阻塞性睡眠呼吸暂停生物标志物的研究进展

孙锡仕 综述 陈日垦，成俊芬 审校

1.广东医科大学广东医科大学附属医院，广东 湛江 524000；2.呼吸疾病国家重点实验室广州医科大学附属第一医院广州呼吸健康研究院国家呼吸疾病临床研究中心，广东 广州 510120；3.广东医科大学附属第二医院，广东 湛江 524003

阻塞性睡眠呼吸暂停(obstructive sleep apnea，OSA)是最常见的睡眠呼吸障碍疾病，它的特点是在睡眠期间反复发作气流停止(呼吸暂停)或减少(低通气)，从而导致低氧血症和睡眠碎片化，这是呼吸相关的频繁唤醒的结果，从而导致睡眠质量下降，并对生活质量产生不利影响，比如：白天嗜睡，工作效率低，还会影响情绪，甚至出现交通事故等[1-2]。目前认为，OSA 与2型糖尿病、高血压、房颤、心力衰竭、冠心病、脑梗塞和死亡等多种系统性疾病的发病有关[2]。因此，OSA 给公共卫生带来了非常大的负担，OSA早期诊断是如此的重要。目前，家庭的睡眠测试越来越受欢迎，但是因为这种测试的无人值守性质，信号伪影或丢失的电极引线会降低数据并潜在地限制测试结果，因此，家庭的睡眠测试也可能低估OSA 的严重程度[3]。还有，夜间多导睡眠监测(PSG)是目前诊断筛查OSA的主要依据，但因其价格昂贵、技术要求高、使用不方便、部分地方无配备，使OSA 患者诊疗延迟[3]。因此，寻找一种检测方便、快捷的生物标志物尤为重要，这也是目前研究的热点。

理想的OSA 相关疾病的生物标志物应旨在提供与预后和治疗反应相关的信息，并且对OSA引起的终末器官功能障碍具有高度敏感性和特异性，同时也与疾病的一个重要机制途径有关[4]。为了寻找相对理想的生物标志物，本文将介绍文献中出现的最有前景的候选生物标志物，主要从基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、炎症性、氧化应激等生物标志物进行综述。

1 基因组学(Genomics)

基因组学是研究生物基因组的组成、组内各基因的精确结构、相互关系及表达调控的学科。有研究表明，OSA 是一种具有强烈遗传成分的慢性复杂疾病，并且其本身具有强大的家族基础[5]。然而，影响OSA发育的特定基因的作用尚未发现，因此，有必要去寻找与OSA发病有关的易感基因，为诊疗提供更加精准的手段。

1.1 葡萄糖转运蛋白4 基因(glucose transporter 4，GLUT4) GLUT4是存在于骨骼肌、心肌、脂肪细胞的胰岛素敏感型葡萄糖运输载体[6]。SOHN 等[7]进行的动物模型表明：GLUT4在维持电活动起到至关重要的作用，在缺氧期间会损害GLUT4 电活动，降低的葡萄糖与胰岛素抵抗相关的可用性，从而引发糖代谢紊乱。然而OSA 是由于反复间歇性缺氧引起，故考虑GLUT4 基因与OSA 存在一定的关系。YIN 等[6]研究也表明，GLUT4 基因SNPrs5417 与高血压人群中的OSAS相关，但GLUT4基因和OSA目前具体作用机制还不是很明确，仍需进行细胞学甚至动物试验进一步验证。

1.2 TNF-α基因 TNF-α基因位于6 号染色体(6p21)上，启动子区有几个多态性，其是参与睡眠调节的最重要炎症因子之一，有多种生理作用[5，8]。在SUN等[5]的一篇Meta 分析中发现，TNF-α基因与中国人群OSA敏感性有关，炎症基因TNF-α确实增加OSA发生的风险。TNF-α是OSA 信号的上游和下游介质，在OSA患者中均被上调，并且随着OSA程度的加重而增加[9]。因此，TNF-α基因是检测OSA 的一种有前途的循环标志物。

1.3 锌指蛋白基因36(ZFP36) ZFP36是真核生物基因组中最丰富的一类转录因子，也是一种具有最佳特征的腺苷酸和富尿酸(ARE)结合蛋白，其调节多种炎症因子、转录因子和炎症趋化因子等，从而参与炎症的发生和发展[8]。OSA患者是由于慢性间歇性缺氧，从而导致全身氧化应激和炎症。有研究表明OSA与代谢综合征高度相关，而ZFP36基因是肥胖相关代谢并发症的相关基因[8]，因此，推测ZFP36基因与OSA存在一定的关系，但具体机制仍不清楚，需要进一步研究。此外，也有研究表明，5-HTT 基因及载脂蛋白E4(APOE4)等位基因等可能与OSA易感性有关，但血管紧张素转化酶(ACE)基因及脂代谢基因与OSA关联不大[5]。总之，基因组学方法可以帮助发现OSA 患者易感基因，有利于对OSA患者作出更加精准的诊疗。

