结缔组织病相关肺动脉高压的生物标志物研究进展*

辛昊洋 姜 楠 张 硕

天津中医药大学第二附属医院,天津市 300250

肺动脉高压(Pulmonary arterial hypertension,PAH)是由于多种原因引起的肺血管结构改变,肺血管阻力增大,肺动脉压力进行性升高,逐渐进展至右心室肥厚,最终出现右心衰竭的临床综合征。系统性红斑狼疮(SLE)、系统性硬化症(SSc)、原发性干燥综合征(pSS)、类风湿关节炎、皮肌炎均可发生CTD相关PAH(CTD-associated PAH,CTD-PAH)。根据欧洲心脏病学会(ESC)和欧洲呼吸学会(ESR)的最新指南[1],采用静息状态下右心导管术(Right heart catheterization,RHC)所测平均肺动脉压(Mean pulmonary artery pressure,mPAP)>20mmHg(1mmHg=0.133kPa)是确诊PAH的金标准,但它是一种有创性手术,且大部分CTD合并PAH的患者症状较轻,很难在早期进行诊断和治疗。生物标志物检测方式相对简便易行,数据可靠,可能成为该病可重复的诊断指标和临床评价指标。本综述旨在通过对CTD-PAH复杂病理生理学过程中出现的生物标志物进行分类总结,包括内皮功能障碍和血管重塑、自身免疫、炎症和心功能障碍等,为CTD-PAH的早期诊断、预后评估提供新思路、新工具。

1 内皮功能障碍

内皮功能障碍在CTD-PAH的发展中起关键作用,它源于血管扩张剂的下调和血管收缩剂和增殖介质的上调,影响血管张力并促进血管重塑且血小板活化会进一步促成该过程。

1.1 血管活性介质之间的不平衡

1.1.1 内皮素-1(ET-1):ET-1是一种内源性血管收缩肽,它通过ET受体A(ETAR)和B(ETBR)相互作用来发挥其生物活性。前者由血管平滑肌细胞表达并介导血管壁增厚、纤维化及血管收缩,在细胞增殖和肺动脉免疫调控中发挥重要作用,后者主要通过释放一氧化氮和前列腺素诱导ET-1清除和血管舒张以平衡血管收缩作用。Guo等[2]通过研究证明了ETAR自身抗体是SLE的生物标志物,ETAR自身抗体可以促进平滑肌细胞增殖,破坏内皮屏障,并上调PAH相关标志物的表达,加重右心室肥厚和血管重塑。付强等[3]发现CTD-PAH患者抗ETAR抗体水平与肺动脉收缩压呈正相关,与6min步行试验呈负相关,认为抗ETAR抗体可作为新的生物标志物用于疾病诊断和心肺功能损害严重程度评估。

1.1.2 一氧化氮(NO)途径:NO是一种有效的肺血管扩张剂,它通过在内皮细胞中产生的NO合酶(NOS)参加免疫应答:这种酶有三种已知的亚型,即神经元型NOS(nNOS)、内皮型NOS(eNOS)和诱导型NOS(iNOS),非对称二甲基精氨酸(ADMA)是eNOS的内源性抑制剂,Thakkar等[4]发现ADMA水平与PAH显著相关,作为生物标志物筛选SSc-PAH的作用值得进一步评估。

1.2 血管重塑

1.2.1 内皮到间充质转化:中小型肺动脉的渐进性重塑是PAH发病机制的关键,并且在很大程度上取决于肌成纤维细胞的激活。SSc-PAH血管重塑的发病机制涉及过渡性内皮—间充质细胞,而内皮到间充质的转化似乎主要通过转化生长因子-β(TGF-β)信号通路触发,该途径激活了细胞内转录因子。

生长分化因子-15(GDF-15)是TGF-β家族的成员,最近的一项研究发现,SSc患者的GDF-15水平高于健康对照组,SSc患者的GDF-15升高与PAH具有显著相关性[5]。FSTL3是一种TGF-β调节蛋白,在弥漫性皮肤性系统性硬化(dcSSc)患者血清中含量较高。Midkine(MDK)是一种新型细胞因子,它通过激活其受体Notch57诱导肺部纤维增殖。Rice等[6]发现,与没有PAH的lcSSc患者相比,lcSSc-PAH患者血清中的FSTL3和MDK均上调,证明了FSTL3和MDK可能是lcSSc-PAH患者的潜在生物标志物和治疗靶标。

