急性呼吸窘迫综合征表型的研究进展

冯倩桐 李爱民

急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是常见的危重症综合征，由多种因素导致肺内发生炎症反应，肺泡上皮和血管内皮受损，发生非心源性肺水肿，引起严重的低氧血症，肺顺应性下降，肺内分流和死腔增加。ARDS占ICU疾病的10.4%，死亡率在34.9%～46.1%之间[1]。目前ARDS定义仍采用2012版柏林定义，根据定义观察到的ARDS患者中，其发生ARDS的病因、疾病的严重程度、生物学指标、对治疗的反应性和预后均存在较大差异。ARDS目前无特异性药物治疗，许多药物试验未提示有明显效果，考虑其定义宽泛和异质性较大，究竟是治疗失败还是试验设计的失败尚不能确定。表型是在基因和环境的相互作用下产生的一组可观察的特征，表型鉴定即根据某个特征寻找表现相似的具有同质化的组别，目前根据生物标志物鉴定的表型在哮喘和肿瘤学上已得到临床获益。因此，识别ARDS的表型有助于ARDS的早期诊断、风险评估、严重程度评估、精准治疗以及对发病机制的进一步理解，同时有助于为未来研究试验的设计提供方向。故本文对近年来关于ARDS表型的研究，包括临床表型、生理表型、生物标志物表型、及新兴的代谢组学、基因组学等方面进行综述。

临床表型

利用病因、风险因素和发病时间，寻找具有相似的可观察到的临床特征，有可能发现具有同质性的表型。

一、根据病因分为直接/间接ARDS(肺内源/外源性ARDS)

根据肺损伤发病因素，ARDS可分为直接(肺内源性)ARDS和间接(肺外源性)ARDS[2]，肺直接ARDS原因包括肺部感染、胃内容物误吸、溺水、肺挫伤、呼吸机机械损伤、有毒气体和烟雾吸入等；肺间接ARDS原因包括非肺源性脓毒症、休克、急性胰腺炎、非胸部严重创伤、高危手术、多次输血、药物中毒、弥漫性血管内凝血等。脓毒症是发生ARDS主要危险因素，脓毒性ARDS表型患者较非脓毒症相关ARDS患者病情更严重，肺损伤恢复能力更差，拔管成功率更低，死亡率更高[3]。肺部感染也是主要的危险因素，其中细菌感染是导致ARDS及增加易感性的主要病原体；病毒感染虽然发生率不高，但发生ARDS风险较高；真菌感染发病率较低，多见于免疫功能受损病人；医院获得性肺炎尤其是病原学培养阳性患者ARDS的发生率比社区获得性肺炎高[4]。这种分类方法并不完善，因为部分患者的病因是混合性或不能完全确定的，但仍为ARDS表型的区分提供了线索。

多项研究提示直接和间接ARDS其生理病理、生物学、放射学、呼吸力学和机械通气策略等方面有所差异。直接ARDS患者肺弹性阻力增高较间接明显，随着呼气末正压(positive end-expiratory pressure，PEEP)的增加而增加，间接ARDS患者胸壁和肺弹性阻力增高，随着PEEP增加而减小，PEEP的治疗效果更佳[5]。直接ARDS病理改变主要发生在肺泡内，肺泡中炎症细胞及炎症因子增加，肺泡上皮受损，纤维素渗出，导致肺实变，肺泡不易复张；间接ARDS主要是血液中炎性物质增加，血管内皮受损，肺间质水肿，肺泡萎陷性不张，肺泡腔结构变化较轻，易于复张。在尸检病理研究中提示，直接ARDS与肺泡塌陷、纤维蛋白沉积和肺泡壁水肿的相关性明显高于间接ARDS[6]。生物学方面，直接ARDS患者血浆肺泡上皮特异性标志物，如SP-D、RAGE较高，而内皮损伤的标志物Ang-2、vWF水平较低；间接ARDS是血浆内皮损伤标志物，如Ang-2、vWF浓度较高[7]。放射学表现方面，间接ARDS以磨玻璃影为主，多对称性分布，实变影较少，直接ARDS多表现为磨玻璃和实变影不均匀分布，肺实变影较间接ARDS多见，但这种影像学表现只是典型表现，不具有特征性[8]。

