特发性肺纤维化预后相关生物标志物的研究进展

袁殷茹++++++张敏

[摘要] 特发性肺纤维化（IPF）是一种致死性疾病。其发病率高，总体预后差，自然病程差异很大，目前缺乏有效的治疗手段。近年来，IPF生物标志物已成为人们关注和研究的热点。良好的预后生物标志物可以协助判断疾病的结局，预测疾病的转归。基因变异如MUC5B、TLR3与患者预后相关；淋巴细胞染色体端粒长度缩短与患者生存率存在一定的相关性；血清中KL-6、SP-A、SP-D、MMP7和CXCL13水平升高提示患者预后差。目前IPF预后相关的生物标志物研究已取得不少成果，本文就IPF预后生物标志物的研究进展进行综述。

[关键词] 特发性肺纤维化；预后；生物标志物；基因組学；血清蛋白学

[中图分类号] R563 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2017）02（b）-0031-04

[Abstract] Idiopathic pulmonary fibrosis （IPF） is a fatal lung disease， associated with high morbidity and poor prognosis， and the clinical course is highly variable. At present， there is no effective treatment for this disease. In recent years， biomarkers for IPF has become a hot research topic. Good prognostic biomarkers would be contributed to estimate the finality and predict the prognosis of this disease. Patients carry with genovariation such as MUC5B and TLR3 have relation with the prognosis of the disease. Short telomere length has a certain correlation with survival rate in IPF. The increased serum levels of several proteins including KL-6， SP-A， SP-D， MMP7 and CXCL13 have been associated with poor outcome. This article aims to provide an overview of recent developments in prognostic biomarkers for IPF.

[Key words] Idiopathic pulmonary fibrosis； Prognosis； Biomarker； Genomics； Serum proteomics

特发性肺纤维化（IPF）是一种病因不明、慢性、进行性致纤维化的间质性肺炎。其发病率高、自然病程差异很大，中位生存期为3～5年[1]，总体预后差。因此早期发现、诊断、评估和干预对改善患者生存质量和预后具有重要意义。生物学标志物被定义为“可用于客观地判断和评价人体生理过程、病理过程及对治疗后药理反应的一些特征量”。随着IPF研究的深入，相关的生物标志物逐渐引起人们关注，并成为基础和临床研究的热点之一，人们迫切希望能发现有明确意义且简单、安全的IPF生物标志物，以助于早期发现易感人群、促进治疗药物的研发、提高对疾病预后的预测性及提供治疗建议。临床表现和生理学参数是目前临床常用的预测IPF患者预后的指标，但仍有其局限性，因此良好的预后生物标志物可以协助判断疾病的结局，预测疾病的转归。笔者从基因组学和血清蛋白学两个方面，就近年来有关预测IPF预后的生物标志物研究进展进行综述。

1 基因组学

1.1 黏蛋白5B（MUC5B）

MUC5B基因编码MUC5B。MUC5B是一种分泌型蛋白，主要由呼吸道远端气道黏膜下黏液腺细胞产生，其主要作用是影响气道黏液的流变特性、气道黏膜纤毛的摆动及气道天然宿主防御功能[2]。研究发现，MUC5B启动子的多态性不仅可作为IPF易感性的指标，也可以反映IPF的预后。Seibold等[3]应用全基因组连锁扫描及精确定位的方法发现，MUC5B转录起始点上游rs35705950单核苷酸多态性与IPF的发病具有较强的相关性。Jiang等[4]以中国汉族人群为研究对象，通过比较IPF患者与健康对照人群的基因型，发现MUC5B中的单核苷酸多态性rs35705950与IPF患者FVC及DLco的下降具有重要的相关性，对患者进行了连续5年的随访发现，携带有单核苷酸多态性rs35705950最小等位基因的患者死亡率上升。与之相反的是，Peljto等[5]研究发现，MUC5B启动子基因多态性rs35705950与IPF患者的生存改善显著相关。研究者也表示目前尚不知道MUC5B rs35705950多态性为什么有助于改善IPF患者的生存，但这些结果提示，携带MUC5B启动子基因多态性的IPF患者可能意味着一个特异的病理学进程，包含更高的疾病易感性和更长的生存期。因此，目前的研究结果表明，MUC5B rs35705950单核苷酸多态性与IPF预后相关，但在预测结果方面存在争议，仍需要在不同种族人群中进行大规模、深入地调查研究。

