矽肺血清標(biāo)志物研究進(jìn)展

張乙 楊方 魏中秋

1華北理工大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院,唐山063210;2華北理工大學(xué)醫(yī)學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院,唐山063210;3華北理工大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,唐山063210

矽肺又稱硅肺,是塵肺最為常見的一種類型。是勞動(dòng)者在工作現(xiàn)場吸入含有結(jié)晶型游離二氧化硅(silicon dioxide,SiO2)生產(chǎn)性粉塵而發(fā)生的以肺部纖維組織增生為主要病理變化的全身性疾病。國際勞工組織/WHO職業(yè)衛(wèi)生聯(lián)合委員會于1995年啟動(dòng)了 “全球消除矽肺國際規(guī)劃”,提出了2010年顯著降低矽肺病發(fā)病率,到2030年消除矽肺病的目標(biāo)[1]。但世界矽肺防治形勢并不樂觀[2],特別是在我國,近年來矽肺病的發(fā)病又有增多跡象。自2010年至2017年,塵肺病新發(fā)病例每年均超過2萬例(其中95%以上是矽肺與煤工塵肺),國內(nèi)不同地區(qū)和行業(yè)也不斷有矽肺病例的報(bào)道[3-11]。日益龐大的塵肺病患者群體,對人民健康水平提升提出了挑戰(zhàn),給健康中國大戰(zhàn)略的實(shí)施帶來了困難,已經(jīng)成為我國重要的社會問題之一。肺部具有代償?shù)墓δ?而矽肺又是一種潛伏期很長的慢性疾病,所以早期發(fā)現(xiàn)和診斷都十分困難。一旦出現(xiàn)明顯的臨床癥狀或影像學(xué)檢查的異常,患者肺部和其他器官往往已經(jīng)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的不可逆損傷。因此尋求矽肺的早期診斷和生物標(biāo)志物一直是矽肺研究的熱點(diǎn)[12]。外周血標(biāo)志物在矽肺早期診斷和疾病進(jìn)展、預(yù)后判斷方面的研究,是近年來矽肺研究中頗受學(xué)者關(guān)注的前沿領(lǐng)域。目前這些研究多集中于各種炎癥相關(guān)細(xì)胞因子、基因變化、血清酶學(xué)、免疫相關(guān)因子等方面。本文就這些研究相關(guān)的進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 基因多態(tài)性、甲基化和miRNA

基因多態(tài)性與疾病的關(guān)系是生物醫(yī)學(xué)界研究的熱點(diǎn),而相關(guān)基因變化與矽肺發(fā)生、發(fā)展(特別是與發(fā)病遺傳易感性)的關(guān)系也受到職業(yè)病研究領(lǐng)域?qū)W者們的關(guān)注。

腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)是矽肺相關(guān)基因多態(tài)性研究較多的基因之一。李霖等[13]以259例矽肺患者和341例矽塵接觸者為研究對象,應(yīng)用PCR-RFLP技術(shù)分析了TNF-α及TNF-αⅡ型受體(tumor necrosis factor receptorⅡ,TNFRⅡ)基因多態(tài)性在矽肺發(fā)病遺傳易感性中的作用及其與SiO2暴露的交互作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)矽肺患者和矽塵接觸者2組間TNF-α基因-308位點(diǎn)G/A+A/A基因型和TNFRⅡ196位點(diǎn)T/G+G/G基因型分布頻率差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。當(dāng)接塵工齡＜15年時(shí),G/A+A/A基因型攜帶者發(fā)生矽肺的危險(xiǎn)性是G/G基因型的6.74倍,95%CI:1.01～44.99,隨著工齡的增加,這種危險(xiǎn)性逐漸減少。提示TNF-α和TNFRⅡ基因多態(tài)性在矽肺發(fā)病的遺傳易感性中不起主要作用。TNF-α基因-308位點(diǎn)基因多態(tài)性在矽肺發(fā)病過程中與接塵工齡存在交互作用,當(dāng)累積接塵量較低時(shí),G/A+A/A基因型攜帶者發(fā)生矽肺的危險(xiǎn)性較G/G基因型明顯增加。Zhang等[14]鑒于TNF基因多態(tài)性與矽肺易感性的關(guān)系研究報(bào)道結(jié)果不一致的情況,對相關(guān)研究做了Meta分析,分析納入15個(gè)研究中1 990例矽肺病例和1 898名健康對照者。結(jié)果提示TNF-308A等位基因和矽肺密切相關(guān)(OR=1.348,95%CI:1.156～1.570,P＜0.001)。TNF-308 A/G多態(tài)性AA+AG基因型與矽肺易感性顯著相關(guān)(OR=1.466,95%CI:1.226～1.753,P＜0.001)。TNF-238A/G多態(tài)性研究結(jié)果與TNF-308A/G相似。研究結(jié)果表明TNF-308A/G和TNF-238A/G與矽肺易感性有關(guān)。

