Angiotensin-converting enzyme insertion/deletion polymorphism is associated with severe hypoxemia in pediatric ARDS

Intensive Care Med (2012) 38:113–119

Pablo Cruces, Franco Dı´az, Alonso Puga, Benjamı´n Erranz, Alejandro Donoso, Cristo´ bal Carvajal, Jan Wilhelm, Gabriela M. Repetto

一、研究背景

(一) 基因影响ARDS的易感性

急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是呼吸衰竭最严重的形式，常被认为是多种肺部打击的最终结果，其确切的发生机制仍不清楚。然而，在接受各种打击的患者中，仅有部分患者发生ARDS，而且常常是很小的打击就会导致ARDS发生，推测基因在ARDS的易感性中扮演了重要角色。

(二)ACE基因多态性影响ARDS的易感性

血管紧张素转换酶(ACE)可调节全身血容量和血压，实验研究也发现增加ACE的活性可导致ARDS患者病情恶化，高水平的ACE及其主要的效应产物血管紧张素II可加重全身炎症反应，损伤肺实质细胞的重构。因此ACE基因多态性可能增加ARDS的易感性也得到人们越来越多的关注。ACE的D等位基因杂合型（插入/缺失，I/D），是位于ACE基因16号内含子中具有一段287bp的DNA片段，在高加索具有I/D基因型的人群中发现血浆及组织中ACE酶的活性明显增高，尽管存在人种的差异，但D等位基因被认为可增加成年危重患者ARDS的易感性。而在儿童的研究当中，仅有一项研究提示在具有或不具有低氧性呼吸衰竭的患儿中，D等位基因出现的频率两者没有差异。因此，D等位基因对儿童ARDS的易感性的影响目前仍不清楚。

(三)研究目的

D等位基因可通过增加血浆中血管紧张素II的浓度来加重儿童对ARDS的易感性

二、方法学

(一)患者选择

该研究获得智利Servicio de Salud Metropolitano Suroriente伦理委员会的批准，所有入组患者签有知情同意书

研究设计：前瞻性病例对照研究

研究年限：2008年3月1日—2009年7月31日

研究人群：Hospital Padre Hurtado’s Pediatric Service中会诊的智利的患儿，年龄小于15岁，因肺部疾病入院。

纳入标准：病例组入组的患者为符合欧美联席会议制定的ARDS诊断标准并入住ICU的患者。对照组入组的患者为在普通病房住院的不满足ARDS诊断标准的肺炎患者。两组患者都要求在医院进行了化验检查。

排出标准：排出具有充血性心脏病、慢性呼吸衰竭合并ARDS、免疫缺陷、恶性肿瘤、应用出糖皮质激素意外的全身性免疫抑制药物、应用ACEI药物、持续肺动脉高压的新生儿及矫正妊娠时间小于34周的患儿

（二）病情严重程度评估

两组患儿在ARDS诊断后24小时以内进行儿童死亡率指数2（pediatric index of mortality 2，PIM2）、儿童继发性器官功能障碍（pediatric logistic organ dysfunction；PELOD)及肺损伤评分（lung injury score LIS)。

严重低氧血症定义为：持续氧合指数低于100mmHg至少12h。

（三）检测指标

1、ACE基因型的检测：用PCR的方法检测患者的基因型。

2、血管紧张素II的检测：购买商品化的酶联免疫检测试剂盒（Montigny le Bretonneux, France）检测血浆中的血管紧张素II的水平。

（四）数据统计分析

1、样本量估计：根据健康智利人D等位基因出现的频率为0.43，当α=0.05，β<0.2两组之间等位基因出现频率差异>30%时，计算样本量为60例

2、患者D等位基因出现的频率与预计频率之间的比较、病例组与对照组之间等位基因出现频率的比较均采用χ检验，连续性变量采用t检验，统计学软件采用stata 软件，p<0.05有统计学意义。

（五）观察终点

主要观察指标：ACE D等位基因出现的频率

次要观察指标：PIM2、PELOD、LIS评分、严重低氧血症的发生率、血管紧张素II的水平

三、研究结果

(一)患者一般资料

病例组及对照组各纳入60例患者，两组之间年龄、性别、肺炎、疾病严重程度评分、低氧血症发生率及呼吸机治疗天数均衡可比，未见明显统计学差异，病例组死亡率高于对照组。

(二)ACE基因型与ARDS发生之间的关系

入组患者中D等位基因出现的频率为0.37，对照组与ARDS组之间D等位基因出现的频率无差异，两组之间各种基因型分布无差异（表2，top），亚组分型比较对照组及ARDS-肺炎组各基因型的分布无统计学差异（表2，bottom）

（三）在ARDS患者中，ACE基因型与患者病情程度（PIM2、PELOD、LIS、机械通气时间）之间没有显著的相关性

（四）I等位基因（D等位基因缺失）是ARDS患者重度低氧血症的危险因素

（五）含有ACE D等位基因者在ARDS组和对照组，血管紧张素II的水平都明显增高

四、讨论

(一)ACE（D/I）基因多态性不影响儿童患者ARDS的发生率

以往研究表明，D等位基因与肺泡毛细血管屏障功能障碍有着密切的关系，在危重成年患者中，DD基因型的ARDS患者与ICU患者病死率相比也具有较高的病死率，然而在很多基因型与疾病相关性的研究中，结果却存在争议。目前只有一项是研究ACE基因多态性与呼吸衰竭之间的相关性，研究结果提示D等位基因不会增加儿童发生低氧性呼吸衰竭的频率，但这项研究的研究人群仅针对高加索人，而且患者之间异质性较大，包括各种部位的感染、感染性休克的患者，本研究所有纳入患者一致性较好，实验组所有患儿均因肺部疾病入院，并符合AECC对ARDS的诊断标准，尽管该诊断标准与病理表现相关性较差，但是目前最公认的临床诊断标准。尽管该研究的研究设计、患者纳入标准、发病原因及种族情况与Plunkett的研究不同，但结果却很类似，由此，也进一步说明ACEI/D基因多态性与儿童发ARDS的发生率没有相关性。

