肌少癥的血清生物標(biāo)志物

景海蓉，陳雅雯 ，付泓博 ，張聞怡 ，楊茗 , 4, 5*

(四川大學(xué)華西醫(yī)院：1老年醫(yī)學(xué)中心，4國(guó)家老年疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，5精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究中心，成都 610041；2四川省綿陽(yáng)市三臺(tái)縣人民醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科，四川 三臺(tái) 621100；3四川省德陽(yáng)市人民醫(yī)院內(nèi)分泌代謝及老年病科，四川 德陽(yáng) 618000)

肌少癥最初被認(rèn)為是一種以肌肉量減少、伴有肌肉力量和(或)軀體功能減退為特征的老年綜合征[1]。肌少癥在老年人群患病率高，系統(tǒng)評(píng)價(jià)顯示按照歐洲肌少癥工作組(European Working Group on Sarcopenia in Older People ，EWGSOP)標(biāo)準(zhǔn)，肌少癥在社區(qū)老人中的平均患病率為12.8%[2]。按照亞洲肌少癥工作組(Asian Working Group for Sarcopenia, AWGS)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)社區(qū)老年人中肌少癥的平均患病率為14%[3]。眾多研究在不同人群中證實(shí)肌少癥與不良健康結(jié)局相關(guān)，包括跌倒、骨折、失能、衰弱、住院時(shí)間延長(zhǎng)、醫(yī)療費(fèi)用和死亡風(fēng)險(xiǎn)增加等。因此，作為一個(gè)重要的公共衛(wèi)生問(wèn)題，肌少癥已經(jīng)引起世界各國(guó)的重視[1,2]。

生物標(biāo)志物是某種生理過(guò)程或疾病狀態(tài)的可測(cè)量指標(biāo)。生物標(biāo)志物有助于對(duì)疾病生物學(xué)基礎(chǔ)的理解，也可能提供潛在的干預(yù)靶點(diǎn)[4]。生物標(biāo)志物可在體液或組織樣本中檢測(cè)，肌少癥生物標(biāo)志物常通過(guò)血液和骨骼肌活檢樣本進(jìn)行檢測(cè)，但骨骼肌活檢為有創(chuàng)檢測(cè)，臨床實(shí)用性差，因此肌少癥的血清生物標(biāo)志物研究備受關(guān)注。本文綜述了肌少癥血清生物標(biāo)志物的最新研究進(jìn)展。

1 肌肉特異性生物標(biāo)志物

理想情況下，肌肉特異性生物標(biāo)志物應(yīng)該能夠反映肌肉量減少和力量下降。目前有證據(jù)的肌肉特異性生物標(biāo)志物包括： Ⅲ型前膠原 N 端肽 (procollagen type Ⅲ N-terminal peptide, P3NP) 、3-甲基組氨酸(3-methylhistidine, 3MH)、Ⅵ型膠原N端球狀結(jié)構(gòu)域表位(type Ⅵ collagen N-terminal globular domain epitope, IC6)、基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)生成的膠原蛋白 6 降解片段(MMP-generated degradation fragment of collagen 6, C6M)、β-氨基異丁酸(dl-3-aminoisobutyric acid, BAIBA)、肌生長(zhǎng)抑制素、生長(zhǎng)分化因子-15(growth and differentiation factor 15, GDF-15)等。

P3NP是肌肉中膠原合成過(guò)程中通過(guò)蛋白水解釋放的片段，是反映骨骼肌重塑的標(biāo)志物。證據(jù)表明血清 P3NP 濃度與老年人的肌肉量和肌力密切相關(guān)[5]，而力量訓(xùn)練也可顯著提高老年女性血清P3NP水平[6]。然而，P3NP 水平改變并非僅與肌少癥相關(guān)，某些自身免疫性疾病(如銀屑病、銀屑病關(guān)節(jié)炎和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎)也會(huì)導(dǎo)致P3NP水平改變。

3MH由肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白的組氨酸殘基甲基化產(chǎn)生，可誘導(dǎo)肌原纖維蛋白水解。證據(jù)表明3MH可能與肌少癥的病理生理學(xué)有關(guān)，但3MH容易受到飲食習(xí)慣的影響[7]。

C6M 是由 MMP-2/-9介導(dǎo)的 Ⅵ 型膠原蛋白水解產(chǎn)生的 C 端肽。IC6 是 Ⅵ 型膠原蛋白 N 端球狀結(jié)構(gòu)域的內(nèi)部氨基酸序列，而不僅是從 MMP 裂解中釋放出來(lái)的片段。一項(xiàng)小樣本研究顯示IC6和C6M在年輕人中均與肌肉量顯著相關(guān)，這提示IC6和C6M或可作為潛在的肌少癥生物標(biāo)志物，但該研究在老年人群并未觀察到類似現(xiàn)象[8]。

