唐敏，李娜

（聯(lián)勤保障部隊(duì)第九零四醫(yī)院 重癥醫(yī)學(xué)科，江蘇 常州213000）

急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome, ARDS）是非心源性因素引起的有肺水腫表現(xiàn)的急性呼吸衰竭的一組綜合征。臨床上最常見的病因?yàn)榧?xì)菌或病毒感染。還有一些肺外因素，如膿毒癥、嚴(yán)重創(chuàng)傷、急性胰腺炎或者藥物反應(yīng)。根據(jù)柏林定義，ARDS 起病時(shí)間為已知臨床損傷以及新發(fā)或加重性呼吸系統(tǒng)癥狀出現(xiàn)1 周以內(nèi)，影像學(xué)表現(xiàn)為雙側(cè)致密影——無法由積液、肺不張或結(jié)節(jié)完全解釋，并排除左心房壓力升高引起的呼吸衰竭，氧合指數(shù)（PaO2/FiO2）≤300 mmHg，并根據(jù)氧合指數(shù)分為輕度、中度及重度ARDS[1]。雖然對ARDS 的認(rèn)識已經(jīng)有幾十年的歷史，臨床治療方法也在不斷改進(jìn)，但其作為一種具有異質(zhì)性的臨床綜合征，2010年以來，病死率仍＞30%[2]。彌漫性肺泡損傷是ARDS 對應(yīng)的肺組織病理學(xué)改變，是由肺泡上皮屏障功能的破壞、血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷導(dǎo)致的肺水腫。彌漫性肺泡損傷可以分成3 個(gè)階段：滲出期、增殖期及晚期的纖維化期，他們在時(shí)間上會有所重疊。

目前ARDS 的診斷主要依靠臨床表現(xiàn)及影像學(xué)診斷。但是，根據(jù)診斷為ARDS 患者的尸檢結(jié)果和臨床診斷對比發(fā)現(xiàn)，柏林定義診斷ARDS 的敏感性雖高，但特異性太低，尸檢結(jié)果顯示有彌漫性肺泡損傷的不足50%，對診斷超過72 h 的重型ARDS患者的特異性也才達(dá)到60%[3]。所以，希望能有一種生物標(biāo)志物可以幫助臨床早期診斷、早期干預(yù)，提高ARDS 的治愈率。

本文探討ARDS 的病理生理學(xué)機(jī)制，希望從病理生理學(xué)機(jī)制出發(fā)，發(fā)現(xiàn)早期診斷ARDS 的生物標(biāo)志物。

1 ARDS的病理生理學(xué)機(jī)制

從病理生理學(xué)機(jī)制分析，肺在受到細(xì)菌感染或創(chuàng)傷打擊的時(shí)候，炎癥便開始啟動。炎癥反應(yīng)雖然可以幫助清除致病微生物，但過度的炎癥反應(yīng)卻可以破壞肺泡——尤其是肺泡上皮細(xì)胞及血管內(nèi)皮，使其通透性增加，從而導(dǎo)致肺水腫，這是滲出期的特征。后期，隨著損傷過程的持續(xù)及肺組織修復(fù)的失敗，導(dǎo)致病理性的纖維組織增生，這過程中包含成纖維細(xì)胞的增殖、Ⅱ型肺泡細(xì)胞的增生及肺組織的修復(fù)。損傷的肺泡上皮細(xì)胞的修復(fù)機(jī)制還不完全清楚，它包括Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞（也可能是Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞）的增生，Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞沿基底膜遷移形成新的上皮屏障，以及與細(xì)胞外基質(zhì)和包括肺泡巨噬細(xì)胞在內(nèi)的其他細(xì)胞發(fā)生復(fù)雜的相互作用。在無法修復(fù)的情況下，纖維化期就可能導(dǎo)致纖維化性的肺泡炎，從而導(dǎo)致某些患者肺結(jié)構(gòu)和功能的顯著變化。

