血清標志物在老年慢性阻塞性肺疾病并發肌少癥中的作用

王亞林 張靜 朱慕云

慢阻肺是一種發病率、 致殘率、 致死率高的全身性疾病，其特征是持續的呼吸道癥狀和氣流受限。通常與氣道和肺部對有毒顆粒或氣體的炎癥反應增強有關[1]。肌少癥是以骨骼肌質量和功能進行性下降為特征的增齡性疾病，是老年慢阻肺病死率的獨立危險因素，還與跌倒、骨折、身體殘疾、日常生活活動依賴等不良后果有關[2-3]。

目前許多技術可用于評估骨骼肌質量，利用MRI和CT測量肌肉量是量化肌肉質量的金標準,但這兩種方法花費高,CT也有輻射,難以普及[4]。DXA和BIA臨床應用較廣泛，容易受各種因素影響。總之,目前診斷肌少癥的方法應用前景都不夠理想。本文就近年來有關慢阻肺合并肌少癥的血清標志物作一綜述，希望為慢阻肺并發肌少癥的早期診斷及指導治療提供依據。

激素類生物標記物

一、胰島素樣生長因子-1(IGF-1)

IGF-1也被稱為生長調節素C，是由骨骼肌再生過程中的衛星細胞產生的，是肌肉生長和隨后再生的調節因子。參與磷脂酰肌醇-3-激酶和Akt(或蛋白激酶B)激活的IGF-1信號通路不僅通過刺激蛋白合成途徑誘導肌肉肥大，而且通過抑制叉頭盒O(FoxO)轉錄因子阻止肌肉萎縮途徑的激活。肌肉特異性表達IGF-1可通過快速調節炎癥反應加速損傷肌肉的再生，此外，IGF-1通過加速人類骨骼肌肉儲備細胞的招募而觸發人肌管肥大[5]。研究發現，慢阻肺急性加重期外周肌無力表現更明顯，IGF-I與股四頭肌力量成正相關，可能參與慢阻肺患者外周肌無力的發生[6]。在新加坡社區的一個橫向研究中，IGF-1水平的降低與脆弱性和肌肉質量的降低并存。在多元回歸模型中，女性骨骼肌減少癥患者的血清 IGF-1明顯低于男性，并且具有明顯的預防骨骼肌減少的趨勢，IGF-1每增加1 ng/mL，女性骨骼肌減少癥的幾率就下降1% (P=0.095)[7]。在另一項橫向研究研究中，發現60歲以上髖部骨折的婦女患骨骼肌減少癥的幾率較高，在這些婦女中檢測到低血清IGF-1和胰島素樣生長因子結合蛋白-3，表明IGF-1可作為骨骼肌減少癥的潛在生物標志物。此外，Chen等將老年肌少癥性肥胖患者分成抗阻運動、有氧運動、抗阻聯合有氧運動和對照組，在干預第8周和第12周發現，訓練組的肌力表現和血清IGF-1水平均顯著優于對照組，尤其是抗阻運動組。未來可進一步探討血清IGF-1能否作為肌少癥患者運動干預后病情改善情況的監測指標[8]。

二、生長分化因子-15(GDF-15)

GDF-15是一種應激反應性生長調節劑，屬于轉化生長因子β(TGFβ)超家族中的一個重要成員。慢阻肺的幾個全身特征包括炎癥信號增加、氧化應激和缺氧會增加GDF-15的表達。最近的證據表明，GDF-15是一種與肌肉萎縮相關的蛋白質，它的表達可能參與了慢阻肺患者骨骼肌質量的減少。Patel等人評估了GDF-15表達與肌肉質量和運動能力的關系，發現慢阻肺患者與對照組相比，血清值增加，骨骼肌表達增加。特別是，循環GDF-15與股直肌橫截面積和運動能力呈負相關，但與體重指數無關。還發現，在小鼠中，GDF-15的過度表達導致局部肌肉萎縮，表明這種生長因子在肌肉萎縮的發展中起著直接作用，這種機制可能與慢阻肺患者的食欲抑制同時發揮作用，導致肌肉萎縮，影響預后[9]。越來越多的證據表明GDF-15明確參與肌肉病理，使其成為一個有前途的肌少癥生物標志物。