BAIBA是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一種肌肉在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的小分子肌因子，可能是潛在的肌少癥生物標(biāo)志物[9]。新近研究發(fā)現(xiàn)在小鼠飲用水中添加的 BAIBA 可預(yù)防肌肉功能喪失，但這種保護(hù)作用隨著小鼠月齡增長(zhǎng)而逐漸消失[9]。BAIBA與肌少癥的關(guān)系尚無(wú)直接證據(jù)。

作為轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor-β, TGF-β)超家族成員，生長(zhǎng)分化因子-8 (growth differentiation factor 8, GDF-8)負(fù)向調(diào)控肌肉生長(zhǎng)[10]。研究發(fā)現(xiàn)血清肌肉生長(zhǎng)抑制素水平與肌肉量成正比，但血清肌肉生長(zhǎng)抑制素水平還受多種因素影響，包括生理因素(如年齡、性別和身體活動(dòng))和各種疾病(如心力衰竭、代謝綜合征、腎衰竭等)，因此不宜單獨(dú)作為肌少癥生物標(biāo)志物[10]。

GDF-15是TGF-β超家族的另一位成員，已知在骨骼肌細(xì)胞中表達(dá)。老年小鼠的血清GDF-15 水平升高，與肌肉量減少和肌肉功能下降有關(guān)。無(wú)論是男性還是女性，GDF-15水平也隨著年齡增長(zhǎng)而增加，并與肌肉量低呈正相關(guān)[11]。這些研究結(jié)果支持GDF-15作為潛在的肌少癥生物標(biāo)志物。但新近也有研究顯示在老年人中血清GDF-15水平與肌少癥無(wú)關(guān)[12]，因此尚待進(jìn)一步研究。

2 炎癥相關(guān)生物標(biāo)志物

慢性低強(qiáng)度炎癥是肌少癥可能的發(fā)病機(jī)制之一。炎癥相關(guān)生物標(biāo)志物也是肌少癥領(lǐng)域研究最早的生物標(biāo)志物，目前證據(jù)顯示與肌少癥密切相關(guān)的炎癥標(biāo)志物包括白細(xì)胞介素-6(interleukin-6, IL-6)、IL-1β、IL-2、IL-8、IL-10、IL-17、IL-18、腫瘤壞死因子-α(tumour necrosis factor-α, TNF-α)、 C-反應(yīng)蛋白(C-reactive protein, CRP)、熱休克蛋白72(heat shock proteins 72, HSP72)、巨噬細(xì)胞遷移抑制因子(macrophage migration inhibitory factor, MIF)、P選擇素、γ干擾素(interferon γ, IFN-γ)、可溶性腫瘤壞死因子受體1(soluble tumor necrosis factor receptor 1, sTNFR-1)、髓過(guò)氧化物酶(myeloperoxidase, MPO)、腫瘤壞死因子樣弱凋亡誘導(dǎo)物(TNF-like weak inducer of apoptosis, TWEAK)、高溫相關(guān)絲氨酸蛋白酶A1(high temperature requirement serine protease A1, HtrA1)等[5, 13, 14]。眾多研究發(fā)現(xiàn)這些生物標(biāo)志物水平可能與肌少癥相關(guān)，也可預(yù)測(cè)體能和步速下降[5, 13, 14]。但這些生物標(biāo)志物的特異性較差，受體內(nèi)外多種因素(如應(yīng)激或運(yùn)動(dòng))和多種疾病(如感染或自身免疫性疾病)的影響。以研究最多的IL-6為例，在進(jìn)行體育鍛煉后IL-6血漿濃度可能會(huì)暫時(shí)增加至平時(shí)的 100 倍[15]。因此，單一的炎癥標(biāo)志物可能難以作為肌少癥生物標(biāo)志物。

3 氧化應(yīng)激相關(guān)生物標(biāo)志物

氧化應(yīng)激和活性氧積累隨著增齡而增加，是肌少癥的發(fā)病機(jī)制之一。如果抗氧化劑不能消除自由基，可能對(duì)肌肉細(xì)胞造成嚴(yán)重?fù)p傷。晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end products, AGEs)是由DNA、蛋白質(zhì)和脂類的非酶糖基化形成的生物活性化合物。研究發(fā)現(xiàn)在社區(qū)老年女性中血清AGEs水平升高與肌力受損有關(guān)[5]。戊糖苷是一種AGEs，新近研究顯示中老年男性糖尿病患者中，合并肌少癥患者的血清戊糖苷水平顯著高于對(duì)照組[16]。另一項(xiàng)研究也發(fā)現(xiàn)老年女性中肌少癥組血清戊糖苷水平顯著高于對(duì)照組，而血清同型半胱氨酸(另一種AGEs)水平在組間并無(wú)顯著差異[17]。

