中华急诊医学杂志  2016, Vol. 25 Issue (4): 542-545
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郭彦利, 邱颖, 陈满秋. 急性呼吸窘迫综合征的生物标志物研究进展[J]. 中华急诊医学杂志, 2016, 25(4): 542-545.
Guo Yanli, Qiu Ying, Chen Manqiu. Research progress of biomarkers of acute respiratory distress syndrome[J]. Chin J Emerg Med, 2016, 25(4): 542-545.
急性呼吸窘迫综合征的生物标志物研究进展
郭彦利, 邱颖, 陈满秋     
130000 长春，吉林大学第一医院日间观察病房
收稿日期：2015-10-09
摘要： 急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是一种急性肺部炎症损伤性疾病,以肺泡-毛细血管膜损伤导致通透性升高,引起肺间质和肺泡水肿,肺泡塌陷和气体交换障碍为特征，临床表现为顽固性低氧血症、进行性呼吸窘迫和非心源性肺水肿。ARDS病死率极高,约27%～45%。为了提高ARDS诊断的特异度，2012年美国医学协会杂志出版了修订后的定义，但是修订后的定义没有采用新的生物标志物或参数。随着对ARDS病理生理学认识的进展，炎症反应引起的各种体液因素和来自损伤组织或活化的细胞的分子将可能成为应用于临床实践的潜在生物标志物。本文对ARDS潜在的标志物进行综述。
Research progress of biomarkers of acute respiratory distress syndrome
Guo Yanli, Qiu Ying, Chen Manqiu     
Day observation ward,First Hospital of Jilin University,Changchun 130000,China
Corresponding author: Chen Manqiu, Email: chenmanqiu555@163.com
Abstract: ARDS is a type of acute diffuse lung injury,characterized by inflammation leading to increased pulmonary vascular permeability and loss of aerated lung tissue,the clinical manifestations are refractory hypoxia,progressive respiratory distress and non cardiac pulmonary edema.ARDS mortality rate is very high,especially in patients with severe ARDS,about 27%-45%. In order to improve diagnostic specificity,a revised definition was published in JAMA in 2012,but no new biomarkers or parameters were adopted.Along with the progress in understanding the pathophysiology of ARDS,a variety of humoral factors by inflammation and molecules derived from injured tissues or activated cells may be potential biomarkers for clinical.

ARDS虽病因各异，但病理生理过程大致相同，主要分为3个重叠阶段:渗出期、增生期、纤维化期。其中，渗出期可见气血屏障通透性增加,透明膜形成及内皮细胞或I型肺泡上皮细胞(AEC Ⅰ)坏死；增生期可见肺泡及肺间质纤维化，Ⅱ型肺泡上皮细胞(AEC Ⅱ)、成纤维细胞增生；纤维化期可见弥漫性肺纤维化。本文将从3个方面对ARDS潜在生物标志物进行综述。

1 肺微血管通透性调节相关标志物

各种直接或间接因素致肺微血管通透性增加是ARDS的重要病理生理表现。其致病机制如下[4]：(1)肺血管结构破坏使血液从毛细血管渗漏到肺泡和肺间质；(2)血管内皮通透性是由一系列细胞间和细胞内分子动态调节，调节失调可引起血管通透性增加。肺微血管通透性调节机制如下：(1)随着肺部炎症进展，机体组织细胞膜组分的鞘氨醇在酶催化下产生的1-磷酸鞘氨醇(sphingosine 1-phosphate,S1P)增加。SIP与其受体结合,通过非肌细胞肌球蛋白轻链激酶途径和Rho GTP酶途径调节血管通透性[5]；(2)血管生成素-1(Ang-1)与酪氨酸激酶受体2(tie2)结合，通过激活Syx和Rho A维持血管的稳定[6]。Ang-2是Ang-1的内源性拮抗剂，竞争性与tie2结合抑制Ang-1的功能,破坏血管的稳定性。因此，SIP、Ang-2可能是潜在的标志物。

