慢性阻塞性肺疾病早期診斷相關標志物研究進展*

杜 穎 綜述，楊明夏 審校

1.大連醫科大學，遼寧大連 116000；2.南京醫科大學附屬常州市第二人民醫院呼吸與危重癥學科，江蘇常州 213000

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一種常見的、可防治的異質性疾病，以持續呼吸道癥狀和氣流受限為主要表現，吸煙是疾病形成的重要危險因素，COPD已成為全世界的重要公共衛生挑戰[1]。有研究表明，56.4%的COPD患者處于慢性阻塞性肺疾病全球倡議(GOLD)分期Ⅰ期，36.3%處于GOLD分期Ⅱ期，其中約有2/3無慢性呼吸道癥狀[2]。COPD早期階段可能無臨床癥狀，多數患者在出現咳嗽、氣喘等明顯癥狀后才引起重視。若未及早干預，患者容易出現慢性呼吸系統癥狀和嚴重肺功能障礙，并且增加急性加重住院和早期死亡的風險。因此，COPD的早期診治十分必要。

1 早期COPD

早期COPD可分為兩種亞型，即COPD前期和臨床前COPD[3]。早期COPD在一般人群中的患病率為15%。MARTINEZ等[4]將早期COPD定義為年齡<50歲且吸煙≥10包/年，并且有以下任何一種異常:(1)第1秒用力呼氣量/用力肺活量(FEV1/FVC)<正常下限;(2)兼容CT檢查異常(氣道異常和/或肺氣腫);(3)FEV1下降(≥60 mL/年)。這個定義存在2個問題：一是早期COPD定義因COPD自身定義的疑點而復雜化。在2020年GOLD中仍以FEV1/FVC<0.7為金標準來診斷COPD，然而越來越多的證據表明此比值存在缺陷[5-6]。有研究顯示，只有當肺組織損壞至少達30%時，肺功能檢查才開始表現出異常[7]。此外，肺功能檢查不能區分氣流阻塞的原因(即小氣道疾病或肺氣腫)，也不能確定COPD的肺外表現。FEV1/FVC的固定值在老年人中可能出現過度診斷，在年輕人中可能出現漏診等問題，這為定義所謂早期疾病帶來了困難。二是COPD的異質性。COPD的形成與遺傳和環境因素彼此作用的復雜過程相關，這些具有異質性的危險因素使早期COPD的診斷頗具挑戰。輕中度強調嚴重程度，早期是指時間觀念，二者在同一個體中可能同時發生但不等同。然而，目前臨床上較難界定COPD的早期階段，而其輕中度的診治有據可循，故我國臨床上多以輕中度COPD (GOLDⅠ～Ⅱ期)來指代COPD的早期階段。

2 生物標志物

根據美國國立衛生研究院的最新使用標準，生物標志物是指一種作為正常生理過程、致病過程或干預治療后的藥理學反應指標，具有被客觀測量和評估的特點[8]。在實踐中，大多數人將生物標志物理解為一種測試或一系列測試，為疾病狀態提供客觀和可重復的指標。對于COPD這類常見疾病，生物標志物必須是安全、準確、廉價和易于測量的，是任何以臨床特征、影像學圖像量化或實驗室結果為基礎的標志物，是可以被客觀測量作為個體患者疾病的獨特病理生理過程的指標。

3 金標準以外的肺功能參數

肺容積受實質、氣道和周圍組織結構支持的影響。殘氣量(RV)是肺深呼氣結束時的殘余氣量。RV輕度升高(>預測值120%)，RV/肺總量(TLC)升高(>35%)可以作為診斷小氣道空氣阻塞和肺氣腫的標志。最近2項基于吸、呼氣CT掃描的研究對肺功能進行了評估，結果顯示，RV/TLC值與TLC正常的吸煙者FEV1/FVC的快速下降相關，并且可能最終發展為明顯的COPD[9-10]。有研究表明，RV/TLC可用于早期COPD的診斷和評估[11]。用力呼氣時呼出氣量為肺活量25%～75%的平均流速、一氧化碳彌散量、肺總容積等對早期COPD也有潛在的診斷價值[12]。

4 影像標志物——肺定量CT

肺定量CT是一種廣泛應用的無創影像學檢查，通過嚴格的成像協定，如空間和時間分辨率、吸氣和呼氣技術、掃描儀校準和輻射照射等參數，使CT測量的重復性得到最大化[13]。COPD早期在臨床癥狀出現之前可能已存在肺結構的病理變化。2012年1項系統分析發現，肺氣腫和小氣道的量化標志物均與COPD的氣流阻塞有關[14]。由此可見，肺定量CT與肺活量測定值密切相關且明顯，從而可以通過肺分割在肺部圖像上量化肺氣腫、氣道壁厚和空氣潴留指標來早期檢測和診斷COPD[15]。

