特发性肺纤维化生物标志物的研究概况及思考*

卢灵灵，余学庆

(1.河南中医药大学，河南 郑州 450046； 2.河南中医药大学第一附属医院 ，河南 郑州 450000)

特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是一种慢性、进展性、不明原因的肺部间质纤维化性疾病，多发于老年人，影像学特征表现为普通型间质性肺炎(UIP)，以逐渐加重的呼吸困难和肺功能的不可逆下降为特点，常提示预后不良[1-2]。IPF的发病率高，美国的一项社区流行病学资料显示IPF的发病率为17.4/100 000[3]，日本累计发病率为2.23/10 000[4]。英国的一项大样本研究[5]显示：2000年到2012年间IPF总发病率为2.85/100 000，2012年的发病率比2000年增加了将近80%，发病率随着年龄的增长逐年增高。研究显示：IPF生存率低，中位生存期为2～3年[6]；该病造成的经济负担重，在美国所有的IPF患者中，每年总医疗费用超过30亿美元[7]。国内的流行病学研究比较少，缺乏相关的流行病学资料。目前，IPF已经成为危害国民健康的一大难题，寻找辅助IPF诊断、评估病情及预后的生物标志物显得尤为重要。近年来，国外关于IPF的生物标志物研究有很多，并取得了很大的进展，涉及的标志物有基因组学标志物、蛋白组学标志物等，其中基于代谢组学的生物标志物研究也有很多，并取得了很大的进展。这些生物标志物的发现为IPF的临床诊断与及时治疗起到了很好的辅助作用。在治疗方面，西医治疗效果较好的药物很少，目前指南推荐的西药尼达尼布和吡非尼酮在治疗IPF方面有良好效果,但价格昂贵[8]。目前，中医药治疗IPF显示出很大的优势，运用代谢组学技术探索IPF患者潜在的生物标志物成为近年来学者研究的热点。笔者对IPF生物标志物的研究及代谢组学在中医药领域的运用进行研究，综述如下。

1 基因组学生物标志物

1.1 MUC5B启动子SNP

关于IPF基因生物标志物的研究最早在2011年，其中ZHANG Y Z等[9]、SEIBOLD M A等[10]通过使用全基因组连锁扫描方法发现启动子单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphvism，SNP)位点rs35705950上携带次要等位基因个体的IPF发病率明显增高。后续研究者[11]发现rs35705950 SNP的主要和次要等位基因的差异与纤维化的不同放射模式有关。最近HELLING B A等[12]提出功能获得性黏蛋白5B(MUC5B)启动子变体rs35705950赋予特发性肺纤维化发展的最大风险(遗传或其他)。近几年，多个研究团队通过大样本队列独立重复研究，确定MUC5B启动子SNP在IPF疾病诊断和预后评估中可能具有重大价值，为IPF重要的生物标志物。

1.2 TOLLIP基因

TOLLIP基因编码是一种重要的免疫调节蛋白，参与Toll样受体介导的天然免疫反应及转化生长因子信号通路。NOTH I等[13]通过一个大样本、多中心的GWAS研究发现TOLLIP基因上3个SNP位点与IPF的易感性相关，其中rs5743890的次要等位基因携带者患IPF的风险低，但同时此基因型的IPF患者病死率显著增高[HR-1．72；95%CI(1．24，2．38)]。除了MUC5B启动子SNP、TOLLIP基因外，还有端粒长度等相关基因标志物。这几种基因生物标志物不断被后续学者进行深层次的探索和验证，尤其是MUC5B基因变异研究最多，并有希望运用于临床[14]。

2 蛋白组学生物标志物

有关蛋白组学的生物标志物众多。2018年最新综述根据IPF发病机制划分了生物标志物，包含了与肺泡上皮损伤相关、与细胞外基质重塑和纤维增生相关、与免疫功能障碍相关等生物标志物。其中蛋白类的标志物包含KL-6，表面活性蛋白SP-A、SP-D，黏蛋白5B(MUC5B)，CCk-18，基质金属蛋白酶(MMP1、MMP7)，LOXL蛋白，骨膜，骨桥蛋白，趋化因子18(CCL-18)，YKL-40，TOLL相互作用蛋白，S100A12，热休克蛋白-70抗体，C-X-C基序趋化因子13(CXCL13)等。多种生物标志物的组合可以更好地识别IPF患者的综合生物标志物特征。然而，在这些潜在的生物标志物完成或替代临床和功能参数之前，还有很长的路要走[15]。GUIOT J等[16]对IPF的血清生物标志物进行了概述，其中肺泡上皮标志物包括KL-6、SP-A、SP-D，纤维发生和细胞外重塑标志物包括基质金属蛋白酶1和7(MMP-1&MMP-7)、赖氨酰氧化酶样蛋白-2(LOXL2 )、骨膜等，趋化因子标志物包括趋化因子18(CCL18)、白介素8(IL-8)，生长因子和黏附分子标志物包括调控因子(YKL-40)、血管内皮生长因子等，其他标志物包括热休克蛋白70(HSP70)等。由于这些生物标志物缺乏纵向研究，故临床运用还有待进一步考证。