2 炎症反应标志物

ARDS时，不同病因诱发机体中性粒细胞、巨噬细胞等炎症细胞大量释放细胞因子，触发炎症介质的“瀑布样级联反应”，但炎症细胞、细胞因子、炎症介质缺乏特异度。ARDS早期，中性粒细胞及细胞因子激活、迁移及肺内浸润、聚集，可加剧呼吸膜损伤及肺通透性增加。其中，中性粒细胞通过以下机制杀灭病原体：(1)通过胞内吞噬泡里的高浓度氧杀灭病原体；(2)释放颗粒酶、活性氧代谢产物、细胞因子等毒性物质，诱导中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)形成[7]。ARDS患者支气管肺泡灌洗液(BALF)内,中性粒细胞数量越多,病情就越严重[8]。此外，活化的中性粒细胞释放的中性粒细胞弹性蛋白酶(neutrophil elastase,NE)可与血浆α1-抗胰蛋白酶(α1-antitrypsin,α1-AT)结合成NE-AT复合物。有研究表明，ARDS患者的血浆NE-AT复合物水平增加，恶化组患者明显高于无恶化组[9]。

细胞因子是炎症反应的主要信使分子，过度产生的细胞因子在ARDS发生、发展中起着关键作用[10, 11, 12]，与ARDS的发病机制、预后相关。其中,TNF-α和IL-1β已被公认为“早期反应细胞因子”，且TNF-α被公认为ARDS炎症反应的启动因子[13]。IL-18、IL-33等也参与ARDS的发展，二者如IL-1β一样由炎症／caspase-1途径进行调节[14, 15] ,这些细胞因子可能是ARDS抗炎治疗好转的标志物。

ARDS渗出期，渗漏到肺间质和肺泡腔中的水肿液激活单核细胞、巨噬细胞等免疫细胞，炎症介质“瀑布样释放”，促炎因子和抗炎因子失衡，导致ARDS。有研究证明，模式识别受体(pattern recognition receptors,PRRs)在固有免疫中发挥重要作用[16]。PRRs表达于固有免疫细胞表面或胞浆蛋白，每一个都是由特定的分子触发。PRRs配体可分为两大类，即，来自病毒和细菌保守结构的病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)和来自受伤细胞或细胞外损伤的损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns,DAMPs)。当PRRs被启动，细胞中的核因子-kB通过髓样分化因子88(MyD88)机制转位到细胞核中与DNA结合使TNF-α，IL-1β和IL-8等细胞因子的转录水平增强[4]。肺炎、脓毒症等内毒素血症是ARDS的主要诱发因素。当脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)作为PAMPs启动PRRs时，可诱导大量细胞因子释放。高迁移率族蛋白1(high-mobility group box 1 protein,HMGB1)是最早发现的被证明有DAMPs功能的核结合蛋白[17],可通过晚期糖基化终末产物受体、Toll样受体2等多种受体的相互作用诱导炎症反应。大量研究证实,大鼠ARDS模型中,外周血中HMGBl含量上升,提示HMGBl与ARDS的发生发展有关[18]。

3 细胞及基质损伤的生物标志物

生理情况下，肺内物质交换通过以下几个物理屏障：内皮细胞层、上皮细胞层、基底膜和细胞外基质。ARDS时，炎症细胞的激活、炎性因子的释放、组织损伤等因素可导致气血屏障破坏，造成肺氧合功能障碍。其中，屏障结构损伤释放的分子可反映组织细胞损伤,可用于ARDS诊断、危险分层和预后评估[19]。

