'慢性阻塞性肺疾病急性加重期炎性生物標誌物研究進展'

本文原載於《國際呼吸雜誌》2019年第2期

本文作者：王慧傑 徐武成 黃華瓊

本文原載於《國際呼吸雜誌》2019年第2期

本文作者：王慧傑 徐武成 黃華瓊

2018版慢性阻塞性肺疾病全球倡議(global initiative for chronic obstructive lung disease，GOLD)定義COPD為一種常見的以持續性呼吸道症狀和氣流受限為特徵的可以預防和治療的疾病，其氣流受限是由有毒顆粒或氣體導致的氣道和/或肺泡異常引起[1]。

COPD患者病程大致分為穩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的定義是指在COPD自然病程中出現呼吸道症狀急性加重，並且需要改變常規的藥物治療[1]。臨床上評估急性加重期患者主要根據臨床症狀和病史，包括喘息和咳嗽發作的程度和頻率，痰液的量和顏色，日常活動受限的嚴重程度，患者目前的治療方案等。但患者對症狀感知的敏感性和忍耐程度不一，缺乏客觀標準，導致AECOPD的判斷出現偏差，延誤病情診治或過度治療。因此臨床上迫切需要更高效、穩定的手段來預警或判斷AECOPD。

目前臨床上有一些手段用於輔助診斷AECOPD。動脈血氣分析、全血細胞計數、C反應蛋白(C-reactive protein，CRP)等用於輔助評估病情是否加重及加重的嚴重程度，但往往缺乏特異性。肺功能儀能夠精確測定COPD患者的肺功能情況，但在臨床上對急性加重期患者即使進行簡單的肺功能測量也是很困難的，故多不用於評估AECOPD患者病情。此外，醫學研究理事會呼吸困難量表有助於評估患者呼吸困難程度，反映患者肺功能和呼吸機強度，但受主觀因素影響較大。

基於上述之不足，尋找AECOPD生物標誌物對解決臨床所需具有重要臨床意義。大量研究表明，COPD患者血漿中許多細胞因子和介質升高，雖然臨床穩定期患者血清中的部分細胞因子也升高，但一般在急性加重期改變更為明顯。

現主要針對AECOPD患者血液、痰液和呼出氣冷凝液(exhaled breath condensate，EBC)中的炎症介質水平作一綜述，探討其作為AECOPD生物標記物的價值和不足。

1 腫瘤壞死因子α(tumour necrosis factor-α，TNF-α)

TNF-α是具有多種功能的前炎症因子，可促進支氣管平滑肌增生、改變平滑肌功能，並可激活核因子κB，增強IL-8基因表達。

既往有研究認為COPD患者血液TNF-α升高，並且與系統性炎症反應相關，但近年的一項Meta分析通過對納入的24項觀察性研究進行分析後發現，COPD組的血清CRP、白細胞、IL-6、IL-8和纖維蛋白原水平明顯高於對照組，但TNF-α在2組間差異無統計學意義[2]。AECOPD患者血漿TNF-α水平異常，在輕、中、重度AECOPD患者間差異無統計學意義，與患者是否需要機械通氣也無明顯相關性，即無法用於預測患者的臨床結局[3]。AECOPD患者EBC中的TNF-α明顯高於穩定期COPD及健康對照組，但是穩定期和對照組間的TNF-α水平差異無統計學意義[4]。有研究支持EBC中的TNF-α可以作為一種評價COPD患者肺功能和炎症情況的潛在生物標記物[5]。

綜上，TNF-α是一種非特異性的炎症指標，目前的研究顯示其在監測疾病的炎症活動及肺功能情況方面尚存在不確定性，在AECOPD生物標記物方面的價值更是有限。

2 IL-6

IL-6由巨噬細胞、淋巴細胞和血管內皮細胞分泌，其作為一種前炎症因子和免疫調節細胞因子，在局部反應和系統性炎症反應中起到重要作用，高水平的IL-6表達可能會引起血管內皮細胞損傷、促進免疫黏附、微血栓形成及抑制內皮細胞修復，從而導致血管損傷，破壞肺實質。

Liang等[6]對51例COPD患者和20例對照組的研究發現，AECOPD患者血清和痰液中的IL-6水平高於穩定期COPD患者及健康對照組，並且IL-6升高水平與患者第1秒用力呼氣容積(forced expiratory volume in one second，FEV1)呈負相關，但穩定期COPD患者和健康對照組的血清和痰液IL-6水平差異無統計學意義。Bade等[7]研究認為穩定期患者血IL-6水平升高，並且與COPD患者FEV1值呈負相關。一項以3 000餘個體為研究對象的實驗發現，血清IL-6與COPD嚴重程度、肺功能下降速度及肺氣腫進展情況相關，且其對氣流受限的影響強於IL-8，但均不是導致病情急性加重的獨立因素[8]。

