脓毒症相关性急性呼吸窘迫综合征肺血管内皮细胞功能生物标志物的研究进展

脓毒症相关性急性呼吸窘迫综合征（sepsis associated acute respiratory distress syndrome, SARDS）是脓毒症最常见的致死性并发症，也是导致ARDS死亡的重要原因[1]。2018年一项包含27个国家145个儿童重症监护室（pediatric intensive care unit，PICU）的多中心研究显示，ARDS占PICU总收治人数的3.2%（744/23 280），总体病死率17.1%（121例）；归因分析显示，脓毒症致ARDS占19%，是ARDS的首位肺外致病因素；ARDS死亡患儿中SARDS占33.9% [2]。我国成人多中心研究显示，SARDS发病率为3.5%，病死率为79.2%[3]，远高于ARDS的平均病死率（35%~46%）[4]。SARDS起病急，病情进展迅速，绝大部分发生于脓毒症尤其是脓毒性休克病程的早期阶段。一项包含160例脓毒性休克患者的队列研究发现，脓毒性休克患者发生SARDS的时间范围是2~94 h，脓毒性休克确诊病例5 h与12 h内SARDS发生率分别为44%与90% [5]。因此，如何尽早识别脓毒症发展过程中SARDS的发生，进行积极有效干预可能是降低SARDS病死率的关键环节。

目前与ARDS相关的生物标志物包括肺泡上皮、肺血管内皮细胞、炎症介质、肺基质及凝血物质五类。肺血管内皮细胞（pulmonary vascular endothelial cell, PVEC）是SARDS发生最重要的靶细胞，也是关键的效应细胞。机体过度炎症反应导致PVEC损伤是SARDS发生、发展的关键环节，其导致肺毛细血管床通透性增加、间质性和肺泡性肺水肿，最终引起广泛肺泡弥散功能障碍发生急性低氧性呼吸衰竭。因此PVEC可作为SARDS诊断及治疗的重要潜在靶点。

近年来，在SARDS患者血浆、肺泡灌洗液中发现了一系列反映PVEC功能的生物标志物，对SARDS的早期诊断、评估疾病严重程度及预测疾病转归显示出潜在的临床价值。

S1P是广泛存在于真核细胞的鞘磷脂代谢产物之一。鞘氨醇在鞘氨醇激酶（sphingosine kinase1, Sphk1和sphingosine kinase2, Sphk2）作用下磷酸化成S1P，在血液和淋巴液中高表达，并通过去磷酸化或S1P裂解酶（S1P lyase, S1PL）降解。其作为第二信使直接作用于细胞内靶点，同时又通过S1P转运蛋白与细胞膜表面的G蛋白偶联受体结合，聚合为S1P受体[1-5]（sphingosine-1-phosphate receptors, S1PR1-S1PR5），在细胞增殖、迁移、炎症、血管生成和内皮屏障完整性中起关键作用[6]。PVEC屏障功能的关键调节器GTPases Rac和Rho蛋白都由S1P控制。S1P与S1PR1结合后激活Rac蛋白，加强内皮细胞间的紧密连接和粘附，对血管内皮屏障功能具有保护作用。S1P与S1PR3结合后激活Rho蛋白，促进内皮细胞转变为收缩表型，削弱内皮细胞间的连接，增加血管通透性，启动ARDS的发生[7]。

目前S1P对肺损伤的保护作用已得到证实。通过抑制S1PL的表达或尾静脉和（或）腹腔注射S1P磷酸化类似物FTY720，脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导后的小鼠肺组织中S1P水平升高，显著降低了肺泡灌洗液中炎症因子IL-6释放及中性粒细胞浸润，减轻肺组织病理损伤[8-9]。体外细胞实验证实S1P通过减弱LPS介导的p38MARK和NF-κB的激活，下调IL-6的分泌，稳定内皮细胞屏障[9]。说明S1P/S1PR1代谢途径参与了LPS诱导的急性肺损伤的发生机制，提高细胞内S1P水平在稳定肺血管内皮方面提供治疗的可能性。