Sanges等[7]对31名lcSSc患者的血清进行了蛋白质组分析,研究发现,在lcSSc-PAH患者中,血清中的多效蛋白chemerin水平较高,该蛋白对平滑肌细胞具有多种作用,诱导其收缩和增殖,对内皮细胞具有调节新生血管生成、一氧化氮产生和细胞黏附的作用。另一项研究也对157例SSc患者的血清样本进行了类似的蛋白质组学分析,Bauer等[8]从中发现了两种参与肺血管重塑的蛋白质:糖基化终产物受体(RAGE),它是一种跨膜蛋白,可通过BMP信号通路在体外调节SMC的增殖;基质金属蛋白酶-2(MMP-2)可参与细胞外基质和基底膜的分解。

1.2.2 血管生成受损:在SSc血管病变中,血流中内皮祖细胞的浓度在病程中逐渐降低,导致血管生成受损和功能障碍。Adachi等[9]评估了107名PAH患者和33名健康者的血清血管生成和血管抑制因子水平,发现CTD-PAH患者的血清胎盘生长因子(sPlGF)水平高于特发性肺动脉高压(IPAH)和健康对照组,血管抑制因子与6min步行距离、B型利钠肽和肺血管阻力显著相关。Bauer等[8]通过对77例SSc-PAH患者和80例无PAH的SSc患者的DETECT队列蛋白质组学分析发现,神经纤毛蛋白-1(neuropilin-1)是另一种与血管内皮生长因子家族成员相互作用以诱导内皮细胞血管生成的分子,有助于SSc-PAH的早期检测。

2 自身免疫

大多数结缔组织病的抗核抗体血清学阳性,并且具有自身特异性抗体,每种疾病的自身特异性抗体谱不仅可以应用于诊断,还可能与疾病的临床表现和病理进展相关。

2.1 系统性硬化症 在SSc特异性抗体中,抗着丝点抗体(ACA)、抗核糖核蛋白抗体(nRNP)、抗Th/To 抗体、抗磷脂抗体(aPLA)均与SSc-PAH存在相关性。最近的一个多中心研究收集了134例ACA阳性SSc-PAH患者的临床数据和血清样本,发现抗着丝点蛋白A(抗 CENP-A),又称抗p4.2抗体,可在血管病变方面发挥预测作用[10]。SSc患者血清中存在抗血小板源性生长因子受体抗体[11],该抗体在体外诱导人肺血管平滑肌细胞的增殖和迁移,可能参与了SSc-PAH的建立。

2.2 系统性红斑狼疮 在组织病理学检查中,SLE-PAH患者的肺血管显示免疫复合物介导的肺血管炎伴轻度内膜纤维化,免疫复合物的形成在此过程中起重要作用。一项在纳入3 624例SLE患者的多中心研究显示,抗RNP抗体与SLE-PAH关联密切[12],骨形态蛋白(BMP)属于TGF-β家族,BMP及其受体(BMPR)与PAH的发病机制广泛相关,BMPR2信号通路的遗传缺陷是遗传性PAH的最常见原因,Xing等[13]发现BMPR2信号传导和促炎因子的缺乏共同促成了SLE-PAH的发展。

2.3 其他CTD 关于其他CTD-PAH的免疫生物标志物的研究数据并不多,一项国内的多中心研究将103例原发性pSS-PAH患者的临床表现和血清学特征与526名无PAH的pSS患者进行了比较,发现抗SSB(OR 4.095,95%CI:2.183～7.681)和抗U1RNP抗体(OR 29.518,95%CI:6.026～144.600)可确定为PAH的独立危险因素,而抗SSA抗体和高丙种球蛋白血症没有统计学意义[14]。

3 炎症

巨噬细胞、中性粒细胞、T细胞、树突状细胞和肥大细胞等多种免疫细胞及其分泌的多种细胞因子参与调控血管内皮细胞和平滑肌细胞的信号转导通路,影响其增殖与功能,促使血管舒张和收缩因子的失衡,该机制对CTD-PAH的发生发展尤为重要。

3.1 白细胞介素 白细胞介素(IL)是启动炎症反应的钥匙,调节免疫细胞应答,介导淋巴细胞活化、增殖与分化等过程中也起重要作用[15]。Simpson等[16]通过研究发现,门静脉高压和CTD-PAH患者血清IL-6水平较其他病因PAH患者显著升高,且IL-6水平与PAH患者生存时间密切相关。也有研究显示,IL-6水平升高被确定为肺部受累的SSc患者死亡率的有力预测指标[17]。

