血清标志物在老年慢性阻塞性肺疾病并发肌少症中的作用

王亚林 张静 朱慕云

慢阻肺是一种发病率、 致残率、 致死率高的全身性疾病，其特征是持续的呼吸道症状和气流受限。通常与气道和肺部对有毒颗粒或气体的炎症反应增强有关[1]。肌少症是以骨骼肌质量和功能进行性下降为特征的增龄性疾病，是老年慢阻肺病死率的独立危险因素，还与跌倒、骨折、身体残疾、日常生活活动依赖等不良后果有关[2-3]。

目前许多技术可用于评估骨骼肌质量，利用MRI和CT测量肌肉量是量化肌肉质量的金标准,但这两种方法花费高,CT也有辐射,难以普及[4]。DXA和BIA临床应用较广泛，容易受各种因素影响。总之,目前诊断肌少症的方法应用前景都不够理想。本文就近年来有关慢阻肺合并肌少症的血清标志物作一综述，希望为慢阻肺并发肌少症的早期诊断及指导治疗提供依据。

激素类生物标记物

一、胰岛素样生长因子-1(IGF-1)

IGF-1也被称为生长调节素C，是由骨骼肌再生过程中的卫星细胞产生的，是肌肉生长和随后再生的调节因子。参与磷脂酰肌醇-3-激酶和Akt(或蛋白激酶B)激活的IGF-1信号通路不仅通过刺激蛋白合成途径诱导肌肉肥大，而且通过抑制叉头盒O(FoxO)转录因子阻止肌肉萎缩途径的激活。肌肉特异性表达IGF-1可通过快速调节炎症反应加速损伤肌肉的再生，此外，IGF-1通过加速人类骨骼肌肉储备细胞的招募而触发人肌管肥大[5]。研究发现，慢阻肺急性加重期外周肌无力表现更明显，IGF-I与股四头肌力量成正相关，可能参与慢阻肺患者外周肌无力的发生[6]。在新加坡社区的一个横向研究中，IGF-1水平的降低与脆弱性和肌肉质量的降低并存。在多元回归模型中，女性骨骼肌减少症患者的血清 IGF-1明显低于男性，并且具有明显的预防骨骼肌减少的趋势，IGF-1每增加1 ng/mL，女性骨骼肌减少症的几率就下降1% (P=0.095)[7]。在另一项横向研究研究中，发现60岁以上髋部骨折的妇女患骨骼肌减少症的几率较高，在这些妇女中检测到低血清IGF-1和胰岛素样生长因子结合蛋白-3，表明IGF-1可作为骨骼肌减少症的潜在生物标志物。此外，Chen等将老年肌少症性肥胖患者分成抗阻运动、有氧运动、抗阻联合有氧运动和对照组，在干预第8周和第12周发现，训练组的肌力表现和血清IGF-1水平均显著优于对照组，尤其是抗阻运动组。未来可进一步探讨血清IGF-1能否作为肌少症患者运动干预后病情改善情况的监测指标[8]。

二、生长分化因子-15(GDF-15)

GDF-15是一种应激反应性生长调节剂，属于转化生长因子β(TGFβ)超家族中的一个重要成员。慢阻肺的几个全身特征包括炎症信号增加、氧化应激和缺氧会增加GDF-15的表达。最近的证据表明，GDF-15是一种与肌肉萎缩相关的蛋白质，它的表达可能参与了慢阻肺患者骨骼肌质量的减少。Patel等人评估了GDF-15表达与肌肉质量和运动能力的关系，发现慢阻肺患者与对照组相比，血清值增加，骨骼肌表达增加。特别是，循环GDF-15与股直肌横截面积和运动能力呈负相关，但与体重指数无关。还发现，在小鼠中，GDF-15的过度表达导致局部肌肉萎缩，表明这种生长因子在肌肉萎缩的发展中起着直接作用，这种机制可能与慢阻肺患者的食欲抑制同时发挥作用，导致肌肉萎缩，影响预后[9]。越来越多的证据表明GDF-15明确参与肌肉病理，使其成为一个有前途的肌少症生物标志物。