Carpagnano等[9]發現IL-6濃度在AECOPD患者EBC中明顯高於COPD穩定期和健康對照組，且COPD穩定期IL-6濃度高於健康對照組。表明EBC中IL-6濃度可作為反映COPD患者氣道炎症程度的指標，並且IL-6濃度的增加還可反映氣道的氧化應激[10]。董肖琦等[11]對20例AECOPD患者治療前後EBC中IL-6和白三烯B4(leukotriene B4，LTB4)進行檢測，發現治療後EBC中IL-6和LTB4水平明顯降低，認為EBC中IL-6和LTB4濃度可以用於監測AECOPD患者氣道炎症程度和治療反映。

綜上，AECOPD患者血清、痰液或EBC中的IL-6水平高於穩定期COPD患者，通過檢測IL-6水平可以評估AECOPD患者氣道炎症程度、肺功能狀況和治療反映；但對於穩定期COPD患者的監測意義尚需進一步研究。

3 IL-8

IL-8具有趨化中性粒細胞、嗜酸粒細胞和T淋巴細胞的作用。

AECOPD患者血清、痰液和EBC中IL-8水平升高，IL-8可能在AECOPD的氣道和系統性炎症中扮演重要角色，並可能與急性加重頻率相關，但需要更多的研究證實[12,13]。Zhang和Bai[14]的一項觀察性研究納入了50例AECOPD患者、25例穩定期患者及25例健康者，根據GOLD分級將所有的患者分為1～4級，根據隨訪前一年急性發作的次數將患者分為頻繁急性發作組(發作次數≥2次/年)和非頻繁急性發作組(發作次數<1次/年)。發現AECOPD組血清IL-8水平高於穩定期COPD組，穩定期COPD組高於對照組，並且頻繁急性發作組血清IL-8水平高於非頻繁急性發作組，但AECOPD患者不同肺功能分級的亞組間血清IL-8水平差異無統計學意義。認為血清IL-8是一項敏感指標，可提示AECOPD病程，在作為區分易加重患者的預測因子方面也有一定的前景[14]。Gessner等[15]的研究顯示，AECOPD患者EBC中細胞因子的檢出率高於穩定期COPD、健康吸菸者及對照組，IL-6、IL-8、IL-10、TNF-α濃度在COPD穩定期高於健康吸菸者，而吸菸組高於對照組。同樣，AECOPD的嚴重程度、肺功能狀態與細胞因子的濃度無明顯相關性。

因此，AECOPD患者血清、痰液和EBC中IL-8水平升高，可能與COPD患者氣道和系統性炎症相關，監測AECOPD患者IL-8水平能否用於預測AECOPD風險仍需進一步研究證實。此外，雖然有少數研究可以檢測出IL-8的濃度，但大多數研究中IL-8的濃度都處於檢測下限，而誘導痰中IL-8水平比EBC高出至少10倍，目前多用誘導痰檢測IL-8濃度水平[15]。

4 CRP

CRP是肝臟合成的急性時相蛋白，是最常見的非特異性炎性標記物。血漿CRP水平與一些反映COPD嚴重程度的指標顯著相關，包括FEV1/FVC、PaO2、6分鐘步行距離、GOLD嚴重度分級和BODE評分等。這提示CRP可能在一定程度上反映疾病過程和嚴重程度，也提示全身性炎症反應對COPD病程有顯著影響[16]。有多項研究支持該結論，Milacić等[17]檢測了157例AECOPD患者血清CRP，發現CRP水平高者，GOLD分級的病情越嚴重，認為血清CRP可以作為評估AECOPD患者病情嚴重程度的獨立預測因子。樑衛娟和華鋒[18]認為CRP和TNF-α可以作為判斷AECOPD患者病情嚴重程度的指標，而CRP對AECOPD的判斷作用優於血常規中白細胞以及中性粒細胞百分比。

但也有研究認為，CRP不能用於預測急性加重[19]，CRP水平與患者入院率和病死率無關。此外有研究表示，AECOPD患者CRP水平高於穩定期者[20,21]，可以用於區分是否為細菌感染導致的急性加重[22]。

綜上，AECOPD患者血漿CRP水平升高，檢測血漿CRP水平可以評估AECOPD患者病情嚴重程度和判斷感染病原體是否為細菌。但是由於CRP在COPD病理機制中的作用不明確，並且部分研究結果間矛盾，它僅僅是與COPD相關的潛在炎症過程的一般標記物[23]。

