血清生物标志物在AECOPD诊断的研究进展

邹园林 徐科迪 蒋晓如 种菲菲 赵玉苗 宋春花 许爱国

1郑州大学公共卫生学院 450001;2郑州大学第一附属医院呼吸与危重症医学科 450052

COPD是一种以持续性呼吸系统症状和气流受限为特征的疾病,常引起呼吸道和/或肺泡异常[1]。每年造成约300万人死亡[2],并导致全球病死率和发病率的增加[3],构成重大公共卫生问题。慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease,AECOPD)是指患者出现短期的症状加重而致额外治疗。AECOPD不仅会降低生活质量,且增加死亡风险。肺活量的测定是当前评价肺功能的主要方法,但其并非疾病的敏感指标。而生物标志物[4]可以作为正常生理过程、病理过程、药物反应的客观评价指标,能够更准确快速反映患者病情的动态变化。因此,寻找诊断AECOPD的生物标志物至关重要,本文就目前AECOPD相关血清生物标志物研究进展进行综述。

一、IL

IL-6是关键的炎症细胞因子,其异常表达可诱导单核细胞、嗜酸粒细胞、巨噬细胞或中性粒细胞浸润,导致支气管平滑肌细胞麻痹和阻塞性通气功能障碍加重[5]。Wei等[6]研究表明AECOPD组IL-6水平高于COPD稳定期组(P<0.01),IL-6对AECOPD预测的敏感度、特异度为88.2%、49.0%(IL-6=15.69μg/L),曲线下面积(area under curve,AUC)为0.762(95%CI:0.672 1～0.852 7,P<0.05)。

IL-8是一种趋化因子,在炎性反应过程中会明显升高,可诱导中性粒细胞向气道迁移,影响各种细胞脱粒作用[7]。Zhang和Bai[7]研究表明,血清中IL-8水平在健康对照组、COPD稳定期组、AECOPD组逐渐增高,并采用IL-6、IL-8和TNF-α水平来区分COPD和AECOPD患者,其中IL-8的AUC最高为0.71(95%CI:0.576 4～0.838 1,P=0.003),截断值为82 mg/L,敏感度、特异度分别是71.8%(95%CI:0.604 7～0.814 1)、61.9%(95%CI:0.384 4～0.818 9)。同时,IL-8和IL-6的高表达也可能导致高呼吸道反应性并促进疾病进展[8]。

IL-38是近年来发现的具有抗炎特征的细胞因子,主要由皮肤基底层细胞和扁桃体增殖的B细胞产生[9]。AECOPD组血清IL-38水平显著高于稳定期组,且该2组均显著高于对照组,差异均有统计学意义(P值均<0.05)[10]。

二、C反应蛋白(C-reactive protein,CRP)

CRP由肝细胞合成,因其在感染和炎症过程中血浆浓度升高而被归类为急性反应蛋白,是炎症的金标准[11]。Lin等[8]研究表明,AECOPD组CRP水平略高于COPD缓解组(P<0.05),CRP的AUC为0.896,截断值为14.70 mg/L。Hurst等[12]研究了36个生物标志物,用AUC评定,表现最好的为CRP(AUC=0.73,95%CI:0.66～0.80),其在与当天记录的任何一个主要加重症状(呼吸困难、痰量、脓性痰液)联合诊断AECOPD时,AUC增加到0.88(95%CI:0.82～0.93,P<0.01),表明生物标志物在联合症状诊断AECOPD效果更好。

三、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)

TNF是一种炎性细胞因子,研究认为TNF-α和CRP可能加剧肺泡和小气道平滑肌细胞的完整性破坏,并促进支气管组织的重塑,最终影响气道流量的稳定性[8]。Zheng等[13]研究表明,AECOPD患者血清中的TNF-α水平高于COPD稳定期组和健康对照组,但应特别指出的是,痰液检测细菌感染阳性的AECOPD患者血清中TNF-α水平增加[14]。目前有关TNF-α在AECOPD的研究甚少,期待它能成为预测AECOPD的一个重要生物标志物。

四、降钙素原(procalcitonin,PCT)