三、鸢尾素(Irisin)

鸢尾素是一种促肌生成因子，运动后其血清表达增加。循环中的鸢尾素水平与肱二头肌围密切相关，并且在由于肌肉抑制素缺乏而导致肌肉组织增加的小鼠中也有增加。老年人循环中低水平的鸢尾素已经成为肌肉质量和力量的敏感标志物。研究发现，鸢尾素浓度在骨骼肌减少症合并慢阻肺患者中进一步降低，导致其与老年人的肌肉量和力量呈负相关。重要的是，运动可以恢复鸢尾素水平，防止慢阻肺中的肌肉损伤和肺功能障碍[10]。低水平的循环鸢尾素是肌肉无力和萎缩的敏感标志。鸢尾素是一种潜在的肌肉功能障碍的生物标志物，可以帮助预测肌肉减少症的发病，并为监测与年龄相关的肌肉变化提供新的途径[11]。

四、睾酮

从30岁开始，睾酮水平以每年1%的速度下降。大量的研究表明，低剂量睾酮增加了肌肉质量，减少了脂肪质量，高剂量睾酮同时增加了肌肉和力量。在体弱的老年人和心力衰竭患者中，睾酮增加了肌肉力量和步行距离。在体弱的老年人群中，睾酮与蛋白质补充剂联合使用可减少住院时间。低剂量的睾酮会增加蛋白质合成，导致肌肉质量增加。高剂量的睾酮会激活卫星细胞招募，减少脂肪干细胞。睾酮对肌肉细胞的影响绕过WNT系统，这将导致肌肉生成和细胞循环的增加，并减少脂肪生成[12]。

虽然从20世纪40年代开始使用睾酮作为治疗药物，但人们担心它会产生过度的副作用。一项对老年男性睾丸激素对照研究的荟萃分析发现，其死亡率没有增加，它是否会增加心血管事件，特别是在给药后的前3个月，仍然存在争议。目前，在已开发和正在开发的治疗肌肉减少症的药物中，睾酮仍然是最有效和最安全的。鉴于睾酮也可增加骨密度和骨强度[13]，骨质疏松症常与骨骼肌减少症同时存在，临床似乎应更多关注睾酮治疗骨骼肌减少症的潜在作用。

五、胃饥饿素

胃饥饿素是由胃底产生的，它会增加食物摄入量和生长激素。Ghrelin增加了癌症患者的食物摄入量并使肌肉增重。在癌症恶病质患者中，胃饥饿素激动剂anamorelin可增加食物摄入量和肌肉质量，但不增加力量。Capromorelin是一种胃饥饿素受体激动剂，在老年肌少症患者中进行了试验。在一年的治疗结束时，它增加了肌肉重量、双人步行和爬楼梯。MK-0677也可激活ghrelin受体以增加生长激素，对髋关节骨折患者进行了24周的研究。在此期间，它增加了爬楼梯的能力，也减少了摔倒。这种治疗与心力衰竭的增加有关。总的来说，虽然胃饥饿素激动剂会增加食物摄入量和肌肉质量，但它们不太可能对肌少症患者的功能产生显著影响[14]。

六、肌生长抑制素(Myostatin)

肌肉生长抑制素单克隆抗体增加了小鼠肌肉质量。在肌肉萎缩症患者中，肌生长抑制素抗体(MYO-029)可增强肌肉质量，10mg/kg剂量组肌肉纤维直径增加。高剂量的副作用包括荨麻疹和无菌性脑膜炎。另一种肌生长抑制素抗体(AMG745)在前列腺癌雄激素剥夺治疗28天后增加了肌肉质量并减少了脂肪。腹泻、精神错乱和疲劳在服用活性药物的患者中更为常见。LY2495655增加了晚期癌症患者的肌肉体积和握力。在巴塞罗那的肌少症会议上报告了REGN1033(GDF8抗体)对肌肉有良好的效果[15]。

