老年衰弱新兴标志物的研究进展及展望

李可欣，吕静*，于冰，罗浩铭

衰弱（Frailty）作为影响老年人健康的主要因素，是指老年人生理储备能力下降导致机体易损性增加、抗应激能力减退以及在轻微压力事件后易受外界影响发生生理失代偿的非特异性状态［1］。衰弱不仅体现为以肌无力为代表的躯体功能障碍，还涉及神经、代谢及免疫系统的病理变化［2］。据报道，中国65～74 岁以上人群衰弱发病率为12.2%，75～84 岁以上为33.2%，85 岁及以上为46.8%［3］。当前对于衰弱的评估多依据Fried 衰弱表型、衰弱指数（frailty index，FI）等量表或老年综合评估［4-6］等方法。这些方法多以患者的临床表现及自我感受为主，以体质量、握力、步速等功能参数为辅，评估项目较多，需专业人员进行操作，具有客观性不足、操作复杂等缺点。目前仍缺乏可用于大规模筛查老年衰弱的有效工具［7］。相对于量表类工具，生物标志物可以更早且更客观地识别衰弱的高危人群，因此探索有价值的衰弱生物标志物显得格外重要。本文对衰弱相关的生物标志物进行归纳总结，旨在为相关研究提供线索。

1 衰弱生物标志物的研究现状

生物标志物的定义是“具有客观测量和评估的特征，可作为正常生物学过程、致病过程或对治疗干预的药理反应的指标”［8］。目前还没有被国内外一致认可的衰弱相关生物标志物。这可能与衰弱综合征复杂的病理生理特征、临床症状异质性及缺乏明确的衰弱定义有关。此外，很少有研究采用生物标志物来评估不同干预措施对衰弱的有效性，导致缺少探讨衰弱原因的前瞻性研究。有横断面研究发现了几类具有潜在价值的生物标志物［9］，包括白介素6（IL-6）、C 反应蛋白（C-reactive protein，CRP）、白细胞计数炎性标志物、氧化应激标志物、睾酮和维生素D 等激素标志物、脑源性神经营养因子（BDNF）和Sirtuin 蛋白1（SIRT1）和表观遗传标记等。

衰弱是老年患者的一个综合表现，相对单一生物标志物，建立生物标志物组在宏观上更有可能揭示衰弱的发生机制。尽管关于衰弱生物标志物扩展组合应用仍在验证阶段，但国外已建立一个由19 个高优先级候选指标构成的7 组核心衰弱生物标志物组，其中最具代表性的一组为IL-6、C-X-C 基序趋化因子10（CXCL10）、CX3CL1 生物标记组［10］。建议我国学者对衰弱的生物标志物进行整合，并通过对动物模型和衰弱队列中的预测生物标志物组进行实验研究，形成衰弱核心生物标志物组。

2 衰弱的新兴生物标志物

传统的生物标志物包括血压、血糖等指标，而新兴的生物标志物则是指以DNA、RNA、蛋白质或者代谢物为代表的分子生物标志物［9］。

理想的衰弱生物标志物应该满足以下标准［9］：（1）假设生理功能的逐渐下降最终导致衰弱的发生，理想的生物标志物在衰弱进展早期即可被检测到，且与衰弱的程度具有剂量反应关系；（2）由于衰弱的过程是动态的且涉及多个系统，因此衰弱的生物标志物不应该是某个疾病特有的，而应该是与年龄相关的慢性病和衰老常见的风险因素；（3）理所当然的，衰弱生物标志物也应该是死亡的危险因素；（4）该生物标志物应该与衰老的生理机制有关；（5）理想的生物标志物应易获得，可使用廉价、可靠的方法进行测量，并具有一定的灵敏度和特异度。目前衰弱的生物标志物还未被广泛研究，单个分子标志物的预测价值仍具有争议。因衰弱涉及多种生理过程，特别是炎性反应、氧化应激等，有学者提出应综合多个生物标志物，并对其预测价值进行评估［10-11］。

