異質性很大，單個患者生存期難以預估，其病程可以是急進性發展，也可以在數年內相對穩定，或在穩定期突然惡化，出現急性加重(acute exacerbation of IPF，AE-IPF)。大約有5%～10%的IPF患者會出現AE-IPF，此時往往救治困難，病死率高，但特定患者是否或何時發生AE-IPF目前尚無評估方法。由于IPF的上述異質性，判斷個體疾病的進程、預后及是否有AE-IPF傾向是IPF繼診斷之后的重要臨床問題，這直接關系到臨床決策的制訂，如：是否或何時開始服用抗纖維化藥物或是否推薦肺移植。當前臨床上估計IPF患者病情和預后主要依靠臨床特征，準確性不高，也不能發現具有AE-IPF傾向的高危患者，因此IPF精確的臨床診斷和個體化治療需要探索新的標志物。同時IPF的新藥臨床試驗也迫切需要可靠的指標來實現病例準確分層，以提高試驗對藥效的檢驗效能，并敏感反映藥物干預后病情的變化。

隨著IPF研究的深入，近年來發現了很多有希望的IPF病情評估和預后判斷的生物標志物，這是解決IPF患者分層、預后判斷、個體化治療和療效監測等問題的研究方向，也預示著IPF的診療將進入分子化、個體化的時代。本文簡要綜述當前IPF病情評估和預后判斷的方法和近期報道的相關生物標志物，并著重介紹一些具有較高循證醫學證據，有潛在臨床應用前景的生物標志物。

1 IPF的臨床評估指標

IPF患者的某些臨床特征，包括一般情況、肺功能結果、影像和病理學特點等，能夠在一定程度上提示其預后，這是當前臨床評估IPF患者病情和預后的主要依據。通常認為：高齡、男性、吸煙史、低體質量指數、合并肺動脈高壓或肺氣腫提示預后不良[2]。研究顯示年齡小于50歲的患者預后相對較好，而50歲以上的患者則預后差，且隨年齡的增加，平均生存期進一步縮短。IPF好發于男性，有研究指出女性患者較男性有生存優勢，危險比(hazard ration,HR)為0.63，95%可信區間(95% confidence interval,95%CI)為0.41～0.97。但年齡、性別和IPF預后的關系在其他研究中并未能重復[3]。患者6 min步行距離小于250 m或24周內步行距離下降大于50 m均提示死亡風險高[4]。有研究報道經右心導管測定的伴肺動脈高壓的IPF患者1年期病死率為28%，顯著高于肺動脈壓正常患者的5%，然而侵入性的心導管檢查在IPF診斷中并不具備臨床實用性，后續也缺少類似實驗來驗證心導管肺動脈壓測定在IPF病情評估中的價值，而非侵入性的超聲肺動脈壓檢測被認為有較大的誤差。

肺功能測定是IPF的基本檢查之一，多種指標中通常認為提示預后的是用力肺活量(forced vital capacity,FVC)和一氧化碳的彌散量(diffusing capacity of the lung for carbon monoxide,DLCO)。因FVC和DLCO的基線水平常受到其他肺部并發癥如肺氣腫等影響，所以其下降速度更能反映預后，通常認為DLCO下降達15%時可認為疾病進展，而文獻提出FVC在6個月中下降5%～10%提示患者后續1年中死亡風險增加2倍[4]。

高分辨CT (high resolution computed tomography，HRCT)是IPF的標準影像檢查方法，除用于診斷，也可用于判斷預后。研究報道HRCT上纖維化范圍半定量評分與IPF患者病死率顯著相關，此種評分的主要缺陷在于結果受評判者的主觀影響大，重復率不高，近年來各種計算機輔助自動化定量CT技術迅速發展，有望實現對病變范圍客觀、數字化定量，其在IPF監測中的價值和具體運用方式有待今后研究確認[5]。

由于單一臨床特征的預測準確性不高，研究中發展出整合數種臨床特征的多參數預后評分系統，比較有代表性的是GAP評分，其納入了性別、年齡和肺功能這些臨床最常見的參數，根據GAP指數將患者分成3期，1年預期病死率分別為6%、16%和39%[6]。相對于單一臨床指標，多參數系統應該能提高IPF預測的效能，但上述評分系統建立于回顧性的數據基礎上，其準確性有待進一步驗證。