循环介质相关生物标记物

一、血C-末端凝集素片段-22(CAF22)

agrin是运动神经元向突触间隙释放的一种蛋白质，是聚集乙酰胆碱受体所必需的。在多种分解代谢条件下，agrin水解为称为C末端凝集素片段(CAF)的分解产物，触发神经肌肉接头(NMJ)的不稳定。在人的血浆中，发现了一种名为CAF22的agrin小片段，其循环水平与肌少症的NMJ变性和肌肉缺损以及其他由心力衰竭和中风引起的分解代谢状态有关。研究表明，血浆CAF22水平升高可能是骨骼肌减少和其他衰弱状态下肌肉萎缩的潜在标志[16]。还有研究发现，CAF22与血浆肌酸激酶(肌肉损伤标志物)、握力、ASMI(四肢骨骼肌指数)和步行速度显著相关，它可能是评估慢阻肺中肌肉萎缩和无力的有用工具[17]。

二、Dkk-3

Dkk-3是一种分泌型糖蛋白，属于Dickkopf基因家族的一个成员。在分子水平上，Dkk-3通过激活Fbxo32和Trim63抑制Wnt信号传导并导致肌肉损伤。最近的研究结果表明，Dkk-3在骨骼肌和血浆中的表达在年龄相关的肌肉损失中增加。Dkk-3表达和肌肉减少症表型之间存在直接因果关系，因为Dkk-3过度表达的年轻小鼠模拟了早期的肌肉减少症表型[17]。这些结果提示Dkk-3在骨骼肌减少症的诊断和预后方面的意义。

循环Dkk-3水平在衰老和涉及细胞衰老的条件下增加，这意味着它在年龄相关性疾病中发挥作用。研究发现，Dkk-3与握力和ASMI有显著的相关性，Wnt信号在吸烟者和慢性阻塞性肺病患者的气道上皮细胞中被抑制，并且可能导致这些患者血浆Dkk-3水平升高和肌肉损伤。支持这一观点的是，Dkk-3在培养的肌管中过度表达导致加速肌肉萎缩。然而，并非所有类型的肌肉萎缩是Dkk-3依赖。例如，由于饥饿和癌症恶病质引起的萎缩可以独立于Dkk-3激活而发生。因此，Dkk-3可能不能准确预测所有与年龄相关的系统性疾病中加速的骨骼肌减少症表型。例如，Dkk-3在几种癌症中的表达减少，并且与癌症恶病质的肌肉萎缩没有相关性，后者独立于Wnt信号的变化[18]。

三、骨骼肌特异性肌钙蛋白T(sTnT)

肌钙蛋白通常不会在血液中被发现，除了由于正常的肌肉周转或肌肉损伤而产生的微量肌钙蛋白。骨骼肌由多层结缔组织包围和保护，有助于保持肌肉完整性。如果这个屏障被破坏，肌肉的内部成分，特别是sTnT，就会泄漏到血液中。因此，血液中sTnT的存在应该被解释为病理的[19]。由于肌肉减少症、恶病质和一些神经肌肉疾病，表现出运动神经元损伤或死亡，加强肌节的激活和功能的干预措施可能对骨骼肌的表现和身体功能提供好处。因此，认为体育活动可以减少肌节中肌钙蛋白的渗漏。在对社区居住的老年人进行了10周的力量训练后，他们的身体表现有了显著的改善，包括握力的增加。值得注意的是，训练的这种有益效果与血清sTnT水平降低2倍相关，这表明sTnT作为肌肉健康和病理(肌少症)的一种新的生物标志物的使用[20]，为早期发现老年肌少症及评定康复治疗预后提供的新的检测手段。最近，研究了一种新型靶向药物tirasemtiv，从机理上讲，该药物可直接靶向快速收缩骨骼肌纤维中的肌钙蛋白原肌球蛋白调节复合物，使肌节对钙更加敏感，它能有效地放大人体骨骼肌对神经激活的反应[21]。因此，认为它是一种有前景的治疗肌肉减少症的药物。

