創傷相關急性呼吸窘迫綜合征生物標志物的研究進展

程 倩，賴曉霏，楊麗萍 綜述，羅 艷 審校

(重慶醫科大學附屬第一醫院檢驗科 400016)

ARDS是一種肺部炎癥，根據其病理變化，通常可分為急性期、增生期和纖維化階段[1]。急性期的特征是肺組織炎癥級聯反應，首先肺泡中有大量中性粒細胞、巨噬細胞和其他炎性細胞浸潤，隨后出現上皮屏障破壞和內皮功能障礙，蛋白質液和細胞碎片彌漫到肺泡中并形成透明膜，這種彌漫性肺泡損傷是ARDS的標志性病理改變，繼而影響凝血和纖溶系統[2-5]。在增生期，水腫逐漸被吸收，中性粒細胞被清除并被單核細胞和肺泡巨噬細胞替代，Ⅱ型肺泡上皮細胞增生，試圖修復上皮屏障。最后，肉芽組織在肺泡間隙中發育，從而進入組織性纖維化階段。

炎癥及感染通過模式識別受體(PRR)識別微生物之間保守的結構，即病原體相關分子模式(PAMP)。創傷導致損傷細胞釋放內源性分子，PRR還可識別這種內源性分子，稱為損傷相關分子模式(DAMP)。PRR對PAMP或DAMP的識別會上調與炎癥有關基因的轉錄。因此，除經典的PAMP外，DAMP也是炎癥的主要途徑[6]。應激或凋亡細胞釋放的DAMP是將重度創傷與創傷相關ARDS聯系起來的一個重要機制[7]。

2012年，專家們建立了ARDS的“柏林標準”[1]，在排除心力衰竭或體液超負荷的情況下，患者低氧血癥急性發作，氧合指數小于300，或雙肺浸潤。該新標準主要基于臨床數據和放射學報告，對于評估嚴重程度和預后具有重要意義。然而，許多研究表明，在滿足ARDS共識標準的人群中存在顯著的異質性[8]。這種異質性是來自于膿毒癥或創傷等易感性因素及直接或間接機械性肺損傷等[9]。針對創傷相關ARDS的一系列生物標志物已得到廣泛研究，并且與其他ARDS患者可能有不同的發病機制，本文著重于闡述急性期創傷相關的ARDS的生物標志物，為評估疾病的嚴重程度及預后提供新的見解。

根據嚴重創傷患者發生創傷相關ARDS的時間不同分為早期發病和晚期發病[10]。從發病機制來看早期發病即急性期，表現為炎癥級聯反應、上皮/內皮損傷、凝血和纖溶紊亂。目前創傷后早期發病的創傷相關ARDS涉及的生物標志物主要包括內皮及上皮生物標志物、溶血纖溶系統生物標志物、炎癥介質。各類別主要代表性生物標志物及其主要作用機制見表1。

表1 可用于診斷創傷相關的急性肺損傷(ALI)/ARDS的生物標志物

1 內皮及上皮生物標志物

1.1 ANG-2

ANG-2是內皮細胞分泌的特異性生長因子。它可提高血管內皮細胞對血管內皮生長因子(VEGF)的敏感性，并在VEGF的影響下促進血管生成。另一方面，ANG-2可引起內皮細胞凋亡，導致血管變性。因此，ANG-2是內皮細胞激活/功能障礙的重要生物標志物。ANG-2具有促炎活性，并可以調節內皮細胞通透性[11-12]。 血管通透性增加和肺血管滲漏是ARDS重要的病理生理機制。臨床試驗表明，創傷患者中發生ARDS患者的ANG-2水平顯著升高[13]。ANG-2能夠在創傷性患者中區分出ALI患者[14]，而且血漿ANG-2水平升高與ALI患者的肺通透指數、疾病嚴重程度和病死率增加相關[15]。