總體而言，單獨依靠臨床特征來判斷個體IPF患者的病情和預后準確性不夠理想，也沒有臨床指標或評分模型能夠預示AE-IPF的風險，且不能反映IPF患者發病的主要機制。因此對IPF患者更準確的病情和預后判斷還有待于其他指標，比如生物標志物的發現。

2 生物標志物

2.1基因標志物 自2000年以來已經報道了數十種基因多態性與IPF的發病或者預后相關，涉及多個參與免疫或炎性反應的功能基因，提示在基因層面蘊含著IPF患者的預后信息，但很多結果來自于小樣本研究且尚未被其他研究驗證[7]。值得注意的是隨著近年來數個大樣本的全基因組關聯分析(genome-wide association studies，GWAS)的完成，發現數個基因標志與IPF發病和預后高度相關。

MUC5B基因編碼黏蛋白參與氣道防御反應，2011年發現其啟動子單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism,SNP)位點rs35705950上攜帶次要等位基因的個體IPF發病率明顯增高[8-9]。后續研究發現攜帶rs35705950次要等位基因的IPF患者較其他IPF患者預后更好，其疾病表現為一種較緩慢的進展過程[10]。這一結果隨后被多個研究團隊獨立重復，使得MUC5B啟動子SNP成為IPF發病和預后較明確的標志物。

TOLLIP基因編碼一種重要的免疫調節蛋白，參與Toll樣受體介導的天然免疫反應及轉化生長因子信號通路。一個大樣本、多中心的GWAS研究發現：TOLLIP基因上3個SNP位點與IPF的易感性相關，其中rs5743890的次要等位基因攜帶者患IPF的風險低，但同時此基因型的IPF患者病死率顯著增高[HR=1.72;95%CI(1.24,2.38)][11]。

新近的一項隊列研究進一步探討了攜帶不同TOLLIP和MUC5B基因SNP的患者對IPF藥物(吡非尼酮、硫唑嘌呤、N-乙酰半胱氨酸)反應的差異，結果發現TOLLIP基因rs3750920位點為TT基因型的患者服用N乙酰半胱氨酸能顯著降低其死亡、肺移植、住院或FVC下降超過10%的風險[HR=0.14;95%CI(0.02,0.83)]，若此位點為CC基因型，使用該藥物反而有增加患者上述風險的趨勢[HR=3.23;95%CI(0.79,13.16);P=0.10][12]。

除了基因多態性以外，端粒長度是另一個關注較多的IPF預后基因標志。大約1/3的散發性IPF患者外周血單個核細胞端粒長度低于同齡人，而Stuart等[13]檢測了370例肺纖維化患者(其中149例為IPF)的外周血單個核細胞端粒的長度，并探討其與非肺移植生存期(transplant-free survival)的關系，結果發現端粒長度是IPF患者獨立的預后指數[HR=0.22;95%CI(0.08～0.63)]，IPF患者生存期隨端粒縮短逐步降低，而非IPF的間質性肺病患者生存與端粒長度無相關性。這一結果在后續3個獨立隊列研究中得到了驗證[14]。

2.2蛋白標志物 外周血中蛋白標志物是IPF生物標志物中研究得最多的一類，由于標本易于獲得，檢測技術如酶聯免疫吸附試驗(ELISA)等較為普及，很多研究都嘗試在血液中尋找能預測IPF疾病過程和預后的蛋白標志，研究發現參與IPF 3種核心發病機制：肺泡上皮細胞損傷、纖維沉積、免疫功能紊亂的多種蛋白都在外周血中升高，且與IPF的預后不良或快速進展相關，包括：肺表面活性蛋白、黏蛋白1(krebs von den lungen-6/ mucin 1,KL-6)、趨化因子CXCL13、CCL18、白細胞介素8(interleukin -8)、細胞間黏附分子1、基質金屬蛋白酶1和7(MMP-1 and MMP-7)等等[2,15]。

KL-6是Ⅱ型肺泡上皮細胞膜上的大分子糖蛋白，其外周血濃度升高反映了肺泡上皮細胞功能的紊亂或損傷，是IPF發病機制中重要的一環，研究發現患者血清中KL-6升高與包含IPF在內的多種間質性肺病的預后不良相關，另外較高的血液KL-6水平還可能預示患者具有發生AE-IPF的風險[15]。