肺氣腫量化(EQ)常以肺氣腫指數(%LAA-950)表示，%LAA-950與FEV1、FEV1占預計值百分比及FEV1/FVC均呈明顯負相關[16]。在此基礎上，肺氣腫量化顯示了COPD早期診斷的潛力。人工測量存在一定的誤差和變異，而人工智能可以減少時間和可變性,是目前的一個新興領域。FISCHER等[17]的1項回顧性研究證實，基于人工智能的每葉分割和肺氣腫量化(EQ)與GOLD嚴重程度分期呈明顯相關，其中肺上葉EQ與GOLD分期，特別是與GOLD早期之間的關系最為明顯。因此，進一步分析肺功能參數及各肺葉定量CT與COPD患者臨床癥狀的相關性很有意義。

小氣道病變量化指標包括：支氣管壁厚、壁面積百分比及管腔周長10 mm的理論氣道壁面積的平方根(Pi10)等。KOO等[18]通過應用一種新的多分辨率CT成像方案表明，在肺氣腫發生之前，輕中度COPD患者肺內最小氣道(終末細支氣管和呼吸性過度細支氣管)明顯消失，由此提示小氣道疾病是輕中度COPD的早期病理特征。Pi10可以作為非肺氣腫性COPD存在和嚴重程度的獨立標志，戒煙可以使Pi10明顯下降[19]。在1項COPD急性加重期和呼吸道感染研究中[20]，%LAA-950與平均肺密度呼氣/吸氣之間呈明顯正相關，%LAA-950與Pi10之間也存在反向關系。

參數響應映射(PRM)是一種新技術，它可以識別肺氣腫區域(PRMemph)和小氣道疾病(PRMfSAD)。1項5年的COPD遺傳流行病學研究顯示,在GOLD Ⅰ～Ⅳ期患者中，PRMfSAD與PRMemph均與FEV1下降率相關[21]。此外，與GOLD Ⅲ～Ⅳ期比較，GOLDⅠ～Ⅱ患者的PRMfSAD對FEV1下降比率的貢獻更為明顯。由此提示，PRMfSAD可能是早期COPD的重要指標。

總之，CT所提供的數據可能導致對輕度COPD嚴重程度進行早期分級，這是常規肺功能無法檢測到的[22]。肺定量CT對COPD早期成像過程目前尚不清楚，畢竟肺氣腫進展緩慢，而且關于氣道重建的縱向數據仍然非常有限。在COPD縱向監測過程中，小化CT的輻射暴露及研究CT對COPD潛在的臨床價值有待進一步探討。

5 體液標志物

血液生物標志物相對來說是無創的，具有易于獲取和分析重復性的優點，故而在臨床研究中最常采用。

近年來，自身免疫機制在COPD中得到廣泛關注。與健康對照組比較，COPD患者體液中含有更高的自身抗體滴度，并且與COPD嚴重程度，尤其是GOLD Ⅲ～Ⅳ期相關密切[23]，這對早期COPD的診斷可能存在一定價值，然而目前的相關研究大都未將健康對照組和GOLDⅠ～Ⅱ期完全區分開來。ZINELLU等[24]研究證實，血漿中犬尿氨酸(Kyn)水平升高被看為是免疫系統激活的標志，COPD患者的血漿Kyn水平和Kyn/色氨酸(Trp)與COPD嚴重程度相關。因此，Kyn特別是Kyn/Trp可能成為COPD患者系統性炎癥的1項新的、敏感的生物標志物，但GOLD Ⅲ～Ⅳ期患者未納入此研究內。

組織蛋白酶S主要由活化的巨噬細胞和樹突狀細胞產生，是一種有效的彈性降解蛋白酶。NAKAJIMA等[25]通過對125例COPD患者和118例健康者進行組織蛋白酶S和胱抑素C的血漿水平測定，結果顯示，與嚴重氣流受限和肺氣腫患者比較，中度過敏性鼻炎患者(有慢性呼吸道癥狀，但無氣流受限)和輕度COPD患者的血漿組織蛋白酶S水平明顯升高。由此表明組織蛋白酶S和組織蛋白酶S/胱抑素C可能是COPD(尤其是早期)的潛在標志物。

中國最近1項前瞻性研究表明，炎癥標志物，包括外周血白細胞介素-6、超敏C反應蛋白、microRNA-23a與非COPD患者FEV1的快速下降有關[26]。此外，血清生物標志物分析結果顯示，CC16分泌蛋白、可溶性晚期糖基化終末產物受體和纖維蛋白原均與FEV1下降相關[27]。