3.2 干扰素 干扰素家族是一组能够维持体内稳态和宿主防御功能的分泌蛋白,作为细胞外信使参与抗病毒、抗增殖、免疫调节等应答反应。有文献报道,接受β干扰素治疗的SSc患者会诱发PAH,停用β干扰素后患者临床症状改善、血流动力学趋于正常,说明PAH是β干扰素治疗的一种罕见而严重的不良反应[18]。Gairhe等[19]发现外源性干扰素可改变肺动脉内皮细胞的细胞骨架,干扰素引发的炎症反应会导致内皮细胞表型功能异常,引起PAH的病理性血管重构。综上所述,干扰素的测定可能是监控SSc-PAH的一个新方向。

3.3 趋化因子 趋化因子主要作用是通过与7个跨膜的G蛋白偶联受体结合,诱发细胞内信号转导,从而介导其趋化因子活性,实现对白细胞的激活和化学吸引,也可能在血管生成中发挥重要作用。Didriksen等[20]通过对大量患者的血清样本进行免疫组化测定以及蛋白质阵列分析,发现了CC趋化因子配体21[chemokine(C-Cmotif)ligand,CCL21]在SSc-PAH患者上皮肺组织中的存在。Ikawa等[21]通过对67名SSc患者和20名健康受试者进行了为期9年的横断面分析发现,CCL20水平与SSc患者通过RHC测量的mPAP值、伴发无症状原发性胆汁性胆管炎呈正相关。这些都表明了趋化因子的生物标志物潜力。

4 心功能不全

PAH会增加肺血管阻力,最终导致右心功能衰竭。心肌损伤和重塑的血清生物标志物,包括利钠肽家族、心肌肌钙蛋白(cTn)、D-二聚体,它们具有经济实惠、易于采集且结果可靠的特点,然而其在许多其他涉及心脏功能障碍的疾病中也较为常见,所以作为CTD-PAH的特异性指标还需要大量基础实验和临床研究佐证。

4.1 利钠肽家族 心房利钠肽(ANP)和脑利钠肽(BNP)是利钠肽家族的主要成员,是公认的右心室功能障碍标志物。主要由心肌分泌,以响应右心室后负荷的增加,利尿和血管舒张作用在血容量的稳态调节中发挥重要作用。ANP由心房心肌细胞释放,虽然检测方法复杂,但N末端心钠肽前体(NT-pro-ANP)作为ANP的非活性形式,在循环中更稳定,寿命更长。Miller等[22]通过一项对432例加拿大SSc患者的回顾性研究,首次发现SSc患者早期PAH与中部前心钠肽(MR-pro-ANP)水平增加有关。与BNP相比,N末端脑钠肽前体(NT-pro-BNP)具有更长的半衰期,更稳定且更易于测量,但其受肾功能影响较大,因此其可靠性很大程度取决于肾功能。根据最新指南,BNP和NT-proBNP均已纳入PAH患者的风险分层指标中,Cavagna等[23]在PAH筛查中发现,BNP和NT-proBNP都与mPAP相关,且BNP是SSc-PAH的独立预测因子。

4.2 心肌肌钙蛋白 心肌肌钙蛋白(cTn)是检测心肌损伤和诊断心肌梗死的首选生物标志物。Avouac等[24]在没有相关心血管危险因素的SSc患者中发现HS-cTnT水平与PAH独立相关。最新的一项研究纳入了675名SSc患者,发现hs-cTnT对死亡和PAH具有独立的预测价值[25]。

4.3 血清D-二聚体 CTD-PAH引起肺小动脉收缩,肺血管阻力增加以及肺小动脉管壁增厚而出现肺小动脉栓塞,最终导致部分肺梗死,这个病理过程引起D-二聚体浓度升高。崔晓阳等[26]通过对95例CTD-PAH患者进行回顾性分析,发现血清D-二聚体与结缔组织病患者并发PAH密切相关,但在不同种类的CTD疾病患者中的临床诊断意义存在差异。

5 小结

CTD-PAH最终会导致右心功能障碍和衰竭,死亡率高,改进早期发现CTD-PAH的筛查手段至关重要。除了自身免疫外,炎症和血管重塑也被探索为该病的两个关键驱动机制,因此,自身抗体、炎症分子、血管活性介质已被提出作为CTD-PAH早期疾病诊断的潜在生物标志物。近年来虽然对生物标志物的研究不断深入,但仍需要更大规模的前瞻性研究来确定其作为日常临床实践中潜在筛查工具的价值,以改善CTD-PAH患者的早期诊断和风险分层,并且可能为PAH的靶向与精准治疗提供新思路。