半胱氨酸蛋白酶抑制剂C 在呼吸系统疾病中的研究进展

朱秋艳， 薛 岑

（1. 贵州医科大学临床医学院，贵州 贵阳 550025；2. 贵州医科大学附属医院呼吸与危重症医学科，贵州 贵阳 550004）

半胱氨酸蛋白酶抑制剂C(cystatin C, Cys C)是非糖基化碱性蛋白，由CST3 基因编码，在所有有核细胞中表达，pH值呈碱性，体积小，在肾小球被自由过滤，可被重新吸收和完全分解，不受年龄、性别、蛋白摄入等影响，使CysC 成为计算肾小球滤过率的理想指标。CysC 可通过炎症细胞，特别是肺泡巨噬细胞分泌到血流中。 作为体内最主要且广泛的蛋白酶抑制剂， 可抑制多种组织蛋白酶 (cathepsin, Cat)活性，如 CatB、CatK、CatL。 正常生理状态下，蛋白酶-抗蛋白酶保持平衡，平衡被破坏就会出现病理性损伤。 CysC 与心血管疾病、神经退行性疾病、肾脏病等密切相关。 近年，CysC 在肺部疾病的研究成为热点， 本文对血清CysC 在肺部常见疾病中的潜在价值进行综述。

CysC 与慢性阻塞性肺疾病

慢性阻塞性肺疾病 (chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一种持续气流受限的异质性疾病。COPD 发病率逐年上升。至2060 年，预计约540 万人死于COPD[1]。近年来， 多项研究表明血清CysC 在COPD 患者中显著升高，可能是评估COPD 病情、预后等的新指标。

Telo 等[2]的研究结果示，与健康对照组相比，COPD 的血清CysC 水平显著升高。 在COPD 稳定期组中，血清CysC 与第1 秒用力呼气量 (forced expiratory volume in first second，FEV1)呈显著负相关。 COPD 急性加重期(acute exacerbation of COPD，AECOPD)及稳定期 CysC 均与 C 反应蛋白(C reactive protein，CRP)呈正相关。 表明血清 CysC 与 COPD 肺功能损害及肺部炎症严重程度相关，提示血清CysC 可能是反映COPD 严重程度的标志物。 一项荟萃分析[3]显示，血清CysC 水平与 COPD 及 COPD 加重相关， 与 FEV1实测值/预计值(FEV1%pre)及FEV1占用力肺活量(forced vital capacity，FVC)百分比(FEV1/FVC%)呈负相关，且血清 CysC 水平与种族、检测方法和研究设计无关。 Formiga 等[4]研究轻度到重度气流阻塞的男性COPD 患者， 予以最大吸气压(maximum inspiratory pressure，MIP)和持续MIP 测量呼吸肌功能，发现MIP 与CRP、血清淀粉样蛋白 A(serum amyloid A protein，SAA)和血清 CysC 呈负相关，MIP 与 SAA、CysC 呈负相关。 COPD 患者呼吸肌功能降低可导致呼吸困难等症状加重，继而病情加重，此研究中CysC 与COPD 的呼吸肌功能呈负相关，间接反映血清CysC 升高与COPD 病情严重程度相关。 赖雯等[5]研究 202 例 AECOPD 患者，按 1 年中急性加重事件的发生频率，分为频繁加重组(加重次数≥2 次)和非频繁加重组(加重次数＜2 次)，Cys C=0.775 mg/L 是区分AECOPD 患者频繁加重与否的最佳临界值，其特异度、灵敏度及受试者操作特征曲线下面积 (area under the curve，AUC)分别为 70.7%、66.3%、0.707。

近年， 血清肌酐 (creatinine,Cr) 与血清CysC 比值(Cr/CysC)又称肌少症指数(sarcopenia index，SI)，作为骨骼肌质量标志物成为研究热点， 而越来越多的研究表明SI 可能与COPD 预后有关。 Amado 等[6]前瞻性研究门诊稳定期COPD患者发现，COPD 自我评估测试评分≥10 分、 加重风险高的COPD 患者 SI 较低， 且 SI 与 FEV1、6 min 步行距离试验、无脂肪质量指数具有相关性， 故低SI 可作为门诊稳定期COPD 患者随访1 年间住院的独立预测因子 [风险比(hazard ratio，HR)=5.16, P=0.025]。 Hirai 等[7]研究门诊男性 COPD 患者，发现SI＜0.71 时AECOPD 及需要住院的风险增加。综上，SI 偏低与AECOPD 及住院风险相关，而SI 偏低与血清CysC升高可能有关，故较高水平血清CysC 可能与AECOPD 及住院风险相关。Hu 等[8]研究发现血清CysC＞1.59 mg/L AECOPD院内死亡的独立危险因素。