1.1 炎癥反應(yīng)的過度激活、肺泡上皮及血管內(nèi)皮通透性增加

早期急性肺損傷是由失控的炎癥反應(yīng)引起的。細(xì)菌產(chǎn)物或者細(xì)胞損傷產(chǎn)生的內(nèi)源性分子與肺泡上皮細(xì)胞和肺泡巨噬細(xì)胞上的Toll 樣受體相結(jié)合，從而激活天然免疫系統(tǒng)。天然免疫的防御機(jī)制，如中性粒細(xì)胞胞外陷阱的形成及組蛋白的釋放，有利于捕獲病原體，但也會加重肺泡的損傷[4]。除了過度的炎癥反應(yīng)，還有一個(gè)主要的病理生理學(xué)改變就是肺泡由于上皮細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性增加導(dǎo)致的微血管屏障的損壞。健康的肺組織中，內(nèi)皮的穩(wěn)定主要依靠一種內(nèi)皮特異性黏附連接蛋白——VE-鈣黏蛋白，它是維持肺微血管內(nèi)皮屏障完整性所必需的。在肺損傷過程中，凝血酶、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）和白細(xì)胞相關(guān)信號分子水平的增加，使VE-鈣黏蛋白不穩(wěn)定，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞通透性的增加和肺水的聚集[5]。另一個(gè)重要的發(fā)病機(jī)制是肺上皮細(xì)胞的通透性增加[6]。肺泡上皮屏障與內(nèi)皮屏障相似，但有E-鈣黏蛋白連接，而不是VE-鈣黏蛋白，且其滲透性明顯較低。在病理?xiàng)l件下，中性粒細(xì)胞遷移通過破壞細(xì)胞間的連接，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡和剝脫，從而導(dǎo)致上皮細(xì)胞損傷，最終使上皮細(xì)胞通透性增加[7]。

1.2 ARDS中肺泡液體清除能力的下降

肺水腫可由左心心力衰竭（心源性肺水腫）引起的肺血管壓力增大或由內(nèi)皮和上皮通透性增加導(dǎo)致的肺實(shí)質(zhì)損傷引起。無論是哪種原因引起的肺水腫，肺泡液體的清除機(jī)制是相同的：通過肺泡上皮的主動離子運(yùn)輸產(chǎn)生了一個(gè)滲透梯度從而清除肺泡液體[8]。

ARDS 患者肺泡液體清除率的下降有多種病理生理學(xué)機(jī)制及分子機(jī)制。首先，ARDS 導(dǎo)致的低氧血癥和高碳酸血癥可以直接影響肺泡液體清除率。在低氧和高碳酸環(huán)境下，鈉離子通道表達(dá)下調(diào)，鈉鉀ATP 酶的效率較低，部分原因是活性氧觸發(fā)的內(nèi)吞作用和細(xì)胞壞死[9]。因此，改善低氧血癥和高碳酸血癥可以維持肺泡上皮細(xì)胞鈉離子的轉(zhuǎn)運(yùn)從而緩解肺泡液體的產(chǎn)生。其次，肺泡內(nèi)的生物學(xué)應(yīng)力也可以降低肺泡液體清除率。高潮氣量和持續(xù)升高的氣道壓力會損傷肺泡上皮，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)和細(xì)胞死亡，從而降低肺泡液體清除率[10]。如果肺毛細(xì)血管靜水壓升高，同樣也會降低肺泡液體清除率。所以臨床上治療ARDS 時(shí)的肺保護(hù)通氣策略和保守液體方案可以降低ARDS 的病死率。另外，ARDS 的肺泡液體中包含了高水平的促炎因子IL-1β、IL-8、TNF-α 及TGF-β1。大量的細(xì)胞因子會引起肺泡的損傷從而降低肺泡液體清除率[11]。體外實(shí)驗(yàn)[12]也發(fā)現(xiàn)，ARDS 的肺泡液體中存在高水平的細(xì)胞因子，但離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白水平降低。具體來說，炎癥性肺泡液體會導(dǎo)致肺泡細(xì)胞的損傷和壞死，消除建立滲透梯度所需的緊密的上皮屏障，并抵消載體離子轉(zhuǎn)運(yùn)的影響，細(xì)胞壞死和液體積聚反過來會引發(fā)更明顯的炎癥和免疫反應(yīng)。

2 ARDS診斷的生物學(xué)標(biāo)志物

鑒于以上病理生理學(xué)機(jī)制，臨床希望找到一種能幫助醫(yī)師診斷ARDS 的理想生物標(biāo)志物——100%敏感性和100%的特異性，并且檢測容易，費(fèi)用不高，而不是僅僅依靠臨床癥狀和影像學(xué)改變。目前各種研究已經(jīng)從血液、支氣管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid, BALF），甚至呼出氣中找到了許多有潛力的生物標(biāo)志物。

