急性呼吸窘迫综合征生物标志物研究进展

一、ARDS的概述及流行病学

急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome,ARDS）指急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是指肺内、外严重疾病导致以肺毛细血管弥漫性损伤、通透性增强为基础，以肺水肿、透明膜形成和肺不张为主要病理变化，以进行性呼吸窘迫和难治性低氧血症为临床特征的急性呼吸衰竭综合征。常发生于严重感染、休克、严重创伤及急性胰腺炎等疾病过程中。ARDS各地的发病率不同，LUNG-SAFE研究发现亚洲ARDS的发病率约为0.27例/ICU床位^[1]。

自1967年Ashbaugh等首次报道急性呼吸窘迫综合征以来已40多年，其诊断标准不断更新，2012年提出了ARDS柏林诊断标准，根据氧合指数对ARDS的严重程度进行轻中重度分级，提出了分层诊断的概念。尽管柏林标准简单明确，但临床对ARDS的诊断存在明显的延迟和漏诊情况。LUNG-SAFE研究发现，所有的ARDS患者中明确诊断者仅有60.2%，其中轻度者最低，仅有51.3%，重度者诊断率最高达78.5%，多变量研究发现，医-患比及护-患比较高、氧合指数较低时，ARDS的诊断率较高。

尽管近年来ARDS的治疗取得长足进展，2017年还颁布了新的ARDS临床实践指南^[2]，建议低潮气量和俯卧位通气可降低病死率，推荐高呼气末正压，体外膜肺氧合作为补救性治疗，开始机械通气48小时内给予神经肌肉阻滞，因肺复张可降低死亡率予以推荐，不支持高频震动通气及吸入一氧化氮作为标准治疗，ARDS总体病死率仍较高，轻度者为34.9%，中度者为40.3%，重度者高达46.1%。

二、ARDS的血浆生物标记物

针对目前ARDS的诊断存在明显的延迟和漏诊情况，尤其是早期诊断更加困难。目前还没有足以确诊ARDS的特异性实验室指标，人们一直在寻找ARDS的生物标记物（是在正常的生物过程、致病过程可以客观测量和评价的指标）。虽然ARDS的临床研究已有巨大进步，但其发病机制未完全阐明，目前认为是全身炎症反应失控，各种炎症细胞、炎症介质损伤肺部，导致肺上皮-毛细血管屏障的广泛急性破坏，大量蛋白性液体在肺内积聚，影响肺换气功能，从而出现呼吸衰竭。因此针对其发病机制，ARDS相关的生物标记物主要有如下几类：

1 反映肺上皮-毛细血管屏障损伤的标志物

1.1 与肺泡、支气管上皮细胞受损相关的标志物

肺泡上皮细胞由I型及II型上皮细胞构成，相邻肺泡之间尚有肺泡间隔，为细胞外基质。RAGE在肺泡I型上皮细胞中高表达，其血浆浓度越高，肺泡清除液越低，提示肺泡受损越严重。Jabaudon等^[3]研究表明在有ARDS风险的ICU患者中，较高的血浆RAGE可能会识别出更有可能发生ARDS的患者。

肺泡II型上皮细胞分泌表面活性物质，减少肺泡表面张力。SP-A、B、C、D为四种表面活性物质相关蛋白，研究表明高水平的SP-D可作为ARDS的诊断标志物^[4]。

克拉拉细胞蛋白（Clara cell protein，CC16）主要是由分布在呼吸性细支气管和终末支气管的克拉拉（Clara）细胞合成分泌至气道腔，浓度大约为100mg/L，在孕期子宫、肾脏组织及前列腺中也有少量分泌，但在这些组织中CC16的浓度一般显著低于肺组织浓度，因而，血中的CC16主要来自肺组织。CC16阻断磷脂酶A的释放，降低其活性，控制气道炎症。王冉等^[5]研究表明CC16可能在ARDS的早期诊断及鉴别中有一定的意义，有希望作为ARDS的生物标记物。但另外一项研究中，Kropski等^[6]研究发现ARDS患者肺水肿液和血浆中CC16浓度均低于心源性肺水肿患者；并且血浆或肺水肿液中CC16不能预测死亡率、呼吸机使用时间或ICU住院时间。因此CC16在ARDS早期诊断方面可能会受多种因素影响，单独应用效果有限，若与其他指标联合可能更好地评价及判断预后。

1.2 与血管内皮细胞损伤相关的生物标志物

微血管内皮细胞损伤是ARDS发生发展的主要特点，进而毛细血管通透性增加，富含蛋白质的液体进入肺泡腔形成肺水肿。AI-Biltagi等^[7]在ARDS患儿中检测了sE-selectin及CRP血浆水平，认为sE-selectin在ARDS病患中有较好的特异度与敏感度，可以作为ARDS早期诊断标志物；此外，与内皮细胞损伤相关的标志物还有血管生成素2（ angiopoietin 2，Ang-2），研究表明^[8]肺上皮细胞衬液中Ang-2升高与死亡率增加相关。