二、根据发病时间分为早发/晚发型ARDS

根据发病时间可将在入院后48小时以内发生ARDS的患者定义为早发型ARDS，48小时以上的定义为晚发型ARDS[9]。早发型ARDS多与严重的失血性休克、严重的胸部创伤有关，晚发型ARDS多与感染性疾病相关[10]。同早发型ARDS相比，晚发型ARDS患者多预后不良，生存时间更短，死亡率更高[11]。这种分类方法有较大的局限性，因为在所有研究中，均以入住急诊科或重症监护病房时间开始，严重创伤发病在数小时内可准确入组，而其他诱因如脓毒症等起始时间不能准确确定，所以ARDS的早期识别与诊断具有重大意义。

三、根据影像学分为局灶/弥漫型表型ARDS

根据胸部CT表现可分为局灶型ARDS和弥漫型ARDS，局灶型指肺密度增高呈叶段分布，弥漫型指肺密度增高呈弥漫分布[12]，弥漫型ARDS较局灶型ARDS肺顺应性更差、 死亡率更高，这种分型与直接/间接肺损伤类别存在一定的相关性，其中弥漫型中病因以间接肺损伤更常见[13]。

生理表型

了解ARDS的生理病理对疾病的进一步理解具有重要意义。生理指标可判断疾病的严重程度，如氧合指数(PaO2/FiO2)，是柏林定义ARDS严重程度的划分指标，也有文献提出可利用肺顺应性(compliance of respiratory system，Crs)、肺死腔分数(dead space fraction)、肺驱动压(driving pressure)等生理指标鉴定表型，以判断疾病的严重程度。在未来的试验中，严重程度可能是一个决定因素。

一、根据氧合指数分为轻/中/重度ARDS，或轻-中度/中-重度ARDS

1 轻/中/重度ARDS 氧合指数(PaO2/FiO2)是ARDS可测量的生理变量，柏林定义根据氧合指数将患者划分为轻度(小于100mmHg)、中度(101～200mmHg)、重度(201～300mmHg)[14]。ARDS的严重程度越高，死亡率越高，轻度死亡率为27%，中度32%，重度45%，但临床试验提示不可将PaO2/FiO2作为死亡率的替代指标[15]。ARDS的严重程度与肺部发生弥漫性肺损伤(diffuse alveolar damage，DAD)有一定的相关性，一项356例ARDS患者的尸检研究提示：有45%患者发生DAD，中度和重度ARDS的比例更高，其中超过72小时的重度ARDS患者DAD比例高达69%[14]，这提示中度和重度表型ARDS人群更有同质性。

2 轻-中度/中-重度ARDS 近年来更多研究将ARDS以氧合指数150mmHg为阈值分为轻-中度(氧合指数≥150cmH2O)和中-重度(氧合指数<150cmH2O)，其中对中-重度患者具有更明显的临床获益的试验分别为PROSEVA试验(Proning Severe ARDS Patients study 俯卧位通气对比仰卧位通气)和ACURASYS试验(ARDS and Curarisation Systematique 神经阻滞剂对比安慰剂)，PROSEVA提示当氧合指数低于150mmHg时俯卧位通气可显著降低28天和90天死亡率[16]；ACURASYS试验提示当氧合指数低于150mmHg时早期给予顺式阿曲库铵可改善90天生存率并减少呼吸机脱机时间[17]。经ECMO治疗的患者中90%属于中-重度亚组[18]。以上表明，根据氧合指数划分为轻-重度及中-重度可使ARDS患者更具有同质化，两亚组患者接受一些临床治疗时会有更具体的指征。

