肺炎、吸入性肺损伤、脓毒症及胰腺炎等多种病因可以诱发ARDS，其发病机制十分复杂，涉及全身炎症反应、凝血/纤溶平衡失调、肺泡上皮细胞及肺毛细血管内皮细胞损伤等病理生理过程[5]；在过度的炎症反应以及肺泡上皮、毛细血管内皮细胞损伤过程中，机体释放一系列的炎症细胞因子、组织细胞损伤相关因子及纤溶凝血因子，而这些与病理生理机制相关的因子可作为潜在的生物标志物用于ARDS的诊断与预后评估。随着研究的深入，与ARDS病理生理机制相关的生物标志物不断被发现，并显示出良好的临床应用前景。
1．炎症细胞因子：
ARDS的发病机制尚未完全阐明，但多个研究结果表明，ARDS是由多种炎症细胞及其释放的炎症细胞因子导致的全身炎症反应。ARDS的早期研究结果显示，持续升高的炎症细胞因子会导致ARDS患者预后不良，增加病死率[6]；目前已发现，ARDS患者血清、肺泡灌洗液中生物标志物：高迁移率族核蛋白-1(high mobility group box 1，HMGB1)、IL-1β、IL-6、IL-8、IL-10、肿瘤坏死因子(TNF)-α及可溶性肿瘤坏死因子α受体(soluble TNF-α receptors)均有升高。
HMGB1是由激活的单核-巨噬细胞、坏死细胞分泌的促炎介质，其产生晚于早期炎症因子TNF-α、IL-1，主要经晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycation end-products，RAGE)、Toll样受体-4活化巨噬细胞、血管内皮细胞，产生一系列的炎性介质，起到重要的促炎效应；有研究结果表明，ARDS患者血浆中高浓度水平的HMGB-1与ARDS的病死率高度相关[7]，并且有文献证实用血液灌流清除血液中的HMGB-1，能够明显改善脓毒症患者的症状[8]；这提示可将HMGB-1作为评估ARDS患者预后的指标和潜在的治疗靶点。IL-8是一种重要的趋化因子，可趋化多形核白细胞到达急性炎症部位，在ARDS早期患者的血液、肺泡灌洗液中均有升高；血浆中IL-8浓度升高与ARDS患者病死率、多器官功能衰竭的发生相关[9]。虽然炎症细胞因子与ARDS患者预后相关，但感染、应激等多种疾病状态炎症细胞因子均可升高，不具有特异性；但将炎症细胞因子与其他类型生物标志物联用，可用于ARDS诊断、预后评估。
2．肺泡上皮细胞损伤相关生物标志物：
肺炎、吸入性肺损伤(胃内容物、有毒气体)、溺水等肺内危险因素直接损伤肺泡上皮细胞，引起肺泡表面活性物质减少，肺顺应性降低，并激活炎症细胞，引发ARDS。有研究结果表明，肺内危险因素导致的ARDS，肺泡上皮细胞损伤更为严重，因而患者血浆中肺泡上皮细胞源性的生物标志物水平升高更明显，而肺毛细血管源性的生物标志物升高幅度相对不明显[10]。
目前已发现的肺泡上皮细胞源性的生物标志物：肺泡表面活性蛋白 (Surfactant proteins，SP)、可溶性晚期糖基化终末产物受体(RAGE)、Club细胞分泌蛋白(Club cell protein 16，CC16)、KL-6蛋白(Krebs von den Lungen-6，KL-6)[11]；CC16由分布于终末气道上的Club细胞特异性分泌，是16 000的小分子蛋白，很容易透过受损的肺泡-毛细血管屏障进入血液中；Determann等[12]在研究22例呼吸机相关性肺炎(ventilator-associated pneumonia，VAP)患者时发现，血浆中生物标志物CC16对VAP继发ARDS诊断的曲线下面积(area under the curve，AUC)为0.91，敏感度和特异度均超过90%；这说明生物标志物CC16对诊断呼吸机相关性肺炎是否进展至ARDS有重大价值。表面活性蛋白是由肺泡Ⅱ型细胞特异性分泌，由于肺泡-毛细血管屏障损伤，活性蛋白易渗透入血，使血浆中的浓度升高，因而SP升高程度与肺泡上皮细胞损伤程度高度相关。近年来有关SP-A的研究较多，Zhu等[13]发现血浆中SP-A水平对胰腺炎诱发的ARDS有较好的诊断能力(AUC：0.88)。
