英夫利西单克隆抗体（IFX）是最早应用于炎症性肠病（IBD）治疗的生物制剂之一，使用也最为广泛。但在实际应用中，因IFX治疗存在较高比例的原发性或继发性失应答，部分IBD患者的临床获益有限。因此，在治疗前预测生物制剂疗效，从而寻找适宜人群进行IFX治疗是关注的热点问题。本文就近年报道的IFX治疗IBD的疗效预测标志物及其功能进行综述。
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炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）是一类发生于胃肠道的急慢性非特异性炎性病变，主要包括克罗恩病（Crohn′s disease，CD）和溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC），以英美等西方国家多见，我国IBD发病率约为3.64/10万，并呈逐年上升的趋势[1]。IBD的发病原因尚不明确，常规治疗包括氨基水杨酸、糖皮质激素、免疫抑制剂和生物制剂。英夫利西单克隆抗体（infliximab，IFX）是一种抗肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α单克隆抗体（以下简称"抗TNF-α单抗"），可通过阻断组织和血液循环中的TNF-α，诱导激活的T细胞和巨噬细胞凋亡以降低炎症水平，是最早成功应用于IBD的生物制剂，使用也最为广泛。
然而，在实际应用中，约1/3的患者对抗TNF-α单抗治疗产生原发性失应答，1/3出现继发性失应答，后续需要增大剂量或更换用药[2]，加之可能的机会感染、输液反应等药物不良反应及较大的经济负担，能够从治疗中获益的人群并不明确。因此，在治疗前通过生物标志物准确预测药物疗效，实现个体化治疗是IBD专科医生们不断探索的重要课题。本文就近年报道的IFX治疗IBD的疗效预测标志物及其功能进行综述。
与疾病相关的临床指标可以在一定程度上预测IFX的疗效。回顾性研究发现，临床狭窄型CD和既往抗TNF-α单抗治疗无效的患者更容易对IFX产生无应答[3]，而高水平的C-反应蛋白（C-reactive protein，CRP）虽然提示病情严重但可能预示药物疗效较好[4]。粪便标志物如粪钙卫蛋白（fecal calprotectin，FC）能够反映中性粒细胞向肠道迁移的程度，FC越低，IFX对IBD的治疗效果越好[5,6]。而其余指标如首次使用抗TNF-α单抗时年龄、性别、体质量指数（body mass index，BMI）等在各研究间差异较大，可靠性不足[4]。
同时，抗药物抗体浓度在临床实践中也具有一定指导意义。荟萃分析证实，抗药物抗体与IBD患者IFX临床失应答[风险比（risk ratio，RR）= 3.2]及低血清谷浓度相关[7]，而低水平的药物谷浓度同时也可能预示着IFX治疗无效。维持治疗期间，IFX药物谷浓度>2 μg/ml的患者更有可能获得临床缓解（RR = 2.9）和黏膜愈合（RR = 3.0）[8]。一项大型前瞻性研究也发现，疾病活动期CD患者用药第14周的IFX药物谷浓度低于7 μg/ml时，可以预测其诱导治疗和第54周时维持治疗失效；而联合使用巯嘌呤类免疫抑制剂能够减少抗药物抗体的产生，提高药物疗效[9]。
相对于单一指标，临床多因素模型对IFX疗效的预测能力则要稍强一些。在年龄>65岁、有既往手术史且BMI <18.5 kg/m2的IBD患者中，IFX原发失应答率可达53.0%，ROC曲线下面积（area under the curve，AUC）为0.8[10]。在CD患者经IFX诱导治疗有效后的维持治疗中，同时符合IFX药物谷浓度<2 μg/ml及FC>250 μg/g的患者在6个月内经历IFX失应答导致临床复发的可能性高达87%[11]。对于UC患者而言，依照由基线高水平CRP及低水平白蛋白、药物治疗后10 ~ 14周临床无反应、内镜下黏膜未愈合、核周型抗中性粒细胞胞质抗体阳性构成的联合模型，若患者同时具有4个以上危险因素，即可预测其1年内83%的临床复发率和5年内51%的肠切除风险[12]。
总体而言，这些单纯利用临床指标的预测方法可重复性都不甚理想，模型中纳入的数据往往只反映患者的疾病进程或即刻的炎症状态，既未涉及IBD发病机制相关的因素，又缺乏临床可靠性，具有较大争议。
