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本文原载于《国际呼吸杂志》2019年第2期 本文作者：王慧杰 徐武成 黄华琼 2018版慢性阻塞性肺疾病全球倡议(global initiative for chronic obstructive lung disease，GOLD)定义COPD为一种常见的以持续性呼吸道症状和气流受限为特征的可以预防和治疗的疾病，其气流受限是由有毒颗粒或气体导致的气道和/或肺泡异常引起[1]。 COPD患者病程大致分为稳定期和慢性阻塞性肺疾病急性加重期(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD)，2018版GOLD提出AECOPD的定义是指在COPD自然病程中出现呼吸道症状急性加重，并且需要改变常规的药物治疗[1]。临床上评估急性加重期患者主要根据临床症状和病史，包括喘息和咳嗽发作的程度和频率，痰液的量和颜色，日常活动受限的严重程度，患者目前的治疗方案等。但患者对症状感知的敏感性和忍耐程度不一，缺乏客观标准，导致AECOPD的判断出现偏差，延误病情诊治或过度治疗。因此临床上迫切需要更高效、稳定的手段来预警或判断AECOPD。 目前临床上有一些手段用于辅助诊断AECOPD。动脉血气分析、全血细胞计数、C反应蛋白(C-reactive protein，CRP)等用于辅助评估病情是否加重及加重的严重程度，但往往缺乏特异性。肺功能仪能够精确测定COPD患者的肺功能情况，但在临床上对急性加重期患者即使进行简单的肺功能测量也是很困难的，故多不用于评估AECOPD患者病情。此外，医学研究理事会呼吸困难量表有助于评估患者呼吸困难程度，反映患者肺功能和呼吸机强度，但受主观因素影响较大。 基于上述之不足，寻找AECOPD生物标志物对解决临床所需具有重要临床意义。大量研究表明，COPD患者血浆中许多细胞因子和介质升高，虽然临床稳定期患者血清中的部分细胞因子也升高，但一般在急性加重期改变更为明显。 现主要针对AECOPD患者血液、痰液和呼出气冷凝液(exhaled breath condensate，EBC)中的炎症介质水平作一综述，探讨其作为AECOPD生物标记物的价值和不足。 1 肿瘤坏死因子α(tumour necrosis factor-α，TNF-α) TNF-α是具有多种功能的前炎症因子，可促进支气管平滑肌增生、改变平滑肌功能，并可激活核因子κB，增强IL-8基因表达。 既往有研究认为COPD患者血液TNF-α升高，并且与系统性炎症反应相关，但近年的一项Meta分析通过对纳入的24项观察性研究进行分析后发现，COPD组的血清CRP、白细胞、IL-6、IL-8和纤维蛋白原水平明显高于对照组，但TNF-α在2组间差异无统计学意义[2]。AECOPD患者血浆TNF-α水平异常，在轻、中、重度AECOPD患者间差异无统计学意义，与患者是否需要机械通气也无明显相关性，即无法用于预测患者的临床结局[3]。AECOPD患者EBC中的TNF-α明显高于稳定期COPD及健康对照组，但是稳定期和对照组间的TNF-α水平差异无统计学意义[4]。有研究支持EBC中的TNF-α可以作为一种评价COPD患者肺功能和炎症情况的潜在生物标记物[5]。 综上，TNF-α是一种非特异性的炎症指标，目前的研究显示其在监测疾病的炎症活动及肺功能情况方面尚存在不确定性，在AECOPD生物标记物方面的价值更是有限。 2 IL-6 IL-6由巨噬细胞、淋巴细胞和血管内皮细胞分泌，其作为一种前炎症因子和免疫调节细胞因子，在局部反应和系统性炎症反应中起到重要作用，高水平的IL-6表达可能会引起血管内皮细胞损伤、促进免疫黏附、微血栓形成及抑制内皮细胞修复，从而导致血管损伤，破坏肺实质。 Liang等[6]对51例COPD患者和20例对照组的研究发现，AECOPD患者血清和痰液中的IL-6水平高于稳定期COPD患者及健康对照组，并且IL-6升高水平与患者第1秒用力呼气容积(forced expiratory volume in one second，FEV1)呈负相关，但稳定期COPD患者和健康对照组的血清和痰液IL-6水平差异无统计学意义。