1.2 端粒长度

端粒是位于线性染色体的末端、由多个重复的DNA序列所形成的一种特殊蛋白质，其主要功能是保护染色体的完整性和稳定性。端粒酶是一种能够刺激DNA合成、维持端粒长度的蛋白质。端粒酶包含两个重要的核心组件，端粒酶逆转录酶（TERT）和端粒酶RNA元件（TERC）。端粒酶的减少导致端粒长度加速缩短，最终导致器官功能衰竭[6-7]。Dai等[8]通过检测IPF患者外周血淋巴细胞端粒长度、TERT和TERC发现，携带有TERT/TERC突变的患者端粒长度明显短于未携带TERT/TERC突变的患者。排除了年龄、性别等因素对端粒长度的影响，该作者对94名已确诊的IPF患者进行长期随访发现，死亡组患者淋巴细胞的端粒长度明显短于幸存者，与同年龄组的幸存者相比，死亡组患者染色体端粒长度下降的斜率较幸存者更大[9]。以上研究提示，淋巴细胞染色体端粒长度与IPF生存率相关。

1.3 Toll样受体3（TLR3）

TLR3是Toll样蛋白超家族中的一员，它能够识别病毒的双链RNA、调节促炎反应及产生Ⅰ型干扰素（IFN-Ⅰ），是先天性免疫的主要组成部分[10-11]。近期，有研究者从TLR3基因上发现了一个功能性的单核苷酸多态性位点——Leu412Phe（TLR3 L412F，rs3775291）[12]。通过两组相互独立的IPF患者队列研究发现，TLR3 L412F多态性极大提高了患者的死亡风险，并加快了FVC下降的速度。进一步研究发现，携带有TLR3 L412F突变的成纤维细胞，NF-κB和IRF3产生减少及功能下降，而纤维增殖反应升高。研究者由此分析，TLR3 L412F多态性影响了TLR3正常功能，导致其功能失调，从而促进了IPF病情进展。上述研究结果提示，TLR3 L412F多态性与IPF患者死亡率及病情进展相关，但目前相关研究尚少，需要更多的临床研究证实。

2 血清蛋白学

2.1 基质金属蛋白酶（MMP）7

MMP是一种Zn2+依赖性内肽酶，主要参与细胞外基质的降解和重建。MMP7是MMP家族中重要一员[13]。目前已有许多研究证实，MMP7能对IPF患者进行预后评估。Tzouvelekis等[14]研究发现，MMP7在IPF患者血清中水平明显高于健康人群，当血浆中水平高达12.1 ng/mL时，其对死亡率及肺移植患者的生存率具有重要的预测作用。此外，MMP7在血浆中水平与包括年龄、性别、FVC、DLco在内的死亡风险评估系统（GAP）呈正相关。Richards等[15]通过检测241名IPF患者血浆中MMP7的浓度，并进行长期随访发现，MMP7水平较低者，中位生存期约为4年，而MMP7水平较高者（>4.3 ng/mL），中位生存期仅约2年。这些研究结果均表明，MMP7血浆浓度与IPF患者死亡率明显相关，其有潜力成为IPF良好的预后生物标志物。

2.2 Ⅱ型肺泡上皮细胞表面抗原（KL-6）

KL-6属于人类MUC1黏蛋白家族，正常情况下主要表达于Ⅱ型肺泡上皮细胞和细支气管上皮细胞，当Ⅱ型肺泡上皮细胞受损时，KL-6分泌增多，并从Ⅱ型上皮细胞脱落进入肺泡腔及血液循环中[16]。近年来有大量研究结果证实，高浓度KL-6可以预测IPF生存率。Satoh等[17]通过对IPF患者进行随访发现58例死于呼吸衰竭，死亡组与幸存组患者DLco/VA比值未见明显差别，而死亡患者血清KL-6水平则明显高于幸存者。Yokoyama等[18]对27名IPF患者进行了为期3年的随访发现，当患者血清KL-6浓度> 1000 U/mL时，3年的病死率显著升高。虽然大多数的研究受限于队列人数少和缺乏重复，但结果高度一致，均表明血浆中KL-6水平与患者生存率高度相关。因此，KL-6血浆浓度未来有可能成为一种良好的IPF预后标志物。