三、鳶尾素(Irisin)

鳶尾素是一種促肌生成因子，運動后其血清表達增加。循環中的鳶尾素水平與肱二頭肌圍密切相關，并且在由于肌肉抑制素缺乏而導致肌肉組織增加的小鼠中也有增加。老年人循環中低水平的鳶尾素已經成為肌肉質量和力量的敏感標志物。研究發現，鳶尾素濃度在骨骼肌減少癥合并慢阻肺患者中進一步降低，導致其與老年人的肌肉量和力量呈負相關。重要的是，運動可以恢復鳶尾素水平，防止慢阻肺中的肌肉損傷和肺功能障礙[10]。低水平的循環鳶尾素是肌肉無力和萎縮的敏感標志。鳶尾素是一種潛在的肌肉功能障礙的生物標志物，可以幫助預測肌肉減少癥的發病，并為監測與年齡相關的肌肉變化提供新的途徑[11]。

四、睪酮

從30歲開始，睪酮水平以每年1%的速度下降。大量的研究表明，低劑量睪酮增加了肌肉質量，減少了脂肪質量，高劑量睪酮同時增加了肌肉和力量。在體弱的老年人和心力衰竭患者中，睪酮增加了肌肉力量和步行距離。在體弱的老年人群中，睪酮與蛋白質補充劑聯合使用可減少住院時間。低劑量的睪酮會增加蛋白質合成，導致肌肉質量增加。高劑量的睪酮會激活衛星細胞招募，減少脂肪干細胞。睪酮對肌肉細胞的影響繞過WNT系統，這將導致肌肉生成和細胞循環的增加，并減少脂肪生成[12]。

雖然從20世紀40年代開始使用睪酮作為治療藥物，但人們擔心它會產生過度的副作用。一項對老年男性睪丸激素對照研究的薈萃分析發現，其死亡率沒有增加，它是否會增加心血管事件，特別是在給藥后的前3個月，仍然存在爭議。目前，在已開發和正在開發的治療肌肉減少癥的藥物中，睪酮仍然是最有效和最安全的。鑒于睪酮也可增加骨密度和骨強度[13]，骨質疏松癥常與骨骼肌減少癥同時存在，臨床似乎應更多關注睪酮治療骨骼肌減少癥的潛在作用。

五、胃饑餓素

胃饑餓素是由胃底產生的，它會增加食物攝入量和生長激素。Ghrelin增加了癌癥患者的食物攝入量并使肌肉增重。在癌癥惡病質患者中，胃饑餓素激動劑anamorelin可增加食物攝入量和肌肉質量，但不增加力量。Capromorelin是一種胃饑餓素受體激動劑，在老年肌少癥患者中進行了試驗。在一年的治療結束時，它增加了肌肉重量、雙人步行和爬樓梯。MK-0677也可激活ghrelin受體以增加生長激素，對髖關節骨折患者進行了24周的研究。在此期間，它增加了爬樓梯的能力，也減少了摔倒。這種治療與心力衰竭的增加有關。總的來說，雖然胃饑餓素激動劑會增加食物攝入量和肌肉質量，但它們不太可能對肌少癥患者的功能產生顯著影響[14]。

六、肌生長抑制素(Myostatin)

肌肉生長抑制素單克隆抗體增加了小鼠肌肉質量。在肌肉萎縮癥患者中，肌生長抑制素抗體(MYO-029)可增強肌肉質量，10mg/kg劑量組肌肉纖維直徑增加。高劑量的副作用包括蕁麻疹和無菌性腦膜炎。另一種肌生長抑制素抗體(AMG745)在前列腺癌雄激素剝奪治療28天后增加了肌肉質量并減少了脂肪。腹瀉、精神錯亂和疲勞在服用活性藥物的患者中更為常見。LY2495655增加了晚期癌癥患者的肌肉體積和握力。在巴塞羅那的肌少癥會議上報告了REGN1033(GDF8抗體)對肌肉有良好的效果[15]。

