进展性肺纤维化预后血清生物标志物的研究进展

岑泽凯 吴挺挺 邓在春

间质性肺疾病（interstitial lung disease，ILD）是一类主要累及肺间质和（或）肺泡为特征的异质性肺疾病总称。其中特发性肺纤维化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）是最常见的慢性进行性纤维化型ILD。其他多种ILD，包括特发性非特异性间质性肺炎（idiopathic nonspecific interstitial pneumonia，iNSIP）、结缔组织相关性ILD（connective tissue disease-associated ILD，CTD-ILD）、职业环境暴露相关性ILD 等也可出现肺纤维化，如出现肺纤维化的进展，其不仅在病理生理特点上与IPF 相似，而且在疾病的不可逆进展、肺功能恶化和死亡风险等方面均与IPF 的临床行为相似[1]。近年来，随着对ILD 和肺纤维化研究的进展，医学界提出一些描述ILD 纤维化进展的名词或术语，如进行性纤维化ILD（progressive fibrosing ILD，PF-ILD）或进展性肺纤维化（progressive pulmonary fibrosis，PPF）。2022年5 月美国胸科学会/欧洲呼吸学会/日本呼吸学会/拉丁美洲胸科学会联合发布的临床指南中指出[2]，将除了IPF 以外的ILD 患者的肺纤维化进展定义为PPF，具体定义为过去一年内满足以下3 个标准中的至少2个，且无其他已知原因可解释：（1）呼吸症状恶化；（2）疾病进展的生理学证据；（3）疾病进展的放射影像学证据。既往研究表明，纤维化型ILD 中表现为纤维化进展表型的比例约为20%～40%，且这部分患者的预后情况较差[3]。但往往PPF 患者可能因诊断延迟、误诊、依从性差等原因错过早期最佳治疗时机，因此如何早期识别PPF 人群是目前临床实践中迫切需要解决的问题。

近年来，很多学者致力于探寻和研究与PPF 相关的生物学标志物来预测疾病进展、评估预后风险、判断诊治疗效等，尤其是血液中获取的生物标志物因其易获取、创伤小、可连续检测等优点具有较大的潜力去反映疾病进展过程。虽然大多数血清生物标志物首先发现与IPF 相关，但这些标志物在纤维化型ILD群体中显示出了预测潜能，因此，本文主要拟对与PPF相关的血清学生物标志物在预测疾病进展风险和预后风险方面的研究进展作一综述，并根据生物标志物的主要机制进行分类阐述。

1 上皮细胞损伤和功能障碍

1.1 涎液化糖链抗原（krebs von den lungen-6，KL-6） KL-6 是一种最早于1985 年由日本学者发现的膜结合蛋白，由黏蛋白家族中的MUC1 基因编码，主要表达于受损的肺泡Ⅱ型上皮细胞和细支气管上皮细胞。当肺上皮细胞受损时，KL-6 会进入血液，其水平高低可反映多种肺部疾病活动度与严重程度[4]。其中包括多种ILD，如IPF、CTD-ILD 等，这可能与其参与促进肺成纤维细胞增殖、迁移，并抑制成纤维细胞凋亡有关。不同临界值的KL-6 被证明在各种CTD-ILD，如系统性硬化症（systemic sclerosis，SSc）[5]、类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis，RA）[6]、多发性肌炎/皮肌炎（polymyositis/dermatomyositis，PM/DM）[7]、原发性干燥综合征[8]等原发性疾病合并ILD 时，可以预测疾病的快速进展和不良预后风险。另有研究结果表明，KL-6 在过敏性肺炎（hypersensitivity pneumonitis，HP）患者中也可能是疾病进展的预测指标[9]。在最近发表的一项探索ILD 预后的荟萃分析中，研究者发现进展性ILD 的KL-6 水平比非进展性ILD 高325.98 U/mL，KL-6 水平升高可以预测ILD 进展（HR=1.98，95%CI：1.07～3.67，P＜0.01），且ILD 死亡患者的KL-6 水平比ILD 存活者高383.53 U/mL，KL-6 水平升高可以预测ILD 死亡率（HR= 2.05，95%CI：1.50～2.78，P＜0.01）[4]。另一项前瞻性研究中疾病进展定义为患者出现用力肺活量（forced vital capacity，FVC）相对下降≥10%、急性加重或随访期间死亡，该研究随访了199 例ILD 患者（IPF 43 例，非IPF 156 例，中位随访时间为11.1 个月），发现在随访期间经历疾病进展的患者的基线血清KL-6 水平更高，高基线血清KL-6 水平（≥800 U/mL）是ILD 疾病进展的独立危险因素[10]。以上这些研究结果均表明，KL-6 可能是ILD患者疾病进展的可靠预后标志物。