2 转录组学(Transcriptomics)

转录组学是一门在整体水平上研究细胞中基因转录的情况及转录调控规律的学科。转录组即一个活细胞所能转录出来的所有RNA的总和，是研究细胞水平的一个非常有用手段。microRNAs(MiRNAs)是一种小的(22～25 nt)非编码RNA分子，是不同生物过程的关键调节因子，包括发育、分化、细胞凋亡和增殖[10]。有关研究表明，一些miRNAs 与OSA 相关的疾病有关，比如，MiR-130a 调控了OSA 相关的肺动脉高压[10]。陈昊等[11]研究表明miR-126参与调控血管内皮细胞炎症信号通路，在OSA 合并冠心病患者中，miR-126 表达量下调，负反馈上调ET-1 表达量，进而导致内皮功能受损。众所周知，肥胖、心血管事件、糖尿病、高血压等与阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSASH)相关，有文献已经建立了miRNA与脂肪生成和肥胖之间的密切联系，也有关研究表明miR-223是肥胖相关疾病的有效调节因子，故识别阻塞性睡眠呼吸暂停综合征中的miRNA信号极其重要[12]。总之，转录组学是研究OSA发病机制非常有价值的手段，给疾病的靶向治疗提供了美好的前景。

3 蛋白质组学(Proteomics)

蛋白质组学是蛋白质的规模化研究，从蛋白质水平和生命本质层次上研究和发现生命活动的规律和重要生理、病理现象的本质，解析基因活动的动态表达。因其允许在特定时间和特定条件下对数百至数千种蛋白质进行评估，可以获得很多关于细胞、组织或有机体中蛋白质丰度、蛋白质蛋白形式、蛋白质相互作用变化的信息，从而进一步理解疾病的真实分子表型，促进了对OSA病理生理途径的理解，这也可能为揭示疾病生物标志物和疾病靶点提供多一种途径[13]。

3.1 载脂蛋白(apolipoprotein) 载脂蛋白是血浆脂蛋白中的蛋白质部分，能够结合和运输血脂到机体各组织进行代谢及利用的蛋白质。众所周知，载脂蛋白影响高脂血症、动脉粥样硬化、心血管疾病与脑血管疾病等的发生和发展。越来越多的证据表明，OSA引起的间歇性低氧与血脂异常独立相关[14]。TISKO等[14]已经证明血清甘油三酯和HDL胆固醇水平越低，OSA患者程度越严重，但与APOE基因型无关，这进一步表明睡眠呼吸障碍的有害代谢后果超过了遗传影响。所以，载脂蛋白可能成为诊疗OSAS患者的一个生物标志。

3.2 纤维蛋白原(fibrinogen，Fib) 纤维蛋白原是肝脏对感染和炎症反应合成的一种急性期蛋白，主要影响血液黏度，导致血液流变学改变和内皮细胞损伤，进而加快血栓形成及动脉粥样硬化病变[14]。SHAMSUZZAMAN 等[15]研究研究发现没有合并症的OSA 患者的血浆纤维蛋白原水平升高。有动物研究发现，慢性持续缺氧和慢性间歇性缺氧都可以增加纤维蛋白原水平[16]，虽然在OSA患者中循环纤维蛋白原水平升高，但目前仍需要对样本规模较大的纵向研究来更好地确定循环纤维蛋白原在OSA 患者中的作用。因此，血浆纤维蛋白原有望成为阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(OSAS)一个重要的生物标志物。

3.3 血清淀粉样蛋白A (Serum amyloid A，SAA) 血清淀粉样蛋白A 是一种具有多种免疫功能的急性期蛋白，主要由肝脏对激活的单核细胞分泌的促炎细胞因子产生，还参与脂质代谢、炎症反应、肉芽肿形成和癌变发生，被认为是肺部疾病的潜在生物标志物[17]。据报道，OSA 患者的SAA 水平与OSAS 患者的严重程度成正相关，经过持续气道正压通气(CPAP)治疗后，OSAS 患者的SAA 水平显著降低[17]。总之，SAA 被认为是OSA 患者治疗反应的一个很有前途的生物标志物，但是目前OSA 影响SAA 水平的机制尚不清楚，值得进一步研究。

4 代谢组学(Metabonomics)

代谢组学是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新学科，有助于更好地理解的OSA病理生理学。PIOVEZAN 等[18]研究报道OSA 和睡眠时间短与25 羟维生素D[25(OH)D]缺乏的风险独立相关，维生素D 代谢的年龄相关变化和睡眠障碍的频率可能与这些关联有关。有研究发现OSA患者的血脂异常，主要表现为总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平异常[19]。总之，在不同的途径中，多种代谢物与睡眠呼吸暂停受试者的嗜睡和睡眠持续时间有关，值得进一步深究。

