编辑推荐：
本文系统阐述了生物标志物在哮喘精准医学中的关键作用。文章指出，尽管靶向生物制剂已显著改善重症哮喘预后，但现有生物标志物（如血嗜酸性粒细胞、FeNO）在区分T2亚型及预测特定生物制剂疗效方面仍存在局限。综述深入探讨了从传统T2标志物到新兴分子（如嗜酸性粒细胞过氧化物酶、Galectin-10）及组学技术的进展，并强调了将生物标志物整合至早期疾病评估，以实现“对因治疗”并预防气道重塑的重要性。
从哮喘表型到内型
哮喘是一种高度异质性的综合征，其背后存在多种不同且相互重叠的免疫病理机制。然而，现行的管理算法仍主要采用统一的阶梯式方法，仅在临床恶化或反复急性加重后才升级药物治疗。精准医学的实现——即根据个体疾病机制选择治疗——仍然难以实现，这主要归因于缺乏能够定义内型并准确预测治疗反应的经过验证的生物标志物。
传统的做法是根据表型对患者进行分层，即根据可观察的临床特征进行聚类。然而，这种方法存在显著局限性，即不同聚类之间存在显著重叠，且无法将不同的分子机制与临床表型联系起来。目前，除了能够识别2型（T2）炎症驱动的哮喘与T2低哮喘之外，基于特定疾病机制（即内型）进行分型的能力尚未实现。现有的T2炎症指标，包括血嗜酸性粒细胞计数、呼出气一氧化氮（FeNO）和血清免疫球蛋白E（IgE），仅能部分区分T2亚型，且不足以指导特定T2靶向生物制剂的选择。此外，目前还明显缺乏经过验证的非T2生物标志物。
哮喘中的生物标志物
T2生物标志物
- •
痰嗜酸性粒细胞：痰炎性细胞分析是一种非侵入性方法，用于计数气道中的炎性细胞模式。痰嗜酸性粒细胞增多已被证明与较差的基线肺功能、更大的气道高反应性以及更高的急性加重风险相关。以痰嗜酸性粒细胞为指导的管理策略，通过调整吸入性糖皮质激素剂量，与基于指南的症状管理相比，显著降低了急性加重率。然而，通过诱导获取痰液操作困难、耗时且需要实验室专业知识，因此在大多数临床环境中并未广泛使用。
- •
血嗜酸性粒细胞：血嗜酸性粒细胞已成为嗜酸性粒细胞气道炎症的关键替代生物标志物。血嗜酸性粒细胞计数与显著更高的哮喘急性加重风险和哮喘控制失败风险相关，并且与气流阻塞和肺功能加速下降相关。血嗜酸性粒细胞计数已被证明对吸入和口服糖皮质激素均表现出剂量反应。重要的是，血嗜酸性粒细胞作为生物标志物，可预测多种T2生物制剂的反应，包括靶向抗白细胞介素-5（IL-5）、抗IL-5受体α（anti-IL-5Rα）、抗白细胞介素-4受体α（anti-IL-4Rα）和抗胸腺基质淋巴细胞生成素（anti-TSLP）的药物。尽管血嗜酸性粒细胞反映了T2炎症的存在，但它们对驱动疾病的主要细胞因子通路并不特异，且不能可靠地预测特定生物制剂的反应。
- •
呼出气一氧化氮（FeNO）：FeNO是近年来广泛使用的哮喘生物标志物。一氧化氮由气道上皮细胞在IL-4和IL-13/信号转导与转录激活因子6（STAT-6）诱导下，通过诱导型一氧化氮合酶（iNOS）上调而产生。FeNO已被证明能快速降低吸入性糖皮质激素。一项比较FeNO指导的吸入性糖皮质激素滴定与常规治疗的试验发现，FeNO定制组的最终平均每日吸入性糖皮质激素剂量显著降低。FeNO作为生物制剂选择的生物标志物也已被证实。在评估抗IgE单克隆抗体奥马珠单抗（omalizumab）的EXTRA研究中，高FeNO组（>19.5 ppb）的急性加重减少率显著高于低FeNO组（<19.5 ppb）。在LIBERTY ASTHMA QUEST研究中，在FeNO≥50 ppb的亚组中，度普利尤单抗（dupilumab）在降低年化急性加重率方面的疗效显著更高。因此，较高的FeNO水平可能表明靶向IL-4/IL-13通路比靶向IL-5更有效。
- •
