慢性阻塞性肺疾病相关血清生物学标志物

戴飘飘，刘婷，柳明坤，王红梅

（1遵义医学院，遵义 563003；2大连大学附属中山医院呼吸内科，大连 116001）

综 述

慢性阻塞性肺疾病相关血清生物学标志物

戴飘飘1，刘婷2*，柳明坤2，王红梅2

（1遵义医学院，遵义 563003；2大连大学附属中山医院呼吸内科，大连 116001）

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）的特征是持久的气流受限，目前用肺功能对COPD进行诊断、分级、衡量预后存在着局限性，寻找COPD生物标志物便成为研究方向。血液因其易采集、更易被患者接受以及已建立标准的检测方法等优势成为我们理想的检验标本。因此，从血液中探寻COPD特征性生物标记物正成为研究热点。而反应肺部状况的特异的生物标志物逐渐体现出它的优势。本文对其中的Clara细胞蛋白16、肺表面活性蛋白-A和肺表面活性蛋白-D的研究进展进行综述。

慢性阻塞性肺疾病；生物标志物；Clara细胞蛋白16；肺表面活性蛋白-A；肺表面活性蛋白-D

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是目前全世界发病率和死亡率很高的疾病，WHO预计到2030年它将成为全球排名第四的死因［1］。COPD的特征是持久的气流受限，多与肺长期暴露于有害气体或颗粒有关，并长期存在慢性气道炎症反应，可根据临床表现分为急性加重期及稳定期［2］，多为感染时诱发疾病原有症状加重或者产生新的临床症状发展为急性加重期。因COPD的复杂性，不同COPD患者的临床症状、严重程度以及预后存在很大差别。目前，肺功能中1秒用力呼气量（FEV1）、用力肺活量（FVC）、FEV1%预计值在COPD诊断及分级里仍占有不可撼动的地位，而肺功能的检测与临床医生经验、患者配合程度等有很大关系，结果并不能完全反应患者的真实情况，另外，还有部分病人有进行肺功能检查的禁忌症，这类病人COPD的诊断及评估较为困难，并且临床上还发现相似肺功能的患者疾病的严重程度、临床症状、预后不尽相同［3］。随着进一步研究，人们发现生物学分子作为相关生物标志物可能与COPD发病机制、诊断、病情评估及预后有关［3，4］，还可部分替代肺功能检查。血液因其易采集、更易被患者接受以及已建立标准的检测方法等优势，已成为我们理想的检验标本。全身的标志物不能特异地反映肺部情况，多与全身的感染或者炎症有关，因此，在血液中探寻COPD特异性生物标记物正成为研究热点。本文就血清中潜在的生物标记物Clara细胞蛋白16（club cell protein 16，CC16）、肺表面活性蛋白-A（surfactant protein A，SP-A）、肺泡表面活性蛋白D（surfactant protein D，SP-D）等的研究进展综述如下。

1　Clara细胞蛋白16

CC16是一种主要由肺细支气管黏膜的Clara细胞分泌的16-kDa同型二聚体蛋白，参与支气管上皮损伤后的再生，具有抗炎作用，在肺上皮衬液和外周血中具有较大浓度差，肺上皮衬液大约为外周血浓度的1000倍，破坏支气管肺泡和毛细血管膜的完整性可能影响这种平衡状态。CC16具有抗炎、抗氧化损伤、抗纤维化、免疫调节、抑制肿瘤等功能［5］，与COPD有密切联系［5，6］。通过单纯烟熏法建立慢阻肺大鼠模型，王海龙等人发现慢阻肺组的Clara细胞、肺组织中CC16低于正常对照组，且在小气道明显［6］。还有学者进一步检测CC16的基因得出相似结论。国内有研究表明慢阻肺急性加重期患者血清CC16含量比稳定期低，且CC16的浓度与病情严重程度相关［7］。近期国外一个包括4724名COPD患者长达9年的队列研究也证实下降的CC16与加速降低的FEV1有关［8］，而CC16主要分布于终末细支气管等小气管，明确CC16与小气道的关系。在COPD纵向识别预测代替终点评价（evaluation of COPD longitudinally to identify predictive surrogate endpoints，ECLIPSE）研究中，血清中CC16的标准差每下降一单位可能引起33ml FEV1基础值的增加与FEV1在3年中每年4ml的下降［9］。沈奕播等人认为CCl6水平下降也是吸烟对气道损害的重要生物标志物［10］。近期国内研究重组小鼠，发现CC16蛋白可通过支气管的NF-κB途径抑制由脂多糖介导的基质蛋白金属酶9的表达。此外，也有人提出，血浆中的CC16对全身或者吸入皮质类固醇无特殊反应［11］，可减少应用激素后对COPD病人病情评估的干扰，提高病情评估的准确性。

