矽肺血清标志物研究进展

张乙 杨方 魏中秋

1华北理工大学临床医学院,唐山063210;2华北理工大学医学公共卫生学院,唐山063210;3华北理工大学基础医学院,唐山063210

矽肺又称硅肺,是尘肺最为常见的一种类型。是劳动者在工作现场吸入含有结晶型游离二氧化硅(silicon dioxide,SiO2)生产性粉尘而发生的以肺部纤维组织增生为主要病理变化的全身性疾病。国际劳工组织/WHO职业卫生联合委员会于1995年启动了 “全球消除矽肺国际规划”,提出了2010年显著降低矽肺病发病率,到2030年消除矽肺病的目标[1]。但世界矽肺防治形势并不乐观[2],特别是在我国,近年来矽肺病的发病又有增多迹象。自2010年至2017年,尘肺病新发病例每年均超过2万例(其中95%以上是矽肺与煤工尘肺),国内不同地区和行业也不断有矽肺病例的报道[3-11]。日益庞大的尘肺病患者群体,对人民健康水平提升提出了挑战,给健康中国大战略的实施带来了困难,已经成为我国重要的社会问题之一。肺部具有代偿的功能,而矽肺又是一种潜伏期很长的慢性疾病,所以早期发现和诊断都十分困难。一旦出现明显的临床症状或影像学检查的异常,患者肺部和其他器官往往已经出现比较严重的不可逆损伤。因此寻求矽肺的早期诊断和生物标志物一直是矽肺研究的热点[12]。外周血标志物在矽肺早期诊断和疾病进展、预后判断方面的研究,是近年来矽肺研究中颇受学者关注的前沿领域。目前这些研究多集中于各种炎症相关细胞因子、基因变化、血清酶学、免疫相关因子等方面。本文就这些研究相关的进展进行综述。

1 基因多态性、甲基化和miRNA

基因多态性与疾病的关系是生物医学界研究的热点,而相关基因变化与矽肺发生、发展(特别是与发病遗传易感性)的关系也受到职业病研究领域学者们的关注。

肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)是矽肺相关基因多态性研究较多的基因之一。李霖等[13]以259例矽肺患者和341例矽尘接触者为研究对象,应用PCR-RFLP技术分析了TNF-α及TNF-αⅡ型受体(tumor necrosis factor receptorⅡ,TNFRⅡ)基因多态性在矽肺发病遗传易感性中的作用及其与SiO2暴露的交互作用。结果发现矽肺患者和矽尘接触者2组间TNF-α基因-308位点G/A+A/A基因型和TNFRⅡ196位点T/G+G/G基因型分布频率差异均无统计学意义(P＞0.05)。当接尘工龄＜15年时,G/A+A/A基因型携带者发生矽肺的危险性是G/G基因型的6.74倍,95%CI:1.01～44.99,随着工龄的增加,这种危险性逐渐减少。提示TNF-α和TNFRⅡ基因多态性在矽肺发病的遗传易感性中不起主要作用。TNF-α基因-308位点基因多态性在矽肺发病过程中与接尘工龄存在交互作用,当累积接尘量较低时,G/A+A/A基因型携带者发生矽肺的危险性较G/G基因型明显增加。Zhang等[14]鉴于TNF基因多态性与矽肺易感性的关系研究报道结果不一致的情况,对相关研究做了Meta分析,分析纳入15个研究中1 990例矽肺病例和1 898名健康对照者。结果提示TNF-308A等位基因和矽肺密切相关(OR=1.348,95%CI:1.156～1.570,P＜0.001)。TNF-308 A/G多态性AA+AG基因型与矽肺易感性显著相关(OR=1.466,95%CI:1.226～1.753,P＜0.001)。TNF-238A/G多态性研究结果与TNF-308A/G相似。研究结果表明TNF-308A/G和TNF-238A/G与矽肺易感性有关。

研究表明,多种IL与矽肺发生、发展密切相关,血清IL-12p40升高是矽肺的重要变化。Stanilova等[15]分析了IL-12B-3'UTR多态性与矽肺易感性和严重程度的关系,研究了其对血清IL-12p40和IL-12p70水平的影响。发现血清IL-12p40水平与矽肺严重程度密切相关,重度矽肺患者最高、中度次之,而轻度矽肺与健康对照者相似。IL-12B AA基因型IL-12p40血清水平高于AC型。轻、中度矽肺患者杂合基因型约为重度矽肺患者的5倍。IL-12B基因多态性与矽肺严重程度有关,而与矽肺易感性没有明显相关。王炜等[16]用Meta分析法,对IL-1基因遗传变异与煤工尘肺及矽肺易感性的关联性进行了研究,纳入分析包括8篇文献中的10项病例-对照研究。结果纳入分析的IL-1β(+3953)、IL-1β(-511)、IL-1α(+4845)均未发现相关遗传变异与煤工尘肺及矽肺发病风险明显相关,只有IL-1RA(+2018)多态位点与煤工尘肺及矽肺的发病风险相关。