GHIO等[28]在1項評價COPD縱向識別預測代理終點研究中測量非吸煙者、吸煙者和COPD患者的呼出氣冷凝液(EBC)標本中的金屬水平，數據顯示，COPD患者鐵水平均明顯低于吸煙健康對照組。雖然吸煙對EBC鐵水平的影響在以往的研究中各不相同，但COPD的診斷與較低的EBC鐵水平相關。

HALPER-STROMBERG等[29]對115例隊列受試者的肺泡灌洗液(BALF)和匹配血漿進行非靶向液相色譜-質譜分析，其中只有兩種血漿化合物與COPD表型(肺氣腫)相關。與血漿比較，BALF中的代謝物和COPD表型之間的關聯更明顯。因此，BALF分析可能揭示呼吸疾病的特異性標志物，但是該方法的侵入性、缺乏標準的解讀是其主要缺點。

隨著組學技術的蓬勃發展，研究者們對各種標本(血液、痰液、BALF、肺組織、尿液、EBC等)進行蛋白質組學、代謝組學、脂質體組學和轉錄組學分析，其中定量蛋白質組學和代謝組學研究對有復雜生物標志物特征的COPD的鑒別診斷有明顯貢獻[30]。例如，乙酰糖蛋白(GlycA)是一種Ⅰ型急性期蛋白，與組織損傷和炎癥有關。GlycA水平是COPD的早期生物標志物[31]，其與COPD的發病率相關，即便是調整了吸煙因素也是如此。TITZ等[32]通過定量蛋白質組學在COPD和無癥狀吸煙者中鑒定出13種不同的蛋白，而且蛋白質組學對肺和氣道重塑嚴重程度的評估均有意義。目前，TRUEDSSON等[33]正在對早期COPD患者的相關蛋白質組學標志物進行1項縱向研究，并與健康對照組比較。

SANDRA等[34]進一步對COPD患者DNA甲基化的不同甲基化位置(DMPs)進行再現性評估，與健康未吸煙者比較，GOLDⅢ～Ⅳ期和GOLDⅠ～Ⅱ期的患者只共享10%的DMPs。具體來說，在GOLDⅠ～Ⅱ期中DMPs與蛋白降解的調節有關，而在GOLDⅢ～Ⅳ期中則與調控蛋白磷酸化、細胞凋亡和免疫應答有關。為了測試代謝和轉錄組學代謝物與COPD的關系，CRUICKSHANK-QUINN等[35]研究發現，隨著GOLD分級升高，DMPs也有明顯變化。對輕中度COPD患者進行蛋白質組學分析顯示，炎癥、凝血、補體途徑、氧化應激和脂質代謝相關蛋白可能是早期檢測COPD的潛在生物標志物[36]。上述結果表明，組學技術有助于確定動物干預研究的分子靶點和人類早期干預標志物，這些進展可以為COPD的早期診斷提供重要參考，并幫助進一步探索疾病的異質性和潛在機制。

6 診斷相關標志物的挑戰與展望

與早期COPD診斷相關的標志物的研究從實驗到臨床都必須通過嚴格篩查。雖然血液、影像學方面的標志物最常被研究，但由于沒有標準化而未被臨床認可，因為這些標志物的意義及其與靈敏度和特異度的關系仍然存在一定爭議，其測定還需要大量研究加以驗證。此外，還需要考慮臨床實際中生物標志物收集、吸煙習慣和治療等問題。在早期COPD發展過程中，血液標志物一般不會孤立增加，而是在特定的網絡中相互關聯。觀察COPD進展最有希望的生物標志物涉及標志物的組合，當它們組合使用時，比任何單項標志物提供的信息更多。振蕩測量技術目前也在實驗研究中為早期COPD的診斷提供參考和策略。近幾年，組學相關研究層出不窮，分析與肺功能相關的miRNA是評估COPD的一種很有前途的策略，有助于進一步闡明COPD的發病機制。各類組學檢測技術包括：蛋白質組學研究應用各種凝膠和無凝膠技術，并依賴于質譜分析；核磁共振和質譜分析等光譜技術與氣相液相色譜等分離模塊相結合，已成為代謝組學研究的流行工具；轉錄組分析采用實時熒光定量聚合酶鏈反應和基因芯片測定，標志物參考值的標準化將更接近應用各項技術識別早期疾病。

臨床診療過程中強調個體化，早期診斷標志物的研發有助于及早臨床干預，并加大藥物研發進度。另外，由于COPD的發生和發展復雜多樣，標志物組合應用可能是未來COPD早期診斷的聚焦。因此，早發現、早診斷，建立COPD標準化預警模型，進而早治療，對提高COPD患者的生活質量和改善預后尤為關鍵。