目前已知的疗效相关基因主要聚焦在凋亡信号、氧化应激反应及炎症通路中，根据其作用特征，可大致分为固有免疫应答预测标志物和获得性免疫应答预测标志物。见表1。
免疫相关的英夫利西单克隆抗体疗效预测标志物
免疫相关的英夫利西单克隆抗体疗效预测标志物
| 预测标志物 | 检测方式 | 主要免疫应答类型 | 预测功能 |
|---|---|---|---|
| IL-13RA2 mRNA | 黏膜活检、RNA-seq | 固有免疫 | 慢性炎性标志物，破坏杯状细胞功能恢复，延迟上皮修复 |
| DEFB1和PYY基因 | 黏膜活检、PCR | 固有免疫 | 抗微生物肽，保护肠道黏膜 |
| 产SCFA菌群 | 粪便样本、PCR | 固有免疫 | 肠上皮细胞主要能量来源，参与肠道内环境调节 |
| TLR | 血液样本、PCR | 固有免疫 | 识别病原相关分子模式激活固有免疫 |
| MyD88 | 黏膜活检、PCR | 固有免疫 | 介导对TLR的刺激信号，促进上皮生长 |
| Th17/Treg通路 | 血液样本、流式细胞术、ELISA | 获得性免疫 | 分泌促炎或抗炎性细胞因子，调节炎症反应 |
| TNFSF、TNFRSF | 黏膜活检、PCR | 获得性免疫 | 抑制T细胞介导的炎症反应 |
| OSM | 黏膜活检、PCR | 获得性免疫 | 促炎性细胞因子，推动疾病慢性化进程 |
| TREM-1 | 血液或黏膜样本、PCR | 固有免疫 | 固有免疫细胞受体，激活后增强炎症信号 |
| GIMATS | 黏膜活检、单细胞RNA-seq | 固有或获得性免疫 | 免疫细胞组成的基因模块，模型评分的高低与疗效呈负相关 |
| let-7 | 血液样本、PCR | 获得性免疫 | microRNA分子，调控免疫细胞凋亡及抑制IL-23R表达 |
注：IL-13RA2为白细胞介素-13受体α2；DEFB1为β干扰素1；PYY为YY肽；SCFA为短链脂肪酸；TLR为Toll样受体；MyD88为髓样分化蛋白88；Th17为辅助性T细胞17；Treg为调节性T细胞；TNFSF为肿瘤坏死因子超家族；TNFRSF为肿瘤坏死因子超家族受体；OSM为抑瘤素M；TREM-1为髓样细胞触发受体-1；GIMATS为IgG浆细胞、炎性单核吞噬细胞、活化T细胞和基质细胞组成的细胞模块；RNA-seq为转录组测序；PCR为聚合酶链反应；ELISA为酶联免疫吸附试验
成熟的肠上皮细胞包括吸收细胞、杯状细胞、潘氏细胞等，同细胞间紧密连接和黏液层构成肠道机械屏障，与黏液中分泌型抗体（sIgA）、抗微生物肽（antimicrobial peptides，AMPs）、共生菌及其他抑菌物质共同抵御病原体入侵[13]。白细胞介素-13受体α2（interleukin-13 receptor alpha 2，IL-13RA2）正常表达于肠道黏膜杯状细胞胞质和细胞膜，在IBD炎症部位所有上皮细胞中的表达均明显增加。研究发现在回盲部CD患者中，治疗前肠黏膜高表达IL-13RA2与抗TNF-α单抗无效显著相关（AUC = 0.90），推测IL-13RA2表达上调与CD患者肠黏膜TNF-α负荷增加有关，可作为选择或调整抗TNF-α单抗剂量的潜在生物预测标志[14]。另一方面，还有研究指出，IBD患者抗微生物肽如防御素、溶菌酶和抗菌肽等分泌水平往往较低[15,16]。对于IFX治疗有效的结肠IBD及回肠CD患者，在用药前后的活检样本中，可以发现持续显著低表达的抗微生物肽相关基因β干扰素1（beta-defensins 1，DEFB1）和YY肽（peptide YY，PYY），且IFX疗效与上皮细胞质量标记物绒毛蛋白1（villin-1）的降低密切相关，故由此推测，IBD活动期回结肠上皮细胞及回肠潘氏细胞丢失可能是导致IFX治疗后患者上皮层恢复不完全的原因[17]。
肠道菌群可以通过代谢和免疫发挥上皮屏障作用[13]，菌群的生态失调亦在IBD的发病和炎症状态的持续过程中扮演重要的角色。诸多研究表明，IFX治疗能够增加菌群种类的多样性，恢复人体健康状态时正常菌群的组成及功能。无论在CD或UC中，患者对IFX的持续应答均与肠道产短链脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA）细菌的高丰度显著相关[18]。短链脂肪酸是肠上皮细胞主要的能量来源，参与肠道内环境的调节，可通过G蛋白耦联受体（G protein-coupled receptor，GPCR）通路激活Nod样受体蛋白6（Nod-like receptor protein 6，NLRP6），促进肠杯状细胞分泌黏液，同时提高B细胞代谢及分化，增加IgA分泌，维持肠道屏障稳定[19]。