細胞外組蛋白對ARDS早期診斷和預后評估的臨床價值

金 楊， 江雪梅， 孫 夢， 溫宗梅

(同濟大學附屬上海市肺科醫院麻醉科，上海 200433)

目前對急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)的研究已有幾十年，但由于缺乏對ARDS確切發病機制的認識，臨床上主要采用小潮氣量和呼氣末正壓通氣(positive end expiratory pressure, PEEP)等肺保護性通氣策略，治療效果有限，ARDS的死亡率高達40%[1]。快速和準確診斷ARDS是成功治療ARDS的前提，目前對ARDS的診斷主要是根據柏林標準的氧合指數[2]，由于該標準主要來源于臨床數據，缺少敏感的生物標志物作為量化指標，同時缺少預見性，因此臨床上ARDS的快速診斷,以及患者預后的判斷還需進一步的探究和完善。基于此，尋找便于檢測和敏感的可靠生物標志物對于ARDS的早期診斷和預后判斷具有重要意義。

細胞外組蛋白是一種新近發現的損傷相關分子模式分子(damage-associated molecular patterns, DAMPs)分子，在ARDS[3]、腎損傷[4]和肝損傷[5]等臟器損傷和膿毒癥[6]時其水平均明顯升高，被認為可以早期診斷和幫助判斷多種炎癥相關性疾病的預后。本研究旨在探究細胞外組蛋白在ARDS早期診斷和預后評估中的臨床應用價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選擇2017年1月—2018年6月同濟大學附屬上海市肺科醫院和北京朝陽醫院急診重癥監護病房(emergency intensive care unit, EICU)收治的ARDS患者67例，并以同期年齡匹配的15名健康志愿者作為對照組。入選標準： 年齡≥18歲；符合ARDS柏林診斷標準；病例資料完整。排除標準： (1)年齡<18歲；(2)孕婦或哺乳期婦女；(3)嚴重免疫系統缺陷患者或應用免疫抑制劑治療者；(4)合并其他惡性腫瘤患者；(5)膿毒癥、結核等嚴重感染的患者。本研究符合醫院倫理學標準，并經同濟大學附屬上海市肺科醫院倫理委員會批準，所有檢查和治療均獲得患者家屬的知情同意。

1.2 病例分組

ARDS患者按照28d轉歸分為生存組(n=38)和死亡組(n=29)。

1.3 觀測指標

記錄患者的一般資料、EICU住院期間的血清細胞外組蛋白(ELISA試劑盒，德國羅氏公司)水平和28d預后。

1.4 統計學處理

2 結 果

2.1 一般資料

共納入67例ARDS患者，男性49例，女性18例，平均年齡(61.06±2.069)歲；納入同時期健康志愿者15例作為對照組，男性5例，女性10例，平均年齡(50.20±2.933)歲。盡管健康對照組和ARDS組的性別年齡并不完全匹配，但采用邏輯回歸分析后表明患者的性別和年齡均非ARDS發病的相關危險因素，使本研究的分析結果具有可靠性。根據ARDS患者的28d預后，將ARDS患者分為生存組(n=38)和死亡組(n=29)。根據患者起病的原因發現肺炎(27例)和膿毒癥(20例)是導致ARDS的最主要原因。

2.2 血清中細胞外組蛋白水平比較

健康對照組細胞外組蛋白的中位數為0.0360μg/mL(四分位數間距，0.0230～0.0460μg/mL)；ARDS組細胞外組蛋白的中位數0.1170μg/mL(四分位數間距，0.0612～0.1920μg/mL)，與健康對照組相比，ARDS患者的血清中細胞外組蛋白水平明顯增加(P<0.0001)，見圖1。

圖1 ARDS患者與健康對照者血清細胞外組蛋白比較Fig.1 Comparison of level of serum extracellular histones between healthy control and ARDS

生存組的細胞外組蛋白中位數為0.0751μg/mL(四分位數間距，0.0466～0.1380μg/mL)；死亡組細胞外組蛋白中位數為0.1490μg/mL(四分位數間距，0.0860～0.2230μg/mL)，ARDS生存組細胞外組蛋白水平明顯低于死亡組(P=0.0033)，見圖2。

圖2 ARDS生存組與死亡組血清細胞外組蛋白比較Fig.2 The comparison of level of serum extracellular histones between ARDS survival group and fatal group