(二) ACE基因多态性与肺组织局部ACE酶活性的相关性目前尚不明确

以往研究表明，D等位基因可以增加血浆中ACE酶的活性，但ACE酶广泛存在于血管床，可能来源于多个脏器如肾脏、脑、骨骼肌、心脏等，因此局部组织ACE酶活性的变化可能更加重要，到目前为止，尚无研究表明ACE的基因多态性与肺组织局部和肺血管内皮中的ACE酶活性是否具有相关性。

(三)D等位基因携带者严重低氧血症的发生率少，不影响ARDS患者的病死率

在以往关于ACE基因型与ARDS发生率的研究中，ACE基因型与严重低氧血症的发生率及肺功能障碍的发生是否有关目前并不清楚，以往研究更多关注的是患者的病死率，而非低氧血症的发生率，两项研究表明D等位基因的出现会增加ARDS患者的病死率，但在我们的研究中，发现D等位基因的出现并不增加患者的病死率，原因可能是ACE基因型与ARDS病死率之间的关系并不是本研究的主要观察终点，因此在证实其与病死率关系上统计学效能不够。而且研究已经表明低氧血症与病死率两个指标间本身就存在差异，低氧血症导致ARDS患者死亡的发生率在9-27%，导致ARDS患者死亡最主要的原因还是呼吸衰竭。本研究中ARDS患者病死率为9%，与其他研究结果类似。

(四)ACE基因型与血浆中血管紧张素II的水平存在相关性（D等位基因可 增加AT II的水平）

     AT II是RAS系统中重要的活性产物，可间接反映ACE酶的活性，它可增加肺血管通透性，加重肺水肿， 多项研究表明ARDS患者血浆中ACE水平降低，提示肺损伤严重，本研究发现，D等位基因缺失的患者血浆中AT II的水平降低，在ARDS的患者中更加明显，提示D等位基因与ACE活性相关，D等位基因的缺失可能是导致ARDS患者发生的一个附加因素。

五、不足之处

(一)ACE基因多态性具有功能性仅在高加索人种被证实，其他种族缺乏相关的研究证据或由于其存在于内含子中，本身就无功能性，或仅仅是具有一定的调控作用。

(二) AT II是RAS中最主要的活性产物，其水平受到各种酶类的调节，并不能完全反应ACE的活性。

(三)AT II仅在入院时检查，没有进行动态观察

(四)本研究在样本量及统计学效能上不足以发现病死率的差异。

六、结论

ACE基因多态性与儿科ARDS患者的发生率没有相关性，但D等位基因的缺失可减少ARDS患者严重低氧血症的发生率；ACE基因型可影响ARDS患者AT II 的水平，但其具体的病理生理机制并不清楚，有待进一步研究。

七、评论

ARDS是临床常见危重症，其发生发展是环境因素和遗传因素综合作用的结果，发病机制复杂。常见导致ARDS发生的危险因素包括肺内源性因素如肺炎、误吸等和肺外源性因素如全身性感染、创伤、烧伤、休克等。然而，在接触危险因素的人群中，仅有部分患者发展成为ARDS，并最终死于ARDS，而且即便是同一危险因素对人体的打击程度相同，不同个体对ARDS的易感性及预后也不同，推测基因在人类对ARDS的易感性及预后中扮演了重要的角色。

目前发现与ARDS发生发展相关的基因位点约有17个，主要包括血管紧张素转换酶(Angiotensin Converting Enzyme，ACE)基因多态性、表面活性蛋白B(surfactant protein-B，SP-B)基因多态性等。它们参与机体免疫炎症反应、氧化应激、凝血、血管功能损伤等过程，并最终影响ARDS的发生、严重程度及患者的预后。

ACE基因是与ARDS的发生密切相关的基因之一，位于人类第17对染色体长臂3区5带(17q35)，其基因型包括三种：插入型纯合子I/I、删除型纯合子D/D和杂合子I/D，目前较多的研究发现ACE基因型在正常成人及ARDS患者中分布不同，并且与ARDS患者的预后密切相关，但其对成人ARDS的易感性及在儿童ARDS的易感性的影响研究却几乎没有。而且成人和小儿ARDS患者的发病机制不尽相同，因此研究ACE基因型在儿童中的分布及其对ARDS发生率之间的关系具有重要的意义。

本研究通过对智利人群进行前瞻性的病例对照研究，发现两组之间各个基因型的分布没有差异，ACE基因多态性与儿科ARDS患者的发生率也没有相关性，为ACE基因多态性在不同种族的研究及其与ARDS发生之间的关系提供了新的证据。

另外研究发现D等位基因缺失可增加ARDS患者严重低氧血症的发生率，没有进一步探讨其具体的机制。