2.1 衰弱与炎性生物标志物 目前研究最广泛的衰弱生物标志物大多涉及炎症领域，大量证据表明CRP、IL-6 和肿瘤坏死因子（TNF）-α 水平升高为标志的炎症是导致衰弱的关键病理生理因素［3，8-9，12-14］。IL-6被描述为“老年学家的细胞因子”，是一种促炎性细胞因子，可加速肌蛋白降解［15］。CRP 也被认为是衰弱相关的炎性标志物，有研究报道高水平的CRP 可以更好地预测女性衰弱的发生［14］。但鉴于血清CRP 作为急性期反应产物，国外学者认为这种非特异性的炎性生物标志物不一定与衰弱相关［16］，但这种差异也可能是测量方法差异所导致。

TNF-α 作为另一种促炎细胞因子，主要由活化的巨噬细胞产生［9］。研究显示血清TNF-α 水平升高与衰弱有关［8］。这与SOYSAL 等［17］的研究一致，除此之外，该团队还发现衰弱患者的白细胞与纤维蛋白原［8］水平同样显著增高。这可能与这些细胞因子导致肌肉萎缩、骨骼肌质量减少从而引起的肌少症有关［18］。

一项研究评估了44 个与衰弱相关的生物标志物之后，发现CXCL10 和CX3CL1 被认为是有效的生物标志物［10］。CXCL10 目前被认为是提示感染和炎症有用的生物标志物之一，主要由激活的T 淋巴细胞表达，CXCL10 与趋化因子受体3 结合可导致T 细胞迁移，并调节分子表达和凋亡诱导。因此，CXCL10 分泌的增加可能会导致老年人的异常免疫反应。而CX3CL1 作为一种独特的趋化因子，在组织中广泛表达，并分泌到生物液体中，如血浆、唾液、滑膜液和脑脊液，以膜结合和可溶性形式存在，这符合理想生物标志物易获得、易检测的特点，具有作为衰弱的炎性生物标志物的潜力［9］。CX3CL1 受体（CX3CR1）在单核细胞中的表达与痴呆呈正相关，并与贫血和糖尿病呈负相关［19］，这也侧面印证了衰弱发生时患者生理储备能力降低这一点。

纵向研究没有观察到IL-6 和IL-8 与衰弱之间存在因果关系［20-22］。一项回顾衰弱相关生物标志物的荟萃分析结果显示，纤维蛋白原水平与衰弱无显著关系［11］，这与PINAR 等［17］的研究结果矛盾。一项西班牙的研究通过比较70 岁以上衰弱老年人和20～49 岁无慢性疾病的健康成年人的血液成分，发现血浆中的炎性因子与年龄增长有关，但与衰弱无关；与此同时，该团队研究发现在非衰弱、衰弱和残疾老年人血清中CRP、TNF-α、IL-6 和白蛋白并不存在明显差异［23］。与炎症相关的生物标志物对衰弱的预测价值研究仍存在争议［10］，未来的研究应更深入了解这些炎性生物标志物是否可以用作老年人衰弱的潜在生物标志物。

免疫系统的功能障碍和失调也被认为是与衰弱发展有关的一种潜在机制［10］。免疫系统在老年时期依然可以在稳态中发挥良好的作用，但当发生急性疾病、感染和炎症增强等应激状态时，内部压力适应性的缺乏导致衰弱的发生。两项荟萃分析结果显示，高白细胞计数以及IL-10 与衰弱之间存在关联［17，24］，但针对IL-10 能否成为生物标志物仍然有异议［11］。最新一项针对358例75 岁及以上女性进行的研究发现，每增加1 个单位的唾液α-淀粉酶，衰弱诊断标准之一的疲劳感平均增加0.019 个单位，唾液α-淀粉酶被认为是筛查女性衰弱的潜在免疫工具［14］。

2.2 衰弱与内分泌标志物 可提供衰弱生物标志物线索的另一个重点领域即内分泌系统。生长激素、甲状腺激素、肾上腺皮质激素、雌二醇和睾酮相关激素［25］失调时，内部稳态会受到干扰，从而降低机体对压力源的适应性，进而增加衰弱的发生风险［24］。男性雌二醇水平［22］、游离睾酮［8，11，15，24］、前体激素（DEHA）［9］、胰岛素样生长因子-1（IGF-1）［24］等激素已经被认为是潜在的衰弱生物标志物，并已经作为衰弱的干预靶点。有学者通过调节糖皮质激素分泌、胰岛素样生长因子信号和雄激素的产生，发现了下丘脑-垂体轴在衰弱发病机制中发挥关键作用［26］。