崔顺顺等[9]研究发现，与肺动脉压正常患者相比，COPD伴肺动脉高压患者血清CysC 明显升高， 且血清CysC 与肺动脉压呈显著正相关，CysC=1.245 mg/L 时，诊断肺动脉高压的AUC 为0.804，特异度为 79.3%，灵敏度为 49.2%。 血清CysC 可能是评估COPD 所致肺动脉高压严重程度的潜在标志物。 陈玉群等[10]研究COPD 合并呼吸衰竭患者， 发现CysC＞1.03 mg/L 时，COPD 合并呼吸衰竭随访 6 个月的病死率27.42%，血清CysC≤1.03 mg/L 时，随访6 个月的病死率为2.86%， 血清CysC 可能与COPD 合并呼吸衰竭的短期不良预后有关。邓正旭等[11]研究发现COPD 合并慢性肺源性心脏病 (chronic cor pulmonale，CCP) 组血清 CysC 高于COPD无 CCP 组， 血清 CysC 诊断 CCP 的 AUC 为 0.602，Cys C 对COPD 合并CCP 的诊疗具有一定的指导意义。

慢性肾脏疾病 (chronic kidney disease，CKD) 是COPD患者中发生率较高的共病。 Yoshizawa 等[12]研究结果表明，使用基于血清Cr 估算的肾小球滤过率 (estimated glomerular filtration rate, eGFR)(eGFR Cr)时，COPD 组与非 COPD 组无差异，但使用基于血清CysC 的 eGFR(eGFRCys)时，COPD组显著降低。使用eGFRCr 和eGFRCysC 评估时，COPD 组的CKD 患病率为31%和 53%，eGFRCys 更适合作为 COPD 早期肾功能下降的指标。Chen 等[13]研究发现血清CysC=1.3 mg/L 时， 诊断AECOPD 患者医院获得性急性肾损伤(hospitalacquired acute kidney injury，HA-AKI)的灵敏度为 73.5%，特异度为 75.9%(AUC=0.803，95%CI：0.747～0.859)， 提示血清CysC 是预测AECOPD 患者HA-AKI 的潜在生物标志物。

综上所述，血清CysC 升高与COPD 的严重程度、恶化、预后、合并症、肾损害等有关，具有一定的临床价值。 血清CysC 在COPD 患者中升高的可能机制： ①缺氧导致巨噬细胞等炎症细胞受损，有蛋白酶活性的细胞因子被释放，抗蛋白酶系统被激活，导致血清CysC 代偿性增高。 ②有害因素如吸烟，可激活中性粒细胞，导致肺泡巨噬细胞活性增加且被激活，并释放蛋白酶、抗蛋白酶。 ③缺氧可兴奋交感神经，激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统， 导致全身小血管收缩，减少肾小球血流进入主动脉， 有效降低肾小球滤过率,导致血清 CysC 水平升高[3]。 ④炎性因子如 CRP、血清淀粉样蛋白 A(serum amyloid A protein，SAA)与血清 CysC显著相关，提示血清CysC 升高与COPD 的肺部炎症反应有 关[4，8]。

CysC 与阻塞性睡眠呼吸暂停综合征

阻塞性睡眠呼吸暂停综合征 (obstructive sleep apnea syndrome，OSAS)是一种发生在睡眠过程中，反复出现上呼吸道部分或完全塌陷，导致呼吸不足或呼吸暂停，持续时间大于10 s， 并伴有皮层觉醒、 血氧饱和度下降的综合征[14]。Voulgaris 等[15]将无共病伴有OSAS 症状患者，按呼吸暂停低通气指数分为OSAS 组和对照组，OSAS 组血清CysC 明显高于对照组。 调整混杂因素后，血清CysC 与血氧饱和度下降指数、平均和最低睡眠血红蛋白氧饱和度、睡眠血红蛋白氧饱和度＜90%的时间百分比相关， 血清CysC 升高与睡眠时缺氧指数相关，表明血清CysC 升高与OSAS 病情的严重程度相关。 Chuang 等[16]研究也有类似发现，血清CysC可能是反映OSAS 严重程度的指标。 Chen 等[17]研究发现超敏CRP 和血氧饱和度下降指数对血清CysC 有显著预测作用，提示血清CysC 升高可能与OSAS 患者的缺氧、炎症反应有关。