4 營(yíng)養(yǎng)相關(guān)生物標(biāo)志物

肌少癥與營(yíng)養(yǎng)不良密切相關(guān)，研究表明某些血清營(yíng)養(yǎng)標(biāo)志物(如血紅蛋白、白蛋白、硒、鎂、維生素D、尿酸)也與肌少癥相關(guān)，但這些標(biāo)志物受影響因素較多，不適合單獨(dú)作為肌少癥生物標(biāo)志物[5]。此外，瘦素是脂肪組織分泌的一種激素，可通過(guò)調(diào)節(jié)脂肪分解和胰島素敏感性來(lái)影響肌肉。Li等[18]學(xué)者發(fā)現(xiàn)老年肌少癥患者的血清瘦素水平顯著高于對(duì)照組。我國(guó)臺(tái)灣的Yang等[19]在4 063例大樣本研究中也證實(shí)血清瘦素水平與肌少癥和肌少性肥胖風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。

5 內(nèi)分泌相關(guān)生物標(biāo)志物

肌少癥也與老年人合成蛋白質(zhì)能力下降相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)肌肉蛋白質(zhì)合成/分解失衡可能與人體激素水平隨增齡變化有關(guān)。尤其是雄激素(包括睪酮和硫酸脫氫表雄酮)水平隨增齡而下降，在肌少癥的發(fā)病中起重要作用[20]。肌少癥患者還常出現(xiàn)生長(zhǎng)激素(growth hormone, GH)和胰島素樣生長(zhǎng)因子1(insulin-like growth factor 1, IGF-1)的下降[21]。IGF-1是一種促進(jìn)肌肉生長(zhǎng)和再生的合成激素，與肌肉的許多合成代謝途徑有關(guān)。此外，腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)是神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族中的一員，骨骼肌細(xì)胞也可分泌BDNF，通過(guò)自分泌和(或)旁分泌的方式在肌肉修復(fù)、再生和分化中發(fā)揮重要作用。新近研究發(fā)現(xiàn)BDNF與接受血液透析患者的肌少癥和衰弱相關(guān)[22]。

6 神經(jīng)肌肉連接功能障礙相關(guān)生物標(biāo)志物

神經(jīng)肌肉連接(neuromuscular junction, NMJ)功能障礙是肌少癥的重要發(fā)病機(jī)制之一。在健康肌肉中，NMJ功能維持依賴一種神經(jīng)源性蛋白——集聚蛋白。在神經(jīng)肌肉重塑過(guò)程中，集聚蛋白被神經(jīng)胰蛋白酶切割成 22 ku 的 C 端集聚蛋白片段 (C-terminal agrin fragment, CAF)。新近研究表明，神經(jīng)胰蛋白酶將集聚蛋白過(guò)度切割成 CAF 會(huì)導(dǎo)致NMJ功能障礙，因此集聚蛋白和CAF均是潛在的肌少癥生物標(biāo)志物[23]。如在社區(qū)老人中，血清 CAF 水平升高與肌肉減少癥相關(guān)，與年齡、性別和其他人體測(cè)量學(xué)變量無(wú)關(guān)[24]。

NMJ的結(jié)構(gòu)特征與其他化學(xué)突觸相似，許多參與NMJ形成的分子(如SNARE蛋白)在其維持過(guò)程中也起著至關(guān)重要的作用。SNARE蛋白是一個(gè)蛋白質(zhì)家族，主要作用是介導(dǎo)囊泡與靶膜的融合(胞吐作用)，其中SNARE核心突觸體相關(guān)蛋白25 ku (synaptosomal-associated protein 25kDa, SNAP-25)可能與肌少癥相關(guān)[25]。

7 小分子核糖核酸標(biāo)志物

小分子核糖核酸(MicroRNA)是一類短的非編碼RNA，參與信使RNA(messenger RNA,mRNA)的沉默和基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。循環(huán)中MicroRNA是一類新興的生物標(biāo)志物。近期一項(xiàng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)顯示血清中10種microRNAs(miR-10a-3p、miR-21、miR-92a-3p、miR-185-3p、miR-194-3p、miR-203a-3p、miR-326、MicroRNA-532-5p、miR-576-5p、miR-760)是潛在的肌少癥生物標(biāo)志物[26]。值得注意的是，單個(gè)MicroRNA對(duì)肌少癥的特異性有限，或可作為未來(lái)的潛在干預(yù)靶點(diǎn)，但對(duì)肌少癥的篩查或診斷價(jià)值可能有限。