S1PR3对维持内皮完整性至关重要。Sun等[10]观察LPS诱导的ARDS小鼠模型，发现血浆S1PR3水平较正常对照组升高约5倍。在临床人群的研究中，入组12 h内检测患者血浆S1PR3水平，SARDS组较脓毒症无肺损伤组和非脓毒症组明显升高（P < 0.05）；以血浆S1PR3浓度 > 251 pg/mL为阈值，诊断SARDS敏感度和特异度分别为74%和65%，提示S1PR3可作为诊断SARDS的生物标志物[10]。在患病人群中进行S1PR3基因多态性筛选，发现两个启动子单核苷酸多态性（rs7022797-1 899 t/g；rs11137480-1 785 g/c）可修饰与S1PR3启动子结合的转录因子，降低S1PR3启动子的活性，导致ARDS患者血浆S1PR3蛋白水平下降，降低SARDS风险[11]。基因功能的研究支持S1PR3作为一种新的ARDS候选基因和个体化治疗的潜在靶点。目前S1P的临床研究数据较少，有待进一步的大样本多中心研究, 为S1P在SARDS患者中的应用提供更有力的证据。

syndecan-1属于粘附分子跨膜硫酸蛋白多糖家族，是血管内皮细胞屏障的重要组成部分，同时也是血管内皮糖萼降解的循环标志物。内皮糖萼覆盖于血管内皮细胞管腔表面，维护血管内皮屏障完整，调节白细胞粘附、迁移，抑制血管内血栓形成，是血管通透性的重要决定因素[12]。有证据表明，内皮细胞糖萼的降解参与了ARDS的发病机制，在脓毒症诱导的器官功能障碍中起关键作用[13]。

已有研究发现，小鼠注射LPS后6 h血浆syndecan-1水平明显升高，肺毛细血管通透性和内皮损伤达到高峰，肺组织syndecan-1蛋白表达下降。电镜下观察肺组织病理切片，发现肺泡间隔增厚，内皮细胞水肿，内皮糖萼脱落[14]，说明肺内皮糖萼受损与脓毒症微血管内皮功能障碍导致的急性呼吸窘迫有关。与直接肺损伤相比，内皮糖萼的降解可能在SARDS病理生理中扮演更为重要的角色。Schmidt等[15]利用质谱法测定直接肺损伤和间接肺损伤导致呼吸衰竭患者的血浆成分，发现两组患者循环内皮糖萼的含量及表达形式均存在差异，提示syndecan-1可能是间接肺损伤的循环标志物。一项严重脓毒症患者的回顾性观察研究显示，升高的syndecan-1水平与SARDS发生密切相关，而在肺源性ARDS组中则无相关性，且SARDS患者血液中syndecan-1水平较肺源性ARDS患者显著升高[16]，与内皮细胞特异性分子（endocan）相比，syndecan-1对脓毒血症患者呼吸衰竭预测效能与炎症的关系一致，与呼吸衰竭的发生、是否需要机械通气和30 d病死率相关性更好[17]，提示syndecan-1是SARDS特异性标志物，对SARDS有预测和评估预后价值。

Ang-2已被证实是反映内皮细胞活化、通透性的生物标志物，与ARDS风险和预后密切相关[18-19]。血管生成素-1(angiopoietin-1, Ang-1)通过激活血管生成素受体（Tie2）稳定内皮细胞，抑制血管渗漏，抑制炎症和凝血相关基因的表达。Ang-2拮抗Ang-1与Tie2的结合，增加中性粒细胞粘附功能、促进PVEC和肺上皮细胞凋亡以及通过改变PVEC的骨架等促使肺毛细血管渗漏的发生，参与ARDS发生[20]。

动物实验证实LPS诱导的脓毒血症模型中血浆和肺组织中Ang-2水平升高，与SARDS的发生密切相关，通过siRNA抑制Ang-2蛋白合成后炎症和肺组织损伤指数有效降低[21]。Reilly等[22]对严重脓毒症患者入院时测定的血浆Ang-2水平分析发现，高Ang-2水平与SARDS的发生密切相关，且Angpt2基因变异者SARDS风险增高，Ang-2可能是ARDS发展的原因之一，可早期预测SARDS的发生。多中心研究显示，以ARDS的不同病因分组（肺源性和SARDS），SARDS患者外周血中Ang-2水平表达水平较肺源性ARDS更高（P=0.005）[23]，进一步证实Ang-2对SARDS诊断的特异性。虽然Meta分析结果显示，Ang-2是仅次于白介素-4（IL-4）、白介素-2（IL-2）与ARDS病死率密切相关的生物标志物[24]，但在SARDS患者中，死亡组和存活组Ang-2水平差异并无统计学意义，可能与脓毒症导致的器官功能障碍相关[25]。因此，Ang-2水平是否能反映SARDS的严重程度及预后有待进一步的研究证实。