5 氧化应激标志物(oxidative stress markers)

氧化应激(oxidative stress，OS)是指在压力条件下，活性氧水平会急剧增加，压倒抗氧化能力，从而导致中性粒细胞炎性浸润，蛋白酶分泌增加，进而出现细胞死亡、凋亡和炎症，被认为是衰老和疾病的一个重要因素[20-22]。在阻塞性睡眠呼吸暂停患者的血浆中也发现了更高的蛋白质羰基和更低的抗氧化状态，许多具有不同个体间或个体内变异性的氧化应激标志物被用来量化脂质过氧化、蛋白质氧化和总抗氧化能力[21]。另外，这种氧自由基的产生与抗氧化能力之间的不平衡可以通过测量几种生物标志物来衡量。

5.1 血清γ-谷氨酰基转移酶(serum gamma-glutamyl transferase，GGT) 血清γ-谷氨酰基转移酶是主要存在于肝、肾、胰腺的细胞膜和线粒体上，参与谷胱甘肽代谢。众所周知，血清GGT活性是氧化应激的一个指标。CHRISTOU等[22]研究结果支持OSA患者中氧化应激的存在，严重OSA患者抗氧化能力降低。有关研究表明，血清GGT水平与OSA的严重程度显著相关，并与伴发高血压独立相关[22]。在OSA 患者中，KANBAY等[23]研究报道，血清GGT水平与OSA严重程度呈正相关，且合并心血管疾病的OSA患者的血清GGT水平比不合并心血管疾病OSA 患者显著增高。因此，GGT是OSA患者合并心血管疾病的重要生物标志物，但其是否单独影响OSA，仍需进一步研究。

5.2 8-异前列腺素(8-Isoprostane) 8-异前列腺素是一种自由基催化生物膜上的花生四烯酸发生过氧化形成的特异性代谢产物，对于评价机体氧化应激和脂质过氧化来说，体液中8-异前列腺素水平的测定被认为是不同病理生理条件下氧化应激的最有前途的方法，目前在肺部疾病中得到了广泛的研究[24]。CARPAGNANO 等[25]研究发现，在对OSA 患者呼出冷凝气的检测中，发现8-异前列腺素水平升高。也有相关研究表明，8-异前列腺素水平测定的氧化应激在阻塞性睡眠呼吸暂停患者的气道和血浆中升高，经CPAP治疗后降低[24]。所以，8-异前列腺素是非常有前途的生物标志物。

5.3 8-羟基脱氧鸟苷酸(8-OHdG) 8-羟基脱氧鸟苷酸(8-OHdG)是活性氧自由基如羟自由基、单线态氧等攻击DNA 分子中的鸟嘌呤碱基第8 位碳原子而产生的一种氧化性加合物，是DNA 中鸟嘌呤氧化损伤的特异产物，是内源性及外源性因素对DNA 氧化损伤的生物标志物。有关研究报道，尿中8-OHdG 影响了OSA 的氧化应激，尿中8-OHdG 含量的高低与OSA患者严重程度相关[26]。GILLE等[27]进行一项前瞻性研究表明，OSAS患者程度越严重，尿中8-OHdG含量越高。故8-羟基脱氧鸟苷酸有望成为其生物标志物。此外，基质金属蛋白酶[27]、晚期氧化蛋白产物[28]等与OSA患者程度也有一定关系，但需要进一步探讨。

6 炎症标志物(inflammatory marker)

炎症是指具有血管系统的活体组织对损伤因子所发生的防御反应。OSA 是反复发作的上气道塌陷而出现的上呼吸道阻塞，导致慢性间歇性缺氧，从而导致全身氧化应激和炎症，进而使细胞因子和黏附分子表达增加[28-29]。因此，对于OSA患者，研究炎性标志物是非常有价值的，其研究较多的有C反应蛋白(C-reactive protein，CRP)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白介素(inter leukin，IL)、黏附分子(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)、一氧化氮(nitric oxide，NO)等。

6.1 CRP C反应蛋白是在机体受到感染或组织损伤时由肝脏产生的一种同型急性期蛋白，以Ca2+依赖的方式与磷酸化胆碱特异性结合，是炎症和感染的一般非特异性标志[30]。CRP已被证明是健康受试者和心血管疾病患者未来心血管事件和代谢综合征的独立危险因素，CRP可能是OSA严重程度和并发心血管问题的一个临床有用的标记物[31]。一些Meta 分析或综述已经确定了许多研究，报道了OSA患者血清和血浆中CRP水平升高，两者呈正相关[12，32]。VAN DER TOUW等[33]进行的这项系统回顾和荟萃分析显示，219 例无合并症的非吸烟OSA 参与者的循环CRP 水平明显高于116 例健康匹配的非吸烟对照组参与者的水平，这可能反映OSA 的全身炎症效应。当OSA 患者接受CPAP 治疗一段时间后，CRP 水平明显降低。所以，CRP作为OSA患者的一个生物标志物的灵敏度很高，但其特异性稍欠佳。