2.1 血液

血液是臨床中最容易獲得的患者標(biāo)本。根據(jù)ARDS 的病理生理學(xué)機(jī)制，反映肺泡上皮細(xì)胞損傷的標(biāo)志物應(yīng)該會比廣泛意義上的炎癥標(biāo)志物及內(nèi)皮損傷的標(biāo)志物特異性更高。其中，反映彌漫性肺泡損傷不同階段及急性肺泡損傷相關(guān)信號傳導(dǎo)通路的生物標(biāo)志物的研究比較多。

2.1.1 糖基化終末產(chǎn)物受體（receptor for advanced glycation end products, RAGE） 通常被稱為是一種模式識別受體?？扇苄訰AGE（sRAGE）是RAGE 蛋白的一種亞型，缺乏完整受體的信號域，在其他所有細(xì)胞中均呈低表達(dá)，但在肺泡上皮細(xì)胞中，尤其是Ⅰ型肺泡上皮中高表達(dá)。通過膜結(jié)合的sRAGE 競爭性地抑制信號傳導(dǎo)，從而抑制炎癥因子，如TNF-α[13]。有研究[14-15]發(fā)現(xiàn)在ARDS 患者及相關(guān)的小鼠模型中，血漿和肺泡液體中sRAGE 升高的程度與疾病的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)——以氧合指數(shù)、肺損傷和肺泡液體清除率來評估嚴(yán)重程度。有趣的是，不管ARDS 患者是否伴隨膿毒癥，這些患者血漿及BALF 中的sRAGE 水平都比僅患有膿毒癥的患者高[15]。一項(xiàng)Meta 分析表明，sRAGE 對高危人群ARDS 的診斷有指導(dǎo)意義[16]。

2.1.2 肺表面活性蛋白 包括SP-A、SP-B、SP-C和SP-D 等4 種基本類型，是維持表面活性物質(zhì)作用的基本成分。SP-D 是肺泡上皮細(xì)胞損傷的一種標(biāo)志物，其主要由Ⅱ型肺泡細(xì)胞產(chǎn)生，在維持肺泡毛細(xì)血管界面的完整性方面起關(guān)鍵作用。SP-D的基本功能是降低進(jìn)入肺泡的表面張力，從而穩(wěn)定低跨肺壓的肺容積；其還在先天免疫中發(fā)揮作用——作為一種炎癥分子，具有抗微生物功能[17]。在膿毒癥患者中，SP-D 對ARDS 的發(fā)生有比較好的預(yù)測作用[18]。ARDS 患者在發(fā)病48 h 后發(fā)現(xiàn)血漿SP-D 水平升高，而給予肺保護(hù)性通氣患者的SP-D水平增幅較??；有研究還顯示，死亡患者體內(nèi)的SP-D 水平增加[19]。EISNER 等[20]的研究顯示，ARDS患者體內(nèi)SP-D 的水平在疾病的第3～7 天將達(dá)到最高峰，且較高的血漿SP-D 水平與較高的死亡風(fēng)險(xiǎn)及較差的臨床結(jié)局有關(guān)；另外，他們還證明，較低的潮氣量策略可以延緩血漿中SP-D 水平的升高。所以，有研究[21]將高水平的SP-D 蛋白作為嚴(yán)重膿毒癥患者發(fā)生ARDS 的診斷標(biāo)志物。

2.1.3 促血管生成素-2（Angiopoietin-2, Ang-2） Ang-2 是由內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的一種細(xì)胞生長因子，釋放后會與酪氨酸激酶受體Tie2 結(jié)合，在內(nèi)皮連接完整性中發(fā)揮作用，促進(jìn)血管退化和細(xì)胞死亡。基于以上作用，Ang-2 就被提出可以作為ARDS 的一種生物標(biāo)志物。首先，相比普通肺水腫的患者，ARDS 患者血液中Ang-2 水平升高[22]。其次，Ang-2基因中的兩個(gè)單核苷酸多態(tài)性（rs1868554 和rs2442598）與創(chuàng)傷患者發(fā)生ARDS 的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)[23]。此外，AGRAWAL 等[25]在一項(xiàng)對230 例入住ICU 無ARDS 患者進(jìn)行的前瞻性研究中發(fā)現(xiàn)，Ang-2 高水平與ARDS 的發(fā)生顯著相關(guān)；另外，在外科ICU 患者中，ARDS 患者體內(nèi)Ang-2 水平高于無ARDS 患者[24]。所以說，Ang-2 的表達(dá)與ARDS 的發(fā)生、發(fā)展、嚴(yán)重程度及病死率息息相關(guān)[23-25]。