研究[14]表明：目前仅有两种生物标志物(Muc5B和MMP7)足够有希望考虑运用于临床实践，证据不足支持其他任何生物标记物用于临床。有研究[17]显示：联合≥2种的标志物能提高诊断肺纤维化疾病的准确率，如结合KL-6、SP-A、SP-D和MMP-7这4种血清标志物诊断IPF，其敏感性达100%，与单一血清诊断指标对比，差异有统计学意义(P<0.05)。在日本，血清KL-6、SP-A、SP-D作为特发性肺纤维化的有用生物标志物被广泛使用，用于诊断间质性肺疾病和预测预后。KL-6对诊断间质性肺疾病具有高度特异性和灵敏度，但SP-A能较好地区分IPF与其他间质性肺病。迄今为止，KL-6、SP-A和SP-D在诊断间质性肺疾病方面已被证明是有价值的，但间质性肺疾病的差异诊断仍然困难，因此，需要KL-6、SP-A和SP-D的组合诊断IPF[18]。

近年来，检测这些生物标志物的技术日渐丰富，其中运用代谢组学技术已经成为研究的热点。

3 代谢组学生物标志物

3.1 溶血磷脂酰胆碱(LysoPC)

溶血磷脂酰胆碱(LysoPC)是溶血磷脂酸(LPA)的前体，而溶血磷脂酸(LPA)是一种已知的肺纤维化介质，其途径目前正被评估为治疗IPF和其他纤维化疾病的新的药物靶点。最近有研究者采用超高效液相色谱法技术研究IPF稳定期患者和健康者各10例，通过高分辨质谱法鉴定得出LysoPC可以作为IPF患者血清中的潜在生物标志物，但由于样本量小，需要在更大的队列研究中进行进一步的验证，以确定其在IPF中的作用[19]。

3.2 脂 质

脂质作为人体内存在的一种物质，之前多被认为是细胞膜的必要组成部分及能量的来源之一，现在被视为细胞膜上的复合物进行组织信号传导、实现免疫应答的重要组成部分[20]。脂质在结构上有8种类型：脂肪酸，甘油脂，糖脂，聚酮化合物，鞘脂，甾醇脂质，异戊二烯脂质，甘油磷脂[21]。OLLERO M和GOSS V的研究小组通过研究[22-23]发现脂质代谢紊乱会导致肺部损伤和肺囊性纤维化,但其在IPF中的病理机制尚不清楚。YAN F等[21]运用超高效液相色谱和四极杆时间飞行质谱(UPLC-QTOF/MS)检测脂质变异并鉴定IPF患者血浆中的生物标志物,通过对比在IPF患者中脂质代谢物水平的变化，统计分析鉴定了共62种独特的脂质，其中的6种(编码分别为R7，R9，R13，R16，R17和R21)对识别IPF表现出更高的敏感性/特异性，并可能作为潜在的生物标志物，提示未来可以使用这6种分子中的任一种作为诊断IPF疾病的潜在生物标志物。KULKARNI Y M等[24]使用猎枪脂质组学探究使用血管内皮生长因子(VEGF)抑制剂CBO-P11作为治疗博来霉素(BLM)诱导的肺纤维化小鼠模型，以鉴定一系列有助于发现IPF发病机制的脂质，结果显示BLM诱导的CBO-P11综合治疗的纤维化应答的减弱伴随着全脂量降低和脂质特异性下调，其在响应BLM治疗时被上调，此表明失调的脂质具有作为IPF生物标志物的潜力。

总而言之，IPF生物标志物的研究所采用的现代化技术运用最多的还是蛋白组学技术，由此而产生的蛋白类标志物也种类繁多。至于运用代谢组学技术探索IPF的生物标志物虽少，但目前已成为各位研究者探索中医药领域发展的热点。