二、根据肺顺应性分为L型/H型

最近在2019新型冠状病毒肺炎(Covid-19)的背景下，有学者提出了基于肺顺应性的表型模型。Luciano Gattinoni等人基于16例机械通气的新冠肺炎患者的临床观察，提出新冠肺炎ARDS与典型的ARDS表现不同，其特征是存在严重的低氧血症和较正常的肺顺应性[19]，这在典型的ARDS患者中是少见的，具有独特的表型特征。随后，作者基于更多的患者研究后提出L型和H型两种表型[20]，作者认为COVID-19肺炎ARDS多数患者早期表现为L型，表现为较低的肺弹性、肺通气/血流比、肺重量和肺复张能力，L型胸部CT影像多表现为以胸膜下分布为主的磨玻璃样阴影，几乎没有实变病灶，肺内气体容积基本正常，肺水肿不明显，具有较高的肺顺应性；而H型表现为较高的肺弹性、右向左分流、肺重量和肺复张能力，H型与典型的重度ARDS表现更符合，肺水肿及体位重力依赖性肺实变，肺内气体容积减少，CT可见肺重量显著增加，具有更低的肺顺应性。其中部分L型患者可转化为H型，可能由疾病演变和患者自主呼吸诱导的肺损伤(patient self-inficted lung injury，P-SILI)共同造成。作者建议其中L型和H型最好使用胸部CT结合病理生理鉴别。同时作者主张两种亚型的呼吸治疗要有所区别，气管插管及深度镇静的L型患者如果出现高碳酸血症，应给予更大的潮气量，VT大于6mL/kg(高达8～9mL/kg)，因为高顺应性肺没有呼吸机相关肺损伤的风险；另应将PEEP降低到8～10cmH2O，L型患者对俯卧位治疗效果反应不佳，仅作为挽救策略。H型患者应视为严重的ARDS，治疗方面包括高PEEP、俯卧位通气等。

在此背景下，为确定在Covid-19肺炎大流行之前ARDS患者中是否存在基于肺顺应性的表型以及肺顺应性与死亡率的关系，Rakshit Panwar对1117例非新冠肺炎ARDS患者进行了研究[21]，结果提示在非新冠肺炎ARDS中肺顺应性的变化范围较大，其中有约1/8的患者肺顺应性正常但合并严重的低氧血症，同时提示低肺顺应性是高死亡率的独立性因素。

生物标志物表型

生物标志物在ARDS的诊断、评估预后和判断治疗反应等方面多具有应用前景，并有潜力成为靶向治疗的目标。目前研究生物标志物种类大多集中于ARDS发病机制网络中，如肺泡上皮损伤、血管内皮损伤、炎症反应、凝血与纤溶通路、肺纤维化等多方面，但很难找到针对ARDS的特异性生物标志物，将几种生物标记物与临床相关指标结合在一起或许是一种好的方法。目前已有研究利用生物标志物组合ARDS进行表性鉴定，这些研究提示炎症或许是一个潜在的治疗方向策略。

一、根据生物标志物分为高/低炎症表型，或炎症/无炎症表型

1 高/低炎症表型 Calfee等人利用潜类别分析方法对全国心肺和血液研究所(NHLBI)ARDS网络中心的ARMA(高低潮气量试验)、ALVEOLI(高低PEEP试验)的两项大型随机对照试验1022例患者的数据进行了独立建模，确定了高炎症型和低炎症型2种表型，验证了不同表型与临床结局的关系以及不同表型对呼气末正压(PEEP)的治疗反应[22]。与低炎症表型对比，高炎症表型的特征是血浆炎性标志物浓度更高，酸中毒更严重，患休克和肺外器官衰竭的危险性更高，机械通气时间更长，死亡率更高；另ALVEOU组数据确定了PEEP策略对不同表型的死亡率具有显著影响，提示高炎症表型可能对高PEEP通气更有效。随后，为确定高低炎症表型对临床治疗的反应性进行了多项试验，如FACTT(液体管理试验)[23]、HARP-2(辛伐他汀试验)[24]、SAILS(瑞舒伐他汀试验)[25]等，FACTT提示高低炎症表型对液体管理的反应不同，高炎症型组保守性和开放性液体管理的90 d病死率分别为50%和40%，而低炎症型保守性和开放性液体管理的90 d病死率分别为18%和26%，两组差异有统计学意义。HARP-2试验提示在高炎症表型中辛伐他汀可提高28d存活率，并延长非机械通气时间，在低炎症表型中辛伐他汀和安慰剂无明显差异；但SAILS试验中瑞舒伐他汀没有看到生存益处。