基于上述研究，人们开始探求是否有药物能直接或者间接作用 CC16从而干预 COPD的进展。庞龙等人进一步用N-乙酰半胱氨酸（NAC）灌胃处理吸烟3月法复制的 COPD大鼠模型，发现处理后的吸烟组大鼠肺组织小气道上皮CCl6阳性细胞比例有所增高，血清中CCl6及肺组织CC16基因含量增加［12］。虽然其机制尚有待于进一步研究，但为COPD的治疗提供了新方向。

2　肺泡表面活性蛋白　A

SP-A主要存在于肺表面，是Ⅱ型肺泡上皮合成和分泌的最丰富亲水性蛋白质，在炎症和免疫学的调制中发挥重要作用，还可维持肺磷脂动态平衡，参与对抗病原体的肺的宿主防御［13］。在肺损伤和慢性炎症状态，包括慢性阻塞性肺病时，Ⅱ型肺泡会增生，从而产生Ⅰ型肺泡和特定产物（包括SP-A），参与肺防御［14］。吸烟可以破坏这一固有防御，是发展为COPD的高危因素。在对中国汉族人吸烟的COPD人群研究中，韩翔等发现SP-A的＋186位点基因多态性可能与其发病有关［15］。近期有研究提出，香烟中的尼古丁可通过Wnt／β-连环蛋白和磷脂肌醇信号途径在人呼吸道上皮细胞信号传导从而降低表面活性蛋白A和D的水平［16］，这些结果将成为将来进一步研究尼古丁对合成的调节机制SP-A和SP-D的基础，有利于进一步理解及治疗COPD。国外有研究通过观察肺结核组、COPD组及健康对照组的血清及痰中的SP-A发现，肺结核组血清SP-A高于COPD组及健康对照组［17］。另外，有文献报道，SP-A的含量在哮喘组和健康对照组之间无差别［18，19］。COPD患者血浆SP-A含量高于健康对照组，COPD病情越重外周血SP-A水平越高［20，21］。不过相关的临床试验较少，需要大规模的动物及人体的临床试验证实相应观点。还有研究关注SP-A能从抗氧化应激、抗炎、抗感染方面保护肺功能［22，23］，可作为COPD病情监测的指标，可能成为治疗COPD的靶点。

3　肺泡表面活性蛋白　D

SP-D是属于胶原凝素家族的一种大的亲水性蛋白，主要由肺泡II型细胞和无纤毛Clara细胞产生。血中SP-D变化与肺部小气道炎性细胞浸润等病理变化有关，SP-D可能是COPD的肺部特异标记［24］。SP-D可在血清中检测到，并且具有6个月稳定期的优势［25］。

Akiki等人提出，SP-D可用于区别COPD和其他呼吸系统症状及疾病［26］，但对其具体的不同未做进一步深入探讨，可能不同浓度的血清SP-D对应不同的疾病及症状。

Mutti等通过测定COPD组及健康对照组血清SP-D浓度，发现COPD患者血清SP-D水平明显偏高，并发现其与患者的吸烟年限、吸烟量、目前是否戒烟有关，血清SP-D水平与肺功能成负相关［27］。Lomas等［28，29］还提出SP-D对于监测COPD病情较敏感，通过检测COPD急性加重期和稳定期SP-D水平发现，急性加重期时血清SP-D水平高于稳定期，随着疾病从急性加重期逐渐转变为稳定期SP-D水平也随之降低。与此相似，Sin研究稳定期Ⅲ级和Ⅳ级COPD患者血清SP-D与肺功能的关系，发现SP-D浓度与FEV1值成负相关。Giizel等还提出COPD患者血清SP-D水平与急性加重期风险有关［30］。但是，也有学者持相反意见，认为SP-D与FEV1%、FEV1／FVC没有相关性［26，28，31，32］。上述研究之间的差异可以与样本大小，包括或不包括抽烟者COPD患者、COPD患者中吸烟的比例、目前是否处于戒烟状态及COPD的严重程度有关［26］。

