脓毒症相关性急性呼吸窘迫综合征新型生物标志物的研究进展

陈明霞 王恺 张汝敏

脓毒症可通过严重感染导致急性肺损伤，进而发展为急性呼吸窘迫综合征（Acute respiratory distress syndrome，ARDS）。据统计，在ARDS 的发病原因中，因脓毒症导致肺部损伤，进而诱发ARDS的患者占25%～50%。目前临床上针对ARDS 患者主要采取肺保护性通气、限制性液体管理及体外膜肺氧合等手段治疗，但病死率仍较高，究其原因是其发病机制极为复杂，不同ARDS 患者之间存在高度异质性[1]。研究发现，其病理生理机制涉及多种生物标志物，本研究主要就近年来针对脓毒症相关性ARDS 的多项研究中所发现的一些新型生物标志物，如内皮细胞特异性分子-1、NOD 样受体热蛋白结构域相关蛋白3、多配体蛋白聚糖-1、脂质运载蛋白-2、自噬相关蛋白、高迁移率族蛋白 B1 以及多种微小核糖核酸等进行简要阐述。

1 ARDS

ARDS 是由非心源性因素引起的严重急性肺损伤，主要病因包括重症肺炎、脓毒症、急性胰腺炎、严重创伤等因素，其临床特征主要为进行性加重的呼吸困难及顽固性低氧血症等，为ICU 常见的致死性疾病之一，病死率高达27%～45%。据2012 年ARDS 柏林定义诊断标准，ARDS 临床诊断的影像学表现为双肺致密影，但该影像学特征不能解释为肺积液、肺不张、肺结节等，同时患者氧合指数（Arterial oxygen tension/inspired oxygen fraction，PaO2/FiO2）≤300mmHg，结合患者的氧合指数水平可将患者分为轻度、中度和重度ARDS。由于不同程度ARDS患者呈高度异质性，其诊断需要基于临床表现、实验室检测和影像学结果进行综合分析，同时疗效判断和预后评估也受到影响[2，3]。而联合检测多种生物标志物并针对其特异性和敏感性建立相应数据库对脓毒症相关性ARDS 进行风险预测、早期诊断、疗效判断和预后评估等是目前研究热点。

2 脓毒症相关性ARDS 的生物标志物

2.1 微小核糖核酸（MicroRNA，miRNA）microRNA是一种高度保守的由18～25 个核苷酸组成的非编码RNA，可间接调节基因表达。多项研究证实其在脓毒症相关性ARDS 进程中发挥重要作用[4～6]。

2.1.1 微小核糖核酸-126（MicroRNA-126，miR-126）miR-126 由表皮生长因子样结构域7 基因上的第七内含子编码，可在心肌、血管内皮和肺等多种组织细胞中表达。近年来，miR-126 已被应用于免疫调控、炎症调控等方面，循环miR-126 可能辅助预测脓毒症患者中 ARDS 发生风险，其机制可能是miR-126 通过调控细胞或炎性因子表达直接致肺损伤并最终致ARDS 发生，或者通过促进炎症发生，加重脓毒症进展，进而间接致肺受损和ARDS 发生[7]。有研究[8]发现，与非脓毒症相关性ARDS 患者相比，脓毒症相关性ARDS 患者中血浆miR-126 显著升高，且其表达水平与机体炎症水平和病情严重程度均呈正相关。但相关研究的样本量较少，实验结果可能存在误差和偏倚，因此需要更多的相关研究数据来证实。

2.1.2 微小核糖核酸-424（MicroRNA-424，miR-424）有报道[9，10]miR-424 升高可抑制淋巴细胞、中性粒细胞等的炎症反应，通过靶向成纤维细胞生长因子2调节由脂多糖诱导的肺泡上皮细胞中白细胞介素-8（Interleukin-8，IL-8）的表达，还可由核因子κB（Nuclear factor kappa-B，NF-κB）途径调节肺泡上皮细胞的炎症反应及凋亡。程东良等[11]研究发现miR-424 在脓毒症相关性ARDS 组中呈低表达，且其表达量与白蛋白、小儿危重症评分（Pediatric critical illness score，PCIS）、PaO2/FiO2值均呈正相关，而与白细胞介素-6（Interleukin-6，IL-6）、IL-8、C-反应蛋白（C-reactive protein，CRP）均呈负相关，miR-424 在ARDS 死亡组低表达且miR-424 是脓毒症合并ARDS 组患者死亡的独立危险因素。但本研究尚处于起步阶段，仍需更多临床研究验证miR-424 在脓毒症并ARDS 中的作用。

