《Pediatric Research》：Pro-inflammatory and matricellular protein expression patterns associated with bronchopulmonary dysplasia severity
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背景：肺部炎症和修复失调与支气管肺发育不良（BPD）的发生相关，但疾病严重程度差异很大，导致BPD异质性的机制仍不清楚。研究人员假设，早产儿生命第一周气道中促炎蛋白和基质细胞蛋白（matricellular proteins）水平与BPD严重程度相关。
方法
背景：肺部炎症和修复失调与支气管肺发育不良（BPD）的发生相关，但疾病严重程度差异很大，导致BPD异质性的机制仍不清楚。研究人员假设，早产儿生命第一周气道中促炎蛋白和基质细胞蛋白（matricellular proteins）水平与BPD严重程度相关。
方法：研究人员收集了出生时胎龄≤32周、在生命第一周接受机械通气的早产儿气管吸出物（tracheal aspirates）。在上清液中测定蛋白水平。BPD严重程度分类采用Jensen分类。
结果：研究人员观察到三种不同的表达模式，包括：(i) 在任何BPD严重程度中均升高的蛋白，最显著的是促炎白细胞介素（interleukin, IL）-17A和IL-23；(ii) 仅在grade 1 BPD中升高的蛋白（IL-12亚型、基质细胞蛋白骨膜蛋白（periostin））；以及(iii) 在grade 2/3 BPD中降低的蛋白，尤其是基质细胞蛋白血小板反应蛋白1（thrombospondin 1, THBS1）。在校正性别和出生体重后，低THBS1可区分grade 2/3 BPD，而高periostin水平可区分grade 1 BPD。
结论：特定促炎蛋白和基质细胞蛋白的气管吸出物水平显示出与BPD严重程度类别相关的不同模式。THBS1和periostin作为组织修复、免疫和血管生成调节因子，表现出差异表达，并可能在BPD严重程度类别的发病机制中作为生物标志物和治疗靶点发挥作用。
影响：研究人员识别了早产儿气道中促炎细胞因子和基质细胞蛋白表达水平按BPD严重程度划分的差异模式和关系。特别是，在校正性别和出生体重后，低水平基质细胞蛋白THBS1可将grade 2/3 BPD与grade 1和0区分开，而高水平基质细胞蛋白periostin可区分grade 1 BPD。量化早产儿气道中的促炎和组织修复信号，为可能影响BPD严重程度的早期机制提供了新见解。BPD严重程度的早期生物标志物可为诊断、预后和潜在未来治疗选择提供关键信息。
论文解读：早产儿第一周气管吸出物促炎与基质细胞蛋白表达与BPD严重程度
支气管肺发育不良（bronchopulmonary dysplasia, BPD）是早产常见的慢性肺后遗症，围产期住院及长期均有高发病率。BPD严重程度根据36周矫正胎龄（postmenstrual age, PMA）时呼吸支持水平定义，疾病谱包括多种表型，但导致BPD异质性的机制不清。炎症、损伤和修复在BPD中叠加：肺部炎症先于BPD并持续。机械通气早产儿呼吸窘迫综合征（respiratory distress syndrome, RDS）第一周气管吸出物（tracheal aspirates）中促炎细胞因子如白细胞介素（interleukin, IL）-17A、IL-23、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor, TNF）-α、IL-12p70、IL-12p40、fms样酪氨酸激酶3配体（FLT3L）、IL-6、IL-1β及趋化因子CCL2、CCL3、CXCL1较高。损伤和炎症反应涉及基质细胞蛋白（matricellular proteins）分泌；这些非结构性细胞外蛋白调节细胞-细胞、细胞-基质相互作用，并改变促炎细胞因子产生和免疫细胞功能。研究人员既往发现RDS早产儿气管吸出物富含SPARC（secreted protein acidic and rich in cysteine，亦称osteonectin）、血小板反应蛋白1（THBS1）、结缔组织生长因子（CTGF）、骨膜蛋白（periostin）、富含半胱氨酸的血管生成诱导因子61（CYR61）、转化生长因子-β诱导蛋白（TGFBI）和半乳糖凝集素1（Gal1）。SPARC是BPD发生的独立预测因子。但少有研究评估这些蛋白与BPD严重程度分级的关系。一项报告描述中重度BPD气道THBS1显著低于无BPD；其他研究显示严重BPD与巨噬细胞炎症基因表达较高及调节炎症反应的微RNA（microRNAs）差异表达相关。因此，研究人员假设第一周气管吸出物中促炎和基质细胞蛋白表达模式与grade 2/3 BPD相比grade 1或grade 0不同。研究团队在University of Michigan C.S. Mott Children’s Hospital Newborn ICU开展研究，纳入81例存活至至少36周PMA且至少测定一种蛋白的早产儿，发现不同表达模式，并表明THBS1和periostin可能作为区分BPD严重程度的生物标志物及潜在治疗靶点。