与维生素D轴相关的激素，如甲状旁腺激素（PTH）［11］、25-羟基维生素D〔25（OH）D〕和成纤维细胞生长因子23（FGF-23）水平均与衰弱相关［24，27］。这可能由于FGF-23 水平的升高导致了25（OH）D 的降低，从而引起维生素D 缺乏导致肌肉质量下降，FGF-23 可作为衰弱的生物标志物。

有研究认为，糖化血红蛋白（HbA1c）不仅是糖尿病的诊断指标，也与冠状动脉病变等心血管疾病严重程度呈显著正相关关系［28-29］，可预测老年人衰弱的发生［9］。

国外学者发现老年男性的游离甲状腺素通常高于成年男性，尤其衰弱两项指标（疲劳和体质量下降）共存时，游离甲状腺激素与衰弱之间的联系尤为显著［24］，提示甲状腺功能下降可能导致老年人身体能力下降，从而导致衰弱。尽管甲状腺激素在衰弱发病机制中的作用尚不确定，但在一项针对112 例65 岁及以上参与者进行的研究发现血清游离三碘甲状腺原氨酸（FT3）可作为衰弱状态的生物标志物［30］，而促甲状腺激素（TSH）则与老年衰弱无关［31］。

激素类生物标志物在诊断和监测衰弱方面较其他类型的生物标志物具有优势。首先激素检查已经广泛使用，且参考范围确切。此外，通过激素检查可以分析出一些潜在机制并协助诊断。然而，在确定其临床使用之前，未来需更进一步研究内分泌系统与衰弱综合征之间关系，并确定其预测不同衰弱阶段的能力。

2.3 衰弱与氧化应激标志物 基于1956 年提出的老化自由基理论，氧化应激可以通过定量体液中氧化应激的标志物来评估。目前，氧化标志物8-羟基脱氧鸟苷（8-oxo-dGsn）和8-羟基鸟苷（8-oxo-Gsn）已成为使用最广泛的氧化应激指标。有学者发现，尿中8-oxo-Gsn 水平与衰弱呈独立相关［32］，并通过构建模型发现尿8-oxo-Gsn 与简单的疲劳评估问题相结合的方法具有较好的衰弱预测效力。由于尿液样本易于获取且为无创检测，8-oxo-Gsn 性质稳定、易于存储，该方法适合在社区进行。为未来研究衰弱的生物标志物提供了新思路，生物标志物与躯体功能评价指标的结合有助于提高衰弱的诊断［33］，可作为衰弱的检查指标纳入临床实践。

2.4 衰弱与蛋白质生物标志物 有报道称研究衰弱的标志物时需重点关注循环蛋白质［25］，因发病机制中的一个假设即蛋白质合成和代谢失调是导致衰弱发生的潜在机制。已有研究显示前颗粒蛋白水平［34］、血红蛋白［35］与衰弱呈独立相关，并与肌少症无关，可作为老年衰弱标志物。

体外实验和动物实验中越来越多的证据显示循环犬尿氨酸（一种色氨酸代谢产物）在许多与年龄相关的退化性改变中起作用。一项研究对73 例衰弱参与者的血清进行检查发现，犬尿氨酸水平比非衰弱参与者高52.9%［36］。这些证据提示循环犬尿氨酸可能是评估衰弱风险的潜在生物标志物。

骨保护素是一种涉及骨骼、血管、免疫和肿瘤疾病等不同病理生理的蛋白质，也是一种生长因子受体，属于肿瘤坏死因子受体家族。曾有学者研究发现，172 例老年受试者无论是否发生骨折，其衰弱的发生与骨保护素存在显著相关性［37］，骨保护素被认为是老年衰弱综合征的生物标志物。

肌动蛋白（myokines）是由骨骼肌细胞合成、表达和释放的一组细胞因子、小分子蛋白和蛋白聚糖肽，在肌肉收缩反应中发挥重要作用［38］。由于肌肉含量的下降是衰弱的标志，因此肌动蛋白也可以作为衰弱前期进展的生物标志物［39］。除此之外，未来的研究应探索基因和蛋白质之间的复杂相互作用，以便更全面地说明衰弱。