2.1.3 微小核糖核酸-146α（MicroRNA-146α，miR-146α）Zeng 等[12]研究指出，miR-146α 可减少肺部炎症因子如细胞间黏附分子（Intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1）、IL-1、IL-6 等的释放，减轻患者肺部炎症反应，主要机制是通过抑制肿瘤坏死因子受体相关因子-6（TNF receptorassociated factor-6，TRAF-6）及IL-1 受体关联激酶（Interleukin receptor associated kinase-1，IRAK-1）的表达而阻断TLRs/NF-κB 信号通路，最终对Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）信号通路起负性调控作用。且张建国等[13]发现在脓毒症相关性ARDS 小鼠肺组织中miR-146α 的表达水平上升，抑制了由脓毒症刺激引起的TNF-α 的释放，由脓毒症所致炎症反应及肺组织损伤因此减轻。故miRNA-146α 有望成为诊断和辅助治疗脓毒症相关性ARDS 的新型生物标记物，但仍需大量基础和临床研究证实其临床意义。

2.2 血管紧张素转化酶2（Angiotensin converting enzyme2，ACE-2）ACE-2 是一种含两个结构域的Ⅰ型跨膜糖蛋白。研究[14]表明，ACE-2 基因序列在人体肺部中的表达主要集中于肺泡Ⅱ型上皮，肺组织中的ACE-2 是调节肺组织炎症的重要蛋白，ACE/ACE-2 的表达失衡或功能障碍，则可能会诱发或加重ARDS，其可能机制是：①ACE-2/血管紧张素1-7（Angiotension 1-7，Ang1-7）/Mas 受 体（Mas receptor，MasR）轴信号通路激活后会导致肺内局部血管紧张素Ⅱ（Angiopoietin-Ⅱ，Ang-Ⅱ）水平上升，造成肺气血屏障受损，而当Ang-Ⅱ被大量水解后可发挥对ARDS 的保护性作用；②RAS 系统中各组分可由免疫细胞自身合成和分泌，而ACE-2 存在于免疫细胞表面，ACE-2 及其RAS 轴可通过改变免疫细胞对ARDS 产生影响。

研究[15]表明，ACE-2 能发挥肺保护性作用，与其阻止活性氧（Reactive oxygen species，ROS）产生降低促炎细胞因子表达有关。Khan 等[16]研究表明，ARDS 患者通过重组ACE-2 治疗后，其炎性反应显著降低，肺损伤得到显著改善。王刘洋等[17]认为ACE-2 及其RAS 轴已被证实能够在局部免疫反应和细胞因子释放中起调节作用，因此非经典的RAS系统中整个系统的激活，或系统中ACE-2 表达或活性增加，都可能成为治疗脓毒症相关性ARDS 的潜在靶点。通过检测脓毒症患者ACE-2 活性、浓度方面的差异，或比较脓毒症患者ACE/ACE-2 的比值，来探索ACE-2 与脓毒症相关性ARDS 的关系和ACE-2 在靶向治疗层面的作用机制，将是治疗脓毒症相关性ARDS 的研究方向。

2.3 自噬相关蛋白自噬是一种细胞内降解途径，细胞由此可回收细胞质并降解相关细胞器，细胞自噬可通过参与调控机体炎症反应从而维持内环境稳态[18，19]。有动物研究[20]指出，自噬在感染性损伤后会短暂性升高，之后其表达及活性水平又会受到显著抑制。研究显示[21，22]，表观遗传学机制包括基因甲基化、组蛋白修饰、micro-RNA 等参与调控自噬，深入研究表观遗传学在自噬调控方面的意义将利于发现针对脓毒症相关性 ARDS 患者新的治疗策略。何子纯等[23]研究指出，脓毒症并发ARDS患者炎症指标显著升高，而体内自噬水平显著降低，提示脓毒症相关性ARDS 患者体内自噬处于抑制状态，且死亡组患者体内自噬水平显著低于存活组，结果显示自噬相关蛋白对脓毒症相关性ARDS患者预后评估的特异性及敏感性较高。但该研究存在漏诊可能，且为单中心小样本量研究，其结果可能存在偏倚。故自噬相关蛋白在脓毒症相关性ARDS 中的作用还有待大量研究证实。