方法概括：样本队列来自University of Michigan C.S. Mott Children’s Hospital Newborn ICU，纳入胎龄≤32周、因呼吸窘迫接受机械通气、年龄<7天者，排除先天畸形或第一周新生儿败血症。关键技术包括常规气管吸引收集气管吸出物，离心取上清?80°C保存；用定制Multiplex assays和酶联免疫吸附测定（enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA）检测细胞因子和基质细胞蛋白；BPD按2019 NICHD NRN标准分类，grade 2与grade 3合并；采用Kruskal-Wallis、Dunn、Fisher精确检验、Spearman相关、错误发现率（false discovery rate, FDR）校正、受试者工作特征（Receiver Operating Characteristic, ROC）曲线和Poisson回归估计风险比（risk ratio, RR），并校正出生体重和性别。
基线人口学特征（Baseline demographics）：研究人群包括81例第一周因RDS机械通气、存活至至少36周PMA且至少测定一种促炎细胞因子或基质细胞蛋白的早产儿。按2019 NICHD分类，36例无BPD，24例grade 1 BPD，8例grade 2 BPD，13例grade 3 BPD；因grade 2和grade 3例数较少且两组蛋白水平无显著差异，合并为grade 2/3。胎龄（gestational age, GA）和出生体重（birth weight, BW）随BPD严重程度增加而降低，且高度相关（Spearman r=0.79，P<0.0001）。无BPD、grade 1 BPD、grade 2/3 BPD的中位GA和BW分别为28.7周和1190克、27.2周和1053克、25.9周和755克。GA与气管吸出物TNF-α水平呈弱负相关（Spearman r=?0.29，P=0.048），除此之外GA或BW与其他气管吸出物蛋白水平无显著相关。
按BPD严重程度分层的三种气管吸出物蛋白浓度模式（Three patterns of tracheal aspirate protein concentrations by BPD severity）：按后续BPD严重程度分层后，蛋白浓度呈现三种模式。第一，任何BPD严重程度中均升高：IL-17A（P<0.05）、IL-23（P<0.05）、TNF-α（P=0.05）、IL-6和Gal1（P<0.05）高于无BPD；IL-2（P=0.059）呈类似趋势但未达统计学显著。第二，仅grade 1 BPD升高：IL-12p70（P<0.01）、IL-12p40（P<0.01）、FLT3L（P=0.05）、SPARC（P<0.05）和periostin（P<0.01）在grade 1 BPD中显著高于无BPD，而grade 2/3 BPD不升高。第三，grade 2/3 BPD降低：THBS1（P<0.0001）、TGFBI（P<0.01）、Cyr61（P=0.08）和IL-5（P=0.08）低于无BPD和grade 1 BPD。作为参考蛋白的分泌型免疫球蛋白A（secretory component of immunoglobulin A, scIgA）在各组间相似。
气管吸出物蛋白水平的相关性组（Correlation groups of tracheal aspirate protein levels）：相关性分析显示多种气管吸出物蛋白彼此正相关。四个高度相关组为：IL-17A与IL-23（r=0.88，q<0.0001）；IL-6与TNF-α（r=0.75，q<0.0001）；FLT3L、IL-12p40、IL-12p70与IL-2（r>0.78，q<0.0001）；SPARC与periostin（r=0.61，q<0.0001）。按BPD严重程度分层后，THBS1相关模式不同：无BPD中THBS1与IL-12p70正相关（r=0.66）；grade 1 BPD中THBS1与FLT3L、IL-12p40、IL-12p70、IL-2负相关（r分别为?0.70、?0.70、?0.66、?0.63），并与TGFBI（r=?0.61）和IL-5（r=?0.47）负相关；grade 2/3 BPD中THBS1与Gal1（r=0.78）、SPARC（r=0.75）、TGFBI（r=0.71）和IL-5（r=0.67）正相关。