研究表明,多種IL與矽肺發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān),血清IL-12p40升高是矽肺的重要變化。Stanilova等[15]分析了IL-12B-3'UTR多態(tài)性與矽肺易感性和嚴(yán)重程度的關(guān)系,研究了其對血清IL-12p40和IL-12p70水平的影響。發(fā)現(xiàn)血清IL-12p40水平與矽肺嚴(yán)重程度密切相關(guān),重度矽肺患者最高、中度次之,而輕度矽肺與健康對照者相似。IL-12B AA基因型IL-12p40血清水平高于AC型。輕、中度矽肺患者雜合基因型約為重度矽肺患者的5倍。IL-12B基因多態(tài)性與矽肺嚴(yán)重程度有關(guān),而與矽肺易感性沒有明顯相關(guān)。王煒等[16]用Meta分析法,對IL-1基因遺傳變異與煤工塵肺及矽肺易感性的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了研究,納入分析包括8篇文獻(xiàn)中的10項(xiàng)病例-對照研究。結(jié)果納入分析的IL-1β(+3953)、IL-1β(-511)、IL-1α(+4845)均未發(fā)現(xiàn)相關(guān)遺傳變異與煤工塵肺及矽肺發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)明顯相關(guān),只有IL-1RA(+2018)多態(tài)位點(diǎn)與煤工塵肺及矽肺的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。

血清特異性miRNA已被證實(shí)與多種臟器的纖維化進(jìn)程緊密相關(guān)。由于miRNA具有形態(tài)穩(wěn)定、可反復(fù)凍融的特點(diǎn),是比較理想的生物標(biāo)志物。有研究發(fā)現(xiàn)miR-149的多態(tài)性與塵肺易感性相關(guān)。近期臨床研究涉及miR-21、miR-200c、miR-16、miR-204、miR-206、miR-29a及miR-155等,研究發(fā)現(xiàn)miR-21與病程進(jìn)展呈正相關(guān),可以作為接塵工人早期矽肺篩查的指標(biāo),miR-204與病程進(jìn)展呈負(fù)相關(guān)[12,17]。

矽肺患者發(fā)生肺癌的危險(xiǎn)非常高,合并肺癌是矽肺患者診治的棘手問題。Umemura等[18]從血清DNA甲基化的角度探討了矽肺合并肺癌的早期診斷價(jià)值,發(fā)現(xiàn)矽肺合并肺 癌 患 者M(jìn)GMT、p16INK4a、RASSF1A、DAPK和RARβ5個(gè)抑癌基因中一個(gè)以上驅(qū)動(dòng)子異常高甲基化的檢出率明顯高于矽肺組,提示矽肺患者血清DNA驅(qū)動(dòng)子異常高甲基化有助于矽肺合并肺癌的早期診斷。

2 血清酶學(xué)研究

血清酶檢查是臨床疾病診斷、病情監(jiān)測及預(yù)后判斷的重要手段。近年來,有關(guān)血清酶水平在矽肺發(fā)生、發(fā)展及早期診斷方面的研究也有一些進(jìn)展性的報(bào)道。

脯氨酸肽酶(proline peptidase,PLD)或稱脯肽酶,是一種廣泛存在于人體各組織和細(xì)胞的亞氨基肽酶,催化含有C-末端脯氨酸或羥脯氨酸2肽的水解,對膠原合成和細(xì)胞生長過程中脯氨酸的再循環(huán)起重要作用。其血清水平變化與纖維化性疾病密切相關(guān)。Ozis等[19]對住院患者進(jìn)行了回顧性研究,發(fā)現(xiàn)矽肺患者血清PLD水平明顯增高,與國際勞工組織分型密切相關(guān)。因?yàn)镻LD參與膠原的代謝,可以用作矽肺早期診斷和隨訪指標(biāo)。