2.4 NOD 样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NOD-like receptor family pyrin domain-containing protein 3，NLRP3）研究表明，由NLRP3、半胱天冬酶-1 前体（Pro-cysteinyl aspartate specific proteinase-1，procaspase-1）以及凋亡相关斑点样蛋白（Apoptosisassociated speck-like protein containing a CARD，ASC）组成的炎症小体是一种存在于细胞质中的多蛋白复合物，可参与机体固有免疫反应[24]。TXNIP又称硫氧还蛋白结合蛋白2（Thioredoxin-binding protein 2，TEP-2）/维生素D3 上调蛋白1（Vita-min D3 upregulated protein-1，VDUP-1），其可抑制TRX介导氧化应激反应，从而影响NLRP3 炎症小体激活[25]。研究[26]报道，炎症刺激因子会引起患者机体产生ROS，并使TXNIP 与硫氧还蛋白（Thioredoxin，TRX）分离，分离后的TXNIP 会与NLRP3结合并形成NLRP3 炎症小体，NLRP3 炎症小体会激活Caspase-1 从而引发ARDS。黄钟等[27]研究发现，脓毒症相关性ARDS 患者外周血NLRP3 含量提升，且会伴随炎症的减弱其含量水平也有所降低，证实NLRP3 炎症小体与脓毒症相关性ARDS的严重程度呈正相关。该研究为研制抑制TXNIP和NLRP3 的药物从而治疗脓毒症相关性ARDS 提供可能。

2.5 脂质运载蛋白-2（Lipocalin-2，LCN-2）LCN-2是一种脂肪细胞因子，可诱导白细胞内颗粒释放，在免疫应答和炎症趋化中具有重要作用。中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白受体（Neutrophil gelatinase-associated lipocalin receptor，NGALR）作 为LCN-2 的受体，其结合LCN-2 后可促使细胞异常增殖或表型转化[28～31]。有研究[32～35]发现脓毒症相关性ARDS 死亡患者外周血中LCN-2、NGALR水平均异常升高，说明LCN-2 可对脓毒症相关性ARDS 患者进行辅助诊断和预后评估，外周血中LCN-2、NGALR 水平可成为预测患者死亡的敏感指标。另有研究[30，33]发现，伴随脓毒症相关性ARDS 患者病情进展，大量LCN-2 被释放，促进基质降解及炎症反应；另外在肺泡上皮细胞发生炎症反应时，LCN-2 可能被当成炎症刺激感受器，而对患者造成急性肺损伤。这充分提示LCN-2 在脓毒症相关性ARDS 发生发展过程中的重要作用，但其具体机制还有待进一步研究。

2.6 多配体蛋白聚糖-1（Syndecan-1，SDC-1）血管内皮糖萼（Vascular endothelial glycocalyx，VEG）是一种蛋白质-多糖复合物，其存在于管腔面细胞膜上并参与构成血管内皮表面。研究[36～39]发现，肺VEG 降解在脓毒症相关性ARDS 发病机制中居于核心地位，脓毒症患者肺VEG 修复功能被抑制会促进ARDS 发生发展。近年来，检测肺VEG降解产物并以VEG 作为靶点进行治疗脓毒症相关性ARDS 是目前研究热点之一。在多项研究中Syndecan-1 已被用作反映VEG 损伤的生物标志物，研究发现患者血浆Syndecan-1 水平与脓毒症相关性ARDS 病情严重程度呈正相关，且其可预测患者的器官衰竭和死亡风险[36，40]。研究[41]发现，给予羟乙基淀粉（用输入或注射方式）可抑制Syndecan-1 脱落而保护VEG 的完整性，并保护糖萼免遭病理损伤。相关研究通过体外实验发现，鞘氨 醇-1-磷 酸（Sphingosine-1-phosphate，S1P）对抑制Syndecan-1 脱落有显著效果，激活并促进S1P与S1P1 受体结合可以减少Syndecan-1 的脱落，从而减轻脓毒症相关性ARDS 患者病情；该团队后续研究还发现上述抑制Syndecan-1 脱落的效果需要由白蛋白将其运至血管内皮细胞，再由红细胞释放S1P，故治疗脓毒症相关性ARDS 时使用白蛋白或新鲜血浆可以保护糖萼，从而改善患者病情[42]。