Bade等[7]研究认为稳定期患者血IL-6水平升高，并且与COPD患者FEV1值呈负相关。一项以3 000余个体为研究对象的实验发现，血清IL-6与COPD严重程度、肺功能下降速度及肺气肿进展情况相关，且其对气流受限的影响强于IL-8，但均不是导致病情急性加重的独立因素[8]。 Carpagnano等[9]发现IL-6浓度在AECOPD患者EBC中明显高于COPD稳定期和健康对照组，且COPD稳定期IL-6浓度高于健康对照组。表明EBC中IL-6浓度可作为反映COPD患者气道炎症程度的指标，并且IL-6浓度的增加还可反映气道的氧化应激[10]。董肖琦等[11]对20例AECOPD患者治疗前后EBC中IL-6和白三烯B4(leukotriene B4，LTB4)进行检测，发现治疗后EBC中IL-6和LTB4水平明显降低，认为EBC中IL-6和LTB4浓度可以用于监测AECOPD患者气道炎症程度和治疗反映。 综上，AECOPD患者血清、痰液或EBC中的IL-6水平高于稳定期COPD患者，通过检测IL-6水平可以评估AECOPD患者气道炎症程度、肺功能状况和治疗反映；但对于稳定期COPD患者的监测意义尚需进一步研究。 3 IL-8 IL-8具有趋化中性粒细胞、嗜酸粒细胞和T淋巴细胞的作用。 AECOPD患者血清、痰液和EBC中IL-8水平升高，IL-8可能在AECOPD的气道和系统性炎症中扮演重要角色，并可能与急性加重频率相关，但需要更多的研究证实[12,13]。Zhang和Bai[14]的一项观察性研究纳入了50例AECOPD患者、25例稳定期患者及25例健康者，根据GOLD分级将所有的患者分为1～4级，根据随访前一年急性发作的次数将患者分为频繁急性发作组(发作次数≥2次/年)和非频繁急性发作组(发作次数<1次/年)。发现AECOPD组血清IL-8水平高于稳定期COPD组，稳定期COPD组高于对照组，并且频繁急性发作组血清IL-8水平高于非频繁急性发作组，但AECOPD患者不同肺功能分级的亚组间血清IL-8水平差异无统计学意义。认为血清IL-8是一项敏感指标，可提示AECOPD病程，在作为区分易加重患者的预测因子方面也有一定的前景[14]。Gessner等[15]的研究显示，AECOPD患者EBC中细胞因子的检出率高于稳定期COPD、健康吸烟者及对照组，IL-6、IL-8、IL-10、TNF-α浓度在COPD稳定期高于健康吸烟者，而吸烟组高于对照组。同样，AECOPD的严重程度、肺功能状态与细胞因子的浓度无明显相关性。 因此，AECOPD患者血清、痰液和EBC中IL-8水平升高，可能与COPD患者气道和系统性炎症相关，监测AECOPD患者IL-8水平能否用于预测AECOPD风险仍需进一步研究证实。此外，虽然有少数研究可以检测出IL-8的浓度，但大多数研究中IL-8的浓度都处于检测下限，而诱导痰中IL-8水平比EBC高出至少10倍，目前多用诱导痰检测IL-8浓度水平[15]。 4 CRP CRP是肝脏合成的急性时相蛋白，是最常见的非特异性炎性标记物。血浆CRP水平与一些反映COPD严重程度的指标显著相关，包括FEV1/FVC、PaO2、6分钟步行距离、GOLD严重度分级和BODE评分等。这提示CRP可能在一定程度上反映疾病过程和严重程度，也提示全身性炎症反应对COPD病程有显著影响[16]。有多项研究支持该结论，Milacić等[17]检测了157例AECOPD患者血清CRP，发现CRP水平高者，GOLD分级的病情越严重，认为血清CRP可以作为评估AECOPD患者病情严重程度的独立预测因子。梁卫娟和华锋[18]认为CRP和TNF-α可以作为判断AECOPD患者病情严重程度的指标，而CRP对AECOPD的判断作用优于血常规中白细胞以及中性粒细胞百分比。 但也有研究认为，CRP不能用于预测急性加重[19]，CRP水平与患者入院率和病死率无关。