2.1.4 炎癥因子 在ARDS 早期，IL-1β 和TNF-α是由活化的巨噬細(xì)胞分泌的具有生物學(xué)意義的最強(qiáng)的細(xì)胞因子，導(dǎo)致多種促炎趨化因子的釋放，如單核細(xì)胞趨化蛋白-1（MCP-1）、巨噬細(xì)胞炎癥蛋白-1α（MIP-1α）、IL-6 和IL-8，并且隨后召集炎癥細(xì)胞，改變內(nèi)皮、上皮屏障通透性并阻礙液體運(yùn)輸導(dǎo)致肺水腫。TNF-α 還通過活性氧的產(chǎn)生和降低上皮細(xì)胞鈉離子通道和鈉鉀ATP 酶的表達(dá)，間接促進(jìn)肺水腫[26]；其還是一種有效的成纖維細(xì)胞催化劑，在實(shí)驗(yàn)研究中可以促進(jìn)肺纖維化[27]。ARDS 高風(fēng)險(xiǎn)患者及ARDS 患者的血漿和BALF 中TNF-α 和IL-1β 均升高，并與死亡相關(guān)[28]。

2.1.5 白細(xì)胞介素-8（IL-8） 在彌漫性肺泡損傷的滲出期，肺部的免疫細(xì)胞表達(dá)炎癥介質(zhì)，進(jìn)而激活循環(huán)中的炎癥細(xì)胞進(jìn)入肺間質(zhì)和肺泡腔。IL-8是由巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的趨化因子，調(diào)節(jié)肺內(nèi)中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的趨化作用[29]。有研究[30]檢測ARDS 高危患者血漿和BALF 中的IL-8 水平發(fā)現(xiàn)，在隨后進(jìn)展為ARDS 的患者中，BALF 中的IL-8 水平較高，但是不管這些高危患者是否進(jìn)展為ARDS，他們血漿中的IL-8 水平無差異。在死亡的ARDS 患者中發(fā)現(xiàn)了較高的IL-8 水平，并與機(jī)械通氣天數(shù)和器官功能衰竭天數(shù)的減少相關(guān)[31]。

2.2 BALF

BALF 一直是尋找ARDS 生物標(biāo)志物的第二大常見標(biāo)本來源。使用BALF 的主要優(yōu)點(diǎn)是其為最接近損傷部位的標(biāo)本（通過活檢取樣的肺組織除外），反映了局部的肺環(huán)境。BALF 中包含了局部產(chǎn)生的蛋白質(zhì)和參與ARDS 過程的免疫細(xì)胞。雖然可以對同一患者進(jìn)行反映肺損傷的生物標(biāo)志物水平的多次評估，但由于肺泡灌洗是侵入性操作，以及樣本每次稀釋程度的變化，定量評估比較困難，所以這種方法的運(yùn)用也受到一定的限制。

2.2.1 Fas 分 子（Fas）和Fas 配 體（Fas ligand，F(xiàn)asL）ARDS 的肺泡上皮細(xì)胞會發(fā)生凋亡。關(guān)于調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞死亡的相關(guān)機(jī)制研究中研究得最徹底的是Fas和FasL。早期ARDS 的肺水腫液體中的可溶性Fas和FasL 水平升高，且肺組織和肺水腫液體中的Fas和FasL 水平的升高與較差的預(yù)后相關(guān)[32]。此外，在膿毒癥誘導(dǎo)的ARDS 的初始階段，BALF 中Fas 和FasL 的mRNA 表達(dá)上調(diào)，但在沒有ARDS 的膿毒癥中表達(dá)不上調(diào)[33]。雖然以上研究表明，ARDS 中上皮細(xì)胞的凋亡發(fā)生得非常早，而Fas 和FasL 可能是ARDS 的特異性標(biāo)志物，但這種凋亡并不是肺上皮細(xì)胞所特有的。

2.2.2 Ⅲ型膠原前肽（Type Ⅲprocollagen peptide，PCPⅢ） 彌漫性肺泡損傷分成了滲出期、增殖期及晚期的纖維化期3 個(gè)階段，但是這種劃分太過簡單。肺纖維化提示需要更長的機(jī)械通氣時(shí)間并且預(yù)后不良，但某些ARDS 患者疾病發(fā)生的第一周便已出現(xiàn)肺組織的纖維化。PCP Ⅲ是膠原合成的前體和標(biāo)志物，ARDS 患者開始機(jī)械通氣時(shí)的BALF 中，PCP Ⅲ水平升高，這表明纖維增殖反應(yīng)在ARDS 的進(jìn)展中發(fā)揮積極作用。有研究[34]發(fā)現(xiàn)，ARDS 患者第3 天的BALF 中PCP Ⅲ水平升高，并且是患者死亡的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。MEDURI 等[35]研究指出ARDS患者PCPⅠ和PCP Ⅲ水平升高，而激素治療使血漿和BALF 中PCP Ⅰ和PCP Ⅲ水平持續(xù)降低。

