生物标志物在特应性皮炎中的研究进展

李俊龙,田歆,何素玲,黄琼霄,刘玉梅,王建琴

特应性皮炎(atopic dermatitis, AD)是一种常见的慢性、复发性、炎症性皮肤病。其发病机制主要与遗传和环境背景下的免疫失衡以及皮肤屏障功能障碍相关。研究过程中发现的大量生物标志物,使我们对AD患者的异质性有了更深的认识,但目前这些生物标志物的临床应用十分有限,本文拟对其在AD中的研究进展进行总结,并探讨未来的研究价值和发展方向。

1 生物标志物的内涵

生物标志物可简单的理解为:“能客观测量的,参与到人体生理、病理、甚至是治疗时药理反应的,反映某些具体特征的指标”[1]。根据功能又可分为:识别性生物标志物和监测性生物标志物,前者主要是识别并划分具有不同属性的人群,后者则是监测人体受到各种干预时所产生的变化。

2 AD中的生物标志物

2.1识别性生物标志物 主要包括:①能够纳入诊断标准和/或用于疾病鉴别的诊断性生物标志物;②识别患AD高风险人群的筛查性生物标志物;③预测患者病程、合并症及未来结局的预后性生物标志物;④用于发现对某一治疗方法应答良好的患者群体的靶标性生物标志物;⑤识别药物不耐受患者,优化治疗方案的药效性生物标志物。各类型识别性标志物在AD中的应用见表1。

表1 识别性生物标志物在特应性皮炎中的应用

2.1.1诊断性生物标志物 目前大多数AD诊断标准中没有包含生物标志物的检测,但有许多研究结果支持血清总IgE和外周血嗜酸性粒细胞数可以辅助诊断[2-3]。2017年中国成人/青少年 AD诊断标准中就包含了一条标准:“血清总IgE升高和/或外周血嗜酸性粒细胞升高和/或过敏原特异性IgE阳性”[4]。但近20%的AD患者血清总IgE处于正常水平是不容忽视的,且血清IgE来源与变化复杂,因此仅能充当次要诊断标准。

银屑病和AD这两种常见的炎症性皮肤病分别由Th17和Th2驱动,两者的鉴别随着靶向生物制剂的应用变得比以往更加严格。有研究提出NOS2和CCL27基因分别关联银屑病和湿疹,表达水平的差异与患者临床及组织学特征显著相关。这种鉴别方法与组织病理学的金标准相比,在RT-PCR水平上的诊断特异性和敏感性均大于95%,在皮损石蜡包埋切片上的iNOS和CCL27蛋白的免疫荧光染色水平上诊断特异性和敏感性均大于88%[5]。还有研究通过简便的皮肤胶带取材发现IL-36γ在银屑病皮损中表达明显高于AD患者,诊断特异性和敏感性高达100%和94.44%。同时AD患者皮损高表达的血清胸腺激活调节趋化因子(TARC/CCL17)也有鉴别意义,但偏低的检出率限制了其应用[6]。

2.1.2筛查性生物标志物 AD发病是全年龄段的,从出生起便使用润肤剂预防AD已被写入多国指南推荐[4,7-8]。若能使用筛查性生物标志物识别患AD高风险人群,将有利于疾病的早期干预并减轻患者负担。

遗传因素是AD发病的重要环节,AD患者往往具有特应性疾病家族史。在AD致病基因的研究中,丝聚蛋白(FLG)基因突变是最著名的。FLG基因突变与AD的早发、持久、严重、合并感染或哮喘等显著相关[9]。因此FLG基因突变不仅能作为筛查性标志物,还可作为一种预后性标志物。基因筛查在识别高负担患者方面有着重要的研究价值,SPINK5的rs2303067基因型与AD患者的早发、需住院治疗、长病程、皮损广泛显著相关,CHI3L1的rs490928基因则恰恰相反[10]。类似的AD致病基因研究还有很多,但其高昂的检测成本限制了临床的应用。