血清特异性miRNA已被证实与多种脏器的纤维化进程紧密相关。由于miRNA具有形态稳定、可反复冻融的特点,是比较理想的生物标志物。有研究发现miR-149的多态性与尘肺易感性相关。近期临床研究涉及miR-21、miR-200c、miR-16、miR-204、miR-206、miR-29a及miR-155等,研究发现miR-21与病程进展呈正相关,可以作为接尘工人早期矽肺筛查的指标,miR-204与病程进展呈负相关[12,17]。

矽肺患者发生肺癌的危险非常高,合并肺癌是矽肺患者诊治的棘手问题。Umemura等[18]从血清DNA甲基化的角度探讨了矽肺合并肺癌的早期诊断价值,发现矽肺合并肺 癌 患 者MGMT、p16INK4a、RASSF1A、DAPK和RARβ5个抑癌基因中一个以上驱动子异常高甲基化的检出率明显高于矽肺组,提示矽肺患者血清DNA驱动子异常高甲基化有助于矽肺合并肺癌的早期诊断。

2 血清酶学研究

血清酶检查是临床疾病诊断、病情监测及预后判断的重要手段。近年来,有关血清酶水平在矽肺发生、发展及早期诊断方面的研究也有一些进展性的报道。

脯氨酸肽酶(proline peptidase,PLD)或称脯肽酶,是一种广泛存在于人体各组织和细胞的亚氨基肽酶,催化含有C-末端脯氨酸或羟脯氨酸2肽的水解,对胶原合成和细胞生长过程中脯氨酸的再循环起重要作用。其血清水平变化与纤维化性疾病密切相关。Ozis等[19]对住院患者进行了回顾性研究,发现矽肺患者血清PLD水平明显增高,与国际劳工组织分型密切相关。因为PLD参与胶原的代谢,可以用作矽肺早期诊断和随访指标。

血红素加氧酶(heme oxygenase,HO)是血红素分解代谢过程中的限速酶,HO-1是其氧化应激诱导型,具有抗氧化、抗凋亡和抗炎活性。Sato等[20-21]探讨了慢性矽肺患者血清HO-1在肺功能下降的预测价值,发现血清HO-1降低可作为矽肺患者肺功能快速下降的预测因子。较早期研究发现,矽肺患者肺组织HO-1表达增高,而HO-1可抑制活性氧,降低损伤性病理变化,因此减轻矽肺疾病进展。从另一个层面进一步说明HO-1在矽肺发生、发展和早期诊断中的可能价值。国内有学者[22]对比研究了62例Ⅰ期矽肺(矽肺组)、37例具有与矽肺组相同接尘条件的健康井下接尘矿工(接尘组)和35例非接尘井上健康人员(对照组)血清中HO-1、脂质过氧化产物(Lipid peroxide,LPO)和γ-干扰素诱导蛋白10(interferon induced protein-10,IP-10)的变化。结果发现与对照组比较,接尘组血清中LPO水平明显升高,IP-10水平明显降低。矽肺组血清中LPO和IP-10水平均明显升高,而HO-1水平显著降低,发现Ⅰ期矽肺患者血清中HO-1、LPO及IP-10水平异常与矽肺发生、发展有关。

缪荣明等[23]观察了矽尘接触者和矽肺患者血清中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)水平,探讨了SOD、GSH-Px在矽肺发生、发展中的作用。发现接尘人群和矽肺患者均存在氧化和抗氧化系统的失衡,矽肺患者组尤为明显,可能与矽肺病变的严重程度有关。

Beshir等[24]研究了矽肺和非矽肺矽尘暴露工人血清血管紧张素转换酶(angiotensin converting enzyme,ACE)水平的变化,发现矽尘暴露工人和矽肺患者血清ACE明显升高。Gao等[25]最近也报道了70例煤矿工人血清学分析结果,发现与非矽肺矽尘暴露组比较,煤矿工人Ⅲ期矽肺患者ACE的表达水平明显升高(P＜0.001)。ACE是一种结合糖蛋白,含有锌元素,属二肽羧肽酶,可将血管紧张素Ⅰ转化为具有血管抑制作用的血管紧张素Ⅱ。ACE主要定位于血管内皮细胞腔侧面,也存在于单核巨噬细胞中。肺泡灌洗液和血清中ACE活性增加是多种疾病肺损伤的标志。矽肺纤维化过程中血管内皮细胞和单核巨噬细胞均是血清ACE的来源。周艳秋等[26]探讨了矽肺患者ACE基因第16内含子序列的插入(I)/缺失(D)多态性与血清ACE活力的关系,发现ACE基因多态性影响矽肺患者血清ACE活力,推测矽肺发病可能与高ACE活力有关。提示将ACE血清学检查与其基因多态性变化相结合,进行综合分析与研究,可能为矽肺病的诊断提供新的思路。