循環介質相關生物標記物

一、血C-末端凝集素片段-22(CAF22)

agrin是運動神經元向突觸間隙釋放的一種蛋白質，是聚集乙酰膽堿受體所必需的。在多種分解代謝條件下，agrin水解為稱為C末端凝集素片段(CAF)的分解產物，觸發神經肌肉接頭(NMJ)的不穩定。在人的血漿中，發現了一種名為CAF22的agrin小片段，其循環水平與肌少癥的NMJ變性和肌肉缺損以及其他由心力衰竭和中風引起的分解代謝狀態有關。研究表明，血漿CAF22水平升高可能是骨骼肌減少和其他衰弱狀態下肌肉萎縮的潛在標志[16]。還有研究發現，CAF22與血漿肌酸激酶(肌肉損傷標志物)、握力、ASMI(四肢骨骼肌指數)和步行速度顯著相關，它可能是評估慢阻肺中肌肉萎縮和無力的有用工具[17]。

二、Dkk-3

Dkk-3是一種分泌型糖蛋白，屬于Dickkopf基因家族的一個成員。在分子水平上，Dkk-3通過激活Fbxo32和Trim63抑制Wnt信號傳導并導致肌肉損傷。最近的研究結果表明，Dkk-3在骨骼肌和血漿中的表達在年齡相關的肌肉損失中增加。Dkk-3表達和肌肉減少癥表型之間存在直接因果關系，因為Dkk-3過度表達的年輕小鼠模擬了早期的肌肉減少癥表型[17]。這些結果提示Dkk-3在骨骼肌減少癥的診斷和預后方面的意義。

循環Dkk-3水平在衰老和涉及細胞衰老的條件下增加，這意味著它在年齡相關性疾病中發揮作用。研究發現，Dkk-3與握力和ASMI有顯著的相關性，Wnt信號在吸煙者和慢性阻塞性肺病患者的氣道上皮細胞中被抑制，并且可能導致這些患者血漿Dkk-3水平升高和肌肉損傷。支持這一觀點的是，Dkk-3在培養的肌管中過度表達導致加速肌肉萎縮。然而，并非所有類型的肌肉萎縮是Dkk-3依賴。例如，由于饑餓和癌癥惡病質引起的萎縮可以獨立于Dkk-3激活而發生。因此，Dkk-3可能不能準確預測所有與年齡相關的系統性疾病中加速的骨骼肌減少癥表型。例如，Dkk-3在幾種癌癥中的表達減少，并且與癌癥惡病質的肌肉萎縮沒有相關性，后者獨立于Wnt信號的變化[18]。

三、骨骼肌特異性肌鈣蛋白T(sTnT)

肌鈣蛋白通常不會在血液中被發現，除了由于正常的肌肉周轉或肌肉損傷而產生的微量肌鈣蛋白。骨骼肌由多層結締組織包圍和保護，有助于保持肌肉完整性。如果這個屏障被破壞，肌肉的內部成分，特別是sTnT，就會泄漏到血液中。因此，血液中sTnT的存在應該被解釋為病理的[19]。由于肌肉減少癥、惡病質和一些神經肌肉疾病，表現出運動神經元損傷或死亡，加強肌節的激活和功能的干預措施可能對骨骼肌的表現和身體功能提供好處。因此，認為體育活動可以減少肌節中肌鈣蛋白的滲漏。在對社區居住的老年人進行了10周的力量訓練后，他們的身體表現有了顯著的改善，包括握力的增加。值得注意的是，訓練的這種有益效果與血清sTnT水平降低2倍相關，這表明sTnT作為肌肉健康和病理(肌少癥)的一種新的生物標志物的使用[20]，為早期發現老年肌少癥及評定康復治療預后提供的新的檢測手段。最近，研究了一種新型靶向藥物tirasemtiv，從機理上講，該藥物可直接靶向快速收縮骨骼肌纖維中的肌鈣蛋白原肌球蛋白調節復合物，使肌節對鈣更加敏感，它能有效地放大人體骨骼肌對神經激活的反應[21]。因此，認為它是一種有前景的治療肌肉減少癥的藥物。