血清骨膜蛋白（Periostin）：骨膜蛋白是一种细胞外基质蛋白，由支气管上皮细胞和成纤维细胞响应IL-4和IL-13而产生。作为T2炎症的潜在替代标志物，其独特之处在于与气道重塑相关。血清骨膜蛋白已被证明在随机对照试验中响应吸入性糖皮质激素而显著降低，并且这种降低与肺功能改善和计算机断层扫描（CT）测量的壁厚减少相关。在EXTRA研究中，它可能能够预测对奥马珠单抗的反应。然而，血清骨膜蛋白的临床应用目前停滞不前，主要由于其预测痰嗜酸性粒细胞增多的准确性较差，以及缺乏经过验证和标准化的酶联免疫吸附测定（ELISA）方法。
- •
嗜酸性粒细胞过氧化物酶（EPX）：嗜酸性粒细胞过氧化物酶（EPX）作为一种有前景的生物标志物正在兴起，它指示嗜酸性粒细胞的活化，而不仅仅是反映嗜酸性粒细胞增多的存在。EPX通过产生活性氧（ROS）以及对酪氨酸和脂质的氧化修饰，具有直接的毒性作用，导致下游T2炎症级联反应、气道重塑和粘液分泌过多。它还与过度的嗜酸性粒细胞胞外诱捕网（EET）形成有关，这在哮喘的慢性气道炎症和上皮损伤中起着关键作用。研究表明，尽管血嗜酸性粒细胞正常化，但使用美泊利单抗（mepolizumab）治疗的患者痰EPX持续升高，且痰EPX持续升高与更高的急性加重风险、更差的气流阻塞和更高的粘液栓评分相关。
- •
嗜酸性粒细胞胞外诱捕网（EETs）：嗜酸性粒细胞可以形成类似于中性粒细胞的胞外诱捕网（EETs）。然而，EETs的过度产生（或“EETosis”）可导致气道炎症和重塑。在人类中，支气管肺泡灌洗液中测量的EETs在哮喘患者中显著高于健康对照，与IL-4、IL-5和IL-13呈正相关，并与较差的肺功能和疾病严重程度相关。目前，EETs作为治疗靶点的可行性仍在评估中，但缺乏易于测量的EETs生物标志物。
- •
半乳糖凝集素-10（Galectin-10）：半乳糖凝集素-10是凝集素家族的成员，是一种嗜酸性粒细胞特异性胞质蛋白，已被证明是夏科-莱登晶体（Charcot Leyden crystals）的主要成分。在EETosis过程中，非凋亡性细胞死亡导致游离的半乳糖凝集素-10释放，并在细胞外结晶成夏科-莱登晶体。血清半乳糖凝集素-10在有固定气流受限和小气道功能障碍证据的哮喘受试者中显著升高。一项小型研究显示，美泊利单抗显著降低了血清和痰中的半乳糖凝集素-10水平。
- •
蛋白质组学：蛋白质组学通过生成蛋白质表达模式的指纹图谱，可以为了解气道当前的炎症状态提供一个窗口。U-BIOPRED是第一个以无偏倚方式应用组学策略对哮喘内型进行分层的大型研究。该研究证明了蛋白质组学识别几种候选生物标志物和潜在新治疗靶点的能力。
- •
支气管活检：支气管活检被认为是了解气道结构变化的金标准。CASCADE试验是一项评估Tezepelumab的探索性2期研究，其主要终点是治疗前后活检样本中气道粘膜炎性细胞数量的变化。治疗组气道粘膜下嗜酸性粒细胞数量显著减少，但任何其他炎性细胞均无显著变化。由于活检取样的侵入性，人们越来越关注评估生物制剂对气道结构影响的其他方法，包括使用气道定量成像方法。
超越T2生物标志物
- •
痰中性粒细胞：2型低哮喘，即不存在T2炎症的哮喘，迄今为止缺乏任何特定的经过验证的生物标志物。研究表明，它与中性粒细胞性和少粒细胞性痰炎性细胞谱相关。重要的是，痰中性粒细胞增多已被证明可以预测对吸入性糖皮质激素的不良反应。这些患者代表了迫切的未满足的临床需求，因为他们对哮喘的主要治疗方法反应不佳，并且不是T2靶向生物制剂的候选者。
- •
白细胞介素-17（IL-17）：IL-17是一种由T辅助17（Th17）细胞释放的细胞因子，在针对细胞外病原体的抗菌防御中发挥重要作用。IL-17触发上皮释放趋化因子CXCL8（白细胞介素-8）和CCL2，从而增强中性粒细胞趋化性。针对抗IL-17生物制剂的试验结果令人失望。
- •
CXC趋化因子受体2（CXCR2）：CXC趋化因子受体2（CXCR2）是IL-8的受体，在中性粒细胞趋化性和调节中性粒细胞从骨髓释放中起关键作用。一项2期研究发现，选择性CXCR2拮抗剂在血液中性粒细胞增多的患者中，尽管导致痰和血液中性粒细胞减少，但未能显示严重急性加重频率的显著减少。
- •