Deniz等[27]研究了血清乳酸脱氢酶水平与矽肺患者放射检查疾病范围和肺活量的关系,发现矽肺患者血清乳酸脱氢酶水平明显增高,与放射检查疾病范围和肺活量密切相关。

3 炎症相关细胞因子

矽肺发生的始动因素是SiO2在肺部沉积引起的炎症反应。炎症相关细胞因子在矽肺的发生、发展过程中发挥着重要作用。因此,有关外周血炎症因子变化在矽肺的形成和早期诊断中的研究颇多。血清TNF-α一直是矽肺研究的热点之一。Slavov等[28]较早期的研究采用酶联免疫吸附测定(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)方法对比观察了具有相似接尘史的62例矽肺患者和24例健康对照者,以及19例无接尘史的健康对照者血清中TNF-α和含有IL-12p40的 细 胞 因 子(包 括IL-12p40、IL-p70和IL-23)的差异,发现矽肺患者和SiO2暴露健康对照者血清TNF-α水平明显高于非SiO2暴露者。矽肺患者血清TNF-α和IL-12p40均升高。有接尘史的健康对照者血清TNF-α和IL-23、IL-12p70表达水平均密切相关,但矽肺患者血清TNF-α只与IL-12p40相关。因此,作者认为血清TNF-α升高与矽尘颗粒沉积有关,而TNF-α和IL-12p40均增高与矽肺的发生、发展和严重程度相关。多个国内学者研究也发现矽肺患者血清TNF-α增高是矽肺患者血清学标志性变化[29-30]。

吴静等[31]采用ELISA方法检测了不同期别矽肺患者血清中IL-17水平变化,探讨其在矽肺发生、发展中的意义。结果发现Ⅰ期矽肺组患者血清IL-17水平显著高于Ⅱ、Ⅲ期矽肺组,但Ⅱ、Ⅲ期矽肺组与非矽肺接尘组相比差异无统计学意义。提示IL-17在矽肺形成早期呈高表达,且可能参与了矽肺发生的过程。除IL-17和IL-12p40外,研究还表明矽肺患者血清IL-6、IL-8和血清可溶性白介素2受体(serum-soluble interleukin-2 receptor,sIL-2R)也有明显升高[29-30]。

陈丽等[32]研究了血清转化生长因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)在矽肺形成、发展中的作用,发现随着矽肺分期提高矽肺患者的肺功能损害进一步加重,血清TGF-β1水平也相应增高,TGF-β1表达水平高低与肺组织纤维化程度、累及肺组织范围有关。

巨噬细胞炎症蛋白-1α(macrophage inflammatory protein-1α,MIP-1α)、MIP-1β和MIP-3α水平变化在矽肺发生、发展中的作用也受到相关学者的关注。研究表明接尘对照组和矽肺组血清中MIP-1α水平均明显降低,接尘对照组血清MIP-1β水平也明显降低。提示Ⅰ期矽肺患者血清中MIP-1α和MIP-1β水平异常可能参与早期矽肺的发生与发展[33]。

4 免疫相关指标

矽肺患者既有呼吸系统免疫功能紊乱,又有自身免疫功能的改变[34-35]。Karnik等[36]发现矽尘暴露工人血清IgG和Ig M均增高,发生矽肺时两者血清中的表达水平达到最高。认为免疫球蛋白在矽肺发生、发展中发挥着重要作用。因此,免疫球蛋白检测可以作为矽肺诊断的辅助指标。但免疫球蛋白检测对确定矽肺进展判断的价值有待探讨。为探讨矽肺患者免疫功能紊乱的早期标志物,Hayashi等[37]研究了矽肺患者血清IgG、补体及抗核抗体、抗Scl-70抗体、抗着丝点抗体滴度、sIL-2R、IL-2和血清可溶性Fas水平等指标的变化及其意义,认为sIL-2R是没有出现自身免疫紊乱临床表现时矽肺患者免疫功能紊乱的良好判定指标。