2.5 衰弱与表观遗传标记 表观遗传学的进展使得借助年龄生物标志物预测个体年龄成为了可能［40］。DNA甲基化（DNA methylation，DNAm）作为表观遗传学的重要组成部分，由一组胞苷磷酸-鸟嘌呤二核苷酸组成，被认为是衰弱的新生物标志物［41］。在晚期肾脏疾病进行透析的随访患者中发现DNAm、年龄与衰弱显著相关［42］。但有学者通过对1 649 例柏林参与者进行横断面研究发现，DNAm 与衰弱无关［43］。这提示衰老生物标志物是否可用于预测个体的衰弱仍需进一步研究。

转录组学的研究结果提示了新的衰弱相关表观遗传生物标志物［15］，如MicroRNA 也可作为衰弱的早期诊断指标［10］。越来越多的证据显示出不同的MicroRNA可作为新兴的衰弱生物标志物［9，15，10，44］。组学平台的出现加快了对衰弱机制的研究深入，并扩大了衰弱相关生物标志物的研究。人类端粒由TTAGGG 串联重复序列和端粒相关蛋白组成，其调节细胞周期和维持染色体的完整性和稳定性。端粒缩短被认为是重要的衰弱生物标志物［45］。西班牙的一项横断面研究分析了8 244 例参与者的端粒长度与衰弱之间的关联，发现衰弱老年人的端粒比非衰弱的老年人要短［46］。但在非西班牙裔人群中，尚未有研究报道端粒长度是否可以作为衰弱的生物标志物。这可能与种族对缩短端粒有潜在影响有关，因此需要行进一步的多民族研究。然而，端粒的长度作为细胞寿命的一种特殊的生物标志物，其在很大程度上由基因多态性和激素因素决定。仍然需要进一步评估端粒长度是否是一个有意义的衰弱生物学指标。

2.6 衰弱与营养代谢有关的生物标志物 营养状况和饮食摄入量也可能会影响衰弱的过程［25］，良好的营养状况有助于延缓衰弱的发生［47］。白蛋白水平作为评估营养状况的参数，在衰弱人群中的水平较低［11］。这可能与炎症、体质量和肌肉减少而引起的分解代谢过程的增加有关［48］。一项横断面研究对380 例住院老年患者进行分析显示，营养丰富及血清转铁蛋白、总蛋白和白蛋白水平较高的老年人群不易发生衰弱［49］，以此推测与营养有关的白蛋白水平有望成为老年衰弱的新兴标志物和保护因素。

2.7 其他与衰弱相关的生物标志物

2.7.1 神经元标志物 在大脑某些区域的神经元，如海马金字塔，是保持平衡的关键。目前研究认为衰弱包含认知衰弱维度，神经元的退化可能是衰弱发生的核心机制［50］。这与WANG 等［24］学者的研究一致，表明大脑的退化和脑部相关疾病加速了衰弱的发展，并确定了两种有关衰弱的脑生物标志物即灰质体积和脑源性神经营养因子。

2.7.2 细胞外水分率比值（ECW/TBW） ECW/TBW 代表水从细胞内到细胞外腔的运动情况，是水肿的指标。日本研究学者发现衰弱人群ECW/TBW 比率明显较高，认为ECW/TBW 比率可以反映衰弱的后期发展［2］。

2.7.3 性别差异的生物标志物 已有证据显示女性衰弱的发生率比男性高［51-52］。唾液类固醇激素的波动，如皮质醇、睾酮、脱氢表雄激素（DHEA）和胰岛素样生长因子1 可作为老年女性中患衰弱和肌少症者性别特异的生物标志物［53］。最近研究发现CRP、血红蛋白、白蛋白、25-羟维生素D 和游离睾酮，以及外周血CD19+B

细胞的比例仅在衰弱男性中下降［11，54］。未来的研究应着力研究两性之间的特征衰弱生物标志物。

2.7.4 微量元素 有学者认为微量元素可以作为衰弱的创新生物标志物，如硒［55］、镁［22］，其具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、抗衰老以及易于测量等特征。