THBS1与grade 2/3 BPD的相对风险（THBS1 and relative risk for grade 2/3 BPD）：ROC曲线分析显示，THBS1 cutoff为3 ng/mL时区分grade 2/3 BPD的敏感度和特异度分别为75%和86%，曲线下面积（Area under curve, AUC）为0.84。低THBS1者发生grade 2/3 BPD的风险比为7.3倍（95% CI：2.0，26.9）；校正出生体重和性别后，低THBS1者发生grade 2/3 BPD的风险比为4.9倍（95% CI：1.3，18.3）。
IL-12p70、periostin与grade 1 BPD的相对风险（IL-12p70, periostin and relative risk for grade 1 BPD）：IL-12p70区分grade 1 BPD的ROC曲线AUC为0.68，cutoff为6 pg/mL时敏感度和特异度分别为63%和69%；高IL-12p70者发生grade 1 BPD的风险比无显著差异（RR 2.0，95% CI：0.8，4.8）。periostin区分grade 1 BPD的ROC曲线AUC为0.78，cutoff为5.5 ng/mL时敏感度和特异度分别为63%和77%；高periostin者发生grade 1 BPD的风险比为3.0倍（95% CI：1.1，8.2）；校正出生体重和性别后，风险比为3.0倍（95% CI：1.1，8.3）。
讨论部分总结：研究人员认为，该研究为第一周气管吸出物中促炎细胞因子和基质细胞蛋白水平与后续BPD严重程度之间的关联提供了新见解。IL-17A及其上游调节因子IL-23在任何BPD严重程度中升高，提示IL-17诱导的炎症在BPD发病中具有基础作用；IL-12p70、IL-12p40和FLT3L仅在grade 1 BPD升高，提示树突状细胞（dendritic cells）募集、活化和IL-12家族细胞因子产生的正反馈环路可能特异于grade 1 BPD；IL-12p40可拮抗IL-12p70和IL-23，可能减弱促炎反应，从而减轻疾病严重程度。periostin和SPARC也仅在grade 1 BPD升高，二者调节胶原组装、组织重塑，并与肺发育、纤维化和炎症相关；既往研究显示SPARC可预测BPD或死亡，periostin血浆水平在出生后第28天而非第7天升高，肺组织中periostin增加，本研究结果与这些研究在时间或可溶性蛋白方面可能存在差异。grade 2/3 BPD的特征为THBS1、TGFBI、Cyr61和IL-5较低；这些蛋白调节细胞-基质相互作用、血管生成、组织修复和炎症。THBS1是机械转导（mechanotransduction）的关键细胞外介质，促进适应机械应力和组织重塑；胎儿肺发育中肺扩张可上调THBS1；实验模型中THBS1或TGFBI缺陷导致肺泡和血管发育受损、肺炎症增加和肺损伤加重；THBS1缺乏增强IL-17A等促炎反应，可能是grade 2/3 BPD中IL-17A驱动炎症和纤维化未受抑制的机制。过量THBS1也可能促进炎症和肺泡简化（alveolar simplification），提示THBS1水平精确平衡是关键。Krishnan et al.发现生命最初10天内气管吸出物THBS1较低与后期更严重BPD相关，与本研究一致；Ruschkowski发现死后肺组织中THBS1 mRNA和蛋白含量增加，可能与时间窗或可溶性/结合状态有关。研究人员提出，THBS1可能通过介导细胞因子驱动的炎症过程影响BPD严重程度；第一周THBS1足够高可能更好抑制促进BPD严重程度的炎症反应，低THBS1患者靶向炎症可能具有治疗效应，恢复THBS1、periostin等基质细胞蛋白也可作为研究方向。除THBS1外，grade 2/3 BPD中低水平的TGFBI、Cyr61和IL-5也可能是潜在治疗靶点。ROC分析为BPD严重程度预测模型提供了基础，THBS1<3 ng/mL预测grade 2/3 BPD、periostin>5.5 ng/mL预测grade 1 BPD的cutoff阈值需在更大 cohort 中验证。局限性包括样本量较小、样本采集跨越13年、并非所有样本均检测所有蛋白，可能限制结果普遍性；气管吸出物不能完全反映肺间质和全身免疫反应；研究为横断面设计，不能确定因果关系，需纵向研究追踪新生儿期细胞因子和基质细胞蛋白动态。
研究结论翻译：总之，该研究提供证据表明，生命第一周气管吸出物中促炎细胞因子和基质细胞蛋白水平与BPD严重程度相关，并在不同疾病类别中呈现不同模式。grade 1 BPD中periostin水平较高，而grade 2/3 BPD中THBS1水平较低，且THBS1与促炎细胞因子的关系随BPD grade不同，提示低THBS1导致严重BPD风险的机制。最后，研究人员识别了几个额外的潜在治疗靶点，它们在grade 2/3 BPD中显著较低（TGFBI、Cyr61、IL-5），或在grade 1 BPD中较高（IL-12p70、IL-12p40、FLT3L）。这些发现强调BPD复杂的病理生理，其中炎症和细胞外基质相互作用导致疾病异质性。理解这些蛋白与BPD严重程度之间的关系，是识别新治疗靶点和干预措施的基础，可能减轻BPD严重程度并改善早产儿长期呼吸结局。