4 中医药治疗IPF的优势

近年来，中医药治疗特发性肺纤维化取得了一定的疗效。中医学最早将IPF归为“肺痿”范畴[25]。王国琛等[26]对近5年中医药治疗肺纤维化的研究进展进行了综述，发现中医药治疗无论是在名老中医经验用方还是临床研究方面都取得了良好的疗效，提出中医辨证治疗和西医辨病治疗相结合会取得更好的疗效。刘旻等[27]通过文献检索和筛选，分为试验组(中药或中药联合西药)和对照组(安慰剂或西药)，纳入17篇随机对照临床试验，对中医药治疗特发性肺纤维化有效性和安全性进行了系统评价和Meta分析，结果显示试验组能明显改善肺功能(FVC、TLC、DLCO)，维持PaO2和生活质量(SGRQ评分)，改善咳嗽症状，不良反应发生率低(P<0.05)，但不能延缓6MWD下降(P>0.05)，也不能改善呼吸困难症状(P>0.05)。臧凝子等[28]对基于络病理论治疗IPF的临床疗效进行Meta分析，结果提示中医络病理论组方治疗IPF具有良好疗效。徐田田等[29]对近十年的中医治疗IPF文献进行总结，通过检索152篇有关中医治疗IPF的文章，发现单药治疗运用最多的是丹参、当归、川芎等，复方制剂多以补益药、活血化瘀药、止咳平喘药为主，方剂主要有补肺汤、肺痿冲剂方、补肾益肺消癥方，这些单味药及复方制剂在IPF的治疗中被认为是有效的。崔兰凤[30]对中药治疗特发性肺纤维化进行了随机对照试验的系统综述和Meta分析，结果显示中药能够提高特发性肺纤维化患者临床疗效,尤其在改善肺功能、提高动脉血氧分压方面有巨大潜力。

中医药治疗IPF方面有效方剂众多，方药也不尽相同，有名老中医名方、单味中药和复方制剂，疗效均较显著。然而，由于中医辨证方面存在主观倾向，很多研究缺乏科学依据和阐释，使得中医学走出国门面临相对困难。代谢组学技术对于研究证型辨证依据和中医治疗机制具有重大的意义。

5 代谢组学在中医学中的运用

NICHOLSON J K团队[31]于1999年提出代谢组学是研究个体细胞或不同细胞类型的代谢调节和通量的一门学科，是通过分析生物流体和组织来确定全身生物化学特征和调节整个生物体的功能。运用现代技术定量测定机体内部小分子代谢物扰动后的变化，并建立代谢物图谱来确定疾病的生物标记物，是系统生物学的重要组成成分。冀天威[32]提出代谢组学具有整体性和系统性的特点，这与中医学的整体观念相一致，即从整体性和系统性考虑，两者有可以相沟通的桥梁。因此，将代谢组学的技术和理论方法运用于中医辨证论治的研究具有重要的意义。徐舒等[33]认为代谢组学为健康监测、疾病诊断等提供了寻找相关生物标志物的技术平台，中医学由于辨证论治的灵活性，缺乏比较科学的阐释，也因此受到很多发展的限制，同病异治与异病同治很好地阐释了中医辨证的灵活性，而将代谢组学技术运用到证的研究中，建立数据模型，可能找到证的规范现代数据依据，使中医辨证科学化和合理化，并有望揭示中医学证的内在规律和科学本质。

临床运用代谢组学技术研究各种疾病的中医证型均取得了很好的成效。简维雄等[34]运用气相色谱-质谱代谢组学技术研究心血瘀阻证大鼠血浆代谢物，检测血流动力学指标变化，结果发现8种代谢物与血瘀的血流动力学指标改变具有一致性，有可能作为心血瘀阻证代谢性生物标志物。霍超等[35]运用综合放血法致血虚证小鼠，从代谢组学研究血虚证，设置对照组，结果发现几种内源性代谢物可以作为潜在的血虚证的生物标志物。石岩等[36]对近年来学者运用代谢组学技术研究气虚血瘀证、脾气虚证、血虚证、血瘀证等进行了探索，通过大量的文献检索，发现IPF中医证候方面的代谢组学研究文献为0篇，尚处于探索阶段，需要进一步的挖掘；其认为随着代谢组学技术的完善与发展，将其融入到以整体观和辨证论治为特点的中医学研究中将是未来的必然趋势。

6 小 结

IPF近年来越来越受广大研究者的关注。鉴于特发性肺纤维化诊断相对困难，因此，对基因组学、蛋白组学及代谢组学生物标志物方面的研究也取得了很好的进展。生物标志物的出现为IPF的诊断鉴别、预后评估提供了依据，但临床实践有待进一步考察。IPF的治疗经济负担重，且有效的西药相对较局限，中医药治疗也显示出很大的优势。因此，将生物标志物与中医药相结合，将为IPF的治疗提供很好的预期效果。而IPF代谢组学与中医学整体观念相一致，故将代谢组学技术这种现代化科学技术运用到中医药研究中具有重要意义。虽然关于这方面的研究已经有很多，尤其是证型方面的研究，但对IPF的研究仍然刚起步。鉴于研究者对其他疾病基于代谢组学的中医证候研究的经验和基础，将代谢组学技术运用到IPF的中医证候研究中，并确定生物标志物，将会收到不一样的效果，可为IPF的中医辨证论治提供更科学的阐释。