此外有研究表示，AECOPD患者CRP水平高于稳定期者[20,21]，可以用于区分是否为细菌感染导致的急性加重[22]。 综上，AECOPD患者血浆CRP水平升高，检测血浆CRP水平可以评估AECOPD患者病情严重程度和判断感染病原体是否为细菌。但是由于CRP在COPD病理机制中的作用不明确，并且部分研究结果间矛盾，它仅仅是与COPD相关的潜在炎症过程的一般标记物[23]。 5 纤维蛋白原 纤维蛋白原也是一种急性时相蛋白，研究认为纤维蛋白原水平与COPD相关，可用于预测病死率和急性加重风险，并且纤维蛋白原水平可以通过治疗干预而降低，其变异性也低于CRP，在区分COPD亚型和共病簇中有一定的潜在价值[24]。 一项ECLIPSE亚组研究[25]中监测了34项炎症因子，发现COPD患者血浆纤维蛋白原水平高于对照组，但是其与GOLD分级及肺气肿的严重程度无关；此外，AECOPD血浆纤维蛋白原水平高于稳定期或急性加重期治疗后。与其他一些炎症因子相比，比如CRP和IL-6等，血浆纤维蛋白原作为COPD患者生物标志物的可重复性最高，其在COPD疾病严重程度和预测死亡风险中有一定的价值[26]。Polatli等[27]认为血浆纤维蛋白原、血管性血友病因子和微量白蛋白尿水平有助于AECOPD的病情分级，这些因子的升高可能反映了COPD患者易并发血管性疾病的病理生理机制，检测这些因子可以间接反映COPD系统性炎症导致的内皮功能损伤，以早期监测COPD并发症的风险。 综上，血浆纤维蛋白原可作为潜在的生物标记物，用于预测急性加重和并发症发病风险以及病死率，并且其可重复性高，易于检测，具有很大的研究价值。 6 LTB4 LTB4是由LTA4经水解酶水解后形成，是一种强力的中性粒细胞趋化因子，可从巨噬细胞、嗜酸粒细胞和活化中性粒细胞释放出来。在COPD病理过程中，LTB4可通过提高血管通透性和增加黏液生成促进支气管收缩。 目前有许多研究认为，AECOPD患者EBC中LTB4水平高于稳定期COPD者，且二者均明显高于对照组，认为EBC中LTB4可以反映AECOPD患者的疾病严重程度和病情进展[4,11,28]。Corhay等[29]在COPD患者和健康人中评估LTB4在EBC和诱导痰中的中性粒细胞趋化活性(neutrophil chemotactic activity，NCA)，结果表明COPD患者EBC和诱导痰中NCA增强，EBC中NCA与诱导痰中中性粒细胞明显相关；EBC中的LTB4水平升高，使用LTB4受体拮抗剂后，EBC和诱导痰中LTB4的浓度均下降。由此可推断COPD患者的NCA增强是由LTB4介导的。而在AECOPD时，气道中性粒细胞数量增加，LTB4水平升高而恢复期水平下降，且AECOPD患者EBC中的LTB4浓度和缓解期COPD患者LTB4浓度均明显高于对照组。表明了LTB4参与了AECOPD患者的气道炎症反应，LTB4可以反映COPD的严重程度[29,30]。 综上，LTB4水平以急性发作期最高，反映了气道炎症状态，检测患者诱导痰和EBC中LTB4水平有助于评估COPD患者疾病严重程度和病情进展，以LTB4为靶点的选择性拮抗剂能否用于控制COPD患者病情，仍需大量的临床研究。 7 前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2) PGE2是由花生四烯酸经环加氧酶代谢产生的一种物质。它有抑制炎症细胞产生和扩张支气管的作用，被认为具有支气管保护作用的特性。Chen等[31]研究发现稳定期COPD患者与吸烟健康者诱导痰中PGE2水平明显升高，且COPD患者中PGE2水平与FEV1占预计值百分比呈负相关，由此表明PGE2水平不仅与气道炎症有关，还与气流受限的严重程度相关。有许多研究支持该结论[32,33]，并且AECOPD组患者诱导痰PGE2表达水平较COPD稳定期组更高，提示痰中PGE2水平可以作为COPD急性发作的标志物之一。