1.2 肺表面活性蛋白（surfactant proteins，SPs） SPs 主要是由肺泡Ⅱ型上皮细胞合成并分泌的一种脂蛋白复合物，包括SP-A、SP-B、SP-C 及SP-D 4 种亚型，具有降低肺泡表面张力、调节免疫防御等作用[11]。SP-A和SP-D 作为亲水性蛋白，易在血清中检测，当肺组织受损时会进入血液循环，因此其作为评估ILD 疾病进展的生物标志物越来越受到重视。有研究显示，SP-A被认为是预测具有自身免疫特征的间质性肺炎（interstitial pneumonia with autoimmune features，IPAF）患者疾病进展的重要生物标志物[12]。在另一项回顾性研究中，91 例诊断为ILD 的患者均接受至少3 个月随访，研究者发现在ILD 患者处于肺纤维化进展早期阶段时即可出现血清SP-A 表达升高[13]。另有研究指出，较高水平的SP-D 可能是iNSIP 和HP 患者的不良预后因子[14-15]，但有研究报道SP-D 不能作为反映SSc-ILD患者肺纤维化进展和监测肺功能下降的预测生物标志物[16-17]。这说明SP-A、SP-D 在预测ILD 疾病进展中具有一定价值，但优劣存在一定争议，仍需要进一步探索。

1.3 肿瘤标志物

1.3.1 糖类抗原125（carbohydrate antigen 125，CA-125） CA-125 为一种糖蛋白性肿瘤相关抗原，最早于1981 年被识别为卵巢癌抗原，在多种生殖系统肿瘤和疾病中具有较高临床价值[18]。CA-125 可反映上皮细胞的增殖和分泌，被认为可预测IPF 患者死亡风险。另外在一项随访时间长达2 年的研究中，多因素Cox回归分析发现CA-125 水平升高与CTD-ILD（HR=2.69，95%CI：1.30～5.57，P＜0.01）、不可分类的ILD（unclassifiable ILD，U-ILD）（HR=3.74，95%CI：1.71～8.16，P＜0.01）患者生存率降低相关[19]。

1.3.2 糖类抗原153（carbohydrate antigen 153，CA-153）CA-153 是有抗原决定簇、糖和多肽组成的糖蛋白，与KL-6 类似，也衍生自MUC1 黏蛋白，可反映上皮细胞损伤和肺通透性。有研究认为CA-153 水平升高也与肺纤维化过程有关[20]。目前CA-153 在评估ILD 预后上的研究不多，Tseng 等[21]回顾性研究了55 例抗黑色素瘤分化相关基因5（melanoma differentiation-associated gene 5，MDA5）抗体阳性的特发性肌炎伴ILD 患者并随访12 个月时间，发现高水平CA-153 是其高死亡率的预后因素。

1.3.3 糖类抗原199（carbohydrate antigen 199，CA-199） CA-199 是一种糖蛋白，属于唾液酸化Lewis 血型抗原，主要在胰腺癌、肝胆和胃肠道疾病中升高。CA-199 不仅是胰腺癌的首选标志物，也可在ILD 中异常升高，这可能与其在支气管和肺泡上皮细胞中分泌有关[22]。关于CA-199 与ILD 进展关联的研究较少，一项单中心回顾性研究评估了101 例髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）-抗中性粒细胞胞浆抗体相关性血管炎（antineutrophil cytoplasmic antibody-associated vasculitis，AAV）合并ILD 患者，发现血清CA-199 升高是ILD 患者全因死亡率升高的独立危险因素[23]。

1.3.4 细胞角蛋白19 片段（cytokeratin 19 fragment，CYFRA 21-1） CYFRA 21-1 是属于上皮细胞支架蛋白的角蛋白CK19 的可溶性片段，主要分布于富含上皮细胞的组织或器官，当细胞坏死或凋亡时，CYFRA 21-1 会被大量分泌释放入血液进而被检测到[24]。CYFRA 21-1 除用于鉴别非小细胞肺癌外，其水平升高也可见于多种ILD。一项纳入339 例纤维化型ILD患者（132 例IPF，207 个CTD-ILD）的临床研究中，发现较高水平的CYFRA 21-1 是患者死亡的独立危险因素（HR=1.177，95%CI：1.053～1.316，P＜0.01）[25]。另有研究报道高水平CYFRA 21-1 与MPO-AAV-ILD、抗MDA5 抗体阳性DM-ILD 患者的低生存率相关[26]。