2.3 表面活性蛋白（SP）-A和-D

SP-A和SP-D是由Ⅱ型肺泡上皮细胞及克氏细胞分泌的一种亲水性蛋白，主要分布于肺泡表面，血清中的SP-A及SP-D主要来自于肺组织[19]。首次诊断IPF的患者血清中SP-A浓度与患者的病死率有极大的相关性，Kinder等[20]在一项临床研究中发现，血清中SP-A浓度每增加49 μg/L，患者1年内的死亡风险增加3.3倍，该研究同时也发现，血清SP-D浓度变化与患者病死率无相关性。相反，Takahashi等[21]以血清中SP-D浓度的中位数253 ng/mL为界限将82名IPF患者分为两组，浓度≥ 253 ng/mL的患者生存率明显低于浓度<该阈值的患者，而当以血清中SP-A浓度的中位数83.5 ng/mL为界限将患者分为两组时，SP-A浓度的高低与IPF患者病死率并无明显相关性。Greene等[22]研究则发现，血清SP-A和SP-D浓度均可用于评估IPF患者的预后，而从AIC信息量准则法来看，SP-D在评估IPF患者的预后上似乎更优于SP-A。尽管目前研究就SP-A与SP-D哪个更适合预测IPF患者生存率这一问题上存在一定争议，但两者血清浓度作为患者生存时间的一个独立预测因素仍得到大多数研究者认可。

2.4 骨膜蛋白

骨膜蛋白是一种细胞外基质蛋白，它能与Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅳ型胶原蛋白、纤连蛋白、腱糖蛋白C等细胞外基质蛋白相互作用，促进细胞外基质的浸润与收缩。Okamoto等[23]研究发现，IPF患者血清骨膜蛋白浓度明显高于隐源性机化性肺炎组及正常对照组，血清骨膜蛋白浓度与IPF患者6个月内VC和DLco的变化呈显著负相关。Naik等[24]对54名IPF患者进行了为期48周的临床随访，同样发现血清骨膜蛋白水平对IPF患者48周内疾病的进展程度有预测作用。肺功能的变化与患者的生存率密切相关，Tajiri等[25]在上述研究基础上进行了更深入探讨，发现IPF患者血清骨膜蛋白水平越高，其生存期则越短。上述研究结果表明，血清骨膜蛋白水平与疾病进展及预后相关，但目前相关研究成果较少，尚需要更多的临床研究证实。

2.5 趋化因子13（CXCL13）和趋化因子配体18（CCL18）

CXCL13是由基质细胞产生的一种细胞因子，炎症反应时在B细胞向炎症病灶的归巢中起着关键作用。研究发现，IPF患者血清CXCL13水平明显高于COPD组及正常对照组，IPF合并肺动脉高压或IPF急性加重期时血清CXCL13水平则更高[26]。血清CXCL13水平越高，其病死率或因IPF急性发作需急行肺移植治疗的概率也相应增高。也有研究发现，血清CXCL13水平与呼吸困难评分呈正相关，而与DLco呈负相关[27]。CCL18主要是由巨噬细胞、树突状细胞、单核细胞等抗原提呈细胞分泌的小分子蛋白质，人体中的CCL18主要由肺泡巨噬细胞产生，CCL18可以刺激肺成纤维细胞产生膠原蛋白。Prasse等[28]在一项72例IPF患者的前瞻性队列研究中，发现生存率和CCL18基础浓度有明显相关性，血清CCL18浓度超过150 μg/L的患者病死率明显增高，高血清CCL18浓度组中有更高的疾病进展发生率。上述研究结果提示，血清CXCL13和CCL18水平可以预测IPF的预后。

綜上所述，IPF预后相关的生物标志物研究已经取得了不少进展，但目前能够得到广泛认可并应用于临床的生物标志物仍然寥寥无几，且研究中关于某些生物标志物对IPF疾病的预后指示作用尚存在一定争议。近年来，也有一些研究发现，两项或多项生物标志物联合应用或许能提高对疾病进展的预测价值，但目前相关研究仍较少，可重复性也比较低，同样未能得到广泛的临床认可。可以说，IPF预后相关生物标志物的研究还处于初级阶段，仍需要基础与临床研究者们通力合作，继续努力，进一步深入研究。

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