炎癥相關生物標記物

一、C反應蛋白(CRP)

CRP是機體受到感染或組織損傷時在血漿中急劇上升的蛋白質,能激活補體和加強吞噬細胞的吞噬,進而清除入侵機體的病原微生物和損傷、壞死、凋亡的組織細胞。多年來,CRP一直作為感染和炎癥的生物標志物應用于臨床,雖然特異性不夠強,但是它在慢阻肺全身炎癥反應中始終保持高水平。多項研究表明,慢阻肺急性加重期血清CRP水平明顯升高,與緩解期比較差異有統計學意義,可作為一種判斷慢阻肺急性加重的血漿生物標志物,為慢阻肺急性加重提供客觀依據。CRP可促進骨骼肌蛋白質的分解代謝，減少蛋白質的合成反應，造成骨骼肌損耗，從而使病人合并肌少癥[22]。然而，由于CRP對骨骼肌的非特異性，其循環水平可能反映的是全身性健康而不只是骨骼肌的健康，尚不能較好的反應慢阻肺患者的肌肉衰退。

二、TNF-α

TNF-α是一種炎性細胞因子，由巨噬細胞、淋巴細胞和骨骼肌細胞等不同類型的細胞產生，與各種疾病相關的肌肉萎縮情況有關，可能通過調節衛星細胞的數量或再生能力而導致肌肉減少癥，并參與局部和全身炎癥反應[22]。衛星細胞是專門的成肌干細胞，位于肌肉纖維基底膜下方，是肌肉再生和生長所必需的。許多促炎細胞因子可通過激活肌肉蛋白水解和抑制蛋白質合成對骨骼肌產生不利影響，這一事實支持全身炎癥導致慢阻肺患者骨骼肌功能障礙的觀點[24]。實驗研究表明，血液中TNF-α水平的升高，通過增強泛素蛋白酶體途徑的活性或誘導細胞凋亡來促進肌肉萎縮。此外，TNF-α可能會通過直接損害收縮功能而導致衰弱而不消耗肌肉[25]。

研究發現，hsTNF-α是穩定期慢阻肺患者是否存在肌肉減少癥的重要決定因素，(OR 1.99, 95% CI 1.04～3.81)[22]。此外，一項對70～79歲的老年受試者進行5年連續觀察和對大于85歲的老年受試者進行4年連續觀察的研究表明，血漿TNF-α水平可以預測肌肉力量的下降。其中，TNF-α水平每增加一個標準差，握力(HG)強度降低1.2～1.3 kg[26]。

三、白細胞介素-6(IL-6)

眾所周知的促炎細胞因子IL-6是第一個被發現的肌細胞因子。通過I和Ⅱ型纖維以及體外培養的人骨骼肌原代細胞產生的IL-6，都通過肌肉收縮而增加。研究發現，在體育鍛煉后，其基礎血漿濃度可能會短暫增加100倍，盡管更常見的是不那么劇烈的增加。IL-6可通過抑制蛋白質合成和促進分解而導致肌肉量減少。有學者觀察到在老年肌肉減少癥病例中循環促炎標志物(如 IL-6 和 TNFα)水平升高，并且這些炎癥因子水平升高與肌肉質量和力量降低有關。據報道，炎癥細胞因子水平的增加也與老年人肌肉功能衰退有關[27]。研究還發現，慢阻肺患者的肌肉強度和骨骼肌質量指數(SMMI)顯示與IL-6水平顯著相關。血清IL-6作為一種潛在的骨骼肌減少生物標志物已被多個群體所重視，但尚未得到統計學驗證[28]。

氧化應激類標記物

一、總自由基捕獲抗氧化參數和晚期氧化蛋白產物(TRAP和AOPP)