3.1 肺泡上皮细胞损伤标志物

晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycation end products,RAGE)主要表达于AEC Ⅰ基底侧细胞膜,在ARDS发生、发展过程中起着重要作用[20]。当细胞损伤或处于应激状态时,RAGE通过受损的毛细血管壁和肺泡壁渗透到血浆和肺泡腔中。有研究表明,ARDS患者血浆及肺水肿液中RAGE的浓度比心源性肺水肿患者及健康志愿者高[21],RAGE水平与ARDS患者的氧合指数、肺顺应性负相关,与肺损伤评分呈正相关[22, 23, 24]。因此,RAGE可能是ARDS患者AEC Ⅰ损伤的标志物。表面活性蛋白(surfactant protein,SP)主要由细支气管非纤毛上皮细胞和AEC Ⅱ合成和分泌的一类特异度脂蛋白复合物,其中SP-A的含量最高且生物活性最强。ARDS时，大量炎症介质致AEC Ⅱ损伤，SP-A合成和分泌减少；由于肺泡-毛细血管屏障通透性增加，使肺内大量活性物质释放入血，造成SP-A在BALF中含量降低，而血清中含量增加。因此，SP-A可能成为ARDS患者AEC Ⅱ损伤的标志物。肺上皮细胞膜糖蛋白(krebs von den lungen-6,KL-6)主要由受损的、受激发的或增殖的AEC Ⅱ分泌，可反映肺泡损伤及AEC Ⅱ再生。Kondo等[25]研究表明,ARDS患者血清KL-6明显升高,且与病情严重程度呈正相关。

3.2 内皮细胞损伤标志物

细胞间黏附分子广泛表达于人体组织，在肺内主要表达于ACE Ⅰ和内皮细胞，在内、外源性刺激下，以可溶性细胞间黏附分子(soluble intercellular adhesion molecule,sICAM-1)的形式进入外周血和气道。血清sICAM-1可使肺泡炎性细胞粘附聚集，释放炎症因子,参与肺部炎症反应。有研究证实，ARDS患者较流水静力学肺水肿患者血清sICAM-1水平更高，并有助于判断患者的病情与预后[26]，可作为内皮细胞和肺泡上皮细胞损伤的生物标志物。血管性假血友病因子(von willebrand factor,vWF)主要由血管内皮细胞合成，ARDS时内皮细胞受损，vWF合成及释放增加，血浆vWF水平升高,被认为是内皮细胞受损的标志物。

3.3 支气管上皮细胞损伤标志物

克拉拉蛋白16(clara cell secretory protein，CC16)是远端细支气管Clara细胞分泌的一种肺相关性蛋白，通过调节干扰素-γ、磷脂酶A2、TNF-α发挥抗氧化和抗炎作用。当细胞损伤时，CC16释放到外周血，使血浆CC16水平升高。林锦乐等[27]研究表明，血清CC16能够早期诊断ARDS的发生，并且可作为ARDS分级的参考指标。

3.4 肺基质损伤的标志物

弹性蛋白是一种细胞外蛋白,它的主要作用是赋予肺组织以弹性，当肺基质受损时,弹性蛋白释放含锁链素的小片段,可在血清、尿液和BALF中被检测出[28]。Katayama 等[29]研究表明,ARDS患者血清和肺水肿液中的层黏连蛋白γ2片段水平较对照组升高。

4 结语

ARDS是临床常见的危重症，病死率高，病因、发病机制、治疗复杂，病情进展快。然而，目前ARDS一经确诊,病情常已是中晚期阶段,病死率可高达50%～60%,如能早期筛查、早期诊断和治疗,可降低ARDS的病死率。根据患者的病理生理特征选择合理的生物标志物对筛选ARDS的高危患者、临床诊断、预测病情严重程度、判断预后有重要的临床价值。然而，ARDS的发病过程复杂,目前没有大样本或多中心研究证实某个生物标志物可独立用于临床价值。vWF、IL-6、IL-8、ICAM-1经多中心临床研究证实可用于判断ARDS的预后。2014年的一篇关于ARDS的血浆生物标志物最新荟萃分析[30]，分析了54项研究发现KL-6、LDH、sRAGE、vWF与ARDS高危人群的诊断密切相关；IL-4、IL-2、Ang-2、KL-6与ARDS患者的病死率密切相关。随着对病理生理学研究的进展我们有必要对ARDS进行更深入的基础研究来探讨合理的生物标志物，这将有利于提高ARDS患者的诊断和治疗，降低病死率，改善预后。

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