有研究报道出生1周内测量的经皮失水(TEWL)值可以预测婴儿期AD的发生[11],但TEWL值的不稳定性影响了其应用。利用皮肤胶带取材进行蛋白组学分析,有学者发现2个月婴儿的表皮胸腺基质淋巴生成素(TSLP)蛋白高表达可以筛查2岁时患AD的高风险的儿童[12]。Goleva等[13]在有食物过敏的AD儿童皮肤中发现了45种高表达蛋白。该组合不仅能对AD高风险儿童进行筛查,还反映了皮肤屏障的完整性与过敏的关系。还有学者发现患AD高风险新生儿的脐带血具有偏高的CCL17,或偏低的白介素(IL)-17、IL-25水平[14-15],这在疾病早发现方面更具优势。

2.1.3预后性生物标志物 AD患者的预后受多方面影响,如化学刺激物、空气过敏原、食物、微生物、汗液和抓挠等都可能导致病情加重与反复[16]。有研究提出血清总IgE可作为识别患者长期预后的生物标志物,选择需要进一步随访的患者[17],对马拉色菌特异性IgE阳性的患者增加抗真菌治疗可以取得更好的预后[4,18]。

皮肤屏障的严重破坏使得AD患者易合并各种感染。研究发现人β-防御素(hBDs)在AD皮损表达低于银屑病患者,可能用于识别对细菌和病毒感染易感性增加的患者[19]。在合并疱疹样湿疹时,患者朗格汉斯细胞中吲哚胺2,3-二氧酶(IDO1)会过度表达,可能是预测AD发生严重病毒感染并发症的生物标志物[20]。此外慢性病程患者由于长期的炎症反应,易合并精神神经系统疾病、炎性肠病、类风湿性关节炎、心血管疾病、淋巴瘤以及骨质疏松性骨折等疾病[21-26],而利用Th细胞失衡充当预后性生物标志物仍需进一步的实验室研究探索。

2.1.4靶标性生物标志物 AD是一种高异质性疾病,为了做到个性化精准治疗,我们可以利用靶标性生物标志物选择靶向治疗药物。比如在哮喘患者中抗IL-13治疗对血清骨膜素水平高的患者最有效[27]。而在AD患者中,皮肤活检IL-22表达较高的患者可能更适合Fezakinumab治疗[28]。而血清高水平DPP-4和骨膜素的AD患者更适合Tralokinumab治疗也得到了初步的验证[29]。

在人体中寻找合适的靶标性生物标志物犹如大海捞针,大组学整合和计算机预测模型是未来发展的方向之一,国际湿疹协会就在报告中指出计算机预测模型有望解决这一难题[30]。Bakker等[31]最近报道的预测模型利用10个血清生物标志物便将AD患者进行内型分组。有趣的是其中并没有Th2相关细胞因子,这也提示由于AD患者普遍有着Th2轴的激活,对AD患者内型的准确划分需要用到更多其他途径的相关标记物组成综合预测模型。

2.1.5药效性生物标志物 药物遗传学研究发现单核苷酸多态性(SNPs)等可作为药效性生物标志物优化治疗方案。他克莫司与环孢菌素A(CsA)同属于钙调磷酸酶抑制剂,在人体通过肝酶代谢。CYP3A4和CYP3A5基因的SNPs分析可以将患者们分为他克莫司代谢不良、中间或广泛三型,借此可以调整药物剂量,减少不良反应[32]。麦考酚酸(MPA)可被用于CsA治疗失败的AD患者,治疗前筛查代谢酶UGT1A9的SNPs,可以识别对MPA应答不良的患者[33]。硫唑嘌呤(AZA)也是AD的二线药物,多版指南指出用药前检测硫代嘌呤甲基转移酶(TPMT)的活性可以识别代谢不良患者,从而调整药物剂量降低发生骨髓毒性的风险[34-35]。

2.2监测性生物标志物 监测性生物标志物可以在科学试验和临床实践中充当次要终点。主要包括:①用于评价体征(皮损)相关性生物标志物;②用于评价症状(瘙痒)相关性生物标志物。