Beshir等[38]对比观察了矽肺和非矽肺水泥工人血清自身抗体水平变化,发现矽肺患者血清Ig A水平比非矽肺组高,且矽肺组血清抗平滑肌抗体(serum anti-smooth muscle antibodies,ASMA)和抗肾小球基底膜抗体(antiglomerular basement membrane,anti-GBM)滴度增高。矽尘暴露时间与血清Ig A、ASMA和anti-GBM水平增高有关,而与血清IgG水平呈负相关。因此,血清Ig A、ASMA和anti-GBM是与矽肺密切相关的主要免疫参数。

赵娜等[39]对比分析了101例男性矽肺患者和62名健康对照组外周血辅助性T细胞17(T helper cell 17,Th17)、调节性T细胞(regulatory T cells,Treg)比率、周围血单个核细胞中转录因子T孤独核受体γt(retinoidrelated orphan receptorγt,RORγt)和叉头样转录因子3(forkhead box protein 3,Foxp3)m RNA的相对表达水平,结果发现矽肺组患者外周血中的Th17细胞比率和RORγt m RNA相对表达水平均升高(P＜0.05),Treg细胞比率和Foxp3 mRNA相对表达水平均下降(P＜0.05)。认为Th17/Treg的免疫平衡体系参与了矽肺的发生与发展过程。

5 其他

Lee等[40]研究了血清肾连接蛋白(Nephronectin,Npnt)对矽肺纤维化进展监测的价值,发现与健康对照者相比,矽肺患者血清Npnt明显增高,可能与其他细胞因子共同参与纤维化的形成与进展过程,可以作为矽肺纤维化进展的监测指标。刘静等[41]采用ELISA法观察了长期接触SiO2粉尘对血清克拉拉细胞蛋白16(Clara cell protein16,CC16)水平的影响,结果发现与无接尘的对照组相比,矽肺组和接尘组血清CC16含量明显降低。血清CC16水平诊断矽肺的受试者工作特征曲线下面积为0.92(P＜0.01),敏感度为81.37%,特异度为92.63%,Kappa值为0.74。提示长期接触SiO2粉尘可能会导致血清中CC16水平降低,血清中CC16水平对于矽肺患者有一定辅助诊断价值。张雁林等[42]对比观察了健康对照者、具有职业性矽尘接触但无矽肺者和矽肺患者血浆中细胞外组蛋白H4和TGF-β3水平变化。发现与健康对照组相比较,尘接触组和矽肺组血浆中细胞外组蛋白H4含量明显升高。血浆中的细胞外组蛋白H4水平与矽肺期别有明显的相关性。同时矽肺组血浆中TGF-β水平也明显高于矽尘接触组和对照组。认为矽肺患者血浆中细胞外组蛋白水平的明显升高,在矽肺纤维化进程中发挥着重要作用。

血清的某些肿瘤标志物与矽肺发生、发展的关系也是矽肺研究领域关注的热点之一。方申存等[43]研究发现矽肺患者血清中糖链抗原125(carbohydrate antigen,CA125)、CA19-9和神经元特异性烯醇化酶(neuron specific enolase,NSE)的水平明显增高,通过检测血清中NSE、CA125和CA19-9的水平可以预测矽肺疾病的严重程度。Fang等[44]的研究也发现矽肺患者血清NSE和CA125明显增高,患者经肺泡灌洗后部分病例血清NSE下降,认为NSE血清浓度可以为矽肺疾病严重程度的判断提供有价值的临床信息。

新蝶呤是细胞免疫反应的早期生物标志物,Pingle等[45]认为血清新蝶呤水平增高可以作为矽肺等细胞免疫相关疾病监测标志物。此外,孔玉林等[46]对125例矽肺住院患者血清中25-羟维生素D及钙磷水平进行检测,发现其血清25-羟维生素D浓度水平低、缺乏或不足占70.4%,较血清钙磷下降敏感。也有学者对矽肺患者血清总唾液酸和C反应蛋白变化的关系进行了研究,发现矽肺患者血清唾液酸变化与C反应蛋白变化一致,在Ⅲ期矽肺患者达到最高值[47]。

6 小结与展望

综上所述,近年来有关矽肺血清标志物的研究取得了可喜的进展,这些研究与进展为矽肺病的诊治工作提供了重要的信息与一些新思路。然而,从目前已有的文献报道看,这些研究涉及的指标比较多,也有一些具有临床诊治意义的阳性发现,但仔细分析各研究报道则不难发现,诸多研究中病例数量不够多,样本量不够大,有的尚缺乏严格的纳入和排除标准,研究指标的敏感度和特异度尚值得认真商榷。防治尘肺病的工作仍然是任重而道远。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突