肌少癥的血清生物標志物

景海蓉，陳雅雯 ，付泓博 ，張聞怡 ，楊茗 , 4, 5*

(四川大學華西醫院：1老年醫學中心，4國家老年疾病臨床醫學研究中心，5精準醫學研究中心，成都 610041；2四川省綿陽市三臺縣人民醫院老年醫學科，四川 三臺 621100；3四川省德陽市人民醫院內分泌代謝及老年病科，四川 德陽 618000)

肌少癥最初被認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，系統評價顯示按照歐洲肌少癥工作組(European Working Group on Sarcopenia in Older People ，EWGSOP)標準，肌少癥在社區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)標準，我國社區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肌少癥與不良健康結局相關，包括跌倒、骨折、失能、衰弱、住院時間延長、醫療費用和死亡風險增加等。因此，作為一個重要的公共衛生問題，肌少癥已經引起世界各國的重視[1,2]。

生物標志物是某種生理過程或疾病狀態的可測量指標。生物標志物有助于對疾病生物學基礎的理解，也可能提供潛在的干預靶點[4]。生物標志物可在體液或組織樣本中檢測，肌少癥生物標志物常通過血液和骨骼肌活檢樣本進行檢測，但骨骼肌活檢為有創檢測，臨床實用性差，因此肌少癥的血清生物標志物研究備受關注。本文綜述了肌少癥血清生物標志物的最新研究進展。

1 肌肉特異性生物標志物

理想情況下，肌肉特異性生物標志物應該能夠反映肌肉量減少和力量下降。目前有證據的肌肉特異性生物標志物包括： 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端球狀結構域表位(type Ⅵ collagen N-terminal globular domain epitope, IC6)、基質金屬蛋白酶(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)、肌生長抑制素、生長分化因子-15(growth and differentiation factor 15, GDF-15)等。

P3NP是肌肉中膠原合成過程中通過蛋白水解釋放的片段，是反映骨骼肌重塑的標志物。證據表明血清 P3NP 濃度與老年人的肌肉量和肌力密切相關[5]，而力量訓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，某些自身免疫性疾病(如銀屑病、銀屑病關節炎和類風濕關節炎)也會導致P3NP水平改變。

3MH由肌動蛋白和肌球蛋白的組氨酸殘基甲基化產生，可誘導肌原纖維蛋白水解。證據表明3MH可能與肌少癥的病理生理學有關，但3MH容易受到飲食習慣的影響[7]。

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

BAIBA是近年來發現的一種肌肉在運動過程中產生的小分子肌因子，可能是潛在的肌少癥生物標志物[9]。新近研究發現在小鼠飲用水中添加的 BAIBA 可預防肌肉功能喪失，但這種保護作用隨著小鼠月齡增長而逐漸消失[9]。BAIBA與肌少癥的關系尚無直接證據。

作為轉化生長因子β(transforming growth factor-β, TGF-β)超家族成員，生長分化因子-8 (growth differentiation factor 8, GDF-8)負向調控肌肉生長[10]。研究發現血清肌肉生長抑制素水平與肌肉量成正比，但血清肌肉生長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)和各種疾病(如心力衰竭、代謝綜合征、腎衰竭等)，因此不宜單獨作為肌少癥生物標志物[10]。

GDF-15是TGF-β超家族的另一位成員，已知在骨骼肌細胞中表達。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。無論是男性還是女性，GDF-15水平也隨著年齡增長而增加，并與肌肉量低呈正相關[11]。這些研究結果支持GDF-15作為潛在的肌少癥生物標志物。但新近也有研究顯示在老年人中血清GDF-15水平與肌少癥無關[12]，因此尚待進一步研究。

2 炎癥相關生物標志物

慢性低強度炎癥是肌少癥可能的發病機制之一。炎癥相關生物標志物也是肌少癥領域研究最早的生物標志物，目前證據顯示與肌少癥密切相關的炎癥標志物包括白細胞介素-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-反應蛋白(C-reactive protein, CRP)、熱休克蛋白72(heat shock proteins 72, HSP72)、巨噬細胞遷移抑制因子(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)、髓過氧化物酶(myeloperoxidase, MPO)、腫瘤壞死因子樣弱凋亡誘導物(TNF-like weak inducer of apoptosis, TWEAK)、高溫相關絲氨酸蛋白酶A1(high temperature requirement serine protease A1, HtrA1)等[5, 13, 14]。眾多研究發現這些生物標志物水平可能與肌少癥相關，也可預測體能和步速下降[5, 13, 14]。但這些生物標志物的特異性較差，受體內外多種因素(如應激或運動)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，在進行體育鍛煉后IL-6血漿濃度可能會暫時增加至平時的 100 倍[15]。因此，單一的炎癥標志物可能難以作為肌少癥生物標志物。

3 氧化應激相關生物標志物

氧化應激和活性氧積累隨著增齡而增加，是肌少癥的發病機制之一。如果抗氧化劑不能消除自由基，可能對肌肉細胞造成嚴重損傷。晚期糖基化終產物(advanced glycation end products, AGEs)是由DNA、蛋白質和脂類的非酶糖基化形成的生物活性化合物。研究發現在社區老年女性中血清AGEs水平升高與肌力受損有關[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照組[16]。另一項研究也發現老年女性中肌少癥組血清戊糖苷水平顯著高于對照組，而血清同型半胱氨酸(另一種AGEs)水平在組間并無顯著差異[17]。