Drozdovszky等[34]研究发现AECOPD痰PGE2、8-异前列腺素和LTB4水平高于稳定期患者，经过治疗后只有PGE2水平下降，认为PGE2、8-异前列腺素和LTB4可能参与COPD急性加重期的气道炎症反应过程，PGE2有望于作为AECOPD治疗反映的生物标志物。Fritscher等[35]发现COPD患者EBC中PGE2的水平升高，且重度COPD患者PGE2水平比中度COPD患者低，认为气道炎症越严重，上皮细胞和平滑肌细胞释放诱导合成舒张支气管物质如PGE2越少。 由上可见，COPD患者痰液PGE2水平升高，且在急性加重期更加明显，监测痰液PGE2可以反映气道炎症情况、气流受限程度及治疗效果。COPD患者EBC中PGE2水平也升高，但相关研究较少，这可能与EBC中PGE2的浓度低有关，仍需大量的实验研究以明确EBC中PGE2水平变化及其与COPD病情的关系。 8 蛋白质组学 COPD是遗传因素与环境因素共同作用导致的多基因疾病，基因调控下的多种蛋白质通过相互作用交织成网络共同调控疾病的发生发展。因此，单一蛋白无法满足对病理机制的调控，自然也很难成为良好的病情监测指标。蛋白质组学的研究将目光置于特定细胞在特定时刻表达的全部蛋白质，进而从整体角度定性或定量分析细胞内蛋白质的组成和表达水平的动态变化，在寻找AECOPD生物标记物方面具有广阔的发展前景。 Chen等[36,37]将蛋白质组学与临床信息学相结合，一方面借助于抗体芯片检测AECOPD组、稳定期COPD组及对照组血浆趋化因子和炎症介质，另一方面基于临床信息学理念构建临床信息数字化评分系统(Digital Evaluation Score System，DESS)以评估患者病情严重程度，通过高通量实验结果与大量临床信息的联系，发现了AECOPD组有13种趋化因子[包括β细胞素、IL-9、IL-18Bpa、趋化因子配体22(chemokine ligand 22，CCL22)、CCL23、CCL25、CCL28、皮肤T细胞虏获趋化因子、可与糖蛋白D竞争疱疹病毒进入T细胞位点的TNF样诱导蛋白、巨噬细胞刺激蛋白α、单核细胞趋化蛋白3、单核细胞趋化蛋白4及骨桥蛋白]和20种炎症介质较稳定期COPD组及对照组差异有统计学意义，并且有10种炎症介质与DESS评分呈负相关(Cerberus 1、生长激素受体、IL-1F6、IL-17B R、IL-17D、IL-19、淋巴毒素β、基质金属蛋白酶10、促血小板生成素及Toll样受体4)。Leung等[38]采用多反应监测质谱分析法评价COPD患者血浆标本的129个差异蛋白，发现其中由5个蛋白组成的生物标志物组(载脂蛋白A-Ⅳ、补体成分C9、纤连蛋白、载脂蛋白C-Ⅱ和脂多糖结合蛋白)在AECOPD和COPD恢复期有差异，并可能为AECOPD的临床诊断提供基础。最近的一项研究纳入了220例研究对象(对照组60例，稳定期COPD组80例，AECOPD组80例)，评估3个组的研究对象在入院后第1天、第3天和第10天时外周血单核细胞及血浆的动态基因组和蛋白质组图谱，发现C1QC和C1RL基因及其相关蛋白在COPD和AECOPD患者中表达上调，由触珠蛋白、ORM1、SERPING1及C3构成的蛋白质组可作为AECOPD特异性的免疫调节介质，这些基因或蛋白质组可作为制订精确或个性化药物的靶点，从而预防或治疗AECOPD[39]。 9 总结 COPD是多因素导致的复杂临床疾病，多种炎症因子参与其急性发作的病理过程。但一个炎症因子成为好的AECOPD生物标记物，仍面临以下的挑战：(1)该炎症因子检测在临床上能否具有便利性和普遍性？(2)与AECOPD起病经过具有很好的相关性和特异性；(3)通过对COPD有效的干预可以发生改变。目前AECOPD的预警指标和生物标记物仍有待进一步的临床研究及临床实践予以筛选求证，蛋白质组学将为寻找AECOPD生物标记物提供新的希望。 利益冲突 利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突 （参考文献略） |
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