研究发现，治疗基线时患者体内的梭菌属（Clostridiales）水平能有效预测第30周IFX的疗效（AUC = 0.87），即基线时梭菌属水平越高，第30周IFX疗效越好，而这一指标在IFX治疗有效后可逐渐恢复到正常对照水平，进一步提示菌群变化有可能作为潜在生物标志物，用来指导治疗[20]。另一类普拉梭菌（F.prausnitzii）的预测价值同样显著，在治疗基线时，肠道内具有更高丰度普拉梭菌的IBD患者应用IFX的治疗效果更好，且在药物诱导期该菌种的数量呈现逐步上升的趋势[16]。另外，CD患者中较低水平的普拉梭菌还预示着IFX药物终止使用后疾病复发的可能性更大[21]。
此外，研究显示固有免疫反应参与者如细菌片段可识别与细胞因子通路相关的基因，在预测抗TNF-α单抗疗效中也起到重要作用。Toll样受体（toll-like receptor，TLR）即是其中一类，作为模式识别受体，可通过识别病原相关分子模式激活固有免疫系统，是抵抗病原微生物入侵的第一道防线。同时，TLR水平往往与炎性因子如IL-6和TNF mRNA表达水平呈正相关，也是IBD活动的标志物之一。在疾病的发生发展中，TLR2过度增强炎性细胞的识别抗原以及提呈抗原的能力，破坏对正常肠道菌群的免疫耐受，导致肠道损害的发生[22]。另外，研究人员还通过基因集富集分析发现髓样分化蛋白88（myeloid differentiation primary response protein 88，MyD88）缺失与IBD患者IFX治疗无反应密切相关[23]。在急性反应期，MyD88介导脂多糖对TLR4的刺激信号，使环氧化酶COX-2转录增加，产生前列腺素（PGE2），经受体EP2/4刺激表皮生长因子受体（EGFR）磷酸化，促进上皮生长，恢复肠道黏膜屏障的完整性[24]。
以往认为，CD和UC是效应性T细胞Th1和Th2分别主导的炎症反应，而随着对T细胞介导的自身免疫疾病认识的更新，目前主流观点认为，具有促炎作用的Th17与起到免疫调节作用的调节性T细胞（Treg）比例失衡是引起IBD肠道免疫功能异常的重要原因[25]。文献报道的抗TNF-α单抗疗效预测标志物也大多与Th17通路有关。巨噬细胞和树突状细胞激活后产生的TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-23等促炎因子可诱导初始CD4+ T细胞分化为Th1和Th17，Th17分泌包括IL-17、IL-21和IL-22在内的众多细胞因子，同时表达IL-23受体，接收其他炎症组织的信号，增强炎症反应[26]。研究人员收集49例UC患者治疗前血清样本，经由统计学分析纳入TNF-α、IL-2、IL-5、IL-8、IL-12、IL-1β、γ干扰素（IFN-γ）建立多元素模型，预测UC患者抗TNF-α单抗有效性的敏感度为84.2%，特异度为93.3%[27]。Treg细胞是一类表达叉头框转录因子P3（forkhead box P3，FoxP3）和IL-2受体α链（CD25+）的CD4+ T细胞，作为维持机体免疫耐受的重要因素，起到维持肠道内环境稳定的作用。研究表明，外周和黏膜Treg细胞的过度凋亡是IBD潜在病理机制，抗TNF-α单抗可通过减缓Treg凋亡，抑制炎症反应[28]。
TNF-α是TNF超家族（TNF superfamily，TNFSF）的成员，在IFX治疗无效的患者中，与TNF-α同一家族的TNFSF4和TNFSF18的表达在基因组水平显著增高[29]。TNFSF受体TNFRSF 9是Treg细胞中由TNF-α诱导的转录物，对T细胞介导的炎症起到抑制作用。在包含TNFRSF 9及其他IBD风险等位基因的遗传风险模型中，患者遗传风险分值越高，抗TNF-α单抗原发性失应答发生的可能性越大（AUC = 0.929）[30]。同时，同一家族的TNFRSF11B还可作为诱饵受体以高亲和力特异性竞争结合NF-κB受体活化因子配体，阻止其与NF-κB受体活化因子结合，减少结肠树突状细胞数量以减轻炎症反应。研究发现，在应用IFX的顽固性UC患者中，TNFRSF11B与获得性免疫相关的慢性炎性标志物前列腺素内过氧化物合酶2（prostaglandin-endoperoxide synthase 2，PTGS2）、IL-11以及具有调节内皮功能的斯钙素（stanniocalcin-1，STC1）和IL13Rα2的联合模型具有较强的疗效预测能力，敏感度95%，特异度85%[31]。