1.3.5 癌胚抗原（carcinoembryonic antigen，CEA） CEA是一种富含多糖的蛋白复合物，于1965 年从人类结直肠癌组织中分离提取，早期在胎儿发育时期合成，出生后在正常健康人血清中只能检测出少量，可在多种肿瘤中表达，临床上主要作为广谱性肿瘤标志物[27]。尽管ILD 中血清CEA 升高机制不详，CEA 升高可能与多种ILD 疾病活动度有关，且被认为与CTD-ILD 患者的预后情况有关[28]。研究证实高水平CEA 可用于识别快速进展的DM-ILD 患者以及与DM-ILD 死亡率相关[29-30]。另外一项纳入294 例ILD 患者（121 例IPF 患者，173 例非IPF-ILD 患者）及882 名健康对照者的研究中，中位随访时间为34.4 个月，发现血清基线水平CEA 在亚组分析中被认为是非IPF-ILD 患者的预后因素（HR=3.938，95%CI：1.707～9.084，P＜0.01），但在IPF亚组却未发现统计学差异[31]。在另一项纳入IPF 患者和CTD-ILD 患者的研究中，发现CEA 升高是纤维化型ILD 预后的独立危险因素（HR=1.059，95%CI：1.000～1.122，P＜0.05），但很可惜未进行亚组分析[25]。

综上所述，多种血清肿瘤标志物在预测不同的ILD 预后风险上有着较高的灵敏度，但其特异度不强，且在ILD 中产生的具体机制尚不明确，仍需大规模、多中心的临床数据支持评估其临床价值。

2 异常纤维化和基质重塑

2.1 基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）-7 MMP-7 是一种依赖锌离子的内肽酶，是MMP 家族中分子量最小的一个成员之一，主要在肺泡巨噬细胞、肺泡上皮细胞中表达，可降解多种细胞外基质成分，在细胞外基质转换调节的纤维化发病机制中发挥重要作用[32]。MMP-7 主要被认为与IPF 患者肺功能下降和死亡率增加有关，可以作为IPF 患者预后的预测因子。Nakatsuka 等[33]在一项52 例PM/DM-ILD 的回顾性研究中发现，血清MMP-7 水平升高可能和ILD 纤维化过程有关，且与抗MDA-5 抗体阳性的PM/DM-ILD 患者的生存率降低有关。另外，Alqalyoobi 等[19]随访2 年后发现，在98 例慢性过敏肺泡炎（chronic hypersensitivity pneumonitis，CHP）患者队列中，MMP-7 水平升高与患者生存率降低有关（HR=2.84，95%CI：1.30～6.20，P＜0.01）；在159 例U-ILD 患者队列中，MMP-7 水平升高也与患者生存率降低有关（HR=2.91，95%CI：1.54～5.51，P＜0.01）。目前关于MMP-7 与ILD 疾病进展之间的研究不多，后续有待进一步开展大样本研究以证明其临床价值。

2.2 CC 趋 化 因 子 配 体18（CC chemokine ligand 18，CCL18） CCL18 之前又被称为肺活化调节趋化因子，主要是由树突状细胞、巨噬细胞等抗原呈递细胞分泌产生的一种趋化蛋白，被Th2 型细胞因子激活后表达升高，能促进肺成纤维细胞产生胶原纤维导致肺纤维化，而胶原纤维又能通过反馈作用刺激CCL18 产生，因此血清CCL18 水平高低可能与肺纤维化疾病有关[34]。除IPF 外，国内外学者对CCL18 与SSc-ILD 疾病进展之间的研究较多。在一项研究中，Tiev 等[35]对83例SSc-ILD 患者进行了4 年随访，发现血清CCL18 水平＞187 ng/mL 与SSc-ILD 患者出现疾病进展（肺功能FVC 降低＞10%或出现死亡）有关（HR=5.36，95%CI：2.44～11.75，P＜0.01）。另一项研究中，Schupp 等[36]对96 例SSc-ILD 患 者进行2 年随访，指出CCL18 水平＞140 ng/mL 可预测SSc-ILD 患者肺功能恶化和死亡率。此外，另有两项大型队列研究也分别报道血清CCL18水平＞53 ng/mL 可作为早期识别SSc 患者出现进展性ILD 的标志物以及CCL18 有助于识别基线时肺纤维化的SSc 患者出现恶化风险[37]。综上所述，血清CCL18可能是个较为可靠的可以用来评估SSc-ILD 患者预后情况的生物标志物，可惜的是，CCL18 尚未在其他ILD预后情况中进行广泛研究，其作用仍需通过更多临床试验进行验证。