2.3 細胞外組蛋白對早期診斷ARDS和判斷ARDS患者預后的預測價值

ROC曲線分析顯示，確診ARDS后第1天(d1)細胞外組蛋白最佳臨界值為0.0462μg/mL時診斷ARDS的特異度為86.667%，靈敏度為85.07%，95%可信區間為0.8162～0.9808，細胞外組蛋白水平診斷ARDS的AUC為0.8985，具有一定的診斷價值(P<0.0001)，見圖3。以往的研究[3]發現，在預后較差的ARDS患者中，細胞外組蛋白在確診后第3～5天達到高峰，之后逐漸下降，因此在本研究中選擇確診后第3天的細胞外組蛋白水平幫助判斷ARDS患者的預后，結果發現確診ARDS后第3天(d3)的細胞外組蛋白最佳臨界值為0.1385μg/mL時的特異度為69.23%，靈敏度為80.00%，95%可信區間為0.6390～0.9917，細胞外組蛋白水平對于ARDS患者28d死亡率預測的AUC為0.8154，具有一定的診斷價值(P=0.01103)，見圖4。

圖3 血清細胞外組蛋白第1天診斷ARDS的ROC曲線Fig.3 ROC curve for ARDS diagnose by serum extracellular histones at d1

圖4 血清細胞外組蛋白第3天判斷ARDS預后的ROC曲線Fig.4 ROC curve for ARDS prognosis by serum extracellular histones at d3

3 討 論

ARDS是一類由各種肺內因素和肺外因素引起的臨床危急重癥，發病率和死亡率都很高，表現為肺毛細血管內皮細胞和肺泡上皮細胞彌漫性損傷、通透性增強，出現肺水腫、肺不張和難治性低氧血癥等，臨床表現為進行性呼吸困難、頑固性低氧血癥甚至呼吸衰竭[2,7]。由于缺少對ARDS發病機制的認識，目前臨床上還沒有治療ARDS的特效藥物，因此早期快速診斷對于改善ARDS患者的預后至關重要。以往的研究[8]多從通氣功能角度探究ARDS的發病機制，但確切發病機制仍未澄清，對ARDS的早期診斷和針對性治療依然面臨很大困難，因此找到可以作為早期診斷ARDS的敏感生物標志物并進一步探究其可能機制具有重要的臨床意義。細胞外組蛋白是一種新近發現的DAMP分子[6]，主要來源于壞死凋亡的細胞和中性粒細胞胞外誘捕網(neutrophil extracellular traps, NETs)[9]。健康人的血漿中細胞外組蛋白含量很低，不會對機體造成損害；但當機體發生嚴重感染或者組織損傷時，有大量的細胞外組蛋白產生，超過了機體代謝清除能力就會造成細胞外組蛋白在體內大量蓄積，發揮細胞毒性和促炎作用。以往的研究發現細胞外組蛋白在多種感染性(膿毒癥[6])和非感染性疾病(肺[10]、肝[11]和腎臟[4]等臟器損傷，動脈粥樣硬化[12]，類風濕性關節炎[13]和系統性紅斑狼瘡[14]等自身免疫性疾病)中顯著升高，并且升高程度與疾病嚴重程度和預后相關。

本研究發現ARDS患者血清中的細胞外組蛋白水平明顯升高，死亡組細胞外組蛋白水平明顯高于生存組。提示細胞外組蛋白可以作為一種生物標志物幫助診斷ARDS并判斷ARDS患者的預后。為進一步驗證這個結果，ROC曲線分析確診ARDS后第1、3天的細胞外組蛋白水平，發現血清細胞外組蛋白對于幫助早期診斷和判斷ARDS患者預后均具有一定的價值。但由于細胞外組蛋白非ARDS的特異性標志物，在膿毒癥[6]、急性肝損傷[5]和急性腎損傷[15]等組織器官損傷中也會明顯升高，因此臨床上診斷ARDS還需結合患者的臨床癥狀、體征以及相關血液和生化檢查結果進行綜合評估。

本研究發現細胞外組蛋白水平可以幫助早期診斷ARDS，并幫助判斷ARDS患者的預后，但細胞外組蛋白參與ARDS的確切發病機制目前仍然不清楚。以往的研究認為炎癥反應平衡的紊亂如失控的炎癥反應和促炎介質的大量釋放是ARDS發病的共同途徑，因此找到炎癥級聯反應中的關鍵炎癥介質并通過相應的干預手段阻斷其發揮細胞毒性和促炎作用可能是ARDS治療的關鍵[8,16]。細胞外組蛋白是一種新近發現的上游炎癥介質，在ARDS等炎癥相關性疾病中發揮了重要作用，因此阻斷細胞外組蛋白的細胞毒性作用和抗炎作用可能是治療ARDS等炎癥相關性疾病的一個潛在靶點[17]。目前認為細胞外組蛋白參與ARDS的發病機制可能存在以下幾種方式： (1)直接細胞毒性作用高濃度的細胞外組蛋白對血管內皮細胞和肺泡上皮細胞均有細胞毒性作用[18]；(2)促進血小板的聚集和血栓形成[19]；(3)激活NLRP3炎癥小體信號通路等[20]。細胞探究細胞外組蛋白參與ARDS的確切發病機制，并針對細胞外組蛋白阻斷ARDS的病情進展對臨床上ARDS的治療和改善ARDS患者預后具有重要意義。