炎症相关生物标记物

一、C反应蛋白(CRP)

CRP是机体受到感染或组织损伤时在血浆中急剧上升的蛋白质,能激活补体和加强吞噬细胞的吞噬,进而清除入侵机体的病原微生物和损伤、坏死、凋亡的组织细胞。多年来,CRP一直作为感染和炎症的生物标志物应用于临床,虽然特异性不够强,但是它在慢阻肺全身炎症反应中始终保持高水平。多项研究表明,慢阻肺急性加重期血清CRP水平明显升高,与缓解期比较差异有统计学意义,可作为一种判断慢阻肺急性加重的血浆生物标志物,为慢阻肺急性加重提供客观依据。CRP可促进骨骼肌蛋白质的分解代谢，减少蛋白质的合成反应，造成骨骼肌损耗，从而使病人合并肌少症[22]。然而，由于CRP对骨骼肌的非特异性，其循环水平可能反映的是全身性健康而不只是骨骼肌的健康，尚不能较好的反应慢阻肺患者的肌肉衰退。

二、TNF-α

TNF-α是一种炎性细胞因子，由巨噬细胞、淋巴细胞和骨骼肌细胞等不同类型的细胞产生，与各种疾病相关的肌肉萎缩情况有关，可能通过调节卫星细胞的数量或再生能力而导致肌肉减少症，并参与局部和全身炎症反应[22]。卫星细胞是专门的成肌干细胞，位于肌肉纤维基底膜下方，是肌肉再生和生长所必需的。许多促炎细胞因子可通过激活肌肉蛋白水解和抑制蛋白质合成对骨骼肌产生不利影响，这一事实支持全身炎症导致慢阻肺患者骨骼肌功能障碍的观点[24]。实验研究表明，血液中TNF-α水平的升高，通过增强泛素蛋白酶体途径的活性或诱导细胞凋亡来促进肌肉萎缩。此外，TNF-α可能会通过直接损害收缩功能而导致衰弱而不消耗肌肉[25]。

研究发现，hsTNF-α是稳定期慢阻肺患者是否存在肌肉减少症的重要决定因素，(OR 1.99, 95% CI 1.04～3.81)[22]。此外，一项对70～79岁的老年受试者进行5年连续观察和对大于85岁的老年受试者进行4年连续观察的研究表明，血浆TNF-α水平可以预测肌肉力量的下降。其中，TNF-α水平每增加一个标准差，握力(HG)强度降低1.2～1.3 kg[26]。

三、白细胞介素-6(IL-6)

众所周知的促炎细胞因子IL-6是第一个被发现的肌细胞因子。通过I和Ⅱ型纤维以及体外培养的人骨骼肌原代细胞产生的IL-6，都通过肌肉收缩而增加。研究发现，在体育锻炼后，其基础血浆浓度可能会短暂增加100倍，尽管更常见的是不那么剧烈的增加。IL-6可通过抑制蛋白质合成和促进分解而导致肌肉量减少。有学者观察到在老年肌肉减少症病例中循环促炎标志物(如 IL-6 和 TNFα)水平升高，并且这些炎症因子水平升高与肌肉质量和力量降低有关。据报道，炎症细胞因子水平的增加也与老年人肌肉功能衰退有关[27]。研究还发现，慢阻肺患者的肌肉强度和骨骼肌质量指数(SMMI)显示与IL-6水平显著相关。血清IL-6作为一种潜在的骨骼肌减少生物标志物已被多个群体所重视，但尚未得到统计学验证[28]。

氧化应激类标记物

一、总自由基捕获抗氧化参数和晚期氧化蛋白产物(TRAP和AOPP)