6.2 TNF-αTNF-α作为一种相对常见的细胞因子，具有诱导炎症、调节免疫功能等多种炎症生物学功能，主要由单核一巨噬细胞系统和脂肪细胞分泌[34]。有研究提示阻塞性睡眠呼吸暂停患者肿瘤坏死因子明显升高[12，34]。HEGGLIN 等[35]研究显示，TNF-α水平与OSA严重程度有关，并对OSA患者进行8个月持续气道正压通气(CPAP)，结果显示TNF-α较前下降。所以，TNF-α作为诊断OSA患者的生物标志物是非常有前途的。

6.3 IL IL 家族是指由多种细胞产生并作用于多种细胞的一类细胞因子，在调节宿主防御、炎症和损伤中起重要作用。有关研究表明，IL-1[36]、IL-6[12，37]、IL-8[12]、IL-10[37]、IL-33[36]与阻塞性睡眠呼吸暂停有关。细胞因子的IL-1 超家族在先天免疫和适应性免疫中起着至关重要的作用，IL-33 是最近发现的IL-1超家族成员之一，研究发现其可间接增加IL-1 的表达，从而增强阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(OSA)的全身性炎症[36]。IL-6是一种由血液中的巨噬细胞和淋巴细胞等多种细胞分泌的细胞因子，在感染和创伤的情况下触发免疫反应[12]。IL-8 主要由上皮细胞、内皮细胞和巨噬细胞分泌[12]。有研究报道，OSA 程度越严重，IL-6 及IL-8 水平越高，且CPAP 治疗可下调IL-6及IL-8 水平[12]。IL-10 是由Th2 型T 细胞、B 细胞、单核细胞和巨噬细胞产生的多向性细胞因子，抑制广泛的促炎免疫反应[38]。GOZAL等[38]研究发现OSA 患者血清IL-10 明显减低，也有研究发现EBC 中IL-10 浓度亦减低。因此，白细胞介素可考虑作为OSA患者的生物标志物。

6.4 NO NO是由呼吸道内的许多细胞产生的，可能在气道功能的生理调控和气道疾病的病理生理中起重要的作用，是许多肺疾病的病理促炎生物标志物[39]。有研究表明肺泡NO浓度升高与OSA患者夜间氧去饱和度的严重程度有关，这可能是远端气道炎症与间歇性缺氧引起的[39]。ZHANG 等[40]进行的一项荟萃分析表明，OSA与FeNO水平的升高显著相关，长期的CPAP 治疗可以降低FeNO 水平。但是，DUARTE等[41]进行的一项新横断面研究结果表明，FeNO测量在阻塞性睡眠呼吸暂停的筛查中是无关紧要的。因此，FeNO水平是否为阻塞性睡眠呼吸暂停患者上气道炎症的无创性标志物，存在争议，仍需要进一步研究。

6.5 ICAM-1 ICAM-1 是一类由穿膜糖蛋白组成、位于细胞表面或细胞外基质中、是众多介导细胞间或细胞与细胞外基质(ECM)间相互接触和结合分子的统称。ICAM-1 是免疫球蛋白超家族的成员，其在白细胞向炎症区域迁移过程的调控中发挥不可替代的作用[42]。有研究报道，OSA 可以独立地增加血液中黏附分子的水平[42]。在ZYCHOWSKI等[43]的一项研究中，他们发现阻塞性睡眠呼吸暂停患者的ICAM-1 水平升高，这可能是由于OSA 诱导的缺氧所致，且经CPAP治疗后这些水平恢复正常。所以，ICAM-1有可能成为OSA的生物标志物。

7 其他可能生物标志物

5 羟色胺(serotonin，5-HT)作为一种神经递质，参与睡眠期间呼吸调控，研究发现5-HT 水平越低，OSA 患者程度越严重，因此，其有望成为检测OSA 的一个潜在生物标志物[3]。也有研究报道γ-氨基丁酸、谷氨酸可能与OSA有关[3]。

8 结语

总之，OSA是最常见的睡眠呼吸障碍疾病，与很多心肺脑疾病的独立相关，对患者生活质量产生很大的影响，诊断标准是PSG，但其局限性使OSA诊断带来不便，从而使OSA 患者诊疗延迟，然而，生物标志物可以成为早期识别和预测OSA的有用工具，不仅在诊疗层面上促进及时筛查和治疗，而且在预防和预后监测层面上有助于更好地防治OSA及其相关疾病，因此，探索一种检测方便、快捷的生物标志物值得期待。