肺泡表面活性蛋白是另一類靈敏反映肺泡上皮損傷的生物標志，其在IPF病情和預后判斷中的價值也被很多研究所關注。早期的小樣本回顧性研究顯示外周血SP-A和SP-D濃度與HRCT顯示的肺泡炎癥范圍呈正比，且3年后隨訪存活的患者較死亡的患者有較低的血清SP-A和SP-D基線水平。后續研究也顯示血液SP-A和SP-D升高均是IPF患者預后的獨立危險因素，并且SP-D在AE-IPF患者中表達更高[16]。

CXCL13是一種介導B淋巴細胞向炎癥病灶遷移的趨化因子，參與許多免疫性疾病的發病過程。研究報道IPF患者血漿CXCL13水平顯著高于慢性阻塞性肺疾病患者和健康對照，IPF患者中CXCL13水平最高的亞組生存時間較其他組患者明顯縮短[HR=5.5;95%CI(1.8，16.9)]，且CXCL13在AE-IPF的患者中明顯升高，連續測量中若CXCL13增高50%以上，則提示患者將出現呼吸衰竭[17]。

另一個可能預測患者預后的趨化因子是CCL18，文獻報道CCL18血清基線水平與6個月內患者肺功能的下降程度呈正相關，以150 ng/mL作為CCL18的截斷值，CCL18高水平組較CCL18低水平組死亡風險明顯增高[HR=7.98;95%CI(2.49，25.51)][18]。

骨膜蛋白能促進細胞外基質沉積，與器官纖維化有關。一個小規模的前瞻性研究發現骨膜蛋白在IPF患者外周血和肺內纖維化病灶中異常高表達，血漿骨膜蛋白水平較高者其48周內的疾病進展風險較高[HR=1.47;95%CI(1.03，2.10)][19]。

上述研究顯示出外周血蛋白標志物作為IPF病情和預后標志的良好前景，但許多指標的可靠性還需進一步驗證。比如在另一個較大樣本(n=118)IPF回顧性研究中，未能證實外周血KL-6 和SP-D是IPF獨立的預后不良的因素[20]。此外抗纖維化藥物吡非尼酮的臨床試驗結果顯示：連續檢測血清KL-6、SP-A和SP-D變化并不能反映出患者對治療的反應[21-22]。這些研究結果的差異，可能是因為很多早期研究多為小樣本、回顧性分析，且通常只選擇性地檢測一個或幾個感興趣蛋白。因此很多蛋白標志物的臨床價值，需要更有力的研究設計來驗證，比如大樣本、多中心、前瞻性實驗設計并采用蛋白組學層面的方法，避免單獨檢測幾個指標帶來結果的偏倚。

Richards等[23]使用多重免疫分析等技術同時檢測了49個血漿蛋白，從中發現MMP-1、MMP-7、MMP-8等5種蛋白的增高能特異性地鑒別IPF和慢性阻塞性肺疾病等其他肺疾病，并且血漿MMP-7的水平與患者FVC%和DLCO%檢測值呈負相關。Richards研究小組后續報道了通過對231例IPF患者的92個候選蛋白的檢測，在推導隊列中(n=140)發現血漿MMP-7、IACM-1、IL-8、VACM-1、S100A12是排除年齡、性別、肺功能差異后的獨立預后因子。并經過驗證隊列(n=101)測定，證實了這5種蛋白的增高都預示患者的非肺移植生存期縮短，且MMP-7、IACM-1、IL-8顯著升高預示患者總生存期縮短[24]。MMP-7對預后判定的價值在另一項納入了438例IPF病例的大型隊列研究中得到進一步驗證，血漿MMP-7水平大于5.7 ng/mL是獨立于性別、肺功能和MUC5B基因型之外的預后不良因素[HR=2.06;95%CI(1.05～4.07)][10]。

PROFILE研究是迄今為止關于IPF較大規模的前瞻性多中心隊列研究，使用蛋白組學的檢測技術，旨在發現新的蛋白標志并驗證之前報道過的多個蛋白標志物在IPF患者中的表達情況。一項來自該研究的結果探討了血漿中基質蛋白降解產物對IPF的預后的判斷價值，發現某些膠原蛋白降解片段在IPF患者中較對照人群升高，更重要的是不斷增高的膠原降解片段濃度與IPF進展顯著相關，其中6種片段每3個月的增長速度對患者生存有預測作用，這提示蛋白標志物的連續測定能夠動態地反映IPF的疾病進程和預后[24]。