1.2 TIMP-3

TIMPs是天然基質金屬蛋白酶抑制劑，TIMP-3通過直接結合VEGF-2受體穩定血管內皮并阻斷VEGF-A信號通路[16]。研究表明TIMP-3可維持小鼠正常的內皮屏障功能，抑制損傷后的血管內皮通透性[17-18]。有數據表明TIMP-3在ALI小鼠中參與中性粒細胞募集和炎癥調節[19]。最近的1項證據研究顯示，在患有嚴重單純腦外傷(TBI)患者中，血漿TIMP-3水平與并發ARDS風險相關[20]。而且，早期較高水平的TIMP-3與入院后24 h和48 h以后的病死率有關。所以，TIMP-3是預測嚴重TBI后ARDS和死亡的重要生物標志物。

1.3 sRAGE

RAGE是免疫球蛋白超家族的成員，RAGE軸在全身性炎癥及ALI中發揮作用[21]。它在Ⅰ型肺泡上皮細胞中高度表達,可調節肺泡-毛細血管屏障的完整性。sRAGE是Ⅰ型肺泡上皮損傷的標志物，它與內皮功能標志物(包括ANG-2)相關。JABAUDON等[22]研究發現ARDS患者的sRAGE水平升高，與ALI/ARDS嚴重程度相關。對于與創傷相關的ARDS，研究發現在創傷后第1天或第2天發生ARDS的患者血漿中sRAGE的水平最高[10]。并且新的證據表明，在多發傷患者中，血漿sRAGE水平幾乎是健康對照組的3倍，但在第2天這些水平下降了41%[23]。而且，sRAGE水平與ALI嚴重程度相關，與相對肺挫傷體積存在顯著相關性[23]。這些結果表明，創傷后早期sRAGE可以作為診斷和預測創傷相關ARDS早期發作的生物標志物。

1.4 sST2

白細胞介素33(IL-33)是IL-1超家族的成員，參與其靶向受體的促炎信號傳導，它也稱為致瘤性抑制劑2(ST2)。IL-1α和IL-1β及IL-6上調sST2的分泌，這些細胞因子在創傷早期起促炎作用[24]。同樣，IL-33本身也可上調sST2的表達。sST2不但阻止IL-33與其受體結合，還可直接抑制Toll樣受體信號通路直接發揮其抗炎作用，最終導致巨噬細胞中核因子激活的B細胞的κ-輕鏈增強(NF-κB)的下調。研究發現sST2主要來源于肺泡上皮細胞[24]。臨床證據表明，ARDS患者血清sST2水平增加，且sST2水平與ARDS預后呈負相關[25]。創傷后第1天會出現創傷后炎癥高峰。另有研究發現多發傷患者血清sST2明顯升高，在第2天達到高峰。發生肺部并發癥的創傷患者與未發生肺部并發癥的患者比較，入院第1天血清sST2水平二者相當，但第2天合并有肺部并發癥的患者的血清sST2水平顯著增加。此外，創傷第2天的血清sST2水平與ISS的相關性很弱。因此筆者認為sST2可作為多發傷患者預測肺部并發癥的獨立生物標志物[26]。

1.5 CC16

CC16是由非纖毛的細支氣管克拉拉細胞在氣道中大量分泌的主要蛋白質，也是肺部的主要分泌蛋白之一 。這種蛋白保護呼吸道免受氧化應激和炎癥。在體外，已有證據表明CC16調節各種炎癥介質的產生及活性，包括磷脂酶A2、干擾素-γ和腫瘤壞死因子-α(THFN-α)[27]。研究顯示CC16不僅可保護肺組織免受炎癥、氧化應激，還可以保護肺組織免受ARDS纖維化的影響。在創傷相關ARDS中，WUTZLER等[28]發現與非ARDS患者和健康對照組比較，嚴重創傷相關ARDS患者血清CC16水平顯著升高，且與肺挫傷體積高度相關。然而，有研究將創傷入ICU患者分為ALI/ARDS組及在住院前7 d內胸片正常的對照組，二者CC16水平差異無統計學意義(P>0.05)，值得注意的是，所有研究對象均是在入ICU前3 d采集的血清[14]。因此不論ARDS的病因如何，采樣時間可能也是導致CC16水平差異的重要因素。另一項研究從收集的患者入院至創傷后14 d的血液標本中發現，最初CC16水平顯著升高，但如果不再發生呼吸系統并發癥，則在創傷后的第1天內水平就會降至對照值[29]。這些結果表明CC16是創傷相關ARDS的一種特定生物標志物，但標本采樣時間需要進一步優化。