ESM-1是相对分子质量为50 000的硫酸软骨素糖蛋白，广泛表达于PVEC细胞膜表面，抑制白细胞内皮细胞粘附，减少白细胞过度向肺中募集，对肺血管内皮起着潜在保护作用[26]。PVEC损伤活化状态下，ESM-1被促炎细胞因子（IL-1β，TNF-α）和LPS上调，由PVEC膜表面分泌入血，形成血中可检测的生物标志物。

研究显示，ARDS的发生可能与PVEC的ESM-1膜性表达水平低或分泌至血中浓度下降有关。在LPS诱导的小鼠急性肺损伤模型中，在气管内滴注LPS 1 h后静脉予ESM-1治疗可降低肺泡炎症反应，减轻急性肺损伤的病理特征，改善呼吸功能[27]。这与临床研究一致，入院72 h发展为SARDS患者入院ESM-1表达水平显著低于无ARDS组[28]，说明低水平ESM-1是严重脓毒症发展至SARDS的预测指标。另一方面，ESM-1水平与SARDS的疾病严重程度成正相关，进展为中度和重度ARDS患者的血ESM-1水平更高[29]。由此可见，ARDS发展不同时期ESM-1表达存在差异，ESM-1分泌不足即低ESM-1水平有助于早期预测ARDS的发生，而与肺部炎症一致的ESM-1水平则随着疾病严重程度逐渐升高，因此建议临床对ESM-1进行动态监测。

vWF主要由内皮细胞释放，巨核细胞和血小板也可少量分泌，可与凝血因子Ⅷ形成复合物，有助于血小板的聚集并吸附于受损的内皮细胞，维持血管的完整性。

Rubin等[30]于1990年发表了一项前瞻性队列研究，45例无肺损伤证据的非肺损伤脓毒症患者中有15例在研究终点出现肺损伤，血浆vWF水平明显高于未发生ARDS的患者。有肺损伤高危因素的非肺损伤脓毒症患者中，血浆vWF预测ARDS的敏感度为87%，特异度为77%。一项纳入853例患者的多中心研究中肺源性ARDS患者620例，SARDS患者233例，结果显示SARDS患者血浆vWF水平较肺源性ARDS明显升高[23]，预测死亡的OR=1.83（95%CI：1.46~2.30，P < 0.01）, 说明高vWF水平是SARDS的特异性指标，可早期预测ARDS的发生并与疾病的预后相关。

与单独的生物标志物相比，多个生物标志物的组合诊断或预测SARDS方面更为有效。叶剑滨等[31]一项研究显示，入重症监护室首日及次日ARDS患者的血清Ang-2与克拉拉细胞蛋白16（CC16）水平明显高于非ARDS患者，单项检测血清Ang-2与CC16水平均可用于早期诊断ARDS，组合两项后其敏感度优于单项检测。在一项200例严重脓毒症与严重脓毒症合并ARDS的ICU患者病例对照研究中，分析了联合检测表面活性蛋白-D（SP-D），晚期糖基化终产物受体（RAGE），白介素-8（IL-8），CC-16和白介素-6（IL-6）这5种标志物可于ICU首日发生严重ARDS的诊断率[32]。为了确定在急性肺损伤诊断时测量多个血浆生物标志物能否提高病死率预测，Calfee等[33]将可溶性细胞间粘附分子-1（sICAM-1）、vWF、IL-8、可溶性肿瘤坏死因子受体1（sTNFR1）和SP-D联合临床预测因子构建预测模型，结果显示该模型可提高死亡风险预测的准确性，分组精准性改善了22%。不同标志物的组合可能对ARDS的诊断和死亡预测具有不同的意义。王冉等[34]研究发现，高迁移率族蛋白B1（HMGB1）与Ang-2联合预测ARDS特异度最高, 为95.1%，HMGB1、Ang-2与纤溶酶原激活物抑制物-1（PAI-1）指标联合预测敏感度最高，为89.9%。sRAGE与Ang-2联合可以提高ARDS死亡预测的特异性。考虑到SARDS同时涉及内皮细胞损害及炎症过度反应，两种或三种生物标志物的组合可反映弥漫性肺泡损伤（diffuse alveolar damage，DAD)的不同方面（如内皮损伤或炎症），更容易被识别。

生物标志物在识别ARDS的风险、ARDS诊断、风险分层和监测方面具有潜在应用价值。目前研究的反映PVEC损伤的生物标志物集中于血浆中可检测的候选蛋白质，但尚未应用于临床诊断及预后评估中，这可能与单个标志物的局限性及准确性有关。随着蛋白组学和代谢组学平台的改进以及生物基因学工具的可用性不断提高，使易感基因靶点的研究成为可能，将使SARDS的研究更为精准。

利益冲突  所有作者均声明不存在利益冲突