肿瘤坏死因子-α（TNF-α）：肿瘤坏死因子-α（TNF-α）在多种炎症性疾病的发病机制中起作用，包括类风湿性关节炎和炎症性肠病。在特应性哮喘患者的支气管肺泡灌洗液中观察到TNF-α升高。然而，评估依那西普（etanercept）效果的随机对照试验未观察到依那西普和安慰剂之间基线FEV1变化、哮喘急性加重、ACQ变化或PC20的显著差异。
- •
白细胞介素-23（IL-23）：白细胞介素-23（IL-23）是一种异源二聚体细胞因子，由白细胞介素-12B亚基和白细胞介素-23A（IL-23A）亚基组成。在动物模型中，IL-23已被证明可刺激Th17 CD4细胞增殖，促进IL-17产生并刺激中性粒细胞募集和趋化性。在哮喘儿童中观察到血清IL-23升高，并与肺功能受损相关。瑞莎珠单抗（risankizumab，一种抗IL-23p19单克隆抗体）的2a期随机对照试验未显示出临床疗效。
- •
气道微生物群失调标志物：宿主与其微生物组之间的关系在哮喘等气道疾病中的作用日益受到关注。基于微生物遗传物质高通量测序的培养无关方法的发展，使得能够更灵敏地检测微生物群落。最常见的技术是微生物组16s核糖体RNA（rRNA）的扩增子测序。研究表明，变形菌门和嗜血杆菌属通常存在于哮喘患者的上、下气道。改变哮喘患者肺部和肠道微生物组的治疗潜力目前正在探索中。
生物标志物指导治疗选择
吸入性糖皮质激素和传统控制药物
吸入性糖皮质激素在治疗算法中的滴定传统上由主观症状测量和生理测量（如峰流速）指导。然而，有相当一部分患者在最大剂量吸入性糖皮质激素治疗下仍经历不受控制的哮喘。痰嗜酸性粒细胞已被认为是能够预测糖皮质激素反应的重要生物标志物。一项具有里程碑意义的随机对照试验证明，以痰嗜酸性粒细胞为指导调整糖皮质激素治疗的策略，在减少急性加重方面比常规的基于指南的管理显著更有效。由于获取和分析诱导痰的实际困难，FeNO在滴定吸入性糖皮质激素中的应用也进行了评估。一项评估FeNO指导的哮喘治疗与标准护理疗效的Cochrane综述发现，在七项研究中，与对照组相比，FeNO组发生一次或多次急性加重的风险显著降低。
基于生物标志物的生物制剂选择：随机对照试验证据
- •
抗IgE（奥马珠单抗）：总血清IgE水平与哮喘严重程度、更差的肺功能、住院风险和吸入性糖皮质激素使用相关。INNOVATE研究显示，奥马珠单抗显著减少了急性加重，但反应与IgE水平不成比例。EXTRA研究也发现奥马珠单抗在减少急性加重方面有显著的治疗效果，但未确定血清IgE是反应的显著预测因子。然而，它确实发现，按高FeNO、血嗜酸性粒细胞和血清骨膜蛋白分层的患者经历了更显著的急性加重减少。有趣的是，最近一项为期一年的开放标签试验（SOMOSA研究）发现，标准生物标志物（血和痰嗜酸性粒细胞、FeNO和血清IgE）不能预测反应，而由（i）五种呼出的挥发性有机化合物和（ii）五种血浆脂质生物标志物组成的组学生物标志物评分强烈预测了超过50%的急性加重减少。
- •
抗IL-5/IL-5R（美泊利单抗、瑞利珠单抗、贝那利珠单抗）：白细胞介素-5（IL-5）通过其对嗜酸性粒细胞分化、生长、活化和募集到气道的多效性作用，在嗜酸性粒细胞性哮喘的发病机制中发挥关键功能。第一个主要的美泊利单抗试验代表了精准医学的一个重要转折点，并成为生物标志物指导分层重要性的里程碑案例。一项评估美泊利单抗效果的概念验证研究发现，尽管它有效减少了痰和血嗜酸性粒细胞，但并未改善临床结果，包括肺功能、症状或每日β-激动剂使用。这项试验的结果几乎导致IL-5作为治疗靶点被放弃。然而，随后的DREAM和MENSA研究显示，在血嗜酸性粒细胞计数升高的患者中，年化急性加重风险显著降低。较高的血嗜酸性粒细胞计数与急性加重的更大减少相关。这后来导致美国食品药品监督管理局和欧洲药品管理局批准其作为严重嗜酸性粒细胞性哮喘的附加治疗。贝那利珠单抗（Benralizumab）是一种特异性结合嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞上表达的IL-5Rα亚基的抗体。在3期试验SIROCCO和CALIMA中，贝那利珠单抗与安慰剂相比，显著降低了急性加重率。