2 炎症/无炎症表型 MARS试验利用一组生物标志物确定了两种具有不同死亡率的表型，即炎症型和无炎症型，其中炎症型占了52%，死亡率较高，2种表型可用IL-6、干扰素γ、血管生成素1/2、PAI-1鉴别[7]。

新兴组学

ARDS发病机制复杂，一些新兴的组学如代谢组学、转录组学、基因组学对ARDS的研究也具有重要贡献，同时有望成为潜在的靶向治疗目标。

一、代谢组学

代谢组学是一个新兴的研究领域，通常使用核磁共振和质谱进行低分子量细胞代谢产物分析，可实时检测代谢产物浓度，动态监测疾病变化；由于代谢物处于生物级联的下游，所以对病理状态更加敏感，这将有助于理解病理生理和分子机制，发现有价值的生物标志物及更理想的表型。利用代谢组学技术，Charles R. Evans等人发现 ARDS 患者肺泡灌洗液中尿酸前体代谢物如鸟嘌呤、黄嘌呤、次黄嘌呤及乳酸水平升高，磷脂酰胆碱水平降低，证实了鸟苷代谢途径在肺部被激活，尿酸可诱导急性炎症进一步加重肺损伤[26]。Lieuwe D. J. Bos等人发现ARDS患者呼出气中，辛烷、3-甲基庚烷和乙醛与对照组有明显差异，这些异常代谢物可能与肺氧化应激和炎症反应有关[27]。代谢组学相关的研究相对较少，目前仍有较大的局限性，代谢组学受机体影响因素较大，不易控制，另标本采集过程及检测技术方面的困难仍需克服。

二、微小RNA(microRNA，MiRNA)

MiRNA是非编码的小分子RNA，通过干扰、降解信使RNA(messengerRNA，mRNA)调节基因的表达发挥作用，MiRNA已被证实在多个系统疾病如呼吸系统、心血管系统、神经系统及肿瘤等疾病的病理生理过程中发挥作用。目前MiRNA对ARDS的研究多在细胞和动物模型上进行，不同模型所表达的明显上调或下调的MiRNA种类不同且繁多，未发现明显的规律，但可提示MiRNA参与整个ARDS的过程，对炎症反应和细胞凋亡起着重要作用，并有可能成ARDS潜在的诊断新指标和治疗靶点。寻找和验证ARDS患者的特异性MiRNA或MiRNA组合，有助于理解ARDS的发病机制，寻找潜在的治疗靶点，为临床治疗提供新的证据。

三、基因组学

既往的流行病学发现，即使病人处于相同的生理状态，其发生ARDS的风险、疾病的严重程度和预后均存在差异，有可能与基因异质性、多态性有关。目前基因组学研究已经鉴定出与ARDS的发展有关的基因主要包括血管紧张素转换酶(ACE)、IL-10、TNF、VEGF等多种基因。基因有可能有助于识别ARDS的表型，有潜力成为靶向治疗的目标。

总结 ARDS是异质性综合征，目前暂无特效治疗，早期诊断是有效治疗的前提。ARDS表型的鉴定可为早期诊断提供证据，为精准治疗提供方向，根据氧合指数划分的严重程度分组，及炎症亚型已在一些实验中显示出潜力，未来工作中，需要研究ARDS更多的同质亚组，开发关键生物标志物的实时测试和前瞻性验证，寻找有效的特性异的治疗。