TRAP和AOPP是临床结果相关性最高的氧化应激(OS)生物标志物(R从0.31到0.80)。AOPP与肌肉质量(FFMI: r =0.43; SMMI:r=0.51)和肌力(HGS:r=0.5，MIP:r=0.6，MEP:r=0.46)呈正相关关系的一个可能解释是，肌肉质量和肌力越高，意味着越多的蛋白质底物被氧化，换句话说，血液中低蛋白水平(与低蛋白氧化有关)与肌肉功能下降有关。 TRAP与肌肉质量高度相关，与其他结果相结合解释了80%的FFMI(去脂肪体重指数)，肌肉质量的标志。患有肌少症的慢阻肺患者血清TRAP和AOPP水平降低，二者是鉴别慢阻肺中肌肉减少症患者的较高灵敏度和特异度的生物标志物[29]。特定的生物标志物和生物学途径的知识将有助于了解不同治疗在这一领域的反应。此外，目前的结果可能有助于开发未来的抗氧化药物或膳食补充剂对慢阻肺患者肌肉减少症的干预。

二、活性氧(ROS)

氧化应激是由于内源性抗氧化防御功能受损和/或活性氧类(ROS)增多而导致的。研究表明，ROS 的增加可导致骨骼肌Ⅱ型纤维发生凋亡，并可激活泛素—蛋白酶体系统导致肌肉蛋白的分解。此外，ROS的增多还与神经肌肉接头结构、兴奋收缩耦连以及横桥周期等肌纤维运动相关结构的变化相关，并可能导致肌少症的发生[30]。氧化应激在慢阻肺中的持续存在来源于中性粒细胞和巨噬细胞以及肺上皮细胞的激活。事实上，慢阻肺患者的肺上皮细胞从线粒体呼吸产生氧化应激。细胞内活性氧的其他来源包括细胞质内ROS生成酶，如膜结合的NADPH氧化酶(NOX)和黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶系统，以及血红素过氧化物酶，它们的水平在慢阻肺患者气道的支气管灌洗液和炎症细胞中升高[31]。慢阻肺患者的骨骼肌氧化应激也增加，可能导致肌肉无力。需要探索能够减缓患者骨骼肌氧化应激的干预方法，如N-乙酰半胱氨酸、膳食抗氧化剂、抗阻运动等[32]。

其 他

一、肌酐与胱抑素C比值(Cr/CysC)

肌酐(SCr)是磷酸肌酸的一种代谢产物，这是一种存储在骨骼肌中的能量物质，在正常人体内它是以恒定的速率产生的。肌肉质量的减少可以降低SCr水平，相反，随着肌肉质量的增加，SCr可能会假性增加[33]。胱抑素C(CysC)是一种由体内有核细胞产生的碱性非糖化蛋白，无组织学特异性，在机体内产生恒定，不受年龄、性别、饮食和肌肉容积等因素的影响，CysC水平升高可能与慢阻肺患者肺功能下降和炎症反应有关[34]。肾脏是清除循环中CysC的唯一脏器，血清CysC浓度主要由GFR决定。研究发现，血清 Cr/CysC 比值是预测慢阻肺患者肌肉减少症的有用预测指标，它的统计临界值为 0.71，Cr/CysC<0.71 是需要住院治疗的严重急性加重的独立危险因素[35]。

二、维生素D

最近的一项多中心研究表明，乳清蛋白与维生素D一起可以增加肌肉质量和爬楼梯的次数。有证据表明，运动和蛋白质的协同作用可以增强肌肉功能。补充维生素D可增加肌肉力量，但不增加肌肉质量。维生素D对老年人和维生素D水平低的人更有效，它还能减少缺乏维生素D的人的跌倒[36]。

小 结

肌少症作为慢阻肺的常见并发症之一，其发生率高，严重影响患者的生活质量及预后，对医疗保健系统构成了重大负担，因此对慢阻肺患者中肌少症的早期识别、诊断、预防及治疗尤为重要。近年来，关于慢阻肺合并肌少症的血生物标志物的相关研究已经获得了一定进展，但仍需进一步探讨及验证它们的有效性及临床价值，同时积极寻找新的高效的标志物仍是未来研究的方向。