2 溶血纖溶系統

2.1 組蛋白

組蛋白ARDS發病中的一種新型的DAMP通路蛋白[30]。細胞外組蛋白與游離DNA和顆粒蛋白一起形成稱為中性粒細胞外陷阱(NET)的結構，該結構在ALI/ARDS期間可作為促炎因子。細胞外組蛋白通過TLR信號激活肺內皮細胞促進中性粒細胞的黏附和活化。早期創傷患者細胞因子激增主要是由于組蛋白誘導白細胞中細胞因子釋放，而循環組蛋白是嚴重鈍性創傷后高炎癥狀態的主要介質。組蛋白誘導的髓過氧化物酶(MPO)釋放和中性粒細胞捕獲網(NET)形成可能導致細胞損傷，肺毛細血管充血和血栓形成。循環組蛋白在創傷相關ALI中起著重要的作用[31]。在嚴重非胸腔鈍性創傷患者中，發現組蛋白水平升高，且組蛋白水平與ALI/ARDS的發生率及內皮損傷和凝血激活的標志物顯著相關，筆者認為組蛋白是改善患者生存結果的治療靶標[31]。另一項前瞻性研究表明血漿組蛋白在入院時升高，但在入院后6 h下降，組蛋白水平與創傷嚴重程度(ISS)評分，ALI/ARDS發生率和病死率相關。此外，較高的組蛋白水平還與延長的國際標準化比率(INR)、部分凝血活酶時間(APTT)、D-二聚體和組織型纖溶酶原激活劑及活化的蛋白C相關[32]。這些研究提示組蛋白可以作為ARDS的早期預測指標及纖溶系統失調和抗凝劑激活的指標。

2.2 可溶性尿激酶型纖溶酶原激活物受體(SuPAR)

SuPAR是一種相對分子質量為55×103～60×103的糖蛋白，它以3種形式(Ⅰ～Ⅲ，Ⅱ～Ⅲ和Ⅰ)出現，是尿激酶型纖溶酶原激活物受體(uPAR)的可溶性形式，蛋白酶從細胞表面切割uPAR成suPAR激發炎性反應。suPAR可以在血清、尿液、支氣管肺泡灌洗液和腦脊液中檢測到，并且在某些晝夜節律變化和禁食的情況下其血清水平保持穩定，由于其穩定性，它可能是極好的診斷疾病和評估預后的生物標志物[33]。suPAR在某些炎癥疾病中可能具有促炎作用，它作為纖溶酶原激活劑，可促進凝血和纖溶級聯反應。研究表明，膿毒癥并發ARDS患者的suPAR水平高于未發生ARDS的膿毒癥患者。在膿毒癥患者中，血清suPAR水平是ARDS的獨立危險因素。在膿毒癥并發ARDS患者中，血清suPAR水平與APACHEⅡ評分、序貫器官衰竭(SOFA)評分及C反應蛋白(CRP)、TNF-α、IL-1β和IL-8水平呈正相關[34]。而suPAR是否可用于創傷相關ARDS的診斷還有待研究。

3 炎癥介質

3.1 線粒體DNA(mtDNA)