2.3微生物標志物 細菌和病毒感染在IPF的發生和進展中可能起一定的作用。目前尚無病毒感染指標物能提示預后的報道，而最近有兩項研究顯示了細菌感染指標對IPF預后判斷的潛在價值。在IPF的另一個大樣本多中心前瞻性隊列研究COMET研究中，患者的支氣管肺泡灌洗液以焦磷酸測序分析其中微生物的構成，結果顯示：在IPF患者肺內若存在某些特定類型鏈球菌和葡萄球菌則其無進展生存期短[25]。另一項研究顯示IPF患者的肺部細菌負荷是患者獨立的預后因素，以定量PCR測定支氣管肺泡灌洗液中細菌16SrRNA的基因量，拷貝數較高者相對于較低者死亡風險顯著增高[HR=4.59;95%CI(1.05,20)][26]。

3 臨床指標聯合生物標志物的預測模型

在發掘新的生物標志物的同時，將現有生物標志物和臨床指標聯合是運用生物標志物的另一思路。研究發現臨床預測模型聯合SP-A和SP-D檢測或SP-A、MMP-7、KL-6檢測，較單獨使用臨床預測模型提高了預后判定的準確性[20，27]。而以性別、FVC、DLCO和MMP-7水平構成患者的危險指數公式，可將患者分為高危和低危兩組，高危組平均生存期僅為1.56年，顯著短于低危組的5.13年[23]。這些結果說明了臨床指標和生物標志物聯用可提高對疾病評估和預后判定的有效性。

4 小結和展望

對于IPF這樣高度異質性的疾病，運用基于疾病嚴重程度和預后的分層管理策略，是提高其療效的必然途徑，因此尋找對IPF的病情評估和預后判斷的有效方法，是目前臨床上急需解決的問題。隨著研究的深入，現已發現很多的IPF相關生物標志物，它們可能對疾病程度、患者預后、AE-IPF的風險有預示作用，但應該看到，IPF生物標志物的研究還處于起步階段，大部分報道的生物標志物要運用到臨床尚缺乏足夠的循證醫學證據。目前只有為數不多的指標，如MUC5B基因多態性和MMP-7等具有較多高級別的證據支持，初步具備了臨床應用的前景。但可以預見的是，隨著高通量的檢測技術的發展，更多大樣本前瞻性隊列研究的實施，在不遠的將來會出現一批準確率高、重復性好的IPF生物標志物，這些生物標志物將幫助實現患者危險程度的精確分層，預測其疾病發展的特點，為治療決策提供依據，并靈敏地反映治療效果，這將顯著地改變當前IPF的診療模式，并最終改善IPF患者的預后。

[1]Raghu G,Collard HR,Egan JJ,et al.An official ATS/ERS/JRS/ALAT statement:idiopathic pulmonary fibrosis:evidence-based guidelines for diagnosis and management[J].Am J Respir Crit Care Med,2011,183(6):788-824.

[2]Ley B,Collard HR,King TE.Clinical course and prediction of survival in idiopathic pulmonary fibrosis[J].Am J Respir Crit Care Med,2011,183(4):431-440.

[3]Du Bois RM,Albera C,Bradford WZ,et al.6-minute walk distance is an independent predictor of mortality in patients with idiopathic pulmonary fibrosis[J].Eur Res J,2014,43(5):1421-1429.

[4]Du Bois RM,Weycker D,Albera C,et al.Forced vital capacity in patients with idiopathic pulmonary fibrosis test properties and minimal clinically important difference[J].Am J Respir Crit Care Med,2011,184(12):1382-1389.

[5]Hansell DM,Goldin JG,King J,et al.CT staging and monitoring of fibrotic interstitial lung diseases in clinical practice and treatment trials:a position paper from the Fleischner Society[J].Lancet Respir Med,2015,3(6):483-496.

[6]Ley B,Ryerson CJ,Vittinghoff E,et al.A multidimensional index and staging system for idiopathic pulmonary fibrosis[J].Ann Int Med,2012,156(10):684-691.

[7]Kropski JA,Blackwell TS,Loyd JE.The genetic basis of idiopathic pulmonary fibrosis[J].Eur Respin J,2015,45(6):1717-1727.

[8]Zhang YZ,Noth I,Garcia JG,et al.A variant in the promoter of MUC5B and idiopathic pulmonary fibrosis[J].N Engl J Med,2011,364(16):1576-1577.

[9]Seibold MA,Wise AL,Speer MC,et al.A common MUC5B promoter polymorphism and pulmonary fibrosis[J].N Engl J Med,2011,364(16):1503-1512.