2.3 几丁质酶3 样蛋白1 几丁质酶3 样蛋白1 又名YKL-40，因其N 端起始氨基酸为酪氨酸（Y）、赖氨酸（K）和亮氨酸（L）及分子质量为40 ku 而得名，属于几丁质酶样蛋白家族的成员。作为一种炎性糖蛋白，其主要由活化的巨噬细胞和中性粒细胞等多种上皮细胞分泌，可调节炎症反应、细胞增殖迁移及组织重构等，因此YKL-40 可被认为是与炎症、纤维化、组织重塑等疾病相关的标志物[38]。多项研究表明，高水平血清YKL-40 具有作为ILD 预后因子的潜力，如其与SSc-ILD、PM/DM-ILD 等CTD-ILD 的 不 良 预 后 相关[39-40]。此外，Bonella 等[41]随访了34 例肺泡蛋白沉积症患者和50 名健康对照者，多因素分析显示基线血清YKL-40 临界值水平＞300 ng/mL 是疾病进展的预测指标（HR=7.875，95%CI：2.122～28.043，P＜0.01)，其疾病进展定义为患者出现症状加重、肺功能下降及胸部影像出现新病灶。Long 等[42]对72 例HP 患者平均随访38 个月，观察到基线血清YKL-40 水平临界值为119 ng/mL 可预测疾病进展（HR=6.567，95%CI：2.487～17.340，P＜0.01），临界值为150 ng/mL 时与死亡率相关（HR=9.989，95%CI：3.187～31.312，P＜0.01）。但在另一项纳入49 例HP 患者的横断面研究中，似乎没有发现YKL-40 可以预测疾病进展[9]。综上所述，血清YKL-40 可能在多种ILD 中是个颇为可靠的预后生物标志物。

3 免疫失调/内皮受损

3.1 B 淋巴细胞趋化因子13（C-X-C motif chemokine 13，CXCL13） CXCL13 主要通过表达于成熟B 细胞、滤泡辅助T 细胞亚群上的同源受体C-X-C 趋化因子受体5 型从而发挥介导B 淋巴细胞向炎症灶迁移的作用，参与许多自身免疫性疾病的发病过程[43]。有学者发现CXCL13 可能参与IPF 的发病机制，并与IPF 患者预后相关[43]。同时在一项回顾性研究中发现，高水平CXCL13 与CTD-ILD、CHP、U-ILD 等疾病的死亡率有关[19]。目前关于CXCL13 与ILD 预后之间的研究较少，其灵敏度和特异度仍需进一步研究。

3.2 血管细胞黏附因子-1（vascular cell adhesion molecule 1，VCAM-1） VCAM-1 又名为CD106，主要是表达于内皮细胞的一种90 kDa 糖蛋白，通过与其主要配体α4β1 整合素相互作用来调节白细胞黏附和迁移过程，目前认为其与调节炎症反应、免疫应答等密切相关[44]。同时也有研究表明VCAM-1 与肺损伤、ILD 进展等有关[45]。在Alqalyoobi 等[19]开展的一项研究中，其主要结局终点定义为2 年内出现死亡、肺移植或FVC 相对下降≥10%，该研究结果表明高水平血清VCAM-1 与CTD-ILD、CHP 患者生存率降低有关。目前关于VCAM-1 在ILD 这一领域的研究相对较少，需要更多数据支持。

4 基因相关标志物

4.1 黏蛋白5B（mucin-5 subtype B，MUC5B） MUC5B是支气管分泌的凝胶形成型黏蛋白，是呼吸道黏液的主要成分，其主要作用是保护气道上皮细胞和气道黏液免疫防御[46]。近年来一些基因组学研究表明，MUC5B 基因启动子单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）与IPF 具有显著关联，同时在其他ILD 中，MUC5B 基因启动子变异体rs35705950 也被认为与多种ILD 出现肺纤维化有关[47-48]。Newton 等[49]将250 例IPAF 患者和248 例CTD-ILD，与499 例IPF 例患者进行对照研究，发现IPAF 中MUC5B SNP rs35705950的次要等位基因频率与IPAF 患者生存率有关，但MUC5B 基因与CTD-ILD 患者生存率无关。Juge 等[50]研究发现MUC5B 基因启动子变异体rs35705950 不影响RA-ILD 患者肺功能下降和生存率。Volkmann 等[51]研究发现MUC5B 启动子变异体rs35705950 不能预测SSc-ILD 疾病进展。因此，MUC5B 基因多态性与部分ILD 的发生具有一定关联性，但对于预测ILD 尤其是CTD-ILD 疾病进展仍缺乏临床数据支持。