2.2.1体征(皮损)相关性生物标志物 目前的文献报道中有大量潜在生物标志物或多或少的与皮损变化相关,这可能与AD复杂的发病机制和缺乏评价皮损严重程度的金标准有关。血清胸腺活化调节趋化因子(TARC/CCL17)是目前表现最好的体征(皮损)相关性生物标志物[8,36-37]。另外还有血清皮肤T细胞吸引趋化因子(CTACK/CCL27)、血清sE-选择素、巨噬细胞源性趋化因子(MDC/CCL22)、白介素(IL)-18、血清乳酸脱氢酶(LDH)等在有限的研究中表现出了较强的相关性[36]。血浆miR223也被报道与血清TARC水平相关并在严重AD患者中表达升高[38],miRNA是一个大家族,大量研究证实了多个miRNA成员在AD皮损及外周血中差异表达,其应用价值还需要更多的研究验证[39]。血清总IgE与严重程度的相关性并非完全线性,其临床应用价值有待商榷[17]。尽管血清维生素D也被报道与AD严重程度相关,但在荟萃分析中表现不佳,需要更多的研究证据支持[3,36]。

血清TARC水平在客观评分相近的患者横向比较时存在差异,这可能是由于血清TARC的水平变化涉及了大量的生物途径,因此有研究者提出更优的生物标志物的组合,如TARC、PARC、IL-22和sIL-2R[40]。还有研究者提出,组合患者皮损、非皮损和血液中的生物标志物能取得更好的病情严重程度相关性[41]。值得强调的是,合适的体征(皮损)相关性生物标志物需要在监测的可行性与准确性间取得平衡。总而言之,目前还没有公认的AD体征(皮损)相关性生物标志物。

2.2.2症状(瘙痒)相关性生物标志物 瘙痒是AD患者的主要症状,严重影响患者睡眠及心理,降低患者生活质量。目前缺乏瘙痒评价的金标准,常用的瘙痒症数字评分量表(Pruritus-NRS)受主观性影响,无法成为高质量循证医学证据[42]。有报道神经与免疫相互作用在AD患者瘙痒机制中发挥重要作用,研究证实神经元受体(IL-4Rα、IL-31Rα、TRPV1、TRPA1)的表达与瘙痒相关,并且度普利尤单抗(抗IL-4Rα)及Nemolizumab(抗IL-31Rα)能明显改善患者瘙痒症状[43]。其他潜在的AD患者症状(瘙痒)相关性生物标志物还包括IL-33、TSLP、IL-4、IL-13、IL-31等[44],尽管这些指标的研究证据尚不充分,但为我们提供了未来探索的方向。各类型监测性标志物在AD中的应用见表2。

表2 监测性生物标志物在特应性皮炎中的应用

3 生物标志物在AD中的研究价值

3.1识别内表型 AD患者除了可以根据病程、年龄、种族和疾病严重程度分为不同的临床表型外,还可以根据各种生物标志物的差异划定内表型。内表型是相较于临床表型和基因型的一个概念,指由各种检测方法获得的与疾病发生、进展、预后等相关的生物标志物组成的集合。根据疾病潜在的分子机制识别患者的内表型,将有利于疾病的分子诊断,并能满足靶向治疗的需求。

3.2客观评价病情 目前评价AD患者病情缺乏金标准。生物标志物具有精准、量化、客观的特点,避免了传统方法的耗时耗力、调查偏倚、安慰剂效应等问题,在临床研究中能增加可比性,促进循证医学的发展。

3.3满足未来医学的发展 将大组学数据和计算机模型相结合的人工智能(AI)在未来医学中有着广阔的应用前景,尤其是在皮肤病学领域[45],医学研究中的各种生物标志物将会是AI进行深度学习的养料。

4 总结

随着科学技术的进步,目前已经能在少量样本中鉴别出大量客观、精准、可量化的生物标志物。文中总结的生物标志物大多还处于实验室研究阶段,但它们在AD患者的诊断与分类、制定个性化治疗方案、增加临床研究的可比性等方面具有巨大潜力。希望未来AD相关生物标志物领域的探索能在大组学数据整合、计算机模型构建、大队列临床研究验证等方向上取得突破。