[10]Peljto AL,Zhang YZ,Fingerlin TE,et al.Association between the MUC5B promoter polymorphism and survival in patients with idiopathic pulmonary fibrosis[J].JAMA,2013,309(21):2232-2239.

[11]Noth I,Zhang YZ,Ma SF,et al.Genetic variants associated with idiopathic pulmonary fibrosis susceptibility and mortality:a genome-wide association study[J].Lancet Respir Med,2013,1(4):309-317.

[12]Oldham JM,Ma SF,Martinez FJ,et al.TOLLIP,MUC5B,and the response to N-Acetylcysteine among individuals with idiopathic pulmonary fibrosis[J].Am J Respir Crit Care Med,2015,192(12):1475-1482.

[13]Stuart BD,Lee JS,Kozlitina J,et al.Effect of telomere length on survival in patients with idiopathic pulmonary fibrosis:an observational cohort study with Independent validation[J].Lancet Respir Med,2014,2(7):557-565.

[14]Vij R,Noth I.Peripheral blood biomarkers in idiopathic pulmonary fibrosis[J].Trans Res,2012,159(4):218-227.

[15]Ohshimo S,Ishikawa N,Horimasu YA,et al.Baseline KL-6 predicts increased risk for acute exacerbation of idiopathic pulmonary fibrosis[J].Respir Med,2014,108(7):1031-1039.

[16]Collard HR,Calfee CS,Wolters PJ,et al.Plasma biomarker profiles in acute exacerbation of idiopathic pulmonary fibrosis[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2010,299(1):L3-L7.

[17]Vuga LJ,Tedrow JR,Pandit KV,et al.C-X-C motif chemokine 13 (CXCL13) is a prognostic biomarker of idiopathic pulmonary fibrosis[J].Am J Respir Crit Care Med,2014,189(8):966-974.

[18]Prassel A,Probst C,Bargagli E,et al.Serum CC-Chemokine ligand 18 concentration predicts outcome in idiopathic pulmonary fibrosis[J].Am J Respir Crit Care Med,2009,179(8):717-723.

[19]Naik PK,Bozyk PD,Bentley JK,et al.Periostin promotes fibrosis and predicts progression in patients with idiopathic pulmonary fibrosis[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2012,303(12):L1046-L1056.

[20]Song JW,Do KH,Jang SJ,et al.Blood biomarkers MMP-7 and SP-A predictors of outcome in idiopathic pulmonary fibrosis[J].Chest,2013,143(5):1422-1429.

[21]Ley B,Brown KK,Collard HR.Molecular biomarkers in idiopathic pulmonary fibrosis[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2014,307(9):L681-L691.

[22]Rosas IO,Richards TJ,Konishi K,et al.MMP1 and MMP7 as potential peripheral blood biomarkers in idiopathic pulmonary fibrosis[J].PLoS One,2008,5(4):e93.

[23]Richards TJ,Kaminski N,Baribaud F,et al.Peripheral blood proteins predict mortality in idiopathic pulmonary fibrosis[J].Am J Respir Crit Care Med,2012,185(1):67-76.

[24]Jenkins RG,Simpson JK,Saini G,et al.Longitudinal change in collagen degradation biomarkers in idiopathic pulmonary fibrosis:an analysis from the prospective,multicentre PROFILE study[J].Lancet Respir Med,2015,3(6):462-472.

[25]Han MK,Zhou YE,Murray S,et al.Lung microbiome and disease progression in idiopathic pulmonary fibrosis:an analysis of the COMET study[J].Lancet Respir Med,2014,2(7):548-556.

[26]Molyneaux PL,Cox MJ,Willis-Owen SA,et al.The role of bacteria in the pathogenesis and progression of idiopathic pulmonary fibrosis[J].Am J Respir Crit Care Med,2014,190(8):906-913.

[27]Kinder BW,Brown KK,Mccormack FX,et al.Serum surfactant protein-A is a strong predictor of early mortality in idiopathic pulmonary fibrosis[J].Chest,2009,135(6):1557-1563.

R563

A

1671-8348(2017)25-3591-04

2016-12-14

2017-07-01)

重慶市衛生和計劃生育委員會醫學科研面上項目(20142072)。

李炯(1979-)，碩士，主治醫師，主要從事呼吸病學方面的研究。

△通信作者，E-mail:drsuli0307@163.com。