一项荟萃分析[18]中，与健康对照组相比，轻度、中度和重度OSAS 患者的血清CysC 水平显著升高，eGFR 显著降低。无论是否患有高血压和糖尿病， 血清CysC 水平与OSAS 的严重程度呈正相关。 OSAS 与早期肾损害的高风险相关，OSAS 患者患CKD 的风险也增加，OSAS 合并高血压和(或)糖尿病的患者可能患有严重肾损害。 Nowiński 等[19]研究发现eGFRCr 可能低估了CKD 的发生率，体质量指数(body mass index，BMI)超过 30 kg/m2的 OSAS 患者需要使用 eGFRCysC进行评估。 Zhang 等[20]研究持续气道正压通气(continuous positive airway pressure，CPAP)治疗 OSAS 时，可以降低严重OSAS 患者的CysC 水平，并可能预防潜在的肾损害。

目前国内外研究表明血清CysC 是判断OSAS 的疾病严重程度、早期肾损害的潜在指标，由于血清CysC 与OSA 的研究较少，且CysC 对OSA 预后的价值目前尚无研究，故需要更多大样本、 高质量研究来阐明CysC 在OSA 中的价值,从而为OSA 的防治、诊疗及预后判断提供新策略。

CysC 与肺纤维化

肺纤维化(pulmonary fibrosis，PF)与过度的细胞外基质沉积和肺实质结构衰竭相关，且纤维化呈进行性、不可逆，目前尚不能治愈。 近年研究发现蛋白酶和抗蛋白酶活性的平衡是PF 发病机制之一[21]。 Cat 可以消化PF 沉积的细胞外基质蛋白，似乎可缓解 PF 进展，而Kasabova 等[22]研究发现CatB 触发转化生长因子 (transforming growth factor，TGF)β信号通路 1(TGF-β1)，TGF-β1 上调 CysC 的分泌，抑制细胞外Cat 的胶原溶解活性，促进肌纤维形成。 另外，Kasabova等[23]在博来霉素诱导的小鼠PF 模型中发现支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)和肺组织裂解液中的CysC 水平均未受影响， 而CatB 在小鼠肺中的水平明显升高。以上研究显示Cat 对PF 既有促进也有抑制作用，有待大量研究进一步明确机制。 CysC 对PF 的作用机制也存在争议，Zhang 等[24]研究证明了姜黄素是有效的抗纤维化化合物，可增加肺CatK 和CatL 的表达， 影响肺成纤维细胞增殖、迁移和凋亡等行为，并影响TGF-β1 在小鼠肺和人肺成纤维细胞-1 中的表达。Cat 诱导药物姜黄素可能对PF 的治疗有益。Saidi 等[25]进一步研究了姜黄素对PF 的信号通路和分子机制的影响， 发现可抑制TGF-β1 依赖的人肺成纤维细胞CCD-19Lu 的分化，α-平滑肌肌动蛋白的表达下调，可溶性和不可溶性胶原水平降低到与未分化成纤维细胞相似的水平。姜黄素通过降低CysC 的分泌量，并上调CatB 和CatL 的mRNA 和蛋白表达水平，促进Cat/CysC 平衡的恢复，此研究中发现降低 CysC 水平似乎对PF 有益。 而 Kim 等[26]研究发现CysC 通过拮抗TGF-Smad 通路来抑制肺成纤维细胞的生长和激活，表明CysC 是防止成纤维细胞过度增殖和激活的调节因子。 目前关于CysC 与PF 相关的研究尚少，CysC 在PF 发生发展的过程中是促进还是抑制作用尚存在争议，其参与PF 发病的机制需进一步深入的研究， 从而为PF 的临床诊疗研究提供新的方向。