- •
抗IL-4Rα（度普利尤单抗）：度普利尤单抗（Dupilumab）与两种受体结合，从而阻断IL-4和IL-13的下游信号传导。LIBERTY ASTHMA QUEST试验显示，与安慰剂相比，患者的年化严重急性加重率显著降低。当患者按基线血嗜酸性粒细胞计数300 cells/μL分层时，急性加重的相对风险进一步降低。事后分析显示，FeNO也能够预测对度普利尤单抗的反应，在FeNO<25 ppb、FeNO 25–50 ppb和FeNO≥50 ppb亚组中，度普利尤单抗的严重急性加重相对风险分别降低了22.7%、58.3%和69.3%。FeNO分层风险的能力被发现独立于血嗜酸性粒细胞水平。
- •
抗TSLP（Tezepelumab）：胸腺基质淋巴细胞生成素（TSLP）是警报素家族的一部分，是一组上皮细胞因子，由气道上皮细胞响应病原体、过敏原和化学刺激物等外源性触发因素而释放。TSLP通过激活多种细胞谱系（包括树突状细胞、T细胞、ILC2细胞、嗜酸性粒细胞和肥大细胞）驱动先天性和适应性炎症级联反应。三项大型3期随机对照试验证明了Tezepelumab在T2高和T2低患者组中的临床疗效。PATHWAY试验显示，与安慰剂相比，Tezepelumab显著降低了年化急性加重率。探索性分析显示，T2生物标志物（包括血嗜酸性粒细胞、FeNO、总IgE、骨膜蛋白、血清TSLP、血清IL-5和血清IL-13）显著减少，但无论基线生物标志物如何，急性加重均减少。NAVIGATOR试验也发现，在所有基线血嗜酸性粒细胞水平上，年化急性加重率均显著降低。
新兴治疗靶点及相关生物标志物
新兴T2靶点
- •
抗白细胞介素-33（Anti-IL-33）：白细胞介素-33（IL-33）是一种IL-1家族成员，它与由ST2受体（IL-1受体样1）及其辅助受体IL-1受体辅助蛋白组成的异源二聚体受体结合。IL-33激活ILC2细胞，导致促炎细胞因子（包括IL-4、IL-5和IL-13）的促进，这些细胞因子使T细胞极化为Th2分化。几种靶向IL-33的生物制剂目前正在开发中。
- •
抗白细胞介素-25（Anti-IL-25）：白细胞介素-25（IL-25），也称为IL-17E，是IL-17家族的另一种警报素。一项评估布罗达单抗（brodalumab，一种抗IL-17RA单克隆抗体）的2期随机对照试验未显示ACQ评分、肺功能改善或症状频率方面的任何临床获益。
- •
Siglec-8：Siglecs（唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素）是主要结合唾液酸的细胞表面蛋白，已知在免疫反应调节中起抑制作用。Siglec-8交联已被证明通过产生活性氧、线粒体功能障碍和caspase-3、8和9的切割触发嗜酸性粒细胞凋亡，导致细胞死亡。Lirentelimab（AK002）是一种人源化抗Siglec-8单克隆抗体，尚未在哮喘的人体研究中得到评估。
- •
OX40配体（OX40L）：OX40配体（OX40L），也称为CD252，是肿瘤坏死因子（TNF）受体家族的成员。OX40受体和OX40L主要由被TSLP激活的抗原呈递细胞表达。OX40L作为一种共刺激分子，促进幼稚CD4+ T细胞极化为Th2，产生IL-4、IL-5、IL-13和TNF-α。一项评估人源化抗OX40L单克隆抗体的2期随机对照试验发现，尽管总IgE和痰嗜酸性粒细胞显著减少，但对气道高反应性没有影响。
- •
联合生物制剂：尽管靶向单一通路的单克隆抗体治疗已证明有效，但仍有相当一部分严重哮喘患者反应欠佳。在这种情况下，联合生物制剂治疗已被建议作为一种潜在策略。目前正在评估的另一种方法是双特异性单克隆抗体，即设计用于靶向两个表位的分子。第一个在哮喘中试验的联合生物制剂是lunsekimig，一种靶向IL-13和TSLP的双特异性纳米抗体。