血紅素加氧酶(heme oxygenase,HO)是血紅素分解代謝過程中的限速酶,HO-1是其氧化應(yīng)激誘導(dǎo)型,具有抗氧化、抗凋亡和抗炎活性。Sato等[20-21]探討了慢性矽肺患者血清HO-1在肺功能下降的預(yù)測價(jià)值,發(fā)現(xiàn)血清HO-1降低可作為矽肺患者肺功能快速下降的預(yù)測因子。較早期研究發(fā)現(xiàn),矽肺患者肺組織HO-1表達(dá)增高,而HO-1可抑制活性氧,降低損傷性病理變化,因此減輕矽肺疾病進(jìn)展。從另一個(gè)層面進(jìn)一步說明HO-1在矽肺發(fā)生、發(fā)展和早期診斷中的可能價(jià)值。國內(nèi)有學(xué)者[22]對比研究了62例Ⅰ期矽肺(矽肺組)、37例具有與矽肺組相同接塵條件的健康井下接塵礦工(接塵組)和35例非接塵井上健康人員(對照組)血清中HO-1、脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物(Lipid peroxide,LPO)和γ-干擾素誘導(dǎo)蛋白10(interferon induced protein-10,IP-10)的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對照組比較,接塵組血清中LPO水平明顯升高,IP-10水平明顯降低。矽肺組血清中LPO和IP-10水平均明顯升高,而HO-1水平顯著降低,發(fā)現(xiàn)Ⅰ期矽肺患者血清中HO-1、LPO及IP-10水平異常與矽肺發(fā)生、發(fā)展有關(guān)。

繆榮明等[23]觀察了矽塵接觸者和矽肺患者血清中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)水平,探討了SOD、GSH-Px在矽肺發(fā)生、發(fā)展中的作用。發(fā)現(xiàn)接塵人群和矽肺患者均存在氧化和抗氧化系統(tǒng)的失衡,矽肺患者組尤為明顯,可能與矽肺病變的嚴(yán)重程度有關(guān)。

Beshir等[24]研究了矽肺和非矽肺矽塵暴露工人血清血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(angiotensin converting enzyme,ACE)水平的變化,發(fā)現(xiàn)矽塵暴露工人和矽肺患者血清ACE明顯升高。Gao等[25]最近也報(bào)道了70例煤礦工人血清學(xué)分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)與非矽肺矽塵暴露組比較,煤礦工人Ⅲ期矽肺患者ACE的表達(dá)水平明顯升高(P＜0.001)。ACE是一種結(jié)合糖蛋白,含有鋅元素,屬二肽羧肽酶,可將血管緊張素Ⅰ轉(zhuǎn)化為具有血管抑制作用的血管緊張素Ⅱ。ACE主要定位于血管內(nèi)皮細(xì)胞腔側(cè)面,也存在于單核巨噬細(xì)胞中。肺泡灌洗液和血清中ACE活性增加是多種疾病肺損傷的標(biāo)志。矽肺纖維化過程中血管內(nèi)皮細(xì)胞和單核巨噬細(xì)胞均是血清ACE的來源。周艷秋等[26]探討了矽肺患者ACE基因第16內(nèi)含子序列的插入(I)/缺失(D)多態(tài)性與血清ACE活力的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)ACE基因多態(tài)性影響矽肺患者血清ACE活力,推測矽肺發(fā)病可能與高ACE活力有關(guān)。提示將ACE血清學(xué)檢查與其基因多態(tài)性變化相結(jié)合,進(jìn)行綜合分析與研究,可能為矽肺病的診斷提供新的思路。

Deniz等[27]研究了血清乳酸脫氫酶水平與矽肺患者放射檢查疾病范圍和肺活量的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)矽肺患者血清乳酸脫氫酶水平明顯增高,與放射檢查疾病范圍和肺活量密切相關(guān)。

3 炎癥相關(guān)細(xì)胞因子

矽肺發(fā)生的始動(dòng)因素是SiO2在肺部沉積引起的炎癥反應(yīng)。炎癥相關(guān)細(xì)胞因子在矽肺的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用。因此,有關(guān)外周血炎癥因子變化在矽肺的形成和早期診斷中的研究頗多。血清TNF-α一直是矽肺研究的熱點(diǎn)之一。Slavov等[28]較早期的研究采用酶聯(lián)免疫吸附測定(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)方法對比觀察了具有相似接塵史的62例矽肺患者和24例健康對照者,以及19例無接塵史的健康對照者血清中TNF-α和含有IL-12p40的 細(xì) 胞 因 子(包 括IL-12p40、IL-p70和IL-23)的差異,發(fā)現(xiàn)矽肺患者和SiO2暴露健康對照者血清TNF-α水平明顯高于非SiO2暴露者。矽肺患者血清TNF-α和IL-12p40均升高。有接塵史的健康對照者血清TNF-α和IL-23、IL-12p70表達(dá)水平均密切相關(guān),但矽肺患者血清TNF-α只與IL-12p40相關(guān)。因此,作者認(rèn)為血清TNF-α升高與矽塵顆粒沉積有關(guān),而TNF-α和IL-12p40均增高與矽肺的發(fā)生、發(fā)展和嚴(yán)重程度相關(guān)。多個(gè)國內(nèi)學(xué)者研究也發(fā)現(xiàn)矽肺患者血清TNF-α增高是矽肺患者血清學(xué)標(biāo)志性變化[29-30]。