4.2 端粒 端粒是与多种蛋白质相关的TTAGGG 串联重复DNA 序列，位于真核细胞染色体末端，可保护末端不被降解。端粒每次随细胞分裂而缩短，但基因编码的端粒酶可通过催化端粒重复序列的合成来部分抵消端粒的逐渐丧失。当端粒严重缩短时会激活DNA 损伤反应，导致细胞凋亡、衰老或死亡，因此，端粒长度决定了细胞的增殖能力和寿命[52]。目前端粒异常与肺纤维化之间相关的致病机制尚不完全清楚，且在肺成纤维细胞中的作用也知之甚少。国外学者首先发现外周血端粒缩短与IPF 患者相关，且短端粒与IPF 患者较短生存率相关，后续在多项研究中也观察到端粒在其他多种ILD 中缩短[53-54]。短外周血白细胞端粒长度与CHP 患者生存率降低的联系在Ley 等[55]开展的一项CHP 队列研究中得到验证（HR=0.18，95%CI：0.06～0.51，P＜0.01）。同时Ley 等[56]在另一项大型研究中也证实了短外周血白细胞端粒长度可以预测CHP患者的不良预后。另有研究报道，短端粒长度可能是SSc-ILD[57]、U-ILD[58]患者的潜在预后生物标志物。一项纳入250 例IPAF 患 者和248 例CTD-ILD 患者的观察型研究结果显示，在IPAF 组中较短的白细胞端粒长度与较差的无移植生存率有关（HR=2.97，95%CI：1.70～5.20，P＜0.01）；而在CTD-ILD 组中短白细胞端粒长度与患者生存率之间未发现关联性[49]。而Stuart 等[54]开展的一项纳入了149 例IPF 患者和221 例其他ILD 患者的研究中，却发现短端粒长度仅与IPF 患者的无移植生存时间独立相关，但对于诊断为IPF 以外的ILD 患者无统计学差异。以上研究结果表明，端粒长度在预测ILD 预后方面优劣不一，需要更多数据去证明其作为预后因子的潜力。

5 小结

综上所述，鉴于PPF 这一概念的出现，国内外学者对与非IPF-ILD 相关的血清生物标志物已取得不少进展，这说明血清生物标志物对于预测纤维化型ILD 疾病进展风险和预后风险能起到一定指导作用。KL-6是目前较为理想的预后血清生物标志物，其水平升高具有一定临床价值，但其基线截断值仍需进一步定义。同时血清YKL-40 在评估非IPF-ILD 预后方面也具有一定潜力。除上述生物标志物外，另有CEA、MMP-7、CXCL13 等生物标志物在非IPF-ILD 中的预后研究中受到许多学者关注，但相关研究甚少，其临床价值尚未得到证实。

6 不足和展望

尽管国内外许多研究报道了纤维化型ILD 和血清生物标志物之间的关联，但在临床工作中多数生物标志物仅少数研究机构可以检测，尚未常规应用于患者病情评估上，与临床应用之间存在较大差距和困难。其次，多数生物标志物是基于先前IPF 相关研究提出，其灵敏度尚可但特异度较差。最后，多数研究都是以单中心回顾性方式进行，且研究样本量较小，没有对这些潜在生物标志物进行多中心、大样本、前瞻性队列研究或试验进行重复验证。

新定义的PPF 是对IPF 以外的慢性进行性纤维化型ILD 的统称，其不仅在病理生理特点与IPF 相似，而且在疾病的不可逆进展、肺功能恶化和死亡风险等方面均与IPF 的临床行为相似，因此在发生进展之前预测并开始适当的治疗仍然是预防不可逆肺纤维化发展的最好机会。从目前来看，关于生物标志物的研究和前景是令人鼓舞的，除外周血外，支气管肺泡灌洗、基因组学、转录组学、蛋白质组学来源的生物标志物正在涌现，未来可能会出现更多新颖且可靠的ILD 生物标志物。同时，将生物标志物联合使用或与肺功能、胸部影像学结合开发新的临床预测模型以提高灵敏度、特异度也是极具前景的。在未来，希望研究团队之间加强合作与共享，持续开展更多大型多中心、前瞻性的临床研究，并进行重复验证，进而将具有临床价值的生物标志物应用于临床实践，促进诊断水平提升，为临床决策提供依据，从而改善PPF 患者生存质量及预后。