4 營養相關生物標志物

肌少癥與營養不良密切相關，研究表明某些血清營養標志物(如血紅蛋白、白蛋白、硒、鎂、維生素D、尿酸)也與肌少癥相關，但這些標志物受影響因素較多，不適合單獨作為肌少癥生物標志物[5]。此外，瘦素是脂肪組織分泌的一種激素，可通過調節脂肪分解和胰島素敏感性來影響肌肉。Li等[18]學者發現老年肌少癥患者的血清瘦素水平顯著高于對照組。我國臺灣的Yang等[19]在4 063例大樣本研究中也證實血清瘦素水平與肌少癥和肌少性肥胖風險增加有關。

5 內分泌相關生物標志物

肌少癥也與老年人合成蛋白質能力下降相關。研究發現肌肉蛋白質合成/分解失衡可能與人體激素水平隨增齡變化有關。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，在肌少癥的發病中起重要作用[20]。肌少癥患者還常出現生長激素(growth hormone, GH)和胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor 1, IGF-1)的下降[21]。IGF-1是一種促進肌肉生長和再生的合成激素，與肌肉的許多合成代謝途徑有關。此外，腦源性神經營養因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)是神經營養因子家族中的一員，骨骼肌細胞也可分泌BDNF，通過自分泌和(或)旁分泌的方式在肌肉修復、再生和分化中發揮重要作用。新近研究發現BDNF與接受血液透析患者的肌少癥和衰弱相關[22]。

6 神經肌肉連接功能障礙相關生物標志物

神經肌肉連接(neuromuscular junction, NMJ)功能障礙是肌少癥的重要發病機制之一。在健康肌肉中，NMJ功能維持依賴一種神經源性蛋白——集聚蛋白。在神經肌肉重塑過程中，集聚蛋白被神經胰蛋白酶切割成 22 ku 的 C 端集聚蛋白片段 (C-terminal agrin fragment, CAF)。新近研究表明，神經胰蛋白酶將集聚蛋白過度切割成 CAF 會導致NMJ功能障礙，因此集聚蛋白和CAF均是潛在的肌少癥生物標志物[23]。如在社區老人中，血清 CAF 水平升高與肌肉減少癥相關，與年齡、性別和其他人體測量學變量無關[24]。

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

7 小分子核糖核酸標志物

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)的沉默和基因表達的轉錄后調控。循環中MicroRNA是一類新興的生物標志物。近期一項系統評價顯示血清中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志物[26]。值得注意的是，單個MicroRNA對肌少癥的特異性有限，或可作為未來的潛在干預靶點，但對肌少癥的篩查或診斷價值可能有限。

8 其他生物標志物

脂聯素是人體表達最豐富的脂肪因子，主要由骨髓脂肪組織產生，它通過抑制IL-6、IL-18、TNF-α的合成和阻斷核因子κB(nuclear factor kappa-B, NF-κB)的激活介導炎癥過程。最新研究顯示脂聯素通過與T鈣黏蛋白結合促進肌肉再生，對肌肉萎縮具有保護作用[27]。一項納入7個原始研究的系統評價證實肌少癥患者的脂聯素水平顯著高于對照組，因此脂聯素也被認為是潛在的肌少癥生物標志物[28]。

鳶尾素是一種含112個氨基酸的多肽，由纖維連接蛋白Ⅲ型結構域蛋白5(fibronectin type Ⅲ domain-containing protein 5, FNDC5)水解而成。韓國一項研究顯示社區老年人中血清鳶尾素水平降低是肌少癥的獨立危險因素[29]。另有研究表明絕經后婦女中血清鳶尾素水平與肌少癥顯著相關[30]。肝硬化患者中肌少癥組血清鳶尾素水平也顯著低于對照組[31]。這些研究結果均提示鳶尾素可作為潛在的肌少癥生物標志物。

硬化蛋白是一種骨細胞分泌的循環蛋白，可抑制 Wnt/β-catenin 信號通路。無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照組[32]。另一項研究顯示糖尿病血液透析患者血清中硬化蛋白濃度較高，且與肌肉量呈負相關[33]。

此外，成纖維細胞生長因子-21(fibroblast growth factor 21, FGF-21)屬于FGF超家族，參與調節細胞增殖、生長、分化以及細胞能量代謝。新近研究發現血清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[34]。

9 小 結

本文綜述了目前較為成熟的肌少癥血清生物標志物。鑒于肌少癥發病機制復雜，尚未發現單一的生物標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)、環境因素和個體差異也可能影響單一生物標志物的結果。因此，研究熱點已經從尋求單一生物標志物轉向構建基于一組生物標志物的多變量/多維模型。如Kawk等[35]篩選出血清IL-6、骨連接素、MIF和IGF-1并構建多元回歸模型，預測肌少癥的受試者工作特征曲線下面積(area under the curve, AUC)可達0.763 。Qaisar等[36]通過6種血清生物標志物(P3NP、C 端集聚蛋白片段22、骨連接素、鳶尾素、脂肪酸結合蛋白 3和MIF)構建累積風險積分，預測肌少癥的AUC可達0.793。

此外，近期有學者報道社區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志物[37]。鑒于唾液標本的易得性，肌少癥唾液生物標志物極具開發潛力。腸道菌群作為新的肌少癥生物標志物近年來也備受關注，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靶點[38]?？梢灶A見，基于多組學技術將篩選出更多潛在的肌少癥生物標志物，融合臨床指標、血清或其他體液生物標志物和影像學標志物,構建肌少癥的臨床預測模型將是未來研究的熱點。