8 其他生物標(biāo)志物

脂聯(lián)素是人體表達(dá)最豐富的脂肪因子，主要由骨髓脂肪組織產(chǎn)生，它通過(guò)抑制IL-6、IL-18、TNF-α的合成和阻斷核因子κB(nuclear factor kappa-B, NF-κB)的激活介導(dǎo)炎癥過(guò)程。最新研究顯示脂聯(lián)素通過(guò)與T鈣黏蛋白結(jié)合促進(jìn)肌肉再生，對(duì)肌肉萎縮具有保護(hù)作用[27]。一項(xiàng)納入7個(gè)原始研究的系統(tǒng)評(píng)價(jià)證實(shí)肌少癥患者的脂聯(lián)素水平顯著高于對(duì)照組，因此脂聯(lián)素也被認(rèn)為是潛在的肌少癥生物標(biāo)志物[28]。

鳶尾素是一種含112個(gè)氨基酸的多肽，由纖維連接蛋白Ⅲ型結(jié)構(gòu)域蛋白5(fibronectin type Ⅲ domain-containing protein 5, FNDC5)水解而成。韓國(guó)一項(xiàng)研究顯示社區(qū)老年人中血清鳶尾素水平降低是肌少癥的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[29]。另有研究表明絕經(jīng)后婦女中血清鳶尾素水平與肌少癥顯著相關(guān)[30]。肝硬化患者中肌少癥組血清鳶尾素水平也顯著低于對(duì)照組[31]。這些研究結(jié)果均提示鳶尾素可作為潛在的肌少癥生物標(biāo)志物。

硬化蛋白是一種骨細(xì)胞分泌的循環(huán)蛋白，可抑制 Wnt/β-catenin 信號(hào)通路。無(wú)糖尿病的健康成人中，肌少癥組的血清硬化蛋白水平顯著高于對(duì)照組[32]。另一項(xiàng)研究顯示糖尿病血液透析患者血清中硬化蛋白濃度較高，且與肌肉量呈負(fù)相關(guān)[33]。

此外，成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-21(fibroblast growth factor 21, FGF-21)屬于FGF超家族，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、生長(zhǎng)、分化以及細(xì)胞能量代謝。新近研究發(fā)現(xiàn)血清FGF-21水平升高與肌少癥、握力下降和軀體功能下降密切相關(guān)[34]。

9 小 結(jié)

本文綜述了目前較為成熟的肌少癥血清生物標(biāo)志物。鑒于肌少癥發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，尚未發(fā)現(xiàn)單一的生物標(biāo)志物能可靠地反映肌少癥的全部特征。此外，合并癥(如心血管疾病、慢性腎病、糖尿病和腫瘤)、環(huán)境因素和個(gè)體差異也可能影響單一生物標(biāo)志物的結(jié)果。因此，研究熱點(diǎn)已經(jīng)從尋求單一生物標(biāo)志物轉(zhuǎn)向構(gòu)建基于一組生物標(biāo)志物的多變量/多維模型。如Kawk等[35]篩選出血清IL-6、骨連接素、MIF和IGF-1并構(gòu)建多元回歸模型，預(yù)測(cè)肌少癥的受試者工作特征曲線下面積(area under the curve, AUC)可達(dá)0.763 。Qaisar等[36]通過(guò)6種血清生物標(biāo)志物(P3NP、C 端集聚蛋白片段22、骨連接素、鳶尾素、脂肪酸結(jié)合蛋白 3和MIF)構(gòu)建累積風(fēng)險(xiǎn)積分，預(yù)測(cè)肌少癥的AUC可達(dá)0.793。

此外，近期有學(xué)者報(bào)道社區(qū)老年肌少癥患者的唾液睪酮水平顯著下降，或可作為潛在的肌少癥生物標(biāo)志物[37]。鑒于唾液標(biāo)本的易得性，肌少癥唾液生物標(biāo)志物極具開(kāi)發(fā)潛力。腸道菌群作為新的肌少癥生物標(biāo)志物近年來(lái)也備受關(guān)注，作用于腸道菌群的益生菌、益生元和短鏈脂肪酸有望成為新的肌少癥干預(yù)靶點(diǎn)[38]?？梢灶A(yù)見(jiàn)，基于多組學(xué)技術(shù)將篩選出更多潛在的肌少癥生物標(biāo)志物，融合臨床指標(biāo)、血清或其他體液生物標(biāo)志物和影像學(xué)標(biāo)志物,構(gòu)建肌少癥的臨床預(yù)測(cè)模型將是未來(lái)研究的熱點(diǎn)。