吳靜等[31]采用ELISA方法檢測了不同期別矽肺患者血清中IL-17水平變化,探討其在矽肺發(fā)生、發(fā)展中的意義。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ⅰ期矽肺組患者血清IL-17水平顯著高于Ⅱ、Ⅲ期矽肺組,但Ⅱ、Ⅲ期矽肺組與非矽肺接塵組相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。提示IL-17在矽肺形成早期呈高表達(dá),且可能參與了矽肺發(fā)生的過程。除IL-17和IL-12p40外,研究還表明矽肺患者血清IL-6、IL-8和血清可溶性白介素2受體(serum-soluble interleukin-2 receptor,sIL-2R)也有明顯升高[29-30]。

陳麗等[32]研究了血清轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)在矽肺形成、發(fā)展中的作用,發(fā)現(xiàn)隨著矽肺分期提高矽肺患者的肺功能損害進(jìn)一步加重,血清TGF-β1水平也相應(yīng)增高,TGF-β1表達(dá)水平高低與肺組織纖維化程度、累及肺組織范圍有關(guān)。

巨噬細(xì)胞炎癥蛋白-1α(macrophage inflammatory protein-1α,MIP-1α)、MIP-1β和MIP-3α水平變化在矽肺發(fā)生、發(fā)展中的作用也受到相關(guān)學(xué)者的關(guān)注。研究表明接塵對照組和矽肺組血清中MIP-1α水平均明顯降低,接塵對照組血清MIP-1β水平也明顯降低。提示Ⅰ期矽肺患者血清中MIP-1α和MIP-1β水平異常可能參與早期矽肺的發(fā)生與發(fā)展[33]。

4 免疫相關(guān)指標(biāo)

矽肺患者既有呼吸系統(tǒng)免疫功能紊亂,又有自身免疫功能的改變[34-35]。Karnik等[36]發(fā)現(xiàn)矽塵暴露工人血清IgG和Ig M均增高,發(fā)生矽肺時(shí)兩者血清中的表達(dá)水平達(dá)到最高。認(rèn)為免疫球蛋白在矽肺發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。因此,免疫球蛋白檢測可以作為矽肺診斷的輔助指標(biāo)。但免疫球蛋白檢測對確定矽肺進(jìn)展判斷的價(jià)值有待探討。為探討矽肺患者免疫功能紊亂的早期標(biāo)志物,Hayashi等[37]研究了矽肺患者血清IgG、補(bǔ)體及抗核抗體、抗Scl-70抗體、抗著絲點(diǎn)抗體滴度、sIL-2R、IL-2和血清可溶性Fas水平等指標(biāo)的變化及其意義,認(rèn)為sIL-2R是沒有出現(xiàn)自身免疫紊亂臨床表現(xiàn)時(shí)矽肺患者免疫功能紊亂的良好判定指標(biāo)。

Beshir等[38]對比觀察了矽肺和非矽肺水泥工人血清自身抗體水平變化,發(fā)現(xiàn)矽肺患者血清Ig A水平比非矽肺組高,且矽肺組血清抗平滑肌抗體(serum anti-smooth muscle antibodies,ASMA)和抗腎小球基底膜抗體(antiglomerular basement membrane,anti-GBM)滴度增高。矽塵暴露時(shí)間與血清Ig A、ASMA和anti-GBM水平增高有關(guān),而與血清IgG水平呈負(fù)相關(guān)。因此,血清Ig A、ASMA和anti-GBM是與矽肺密切相關(guān)的主要免疫參數(shù)。

趙娜等[39]對比分析了101例男性矽肺患者和62名健康對照組外周血輔助性T細(xì)胞17(T helper cell 17,Th17)、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cells,Treg)比率、周圍血單個(gè)核細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄因子T孤獨(dú)核受體γt(retinoidrelated orphan receptorγt,RORγt)和叉頭樣轉(zhuǎn)錄因子3(forkhead box protein 3,Foxp3)m RNA的相對表達(dá)水平,結(jié)果發(fā)現(xiàn)矽肺組患者外周血中的Th17細(xì)胞比率和RORγt m RNA相對表達(dá)水平均升高(P＜0.05),Treg細(xì)胞比率和Foxp3 mRNA相對表達(dá)水平均下降(P＜0.05)。認(rèn)為Th17/Treg的免疫平衡體系參與了矽肺的發(fā)生與發(fā)展過程。