最近研究認為mtDNA是具有重要免疫作用的一種DAMP。創傷使得線粒體DAMP(MTD)釋放到循環中，發揮重要的免疫功能。MTD包括甲酰基肽和線粒體DNA。它們分別通過甲酰基肽受體1和Toll樣受體9(TLR9)激活人多形核中性粒細胞(PMN)。 MTD促進PMN Ca2+流動和絲裂原激活的蛋白(MAP)激酶的磷酸化，從而導致PMN遷移和脫顆粒。循環MTD可引起中性粒細胞介導的器官損傷。創傷破壞細胞，MTD釋放到循環中。細胞損傷釋放這種mtDNA是創傷、炎癥和全身炎性反應綜合征(SIRS)之間的關鍵環節[35]。此外， 在體外研究中，CpG DNA(一種合成的mtDNA類似物)通過活化的白細胞引起肺血管內皮功能障礙和炎癥介質的釋放，而體內模型表明，全身性注射CpG DNA或MTDs后，發現肺組織損傷[36]。研究顯示ISS評分大于25分的創傷患者血漿mtDNA水平顯著升高，且創傷后24 h mtDNA進一步升高[35]。升高的mtDNA與ISS評分獨立相關，因此mtDNA可用于評估創傷嚴重程度，創傷后發生SIRS患者的血漿mtDNA水平也顯著高于未患SIRS的患者，血漿mtDNA是創傷后SIRS的獨立危險因素[37]。血漿mtDNA水平的早期升高與包括ALI / ARDS在內的MODS和病死率有關[38]。因此血漿mtDNA水平可用于評估包括ALI/ARDS在內的創傷相關并發癥的風險。

3.2 sTREM-1

TREM-1是免疫球蛋白超家族成員，可以選擇性地在單核/巨噬細胞和中性粒細胞表面表達。TREM-1通過激活TREM-1 / DAP12途徑來放大炎癥，分泌促炎細胞因子和趨化因子。sTREM-1是TREM-1的一種特殊形式，可作為感染性疾病的生物標志物[39]。有研究表明，TREM-1通過誘導巨噬細胞中miR-155的表達增強炎性反應，并且TREM-1通過這種機制促進ALI。使用納米膠束方法抑制TREM-1可使中性粒細胞炎癥減退，表明抑制TREM-1的表達是治療ARDS的潛在治療靶標[40]。

3.3 CALR

研究發現，CALR在LPS誘導的ALI小鼠中高表達，CALR水平與ALI的嚴重程度呈正相關。抗CALR抗體(aCALR)可以中和重組CALR(rCALR)，并抑制用rCALR處理的巨噬細胞中TNF-α和IL-6的表達[41]。通過腹膜內注射aCALR來阻斷CALR活性可顯著減輕ALI，同時支氣管肺泡灌洗(BAL)液和肺組織中細胞總數減少、中性粒細胞和T細胞浸潤減少，因此筆者提出阻斷CALR活性是治療ALI/ARDS的潛在治療方法[41]。目前對CALR的研究尚未涉及臨床研究，也沒有研究將其用于創傷相關ARDS的診斷。

4 展 望

由于ARDS具有異質性，診斷ARDS的生物標志物大量涌出。由于單一生物標志物的特異性或者靈敏度不高，因此研究人員提出多個生物標志物聯合診斷以提高特異度及靈敏度，使其具有更大的應用價值。但是，這在增加臨床工作量的同時也加重了患者的經濟負擔與治療費用。能夠通過簡單的檢測方式對不同誘因導致的ARDS進行診斷成為焦點。這不僅降遏制疾病的惡化與進展、減少住院時間，還可為患者減輕經濟負擔。目前診斷創傷相關ARDS的生物標志物多樣，它們通過不同的機制導致疾病發生，研究還發現sTREM-1、CALR不僅可作為診斷創傷相關ARDS的生物標志物，還可成為ARDS的治療靶點。因此找到一個特異度高、靈敏度高的生物標志物是關鍵，這種生物標志物不僅有利于疾病的診斷，還可能為疾病的治療提供相應的靶點。