研究背景
急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是重症患者常见的临床综合征,其病理生理机制复杂,临床表现多样。其高度异质性导致患者治疗反应不一,死亡率居高不下,也使多项针对整体人群的临床试验未能达到预期结果。通过基于大规模血浆蛋白质组学的队列研究,可识别ARDS的不同亚型,并揭示其与临床结局、影像学特征及治疗反应的关联,为推进ARDS的个体化治疗、改善患者预后提供关键依据。
复旦大学中山医院宋振举院长团队联合全国多家顶级医疗中心,开展了一项多中心前瞻性队列研究,采用Olink Explore平台检测了1,048例ADRS患者血清样本中的362个炎症相关蛋白质。结合CT影像和临床数据,首次精准划分出3种截然不同的炎症表型,并找到了12个核心生物标志物,能够区分不同的炎症表型,让ARDS治疗从 “盲试” 走向 “精准匹配”。成果发表在权威期刊《European Respiratory Journal》,为重症患者带来了新希望。
试验设计
研究设计:多中心,前瞻性观察性队列研究。
患者人群:同纳入1,048例符合标准的ARDS患者,分为:发现队列(来自复旦大学中山医院重症监护室,n=414),内部验证队列(来自上海五个医疗中心,SIV,n=324)和外部验证队列(来自上海之外的五个医疗中心,OIV,n=310)。
蛋白质组学:使用Olink Explore Inflammation panel检测了ARDS诊断后72小时内的362种血清蛋白。
表型鉴定:采用机器学习驱动的潜在类别分析(LCA),基于蛋白质表达谱进行无监督聚类分析。
影像学分析:对部分患者(n=369)的胸部CT进行分析,旨在构建临床-蛋白-影像的全面图谱。
治疗反应评估:通过逆概率加权(IPTW)等方法分析糖皮质激素和呼气末正压(PEEP)策略在不同表型中的疗效差异。
机器学习模型:开发XGBoost分类模型,基于关键蛋白标志物实现表型快速识别。
队列设计
亮点结果
三种特征鲜明的炎症表型
研究确定了三种稳定的炎症表型(C1、C2、C3),每种表型都有其独特的临床特征和器官功能障碍表现:
C1(高炎症型,23%):
蛋白特征:通路富集显示“爆发性炎症风暴”,Toll样受体,CGAS-STING等病原体感知通路过度激活,促炎细胞因子(如IL-6、IL-8)、组织损伤标志物(如sTNFR1)显著升高。
影像学特征:肺部受累情况更为显著,肺通气功能显著受损/完全丧失比例最高。
临床特征:SOFA评分最高、肾功能不全多见、休克发生率高、血小板计数低。
预后:90天死亡率最高(72%),呼吸机自由天数(VFDs)最少。
C2(低炎症型,32%):
蛋白特征:通路富集显示了广泛抑制的先天性免疫反应和炎症反应,同时组织修复通路和抗炎代谢途径的激活(EPO, FXR/RXR, PPAR, RAR, sirtuin)。
影像学特征:肺部受累最轻。
临床特征:器官功能障碍最轻,并发症少。
预后:死亡率最低(41%),VFDs最长。
C3(中间型,45%):
蛋白特征:炎症水平介于C1和C2之间,呈现出一种与年龄相关的免疫应答状态,部分纤维化相关通路上调。
临床特征:年龄较大,合并症负担中等。
预后:死亡率(56%)和VFDs介于C1和C2之间。
不同炎症表型的蛋白质组特征,器官功能障碍表现和临床特征
不同炎症表型的差异化治疗反应
糖皮质激素:
C1患者受益:激素治疗显著降低90天死亡风险(HR=0.64, P=0.019)。
C2患者有害:激素治疗增加死亡风险(HR=2.02, P<0.001)。
C3患者无显著影响(HR=1.30, P=0.087)。
PEEP(呼气末正压)策略:
C1患者受益于较高PEEP(>7 cmH₂O),可能通过复张塌陷肺泡改善氧合。
C2患者适用较低PEEP(≤6 cmH₂O),避免过度牵张损伤。
C3患者PEEP效应不显著。
12蛋白核心标志物的开发与验证
为实现临床转化,研究利用XGBoost算法筛选出12个核心标志物(PLAUR, BSG, TNFRSF14, DFFA, IFNGR1, ENAH, LAIR1, NUB1, AGRN, LTBR, BTN3A2, F2R),构建了一个高精度的炎症表型分类模型。该分类模型在验证队列中同样表现卓越,在SIV验证队列中对C1、C2、C3型的AUC分别为0.96、0.95和0.89,在OSV验证队列中则达到0.97、0.98和0.91。
值得一提的是,Olink检测得到的相对定量值与ELISA方法得到的绝对浓度相关性良好,表明NPX值能够有效反映真实的蛋白质水平。
XGBoost模型对ARDS表型的分类
相较于传统的二分类模型(高炎症与低炎症型),该炎症表型分类模型能够实现更精细的表型区分,对预后评估和治疗反应预测的准确性显著提升。在传统二分类框架中,C1表型被归类为低炎症与高炎症两种亚组,然而其低炎症型患者的90天死亡率(81/113,71.7%)与高炎症型(93/122,76.2%)并无显著差异。
这一结果表明,基于蛋白质组学构建的炎症表型分类模型能够有效识别传统二分法所无法甄别的高危ARDS患者群体,突显了蛋白质组学指导下的精细分型在风险分层与治疗决策方面的重要临床价值。
重度和轻度炎症性ARDS表型的比较特征分析
写在最后
大规模的血液蛋白组学研究能将ARDS精确地分类为具有不同预后结果、影像特征和分子异质性的炎症表型。进而支持个性化的糖皮质激素和PEEP治疗策略,有助于推动和指导个性化治疗策略的制定,并指导精准医学时代下临床试验的设计,为实现ARDS的精准治疗提供了坚实的科学依据,有望真正改善ARDS这一危重疾病的预后。
参考资料
1. Lin M, Xu F, Deng Y, Wei Y, Shi F, Xie Y, Xie C, Chen C, Song J, Shen Y, Lin Y, Ding H, Zhou Y, Lu S, Chen Y, Lan L, Zhao W, Zhu J, Kuang Z, Pang W, Que S, Fang X, Ji R, Dong C, Zhang J, Liu Q, Zhang Z, Gao C, Chen L, Song Y, Zhan L, Huang L, Wu X, Wang R, Song Z; Sepsis and ARDS Clinical Research Collaborative Network of China. Large-scale proteomic profiling identifies distinct inflammatory phenotypes in Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS): A multi-center, prospective cohort study. Eur Respir J. 2025 Oct 9:2500933. doi: 10.1183/13993003.00933-2025. Epub ahead of print. PMID: 41067873.
Olink Proteomics
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Olink Proteomics创立于瑞典乌普萨拉,致力于突破蛋白检测在“多重能力/特异性”、“灵敏度”和“检测通量”等方面的综合瓶颈,进而实现超灵敏多重蛋白标志物检测、无偏靶向蛋白质组学和精准蛋白组学,以帮助蛋白标志物的发现、药物研发、转化医学、以及让“多组学整合”真正切实可行。
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Olink现已覆盖100%主要信号通路,实现生物学意义上的超灵敏无偏靶向蛋白组学(兼容各种样本类型,对传统方法无法胜任的血浆血清等体液样本尤其适用)。
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