5 其他

Lee等[40]研究了血清腎連接蛋白(Nephronectin,Npnt)對矽肺纖維化進(jìn)展監(jiān)測的價(jià)值,發(fā)現(xiàn)與健康對照者相比,矽肺患者血清Npnt明顯增高,可能與其他細(xì)胞因子共同參與纖維化的形成與進(jìn)展過程,可以作為矽肺纖維化進(jìn)展的監(jiān)測指標(biāo)。劉靜等[41]采用ELISA法觀察了長期接觸SiO2粉塵對血清克拉拉細(xì)胞蛋白16(Clara cell protein16,CC16)水平的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與無接塵的對照組相比,矽肺組和接塵組血清CC16含量明顯降低。血清CC16水平診斷矽肺的受試者工作特征曲線下面積為0.92(P＜0.01),敏感度為81.37%,特異度為92.63%,Kappa值為0.74。提示長期接觸SiO2粉塵可能會導(dǎo)致血清中CC16水平降低,血清中CC16水平對于矽肺患者有一定輔助診斷價(jià)值。張雁林等[42]對比觀察了健康對照者、具有職業(yè)性矽塵接觸但無矽肺者和矽肺患者血漿中細(xì)胞外組蛋白H4和TGF-β3水平變化。發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比較,塵接觸組和矽肺組血漿中細(xì)胞外組蛋白H4含量明顯升高。血漿中的細(xì)胞外組蛋白H4水平與矽肺期別有明顯的相關(guān)性。同時(shí)矽肺組血漿中TGF-β水平也明顯高于矽塵接觸組和對照組。認(rèn)為矽肺患者血漿中細(xì)胞外組蛋白水平的明顯升高,在矽肺纖維化進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用。

血清的某些腫瘤標(biāo)志物與矽肺發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系也是矽肺研究領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)之一。方申存等[43]研究發(fā)現(xiàn)矽肺患者血清中糖鏈抗原125(carbohydrate antigen,CA125)、CA19-9和神經(jīng)元特異性烯醇化酶(neuron specific enolase,NSE)的水平明顯增高,通過檢測血清中NSE、CA125和CA19-9的水平可以預(yù)測矽肺疾病的嚴(yán)重程度。Fang等[44]的研究也發(fā)現(xiàn)矽肺患者血清NSE和CA125明顯增高,患者經(jīng)肺泡灌洗后部分病例血清NSE下降,認(rèn)為NSE血清濃度可以為矽肺疾病嚴(yán)重程度的判斷提供有價(jià)值的臨床信息。

新蝶呤是細(xì)胞免疫反應(yīng)的早期生物標(biāo)志物,Pingle等[45]認(rèn)為血清新蝶呤水平增高可以作為矽肺等細(xì)胞免疫相關(guān)疾病監(jiān)測標(biāo)志物。此外,孔玉林等[46]對125例矽肺住院患者血清中25-羥維生素D及鈣磷水平進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)其血清25-羥維生素D濃度水平低、缺乏或不足占70.4%,較血清鈣磷下降敏感。也有學(xué)者對矽肺患者血清總唾液酸和C反應(yīng)蛋白變化的關(guān)系進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)矽肺患者血清唾液酸變化與C反應(yīng)蛋白變化一致,在Ⅲ期矽肺患者達(dá)到最高值[47]。

6 小結(jié)與展望

綜上所述,近年來有關(guān)矽肺血清標(biāo)志物的研究取得了可喜的進(jìn)展,這些研究與進(jìn)展為矽肺病的診治工作提供了重要的信息與一些新思路。然而,從目前已有的文獻(xiàn)報(bào)道看,這些研究涉及的指標(biāo)比較多,也有一些具有臨床診治意義的陽性發(fā)現(xiàn),但仔細(xì)分析各研究報(bào)道則不難發(fā)現(xiàn),諸多研究中病例數(shù)量不夠多,樣本量不夠大,有的尚缺乏嚴(yán)格的納入和排除標(biāo)準(zhǔn),研究指標(biāo)的敏感度和特異度尚值得認(rèn)真商榷。防治塵肺病的工作仍然是任重而道遠(yuǎn)。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突