通过聚类分析，研究人员发现与IFX药物治疗无应答相关的特征基因如基质金属蛋白酶3（matrix metalloproteinase 3，MMP3）、水通道蛋白9（aquaporin 9，AQP9）等在髓样细胞、B细胞、T细胞及NK细胞亚群中呈高表达，而治疗前活检样本中浆细胞丰度较大者即可预测IFX无应答的发生（AUC = 0.82 ~ 0.84）[23]。另有研究采用单细胞分析技术在部分回肠CD患者的炎症组织中发现由IgG浆细胞、炎性单核吞噬细胞、活化T细胞和基质细胞组成的GIMATS细胞模块；结果显示，在疾病诊断时，模块中细胞亚群的几何均数越高的患者，越难达到经抗TNF-α单抗治疗实现持续撤离激素的临床缓解（AUC = 0.69）。究其原因，可能在于模块内高表达的T细胞配体具有募集循环单核细胞至回肠炎症组织的能力，即便药物阻断TNF-α作用，单核细胞分化而成的致病性炎性巨噬细胞所产生的IL-1β和抑瘤素M（oncostatin M，OSM）仍足以激活下游炎症反应[32]。既往研究也已证明，作为IL-6所属核心细胞因子家族的一员，肠黏膜中高表达的OSM及其受体可促进疾病慢性化进程，同时也预示患者发生抗TNF-α单抗抵抗的高风险[33]。
为避免黏膜活检测序对患者产生的创伤，也有学者从全血基因表达入手，发现对抗TNF-α单抗具有高度特异性的预测分子即髓样细胞触发受体-1（triggering receptor expressed on myeloid cells-1，TREM-1）。TREM-1是一类固有免疫细胞受体，经Toll样受体通路激活，产生IL-8和TNF-α，增强炎症信号。在IBD患者活动期，体内单核细胞大量异常表达TREM1，加剧炎症反应[34]，同时TREM-1削弱肠上皮细胞的自噬作用，导致胞内未折叠蛋白反应难以代偿，加重炎症组织中细胞内质网的应激状态。研究表明，基线时若患者血液中TREM-1表达降低，则更可能从抗TNF-α单抗中获益，获得内镜下缓解（AUC = 0.78），其与肠道黏膜样本的预测价值相当（AUC = 0.77）[34]。
一项跨种族荟萃分析显示，目前已经发现的IBD风险位点仅分别揭示13.1% CD和8.2% UC的遗传性背景[35]。因此，了解microRNA差异表达和DNA甲基化修饰等表观遗传修饰因素的作用，也是探索IBD复杂发病机制和预估药物临床治疗有效性的重要方向。
随着转录组测序（RNA sequencing，RNA-seq）技术的广泛应用，研究人员发现越来越多具有重要研究价值的microRNA（miRNA）分子。日本学者发现，对于使用IFX 14周获得临床缓解的CD患者，其基线血清let-7d/e表达水平明显高于未缓解组，同时其表达水平与炎性指标并无明显相关性，因此，let-7d/e可以作为预测IFX疗效的生物标志物[36]。而let-7家族可以通过协助IFX调控免疫细胞凋亡和抑制IL-23R蛋白表达等作用缓解肠道炎症，具有一定的临床意义[37]。其余如miR-28-5p、miR-221和miR-224虽然在诱导治疗前后也发生明显变化，但一项不同人种的研究提示，这些miRNA分子尚不具备足够的预测能力[38]。另外，DNA甲基化方面的疗效预测研究则较少。在儿童IBD新发患者中，上皮细胞内检测的全基因组DNA甲基化状态与是否需要生物制剂治疗及发病18个月内升级治疗有关[39]。但近期一项研究表明，CD患者与健康人群在血液胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤（cytosine-phosphate-guanosine，CpG）位点DNA甲基化修饰水平的差异大多与患者的炎性表现相关，很少涉及疾病的发生发展机制[40]。
综上所述，本文重点阐述免疫相关的预测标志物，介绍肠道产短链脂肪酸菌群、TREM-1等预测分子，强调免疫相关基因在预测IFX疗效的重要意义。然而，由于检测手段、统计方法、治疗结局定义等在各研究中的异质性，现有的预测模型仍有待多中心大样本的前瞻性研究验证，也期待有高质量的真实世界数据分析佐证。未来，临床医生或可根据多因素诊断模型对IBD患者分层，筛选治疗获益人群，采用更精准化的个体治疗方案，最大程度地改善疾病预后。
所有作者均声明不存在利益冲突