3 呼出氣

目前還有一部分研究集中在使用非侵入性手段且更加容易獲得的標(biāo)本，而且能盡可能最好地反映ARDS 不同階段的肺環(huán)境。而最創(chuàng)新的辦法就是研究呼出氣的代謝組學(xué)。呼出氣中含有大量來自肺和整個(gè)身體的代謝物。目前的研究可以單獨(dú)收集肺泡的呼出氣冷凝液，避免了上呼吸道定植微生物的代謝產(chǎn)物干擾[36]。此外，呼出氣冷凝液還含有少量的蛋白質(zhì)，可用于監(jiān)測ARDS。例如，一項(xiàng)研究比較了呼吸衰竭患者（大多數(shù)是ARDS）和健康志愿者的呼出氣冷凝液，發(fā)現(xiàn)呼吸衰竭患者的呼出氣冷凝液中存在細(xì)胞角蛋白，但健康人的呼出氣冷凝液中沒有[37]。另外，還有用測定揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法來分析呼出氣中的揮發(fā)性代謝物。有研究[38]使用氣相色譜和質(zhì)譜分析機(jī)械通氣患者呼出氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物，其中3 個(gè)潛在的揮發(fā)性有機(jī)化合物已被確定為ARDS 的潛在標(biāo)志物——辛烷值、乙醛和3-甲基庚烷。這些揮發(fā)性有機(jī)化合物結(jié)合肺損傷預(yù)測評分可以幫助提高鑒別ARDS的能力[38]。辛烷值是脂質(zhì)過氧化的最終產(chǎn)物，而脂質(zhì)過氧化是由氧化應(yīng)激引起的過程之一。乙醛是由細(xì)菌和白細(xì)胞產(chǎn)生的。一般來說，機(jī)械通氣患者經(jīng)常發(fā)生氣道的細(xì)菌定植，而中性粒細(xì)胞浸潤是ARDS 的一個(gè)標(biāo)志。3-甲基庚烷是通過脂質(zhì)過氧化作用產(chǎn)生的，類似于辛烷值[38]。因此，呼出氣似乎主要受到肺部氧化應(yīng)激、炎癥和感染反應(yīng)的影響。

研究[39]還使用了基于交叉反應(yīng)性傳感器陣列的電子鼻來分析機(jī)械通氣患者的呼出氣，該系統(tǒng)能夠根據(jù)呼出氣的呼吸特征來區(qū)分中度/重度ARDS 患者和普通肺水腫、肺炎患者。這種方法是非侵入性的，可以獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，且并非關(guān)注某個(gè)特定的標(biāo)志物，而是將所得的結(jié)果進(jìn)行整合分析。

4 結(jié)語

雖然幾十年來，臨床對ARDS 的認(rèn)識、診斷及治療有了很大的進(jìn)展，但是對ARDS 的機(jī)制研究仍然處于起步階段。雖然本文列舉了一系列幫助臨床診斷ARDS 的生物標(biāo)志物，但是沒有一個(gè)生物標(biāo)志物可以特異性地識別彌漫性肺泡損傷，或者預(yù)測患者的預(yù)后。所以，結(jié)合臨床評分及幾種生物標(biāo)志物組合來預(yù)測ARDS 或許能提高其敏感性和特異性。有研究[40]納入了549 例ARDS 患者，測量8 種反映內(nèi)皮和上皮損傷、炎癥和凝血的生物標(biāo)志物——vWF、SP-D、腫瘤壞死因子受體-1、IL-6、IL-8、ICAM-1、蛋白C、纖溶酶原激活物抑制劑-1，并和臨床預(yù)測因子結(jié)合對ARDS 的預(yù)后進(jìn)行評估，受試者工作特征曲線的曲線下面積為0.85；其中診斷準(zhǔn)確性最高的生物標(biāo)志物是IL-8 和SP-D，支持急性炎癥和肺泡上皮損傷是ARDS 的重要致病途徑的觀點(diǎn)。將來臨床的研發(fā)方向是希望能開發(fā)一個(gè)可靠的ARDS 生物標(biāo)志物譜，有助于ARDS 的分層和個(gè)體化治療，從而改善患者結(jié)局。