2 炎症损伤标志物

过度炎症级联反应导致的肺泡上皮细胞和毛细血管内皮细胞损伤是ARDS发病的核心机制。因此，炎症细胞因子可为ARDS的诊断和预后评估的标准。血浆及肺泡灌洗液中肿瘤坏死因子（TNF-α）、白介素（IL-1β、IL-6、IL-8、IL-10）、8-异前列腺素（ 8-iso-prostaglandin，8-iso-PG）浓度与ARDS的发病和预后有关，Swaroopa等^[9]发现所有ARDS患者在第1天的血清IL-6和IL-8水平显着升高，且与预后相关。IL-8是一种在肺中调节嗜中性粒细胞和单核细胞趋化性的促炎细胞因子，Cartin等^[10]发现ARDS患者诊断第一天时IL-8明显增加。

8-iso-PG是氧自由基作用于花生四烯酸所产生的过氧化物，研究发现ARDS患者血浆及BALF中8-iso-PG显著升高，是反映气道氧化应激水平的可靠指标^[11]。

Cohen等^[12]发现创伤并发ARDS患者血浆中高迁移率族蛋白1（HMGB1）明显升高；王冉等^[5]的研究表明：HMGB1是ARDS 发生的独立危险因素并且对ARDS诊断的敏感性及特异性均为最佳。

3 凝血级联反应标志物

ARDS时炎症引起凝血级联反应，纤溶受阻。与发病及预后相关的标志物为：I型纤溶酶原激活物抑制因子（PAI-1）、血栓调节蛋白等。PAI-1是ARDS 发生的独立危险因素^[5]。

三、其他生物标志物检测方法

除血浆生物标志物外，目前还有肺泡灌洗液、呼出气冷凝液^[13]、基因多态性等多种检测方法和手段。肺泡灌洗液检查比较客观反应气道炎症水平，但属于侵袭性检查，在危重患者应用受限。呼出气冷凝液（exhaled breath condensate，EBC)检测技术为近年发展起来的一项新兴检测手段，目前相关的进展为可以单独收集肺泡EBC，避免了上呼吸道微生物的影响^[14]。EBC中生化标记物的监测评价气道炎症或氧化应激水平的方法具有无创、方便、可重复性的特点。近年来，国外对其研究进展很快，围绕EBC的收集、储存及检测等展开了一系列的研究，临床应用取得很大的发展，被认为是监测下呼吸道炎症的一项非常具有应用前景的新技术，其检测结果同肺泡灌洗液具有可比性^[15]。EBC中目前研究较多的是过氧化氢、硝酸盐/亚硝酸盐、前列腺素衍生物、白三烯等，是反应肺部炎症实时状态的理想标记物。平静呼吸时这些成分可随呼出气呼出体外，在低温时可随水蒸气的凝结而进入EBC。

通过对呼出气冷凝液的代谢组学分析，可帮助鉴别休克合并急性呼吸衰竭的患者^[16]；牛毓茜等^[17]发现ARDS患者机械通气后其呼出气冷凝液中过氧化氢、IL-6水平升高，且与病情严重程度相关。研究发现ARDS患者EBC中8-iso-PG水平显著升高，且同疾病严重程度相关^[18]。IL-8同样在ARDS患者EBC中检出，并且同健康对照组比较明显升高^[19]。桑智慧等^[20]发现ARDS组患者血、EBC中IL-8明显升高并且随着其程度的加重，IL-8的水平也会相应增加。8-iso-PG及IL-8作为细胞因子,在ARDS患者血浆及EBC均明显升高，而EBC中改变则更能反映气道的炎症反应的状态。

尽管目前研究了多种细胞因子，但对ARDS的诊断仍缺乏特异的临床指标或生物标记物，故生物标志物的联合检测对ARDS的诊断价值日益凸显。Ware等^[21]发现在脓毒症诱发的ARDS患者中，血浆中CC16、RAGE、SP-D、IL-6、IL-8的浓度明显高于非ARDS组，其中CC16、RAGE、SP-D三种标志物的联合检测对ARDS早期诊断的敏感度为70%，特异度为68%。王冉等^[5]的研究表明：HMGB1 与 Ang-2 联合时，诊断ARDS的特异度最高可达95.1%；HMGB1、Ang-2 与 PAI-1三个指标联合诊断ARDS的敏感度最高可达 89.9%。可见想要提高对 ARDS 诊断预测的灵敏度和特异度，多指标联合预测是一个可靠的方法。

此外，目前尚有对ARDS 的早期靶器官损害相关生物标记物的研究：Rahmel等^[22]研究证实增加的miR-122血清表达是ARDS患者30天死亡率的早期和独立危险因素，并且可能比传统的肝细胞完整性标志物更早地揭示急性肝损伤。罗亮等^[23]研究发现尿中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白 (urine neutrophil gelatinase-associated lipocalin，uNGAL)，肝型脂肪酸结合蛋白(urine L-type fatty acid-binding protein，uL-FABP)等相关标记物在 ARDS 与非ARDS、肺内与肺外 ARDS并发 AKI 中的诊断与预后评估价值存在差异，可为临床诊断提供重要价值。 

今后还需进行更多的实验用来检测生物标志物的单独或联合检测证实生物标志物在ARDS早期诊断中的作用，以期将来用于提高ARDS患者的早期诊断率，减少患者住院时间及费用，提高患者的生存率，改善其预后。

参考文献

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