TRAP和AOPP是臨床結果相關性最高的氧化應激(OS)生物標志物(R從0.31到0.80)。AOPP與肌肉質量(FFMI: r =0.43; SMMI:r=0.51)和肌力(HGS:r=0.5，MIP:r=0.6，MEP:r=0.46)呈正相關關系的一個可能解釋是，肌肉質量和肌力越高，意味著越多的蛋白質底物被氧化，換句話說，血液中低蛋白水平(與低蛋白氧化有關)與肌肉功能下降有關。 TRAP與肌肉質量高度相關，與其他結果相結合解釋了80%的FFMI(去脂肪體重指數)，肌肉質量的標志。患有肌少癥的慢阻肺患者血清TRAP和AOPP水平降低，二者是鑒別慢阻肺中肌肉減少癥患者的較高靈敏度和特異度的生物標志物[29]。特定的生物標志物和生物學途徑的知識將有助于了解不同治療在這一領域的反應。此外，目前的結果可能有助于開發未來的抗氧化藥物或膳食補充劑對慢阻肺患者肌肉減少癥的干預。

二、活性氧(ROS)

氧化應激是由于內源性抗氧化防御功能受損和/或活性氧類(ROS)增多而導致的。研究表明，ROS 的增加可導致骨骼肌Ⅱ型纖維發生凋亡，并可激活泛素—蛋白酶體系統導致肌肉蛋白的分解。此外，ROS的增多還與神經肌肉接頭結構、興奮收縮耦連以及橫橋周期等肌纖維運動相關結構的變化相關，并可能導致肌少癥的發生[30]。氧化應激在慢阻肺中的持續存在來源于中性粒細胞和巨噬細胞以及肺上皮細胞的激活。事實上，慢阻肺患者的肺上皮細胞從線粒體呼吸產生氧化應激。細胞內活性氧的其他來源包括細胞質內ROS生成酶，如膜結合的NADPH氧化酶(NOX)和黃嘌呤/黃嘌呤氧化酶系統，以及血紅素過氧化物酶，它們的水平在慢阻肺患者氣道的支氣管灌洗液和炎癥細胞中升高[31]。慢阻肺患者的骨骼肌氧化應激也增加，可能導致肌肉無力。需要探索能夠減緩患者骨骼肌氧化應激的干預方法，如N-乙酰半胱氨酸、膳食抗氧化劑、抗阻運動等[32]。

其 他

一、肌酐與胱抑素C比值(Cr/CysC)

肌酐(SCr)是磷酸肌酸的一種代謝產物，這是一種存儲在骨骼肌中的能量物質，在正常人體內它是以恒定的速率產生的。肌肉質量的減少可以降低SCr水平，相反，隨著肌肉質量的增加，SCr可能會假性增加[33]。胱抑素C(CysC)是一種由體內有核細胞產生的堿性非糖化蛋白，無組織學特異性，在機體內產生恒定，不受年齡、性別、飲食和肌肉容積等因素的影響，CysC水平升高可能與慢阻肺患者肺功能下降和炎癥反應有關[34]。腎臟是清除循環中CysC的唯一臟器，血清CysC濃度主要由GFR決定。研究發現，血清 Cr/CysC 比值是預測慢阻肺患者肌肉減少癥的有用預測指標，它的統計臨界值為 0.71，Cr/CysC<0.71 是需要住院治療的嚴重急性加重的獨立危險因素[35]。

二、維生素D

最近的一項多中心研究表明，乳清蛋白與維生素D一起可以增加肌肉質量和爬樓梯的次數。有證據表明，運動和蛋白質的協同作用可以增強肌肉功能。補充維生素D可增加肌肉力量，但不增加肌肉質量。維生素D對老年人和維生素D水平低的人更有效，它還能減少缺乏維生素D的人的跌倒[36]。

小 結

肌少癥作為慢阻肺的常見并發癥之一，其發生率高，嚴重影響患者的生活質量及預后，對醫療保健系統構成了重大負擔，因此對慢阻肺患者中肌少癥的早期識別、診斷、預防及治療尤為重要。近年來，關于慢阻肺合并肌少癥的血生物標志物的相關研究已經獲得了一定進展，但仍需進一步探討及驗證它們的有效性及臨床價值，同時積極尋找新的高效的標志物仍是未來研究的方向。