RAGE大部分由Ⅰ型肺泡上皮细胞产生，多个研究结果证实，血浆中RAGE浓度水平与ARDS患者肺损伤的严重程度呈正相关[14,15]，且随着时间的推移，RAGE的浓度随之下降。Jabaudon等[16]发现ARDS患者血浆中RAGE的浓度越高，肺泡液体清除率越低肺水肿也更加严重；因此，RAGE能够很好地预测肺泡液体清除率，有效地评价肺水肿的程度。近年来，有研究结果显示[17]，RAGE在弥漫性肺损伤的ARDS患者(non-focal ARDS)中有较高的浓度水平，且能够很好地鉴别弥漫性与局灶性肺损伤的ARDS患者(focal ARDS)，其敏感度达到94%，特异度84%。RAGE在肺损伤严重程度的评价上具有很高的临床诊断价值，但其在ARDS中的病理生理机制还不是很清楚，有待进一步的研究。
3．肺毛细血管内皮细胞损伤相关生物标志物：
肺外危险因素，包括脓毒症、胰腺炎、大面积创伤、烧伤等病因引起肺毛细血管内皮细胞损伤，再加上炎症因子的作用，使肺毛细血管的渗透性增加，造成肺水肿，引发ARDS。肺外因素诱发的ARDS患者血浆和肺泡灌洗液中，肺血管内皮细胞源性生物标志物水平明显升高[10]。目前已发现的肺毛细血管内皮细胞源性生物标志物：血管生成素-2(angiopoietin 2，Ang-2)、细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecule 1, ICAM-1)、选择素(Selectins)、血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、血管性假血友病因子(von Willebrand factor，vWF)[18]。vWF是血管内皮细胞、血小板合成的一种糖蛋白，当血管内皮受损时，大量释放入血，参与凝血过程，可作为潜在的生物标志物用于ARDS的诊断。肺内多种细胞均可产生VEGF，与血管内皮的增殖、修复、高渗透有关，是内皮细胞损伤标志物[19]；但有研究结果表明，VEGF难以鉴别ARDS与心源性肺水肿[20]。
Ang-2是由血管内皮细胞分泌的一种内皮生长因子，研究结果显示，Ang-2升高的幅度与血管的渗漏、病情严重程度、病死率密切相关[21]。有研究者在体外培养的肺内皮细胞培养基中加入含高浓度Ang-2的ARDS患者血浆，发现内皮细胞正常的生理结构出现损伤，但加入Ang-2的拮抗剂后，这种损伤作用却得以消除[22]；Agrawal等[23]对230例入住ICU的危重患者分析发现，Ang-2能够从有ARDS危险因素的危重症患者中早期预警ARDS的发生。Zinter等[24]运用Ang-2、VEGF、vWF三种生物标志物，研究259例ARDS儿童患者的病死率时发现，Ang-2评估ARDS患者病死率的准确性明显优于VEGF、vWF；因而，Ang-2作为ARDS潜在的治疗靶点、生物标志物临床意义重大。
4．凝血/纤溶相关生物标志物：
ARDS特征性病理变化是纤维蛋白大量沉积于肺泡内，并和凝结的血浆蛋白、残余的肺泡表面活性物质等混合形成透明膜，另外肺微血管内有大量微血栓形成，在凝血/纤溶的过程中，机体有一系列的生物标志物释放。目前已发现的凝血/纤溶相关生物标志物有：纤溶酶原活化抑制因子-1(plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1)、蛋白C、可溶性血栓调节蛋白(soluble thrombomodulin，sTM)。蛋白C是体内重要的抗凝因子，为维生素K依赖的血浆蛋白，蛋白C与凝血酶结合，使凝血酶的活性降低，从而减少纤维蛋白的形成；Terpstra等[25]分析20种生物标志物时发现，血浆中蛋白C的水平越高，ARDS患者的病死率越低；推测蛋白C对ARDS病情进展有较好的预测作用。血栓调节蛋白是肺泡毛细血管内皮细胞表面跨膜糖蛋白，通过激活蛋白C，起着抗凝、抗炎的作用；近来有研究结果显示，血浆中可溶性血栓调节蛋白浓度水平，与多器官功能衰竭、ARDS患者的病死率高度相关[26,27]；因而，sTM可作为一个潜在的生物标志物预测ARDS病情严重程度及其预后。