CysC 与社区获得性肺炎

社区获得性肺炎(community-acquired pneumonia，CAP)指在院外罹患的感染性肺实质炎症， 是常见的下呼吸道感染疾病。 Lee 等[27]研究初次住院的CAP 患者，发现与健康对照组相比，CAP 患者的血清CysC 显著升高， 与肺炎严重度指数评分等相关，血清CysC 可能是反映CAP 严重程度的指标。 卞韬等[28]研究显示 CysC 为 0.975 mmol/L 时，评估 CAP严重程度的灵敏度为95.8%，特异度为85.1%。杨婷等[29]研究发现血清CysC 不仅可反映CAP 严重程度， 还可预测CAP住院死亡率。血清CysC 为1.18 mg/L 时，预测CAP 患者住院死亡率的灵敏度为 68.18%, 特异度为 81.17%，AUC 为0.793。 芦烨等[30]研究住院的 CAP 患者，发现血清 CysC 诊断中高 危 CAP 截断值为 1.165 mg/L (AUC=0.853，95%CI：0.765～0.911，P＜0.001)， 可能是中高危 CAP 的独立危险因素。 张雨婷等[31]回顾性研究CAP 患者，按病情分为重症肺炎组和非重症肺炎组，发现重症肺炎组CysC 高于非重症肺炎组， 且Logistic 回归分析示血清CysC 是CAP 重症肺炎的独立危险因素。CAP 伴发AKI 患者血清CysC 水平明显高于未伴发AKI 者，且随着AKI 分期增加其水平明显升高，可作为诊断CAP 伴发AKI 的有效指标[32]。

以上研究表明， 血浆CysC 可作为CAP 患者的诊断、病情严重程度评估、判断预后及合并肾损伤的指标。 在临床工作中值得进一步深入研究，使其更好地发挥作用。

CysC 与呼吸窘迫综合征

呼吸窘迫综合征 (respiratory distress syndrome，RDS)是一种急性呼吸衰竭综合征，发病急骤、死亡率高。 特点为逐渐加重的呼吸窘迫以及难治性低氧血症。 早产儿是发生RDS 的高危人群。 Abdelaal 等[33]研究患有 RDS 的早产儿，其中40%合并AKI，以健康早产儿为对照组，发现在出生第3 天，RDS 合并 AKI 组血清 CysC 显著高于 RDS 无 AKI 组和对照组。 出生第 3～7 天，RDS 合并 AKI 组血清 CysC 水平显著升高。 血清CysC 以最佳截断值≥1.28 mg/L 为限，预测合并RDS 早产儿出生3 d 内发生AKI 的灵敏度为100%，特异度为83.3%。 研究得出结论血清CysC 是患有RDS 早产儿早期AKI 良好的预测指标， 这种预测能力早于且优于Cr。El-Gammacy 等[34]研究也有类似发现，血清 CysC(出生第3 天测定) 可早于Cr 和肾小球滤过率预测RDS 早产儿的AKI，血清CysC 可作为RDS 早产儿发生AKI 的优秀预测因子。 AKI 是RDS 是最常见的凶险并发症,病死率高，故早期发现AKI 对患者具有很大的意义， 血清CysC 可早于Cr 等其他指标预测AKI 的发生，故临床上诊治RDS 时应高度重视血清 CysC。 另外，Hendrickson 等[35]研究 919 例成人急性RDS(acute RDS，ARDS)患者的血清CysC，发现与存活 60 d患者相比，死亡患者的血清CysC 显著升高，ARDS 病程早期血清CysC 升高与60 d 病死率呈显著相关， 血清CysC 可能是成人ARDS 早期不良预后的潜在生物标志物。

目前 CysC 与RDS 的研究较多局限于合并症 AKI，而CysC 与RDS 的病情进展及预后等研究较少，有待更多的临床研究探讨血清CysC 在RDS 中的价值。

CysC 与肺栓塞

肺栓塞(pulmonary embolism，PE)是肺动脉主干、分支被各种栓子堵塞，引起肺循环障碍的综合征。 起病急、病死率高。Kostrubiec 等[36]研究急性PE 患者30 d 内死亡情况，发现血清 CysC＞1.9 mg/L 时急性 PE 死亡风险增加(HR=4.7，95%CI:1.56～13.9, P＜0.01)， 血清 CysC 升高与急性 PE 患者 30 d不良预后有关， 提出血清CysC 可能是急性PE 患者不良预后预测指标的结论。 Tutar 等[37]研究发现肾功能正常的急性PE 组血清CysC 水平明显高于健康对照组，血清CysC 临界值上限为11.5 mg/L 时，诊断急性PE 的特异度为93.3%，灵敏度为46.0%。 在多变量模型中，血清CysC 与急性PE 显著相关[优势比(odds ratio，OR)=12.34，95%CI：2.64～57.75]，推测血清CysC 可能是肾功能正常的急性PE 患者潜在诊断指标。 以上研究表明血清CysC 可能是PE 患者潜在的诊断及评估预后指标。 目前关于PE 与血清CysC 之间的相关性研究很少,具体机制有待于更多临床研究明确。