通过过度表达SP-D及敲除SP-D小鼠的研究，Jain得出SP-D与氧化应激有关系，缺乏SP-D的小鼠接触到微生物时，更易导致肺部炎症，这也许与其SP-D的动态平衡破坏有关［33］。近期，还有研究表明，血清中SP-D浓度高于肺组织浓度的原因可能是SP-D由复合体变为单体，单体通过气-血屏障漏入血液有关，SP-D复合体与单体的表达水平可能是形成激素抵抗的原因［34］。抗氧化剂、转录因子激动剂、抗氧化基因可以抑制SP-D基因的表达，大大增加激素的敏感性［16］。在2010年ATS国际会议上，Zhang等报告了CC16和SP-D与COPD不同表型、病情严重程度、吸烟状态有着密切关系［35］。中国台湾有相似研究认为，SP-D的基因多态性不仅仅与COPD发展的危险有关，并且和疾病的表型及预后都有关系［36］，进一步提出血清SP-D与肺功能在基线上下降和在随访期间急性加重的频率有关［36］。对SP-D基因研究中发现，在吸烟人群中携带有SFTPD AG和AA多态性基因型与野生型GG携带者相比发展为COPD的风险更高［37］。全基因相关协会的 Kim等人提出SP-D不仅可以作为COPD血清生物标志物，还可以作为基因易感性标志物［38］。

在ECLIPSE的多中心研究发现，COPD患者经类固醇治疗后血清SP-D减少，且血清SP-D与症状缓解有关［39］。广州的一个包含65名初始治疗的COPD患者进行为时3个月的沙美特罗氟替卡松粉吸入剂治疗的试验也证实了上述观点［31］。从ECLIPSE队列的数据进一步表明，血清SP-D基线水平与通过低剂量的高分辨率测量计算断层扫描测出的肺密度的下降有关［40］，基线血清SP-D水平与3年全因死亡率相关［41］。还有研究提出血浆SP-D水平和增加的总死亡率及心血管死亡率有关［42］。目前，SP-D作为COPD的生物标志物已经得到大部分学者认可。然而，临床上对SP-A、SP-D的失调和功能障碍在COPD疾病过程中是否具有重要地位是模糊的，或者说它只是受损肺组织的副产物［43］。因此，仍需要大量的临床研究探究其中的关系。

4　小结

COPD理想的生物标志物应该尽量具有以下特点：①能够早期诊断疾病；②区别急性期还是稳定期［2，29］；③为患者的风险分层；④能通过它给特定的患者选择最合适的治疗［36］；⑤能对疾病的进展进行监控，检测对患者某种治疗的反应［16］。鉴于COPD的复杂性及多样性，单一的生物标志物不能完全满足上述要求，因此，多种生物标志物组合成为人们研究的新方向。通过进一步了解生物标志物与COPD发病机制的关系，能为治疗COPD的提供新方向。

[1]Kelly E,Owen CA,Pinto-Plata V,et al.The role of systemic inflammatory biomarkers to predictive mortality in chronic obstructive pulmonary disease.Expert Rev Respir Med,2013,7(1):57-64.

［2］中华医学会呼吸病学分会慢性阻塞性肺疾病学组.中国医学前沿杂志（电子版），2014，6（2）：67-80.

［3］郭凯，殷少军.慢性阻塞性肺疾病急性加重期相关生物标志物及其诊断意义.中华诊断学电子杂志，2015，3（2）：133-137.

［4］刘蕾，李宇航.慢性阻塞性肺疾病（COPD）相关生物学标志物研究进展.中华中医药学刊，2010，28（9）：1857-1860.

［5］陈玉宝，谷伟.CC16与慢性阻塞性肺疾病小气道功能.临床肺科杂志，2015，20（3）：539-541.

［6］王海龙，庞敏，张彰，等.COPD大鼠Clara细胞超微结构及CC16的变化.山西医科大学学报，2007，38（2）：110-113.

［7］陈忠仁，秦篙.SP-D、CCL18、CC16在慢性阻塞性肺疾病急性加重期血清和呼气冷凝液中的变化及临床价值.重庆医学，2015，44（19）：2638-2643.