PCT是降钙素的前肽物质,由甲状腺C细胞产生,PCT在急性期分泌,被认为是反应蛋白,血清中PCT的水平越高,病情越严重,AECOPD组PCT水平高于健康人群组(P<0.05)[15]。Gao等[16]研究血清PCT、hs-CRP和白细胞计数对于AECOPD的诊断作用,PCT(PCT=0.15μg/L)敏感度最高为75.0%,hs-CRP(hs-CRP=2.1 mg/L)和白细胞计数(WBC=10×109/L)的敏感度均为40.0%,3者差异有统计学意义(P<0.05),3者特异度分别是80.0%、100.0%、100.0%,但差异无统计学意义(P>0.05)。此外,有研究表明PCT对于AECOPD患者指导抗生素治疗有较好的应用前景,不仅可以降低成本,还可以减少抗生素相关不良反应[17]。

五、可溶性尿激酶受体(soluble urokinasetype plasminogen activator receptor,suPAR)

有研究表明,suPAR水平高与活动性肺结核[18]和肺炎球菌菌血症[19]有关,表明它可能是一个良好的炎症标志物。Gumus等[20]对AECOPD患者治疗7 d后重新评估suPAR水平,结果表明suPAR水平在AECOPD治疗7 d后降低,并选用suPAR、CRP、纤维蛋白原预测AECOPD,其中suPAR最优,AUC为0.807(95%CI:0.715～0.900,P<0.01)。AboEl-Magd等[21]研究表明,suPAR诊断AECOPD的AUC为0.93(P<0.01),敏感度、特异度、准确度分别是:95.6%、80.0%、93.0%。表明suPAR对AECOPD诊断及预后有很高的参考价值,值得未来近一步深入研究。

六、可溶性髓系细胞触发受体1(soluble triggering receptor expressed on myeloid cells-1,s TREM-1)

s TREM-1也是一种新的炎症标志物,在炎症过程中释放到组织及血液中。血清s TREM-1水平的升高与重症肺炎[22]、社区获得性肺炎[23]有关。Rohde等[24]研究表明非COPD的吸烟组血清中几乎检测不到s TREM-1,而COPD缓解组、AECOPD组血清s TREM-1水平显著增高(P<0.01)。近年有关s TREM-1在AECOPD的研究甚少,希望未来进一步探索其作为AECOPD标志物的诊断价值。

七、外周血嗜酸粒细胞

新版指南明确指出嗜酸粒细胞计数可作为急性加重风险的生物标志物[25]。COPD的发病机制中涉及炎症细胞,如中性粒细胞、细胞毒性T细胞、巨噬细胞和嗜酸粒细胞主要参与慢性炎症过程,导致气流阻塞逐步发展[26]。Bafadhel等[27]研究表明,外周血嗜酸粒细胞计数百分比预测AECOPD的AUC为0.85(95%CI:0.78～0.93),截断值为2%,敏感度、特异度分别是90.0%、60.0%。

八、血清淀粉样蛋白A(serum amyloid A protein,SAA)

SAA是一种主要由肝细胞合成的急性期蛋白,Wei等[6]研究表明,SAA对AECOPD预测的敏感度、特异度为82.4%、68.6%(SAA=10.06μg/L),AUC为0.789(95%CI:0.700 2～0.877 7,P<0.05)。Bozinovski等[28]研究表明,SAA是一种较CRP更为灵敏的生物标志物,SAA既可以加重炎症,又可以通过干扰脂蛋白信号转导,共同增强或延长AECOPD而使炎症钝化;将门诊、住院、伴有呼吸衰竭的AECOPD患者分别定义为水平Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,采用SAA、CRP区分水平Ⅰ的AECOPD患者与COPD稳定期患者的AUC分别为0.71(95%CI:0.61～0.80)、0.66(95%CI:0.56～0.76),采用SAA、CRP区分水平Ⅱ/Ⅲ的AECOPD患者与COPD稳定期患者的AUC分别 为0.88(95%CI:0.80～0.94)、0.80(95%CI:0.70～0.87)。

九、基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9)

MMPs是一类锌依赖的金属内肽酶家族,MMP-9通过细胞外基质降解、中性粒细胞趋化和炎症增强来独特地介导肺部炎症[29]。Wells等[30]对COPD研究中的亚群和中间结果测量(SPIROMICS)队列和COPD遗传流行病学(COPDGene)队列进行研究,结果显示两队列中MMP-9升高组比值比(odds ratio,OR)分别为1.71(95%CI:1.00～2.90)和3.03(95%CI:1.02～9.01);发病率比(incidence rate ratio,IRR)分别为1.45(95%CI:1.23～1.70)和1.24(95%CI:1.03～1.49)。目前关于MMP-9作为AECOPD生物标志物的研究尚不足,仍需要更多研究来加以验证。