CysC 与肺癌

肺癌是常见的恶性肿瘤，近年来研究发现血清CysC 在肿瘤细胞和组织中广泛表达，如肺癌、胃肠肿瘤、乳腺癌等恶性疾病。 在肿瘤生长过程中，血清CysC 既有促进作用，也有抑制作用[38-39]。

Naumnik 等[40]研究发现晚期非小细胞肺癌(small cell lung carcinoma，SCLC)患者的血清CysC 明显高于健康对照组，血清CysC 与肺癌的组织学类型和分期无相关性。Ohara 等[41]回顾性研究发现晚期和非晚期肺癌患者血清CysC 水平无显著差异，与 Naumnik 等[40]研究一致。Zhang 等[42]研究发现肺癌患者血清CysC 明显高于健康人， 且与TNM (tumor node metastasis)分期呈正相关。 目前血清CysC 与肺癌分期有无相关性存在争议，还需更多研究明确。 杨燕君等[43]研究发现SCLC 的血清CysC 明显高于健康人。 与无淋巴结转移患者相比，有淋巴结转移患者的血清CysC 明显升高，血清CysC在肺癌诊断及淋巴结转移有一定的指导意义， 但与肺癌病理特征无关，与 Zhang 等[42]研究一致。 Wang 等[44]研究以血清CysC 0.775 mg/L 为界限， 将 SCLC 患者分为高 CysC 组和低CysC 组， 结果示化疗前高CysC 组平均无进展生存期(5.70个月比 8.57 个月，P＜0.001) 和总生存时间 (14.67 个月比19.57 个月，P＜0.001) 明显短于低 CysC 组， 高 CysC 水平的SCLC 患者无进展生存期、总生存时间较短，预后较差，提示化疗前高CysC 水平可能预示SCLC 的快速进展和不良预后。 血清CysC 对化疗后肺癌患者肾脏早期功能损伤有较好的诊断作用,是肾脏早期功能损伤的理想检测指标,优于传统肾功能检测项目血清Cr 和尿素[45]。

血清CysC 可能通过以下机制参与肿瘤的侵袭和转移[38-39]：①CysC 调节由恶性细胞产生Cat 的活性，导致CysC和Cat 之间的平衡改变，Cat 部分活性增加，可促进肿瘤细胞的生长和扩散；②CysC 参与许多导致癌症进展的信号通路，包括抑制促分裂原活化的蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase，MAPK)/胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，Erk)1/2 信号通路， 抑制 TGF-β 信号通路等，调节肿瘤的侵袭、迁移、转移、上皮-间质转化。

目前血清CysC 与肺癌组织学类型和分期的相关研究少且存在争议，有待更大样本量的高质量研究进一步证实，以实现对肺癌患者的早发现、早诊断、早治疗，并改善肺癌患者的预后。 此外，血清CysC 不仅与肺癌的转移与侵袭中的机制有关， 还是肺癌化疗前后评估病情及预后的生物标志物。 在这些研究的基础上，进一步研究CysC 能为肺癌的临床诊疗研究提供新的方向。

CysC 与呼吸系统疾病的关系已受到国内外学者的高度重视，通过众多研究发现，血清CysC 对各类肺部疾病的病情评估、诊断、预后等具有重要意义。 目前CysC 在呼吸系统疾病中的机制还需大样本、 多中心、 前瞻性研究进一步明确。 与此同时，CysC 因其独特的生物学特点，在反映肾小球滤过率和评估早期肾损伤方面有重要的价值与优势， 因此在呼吸系统疾病中血清CysC 水平升高，不仅要考虑肾脏损伤的问题， 还应该考虑呼吸系统疾病的发生发展或者肾脏损伤与呼吸系统疾病并存的情况， 在这些疾病中血清CysC理想界值的确定还有待更多的临床研究明确。 血清CysC 的检测具有便捷、廉价、可重复性强等特点，临床应用价值高。应充分关注呼吸系统疾病患者血清CysC 水平的变化，早期评估患者的病情，及时进行诊疗及预后评估。