- •
口服抗T2药物：右普拉克索（Dexpramipexole）是一种口服药物，先前被开发用于治疗肌萎缩侧索硬化症（ALS）。其作用机制尚不完全清楚，但被认为可抑制骨髓成熟和嗜酸性粒细胞释放。在一项针对血液嗜酸性粒细胞增多症富集的哮喘患者评估右普拉克索效果的2期试验中，右普拉克索导致低剂量和高剂量层的血嗜酸性粒细胞计数均显著降低。布鲁顿酪氨酸激酶（BTK）抑制剂是另一类正在哮喘和其他过敏性疾病中研究的口服药物。BTK主要在B细胞中表达，在B细胞发育、活化和存活中起关键作用。BTK抑制剂在治疗过敏性疾病中的应用目前正在研究中。信号转导与转录激活因子（STATs）的抑制，包括信号转导与转录激活因子6（STAT6），是哮喘口服治疗的另一个潜在靶点。
- •
超长效生物制剂：超长效生物制剂代表了哮喘治疗的一个新领域，可能比现有生物制剂具有若干优势。现有生物制剂需要每四到八周给药一次；超长效生物制剂的给药频率降低至8-24周，这可以改善患者的便利性，提高依从性，并降低医疗资源利用率。Depemokimab是一种抗IL-5单克隆抗体，其清除率是美泊利单抗的一半，效力大约高29倍，允许每6个月给药一次。最近一项针对792名严重哮喘和嗜酸性粒细胞表型患者的3期随机对照试验显示，与安慰剂相比，depemokimab组的年化急性加重率显著降低。
超越T2靶点
- •
Janus激酶抑制剂（JAK抑制剂）：Janus激酶-信号转导与转录激活因子（JAK-STAT）通路在T2高和T2低炎症级联反应中均起关键作用。JAK信号传导通过IL-12和IL-4分别对CD4+ T细胞向Th1或Th2表型分化至关重要。吸入制剂正在研究中，以最大限度地降低全身暴露风险，同时最大限度地提高靶器官沉积。
- •
酪氨酸激酶抑制剂（TKI）：伊马替尼（imatinib）是一种KIT/PDGFR抑制剂，在一项针对62名严重哮喘患者的24周随机对照试验中进行了评估。在6个月时，气道高反应性显著降低。马赛替尼（masitinib）是另一种靶向c-Kit受体的酪氨酸激酶抑制剂，在一项涉及419名参与者的随机对照试验中显示，相对于安慰剂，急性加重减少了35%。
- •
5-脂氧合酶激活蛋白（FLAP）抑制剂：5-脂氧合酶激活蛋白（FLAP）抑制剂是正在临床试验中评估的另一类新型口服药物，其通过抑制5-脂氧合酶激活蛋白（FLAP）起作用。FLAP在白细胞三烯的合成中至关重要。FLAP抑制剂GSK2190915在吸入过敏原攻击模型中被证明，与安慰剂相比，可减弱早期和晚期哮喘FEV1下降，并且痰嗜酸性粒细胞计数显著减少。
- •
白细胞介素-1-β（IL-1β）：越来越多的证据表明NLRP3（核苷酸结合域、富含亮氨酸重复序列的家族、含pyrin结构域的3）炎性体复合物和IL-1β信号传导在嗜中性粒细胞性、类固醇抵抗性哮喘的发病机制中起作用。靶向IL-1β的治疗策略主要仍处于临床前或早期临床阶段。
- •
LIGHT（TNFSF14）通路：LIGHT（TNFSF14）是一种TNF家族细胞因子，与疱疹病毒进入介质（TNFRSF14）和淋巴毒素-β受体（LTβR）结合。LIGHT缺陷小鼠表现出纤维化和平滑肌增殖受损，以及IL-13和转化生长因子-β（TGF-β）表达减少。Quisovalimab（AVTX-002）是一种抗LIGHT单克隆抗体，在2期试验中进行了评估。
- •
细菌裂解物：细菌裂解物是细菌提取物的灭活机械分馏颗粒，历史上曾用于预防儿童当前呼吸道感染。细菌裂解物作为哮喘潜在免疫调节剂的应用日益受到关注。一项系统综述和荟萃分析显示，儿童喘息发作和哮喘急性加重均显著减少。
- •
降甘油三酯治疗：肥胖与哮喘之间的联系已得到充分证实。肥胖患者患哮喘的风险更高，肥胖哮喘患者已被证明症状负担更重、急性加重更多，并且对类固醇的反应