[8]Park HY,Churg A,Wright JL,et al.Club cell protein 16 and disease progression in chronic obstructive pulmonary disease.Am J Respir Crit Care Med,2013,188(12): 1413-1419.

[9]Vestbo J,Edwards LD,Scanlon PD,et al.Changes in forced expiratory volume in 1 second over time in COPD.N Engl J Med,2011,365(13):1184-1192.

[10]Lomas DA,Silverman EK,Edwards LD,et al.Evaluation of serum CC-16 as a biomarker for COPD in the ECLIPSE cohort.Thorax,2008,63(12):1058-1063.

［11］李自生，沈奕播，刘双林，等.CCl6在慢性阻塞性肺疾病急性加重期血清的变化及临床意义.中华医学电子版，2014，7（4）：36-43.

［12］庞敏，王海龙，许建英，等.N一乙酰半胱氨酸对COPD大鼠Clara细胞及CCl6的影响.中国病理生理杂志，2008，24（1）：20-23.

[13]Madsen J,Tornoe I,Nielsen O,et al.Expression and localization of lung surfactant protein A in human tissues.Am J Respir Cell Mol Biol,2003,29(5):591-597.

[14]Garcia O,Hiatt MJ,Lundin A,et al.Targeted type 2 alveolar cell depletion provides a dynamic functional model for lung injury repair.Am J Respir Cell Mol Biol,2016,54 (3):319-330.

［15］韩翔，赵鸣武.慢性阻塞性肺疾病病人诱导痰中肺表面活性蛋白A含量的变化及意义.中国呼吸与危重监护杂志，2005，4（5）：338-341.

[16]Zou W,Liu S,Hu J,et al.Nicotine reduces the levels of surfactant proteins A and D via Wnt／beta-catenin and PKC signaling in human airway epithelial cells.Respir Physiol Neurobiol,2016,221:1-10.

[17]Hu H,Teng GL,Gai LZ,et al.Clinical value of surfactant protein-A in serum and sputum for pulmonary tuberculosis diagnosis.Genet Mol Res,2013,12(4):4918-4924.

[18]Wright SM,Hockey PM,Enhorning G,et al.Altered airway surfactant phospholipid composition and reduced lung function in asthma.J Appl Physiol,2000,89(4):1283-1292.

[19]Wang Y,Voelker DR,Lugogo NL,et al.Surfactant protein A is defective in abrogating inflammation in asthma.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2011,301(4):L598-606.

［20］王凤玲，隋小芳，董亮亮，等.外周血表面活性蛋白A含量及其基因表达与慢性阻塞性肺疾病的关系.临床荟萃，2013，28（11）：1235-1237.

［21］关键，罗倩，李敬萍，等.COPD患者血浆SP-A、SP-D水平变化及意义.石河子大学学报（自然科学版），2013，31（2）：206-209.

[22]Kishore U,Greenhough TJ,Waters P,et al.Surfactant proteins SPA and SPD:Structure,function and receptors. Mol Immunol,2006,43(9):12931315.

[23]Pastva AM,Wright JR,Williams KL.Immunomodulatory roles of surfactant proteins A and D:Implications in lung disease.Proc Am Thorac Soc,2007,4(3):252257.

[24]Dahl M.Biomarkers for chronic obstructive pulmonary disease:surfactant protein D and C-reactive protein.Am J Respir Crit Care Med,2008,177(11):1177-1178.

[25]Hoegh SV,Sorensen GL,Tornoe I,et al.Longterm stability and circadian variation in circulating levels of surfactant protein D.Immunobiology,2010,215(4):314320.

[26]Akiki Z,Fakih D,Jounblat R,et al.Surfactant protein D, a clinical biomarker for chronic obstructive pulmonary disease with excellent discriminant values.Exp Ther Med, 2016,11(3):723-730.

[27]Mutti A,Corradi M,Goldoni M,et al.Exhaled metallic elements and serum pneumoproteins in asymptomatic smokers and patients with COPD or asthma.Chest,2006,129(5): 1288-1297.

[28]Lomas DA,Silverman EK,Edwards LD,et al.Serum surfactant protein D is steroidsensitive and associated with exacerbations of COPD.Eur Respir J,2009,349(1): 95-102.