2.7.5 与肾脏相关的标志物 研究表明慢性肾脏病是加速衰老的因素，导致身体机能降低和衰弱的发生［56］。衰弱老年人的肾小球滤过率通常较低［48］，这可能与贫血和小样本量研究有关。胱抑素C、同型半胱氨酸是衰弱的预测因子［57］，这可能与同型半胱氨酸影响骨骼肌的结构和氧化应激致线粒体功能障碍有关［58］。

2.7.6 与心脏相关的标志物 脑钠肽（brain natriuretic peptide，BNP）作为心血管事件及早期心力衰竭发生率的预测因子，具有舒张血管、利尿、抑制交感神经等生理功能［59-60］。一项中国社区老年人群衰弱研究的结果表明，BNP 与中国老年人群的衰弱相关［34］。如果BNP与衰弱具有明确的因果关联，那么与心脏相关标志物有望作为潜在的预测衰弱前期的生物标志物。

3 生物标志物数量与衰弱之间的关系

生物标志物的数量与衰弱的程度有关，虽然其因果关系仍不清楚，但能确定的是衰弱与多系统的生理变化有关。考虑到衰弱可能是由多因素导致的，在早期衰弱检测中多系统生物标志复合指数可能比单一的生物标志物更具有预测价值。墨西哥的一项研究表明，当异常生物标志物的数量≥4 时，该人群与衰弱具有显著相关性。同时该团队发现，随着异常生物标志物数量的增加，衰弱的发生风险也随之上升［35］。这也解释了衰弱的多维性以及各系统在衰弱的发生机制中的协同作用。

4 小结

任何一个系统的生物标志物均与衰弱的发生机制相关，虽然目前有关衰弱生物标志物的应用仍存在争议。首先，需要大规模前瞻性纵向队列研究并及时进行不同人群、多中心的验证研究，同时还应分别对性别、种族、生物年龄等因素探讨，以尽量减少偏差，为进一步探索衰弱的发病机制提供方向。其次，需建立衰弱生物标志物组以及应用身体功能参数与生物标志物的组合方式进一步提高标志物在临床实践中预测或检测衰弱的能力。再者，应从预测潜力、适用性和有效性的角度比较衰弱动物模型和人类队列中现有生物标志物的优缺点。

为临床实践寻找理想的生物标志物对于衰弱的早期识别、风险分层、预防和个性化医疗具有重要意义。尽管已经提出了几种生物分子作为衰弱的生物标志物，但均未准确阐明衰弱的复杂性。这表明还有很长的路要走，需要对可能的候选物进行重点验证，明确其因果关系。如过去的研究认为，衰弱与静脉血栓形成具有相关性，但最近的一项研究已经显示血栓蛋白水平与衰弱无显著关系［48］。此外，在后续的研究中，纳入衰弱患者时需准确区分衰弱与慢性病，因二者共存的可能性较高且患病率均随年龄增长而增加。一些慢性疾病，如充血性心力衰竭也可能会出现疲劳、衰弱等表现。未来的研究方向应关注生物标志物的组合而非专注研究其中一个，这有助于探索衰弱的多因素起源，并且通过不同类型生物标志物与躯体功能参数相结合的综合评分［22］，如通过结合Geriatric-8 和4 m 步态速度试验［61］可以提高单项的衰弱前期预测能力；FRAIL 衰弱问卷联合氧化应激生物标志物提高衰弱诊断的准确性［33］，通过评估个体衰弱和内在能力，为衰弱多靶点可逆性干预提供依据。

本文检索策略：

检索关键词：衰弱、老年、老年衰弱综合征、老年衰弱的生物标志物、老年衰弱的标记、生物标志物、炎症。检索数据库：中国学位论文全文数据库、中国学术会议论文全文数据库（中文版）、万方数据知识服务平台、维普网、中国知网博硕士论文库、中国知识产权局网站、PubMed 数据库、Elsevier 数据库。检索时间为2007 年7 月至2021 年5 月。

作者贡献：李可欣提出研究选题、文献收集、论文撰写；于冰、罗浩铭负责论文的修订；吕静负责文章的质量及审校，对文章整体负责。

本文无利益冲突。