2.7 高迁移率族蛋白B1（High mobility group protein B1，HMGB1）HMGB1 是一种核蛋白，其存在于哺乳动物肺组织的细胞核中。研究表明，当细胞受到细菌产物、内毒素等外源性刺激或TNF-α、干扰素等内源性刺激时，细胞会快速释放HMGB1，其可与相应受体，如晚期糖基化终末产物受体（Receptor of advanced glycation endproducts，RAGE）和Toll 样受体4（Toll like receptor 4，TLR4）结合后，可激活多种炎性细胞，进而启动多种促炎相关信号导致诱导生成多种细胞因子，从而形成炎症级联反应[43，44]。研究[45]发现，脓毒症相关性ARDS患者血清中的HMGB1 水平相较于健康人和普通脓毒症患者明显升高，推测HMGB1 可能参与了脓毒症相关性ARDS 患者的肺损伤，因其充当炎性因子而导致级联炎症反应的发生，因此HMGB1 表达水平升高是脓毒症患者并发ARDS 的可能危险因素，但目前相关的研究较少。因此，证实HMGB1/TLR4 等信号通路在脓毒症相关性ARDS 发生发展中发挥的作用，并利用相关方法来研发HMGB1/TLR4 拮抗剂，有可能为脓毒症相关性ARDS 患者的诊断及治疗开辟新的道路。

2.8 内皮细胞特异性分子-1（Endothelial cell-specific molecule，ESM-1）ESM-1 是一种主要在肺、肾等器官表达的新型可溶性蛋白多糖，主要参与调节炎症反应、血管生成等过程，研究发现其可能是治疗ARDS 的潜在靶点。但目前医学界针对ESM-1 在ARDS 中的作用争论不一。研究[46]表明，ESM-1对ARDS 的炎症调节具有保护作用，其理论依据为：ESM-1 与淋巴细胞功能相关抗原 -1（Lymphocyte function associated antigen-1，LFA-1）结合后，会抑制LFA-1 和内皮细胞的ICAM-1 相互作用，这一环节阻碍白细胞与活化的内皮细胞间黏附，从而减轻内皮细胞损伤；研究通过构建小鼠模型发现ESM-1可显著减弱肺炎症反应，主要机制可能是ESM-1可作用于肺泡上皮细胞的线粒体，减轻未折叠蛋白反应、改善能量代谢和抗凋亡相关[47]。然而也有多项研究认为ESM-1 会促进ARDS 的炎症爆发，Orbegozo 等[48]通过统计比对ARDS 患者血浆中的ESM-1 水平，发现不良临床结局组（机械通气时间大于10d）在T1 时的血浆ESM-1 水平相较于良好临床结局组（机械通气时间小于10d）明显升高；还有研究[49]发现ARDS 患者血浆ESM-1 水平伴随着患者病情的加重而升高，这可能与ESM-1 在ARDS发病过程中具有复杂的血流动力学变化有关。

在ARDS 患者发病早期，由中性粒细胞活化后释放的蛋白酶可水解 ESM-1 末端及其糖链，从而产生片段p14。有研究指出p14 与脓毒症发生发展呈正相关，健康人体内几乎无法检测出p14，因此检测p14 来预测脓毒症相关性ARDS 患者更加准确，且p14 能阻断ESM-1 与LFA-1 相互作用，从而恢复内皮细胞与白细胞之间的黏附和白细胞向内皮细胞迁移。因此，检测ESM-1 及p14 可能对诊断脓毒症相关性ARDS 更具价值[50]。综上，ESM-1及其代谢产物p14 作为生物标记物能否用于临床上对脓毒症相关性ARDS 的诊断及预后，还需要后续的深入研究。

3 展望

随着临床诊疗技术的发展，ARDS 的病死率仍高达27%～45%。近年来，不断有研究人员试图证实一项或者联合几项生物标志物的检测指标能应用于脓毒症相关性ARDS 的风险预测、早期诊断、判断疗效和预后评估，但迄今为止这一目标尚未实现。多项研究证明脓毒症相关性ARDS 的病理生理涉及多种生物标志物，因此针对这些生物标志物进行联合检测并针对其特异性和敏感性建立相关数据库有望成为辅助脓毒症相关性ARDS 早期诊断、治疗及评估预后的新方向。