十、成纤维细胞生长因子23(fibroblast growth factor-23,FGF-23)

FGF-23作为一种循环促炎激素,可能在COPD肺部炎症中起一定作用[31]。Gulati等[31]探讨了FGF-23与AECOPD的关联,结果显示FGF-23与COPD频繁恶化独立相关(OR=1.02,95%CI:1.004～1.04,P=0.017),提示FGF-23可能作为AECOPD潜在的生物标志物。

十一、原颗粒蛋白(progranulin,PGRN)

PGRN又称颗粒上皮蛋白前体、PC细胞衍生生长因子、原上皮蛋白和顶体颗粒蛋白,PGRN在免疫、炎症和感染中起重要作用[32]。目前关于PGRN是否能作为COPD急性加重的生物标志物的研究较少,Chen等[33]的研究认为在AECOPD早期,PGRN通过将炎症细胞募集到损伤部位而成为引发炎症的重要介质;PGRN可作为AECOPD的独立预测因子(OR=1.05,95%CI:1.03～1.08),ROC分析显示最佳截断值为115.41μg/L,敏感度为78.8%,特异度为67.9%(AUC=0.82,95%CI:0.74～0.90,P<0.01)。

十二、表面活性蛋白D(surfactant protein D,SFTPD)

SFTPD属于一组称为集合素的碳水化合物结合蛋白,主要在Ⅱ型肺泡细胞中表达[34]。事实上,更高水平的血清SFTPD被认为是与COPD风险相关的生物标志物[35]。Nandy等[36]进行了一项纳入8篇研究的meta分析,结果显示血清SFTPD升高与AECOPD密切相关(MD=130.41,95%CI:114.62～46.20,P<0.01),AECOPD患者rs721917的T等位基因(OR=1.41,95%CI:1.09～1.83,P=0.009)或TT基因型(OR=1.50,95%CI:1.01～2.23,P=0.04)也存在显著相关性。

十三、生长分化因子15(growth differentiation factor-15,GDF-15)

GDF-15是肺纤维化过程中的一种生物标志物,与肺功能损害显著相关,该蛋白可能参与纤维化的形成[37]。Mutlu等[38]对GDF-15和AECOPD的关联进行研究,多元回归分析显示GDF-15可作为AECOPD的独立预测因子(OR=3.68,95%CI:1.7～8.2,P=0.001),ROC分析显示最佳截断值为433μg/L,敏感度为76.0%,特异度为62.0%,阳性预测值为67.0%,阴性预测值为72.0%,诊断准确度为69.0%,AUC=0.783(95%CI:0.666～0.900,P<0.01)。

十四、胰岛素样生长因子结合蛋白7(insulinlike growth factor binding protein-7,IGFBP-7)

IGFBP家族是胰岛素样生长因子1的一组载体蛋白,与气道炎症的发生、发展有关[39]。研究显示IGFBP-7与细胞生长、衰老和细胞黏附有关[40]。Ruan等[39]的研究结果显示经ROC分析,AUC为0.663,提示IGFBP-7可能作为AECOPD的生物标志物具有候选作用。

目前现有研究报道的AECOPD诊断血清生物标志物见表1。

表1 目前文献报道AECOPD诊断血清生物标志物

十五、展望

寻找早期诊断AECOPD的生物标志物能让医师根据生物标志物的水平进一步制订针对性治疗方案。当前越来越多的生物标志物被发现,其中研究较多的生物标志物如:CRP、IL-6、IL-8、PCT等,但有些问题亟待解决:部分生物标志物缺乏特异性、大多数蛋白类生物标志物处于个别小样本研究阶段等。因此,筛选验证AECOPD早期诊断生物标志物有以下几点建议:(1)临床大样本检验当前生物标志物,提高结论重现性;(2)结合生物标志物与基因组学、蛋白组学等领域的信息全面筛选鉴定;(3)明确疾病发病机制,开发检测生物标志物的仪器设备,探索更多潜在生物标志物;(4)联合多种生物标志物进行检测,提高早期诊断的敏感度和特异度;(5)对AECOPD早期标志物进行动态监测并与各种临床症状和检查结果相结合进行综合分析。相信随着多组学及生物信息学的发展,将会有更多高敏感度、高特异度的早期诊断生物标志物被发现而应用到临床实践。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突