[29]Ozyurek BA,Ulasli SS,Bozbas SS,et al.Value of serum and induced sputum surfactant protein-D in chronic obstructive pulmonary disease.Multidiscip Respir Med,2013,8 (1):36.

[31]Liu W,Ju CR,Chen RC,et al.Role of serum and induced sputum surfactant protein D in predicting the response to treatment in chronic obstructive pulmonary disease.Exp T-her Med,2014,8(4):13131317.

[32]Engström G1,Lindberg C,Gerhardsson de Verdier M,et al.Blood biomarkers and measures of pulmonary function——a study from the Swedish twin registry.Respir Med,2012,106(9):12501257.

[33]Jain D,Atochina-Vasserman EN,Tomer Y,et al.Surfactant protein D protects against acute hyperoxic lung injury. Am J Respir Crit Care Med,2008,178(8):805-813.

[34]Jiang Z,Zhu L.Update on molecular mechanisms of corticosteroid resistance in chronic obstructive pulmonary disease.Pulm Pharmacol Ther,2016,37:1-8.

[35]Bon JM,Leader JK,Weissfeld JL,et al.The influence of radiographic phenotype and smoking status on peripheral blood biomarker patterns in chronic obstructive pulmonary disease.PLoS One,2009,4(8):e6865.

[36]Ou CY,Chen CZ,Hsiue TR,et al.Genetic variants of pulmonary SP-D predict disease outcome of COPD in a Chinese population.Respirology,2015,20(2):296-303.

[37]Issac MS,Ashur W,Mousa H.Genetic polymorphisms of surfactantproteinDrs2243639,Interleukin(IL)-1β rs 16944 and IL-1RN rs2234663 in chronic obstructive pulmonary disease,healthy smokers,and non-smokers.Mol Diagn Ther,2014,18(3):343-354.

[38]Kim DK,Cho MH,Hersh CP,et al.Genome-wide association analysis of blood biomarkers in chronic obstructive pulmonary disease.Am J Respir Crit Care Med,2012,186 (12):1238-1247.

[39]Foreman MG,Kong X,Demeo DL,et al.Polymorphisms in surfactant protein-D are associated with chronic obstructive pulmonary disease.Am J Respir Cell Mol Biol,2011,44 (3):316-322.

[40]Coxson HO,Dirksen A,Edwards LD,et al.The presence and progression of emphysema in COPD as determined by CT scanning and biomarker expression:a prospective analysis from the ECLIPSE study.Lancet Respir Med,2013,1 (2):129-136.

[41]Celli BR,Locantore N,Yates J,et al.Inflammatory biomarkers improve clinical prediction of mortality in chronic obstructive pulmonary disease.Am J Respir Crit Care Med, 2012,185(10):1065-1072.

[42]Hill J,Heslop C,Man S F,et al.Circulating surfactant protein-D and the risk of cardiovascular morbidity and mortality.Eur Heart J,2011,32(15):1918-1925.

[43]Winkler C,Hohlfeld JM.Surfactant and allergic airway inflammation.Swiss Med Wkly,2013,143:w13818.

The serum biomarkers related to chronic obstructive pulmonary disease

Dai Piaopiao1,Liu Ting2*,Liu Mingkun2,Wang Hongmei2
（1Zunyi Medical College，Zunyi 563003，China；2Department of Respiratory Medicine，Affiliated Zhongshan Hospital of Dalian U-niversity，Dalian 116001，China）

Chronic obstructive pulmonary disease(COPD)is characterized by persistent airflow limitation.There are limitations in the current diagnosis,classification and prognosis evaluation of COPD based on lung function.The biomarkers of COPD have become a direction to study.Blood has become an ideal test specimen since it is easy to collect,more acceptable to patients and has a standard test methods.Therefore,it has become a hotspot of research to explore specific blood biomarkers of COPD,and the blood markers reflecting lung conditions have gradually shown their advantages in the study of COPD.This review discusses researches of recent years on Clara Cell Protein 16,surfactant protein A,and surfactant protein D.

Chronic obstructive pulmonary disease；biomarker；Clara Cell Protein16；surfactant protein A；surfactant protein D

R563.1

A

10.16705／j.cnki.1004-1850.2016.05.016

2016-07-23

2016-10-12

戴飘飘，女（1989年），汉族，硕士研究生

（To whom correspondence should be addressed）：819181565＠qq.com