5 纖維蛋白原

纖維蛋白原也是一種急性時相蛋白，研究認為纖維蛋白原水平與COPD相關，可用於預測病死率和急性加重風險，並且纖維蛋白原水平可以通過治療干預而降低，其變異性也低於CRP，在區分COPD亞型和共病簇中有一定的潛在價值[24]。

一項ECLIPSE亞組研究[25]中監測了34項炎症因子，發現COPD患者血漿纖維蛋白原水平高於對照組，但是其與GOLD分級及肺氣腫的嚴重程度無關；此外，AECOPD血漿纖維蛋白原水平高於穩定期或急性加重期治療後。與其他一些炎症因子相比，比如CRP和IL-6等，血漿纖維蛋白原作為COPD患者生物標誌物的可重複性最高，其在COPD疾病嚴重程度和預測死亡風險中有一定的價值[26]。Polatli等[27]認為血漿纖維蛋白原、血管性血友病因子和微量白蛋白尿水平有助於AECOPD的病情分級，這些因子的升高可能反映了COPD患者易併發血管性疾病的病理生理機制，檢測這些因子可以間接反映COPD系統性炎症導致的內皮功能損傷，以早期監測COPD併發症的風險。

綜上，血漿纖維蛋白原可作為潛在的生物標記物，用於預測急性加重和併發症發病風險以及病死率，並且其可重複性高，易於檢測，具有很大的研究價值。

6 LTB4

LTB4是由LTA4經水解酶水解後形成，是一種強力的中性粒細胞趨化因子，可從巨噬細胞、嗜酸粒細胞和活化中性粒細胞釋放出來。在COPD病理過程中，LTB4可通過提高血管通透性和增加黏液生成促進支氣管收縮。

目前有許多研究認為，AECOPD患者EBC中LTB4水平高於穩定期COPD者，且二者均明顯高於對照組，認為EBC中LTB4可以反映AECOPD患者的疾病嚴重程度和病情進展[4,11,28]。Corhay等[29]在COPD患者和健康人中評估LTB4在EBC和誘導痰中的中性粒細胞趨化活性(neutrophil chemotactic activity，NCA)，結果表明COPD患者EBC和誘導痰中NCA增強，EBC中NCA與誘導痰中中性粒細胞明顯相關；EBC中的LTB4水平升高，使用LTB4受體拮抗劑後，EBC和誘導痰中LTB4的濃度均下降。由此可推斷COPD患者的NCA增強是由LTB4介導的。而在AECOPD時，氣道中性粒細胞數量增加，LTB4水平升高而恢復期水平下降，且AECOPD患者EBC中的LTB4濃度和緩解期COPD患者LTB4濃度均明顯高於對照組。表明了LTB4參與了AECOPD患者的氣道炎症反應，LTB4可以反映COPD的嚴重程度[29,30]。

綜上，LTB4水平以急性發作期最高，反映了氣道炎症狀態，檢測患者誘導痰和EBC中LTB4水平有助於評估COPD患者疾病嚴重程度和病情進展，以LTB4為靶點的選擇性拮抗劑能否用於控制COPD患者病情，仍需大量的臨床研究。

7 前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)

PGE2是由花生四烯酸經環加氧酶代謝產生的一種物質。它有抑制炎症細胞產生和擴張支氣管的作用，被認為具有支氣管保護作用的特性。Chen等[31]研究發現穩定期COPD患者與吸菸健康者誘導痰中PGE2水平明顯升高，且COPD患者中PGE2水平與FEV1佔預計值百分比呈負相關，由此表明PGE2水平不僅與氣道炎症有關，還與氣流受限的嚴重程度相關。有許多研究支持該結論[32,33]，並且AECOPD組患者誘導痰PGE2表達水平較COPD穩定期組更高，提示痰中PGE2水平可以作為COPD急性發作的標誌物之一。Drozdovszky等[34]研究發現AECOPD痰PGE2、8-異前列腺素和LTB4水平高於穩定期患者，經過治療後只有PGE2水平下降，認為PGE2、8-異前列腺素和LTB4可能參與COPD急性加重期的氣道炎症反應過程，PGE2有望於作為AECOPD治療反映的生物標誌物。Fritscher等[35]發現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，認為氣道炎症越嚴重，上皮細胞和平滑肌細胞釋放誘導合成舒張支氣管物質如PGE2越少。

由上可見，COPD患者痰液PGE2水平升高，且在急性加重期更加明顯，監測痰液PGE2可以反映氣道炎症情況、氣流受限程度及治療效果。COPD患者EBC中PGE2水平也升高，但相關研究較少，這可能與EBC中PGE2的濃度低有關，仍需大量的實驗研究以明確EBC中PGE2水平變化及其與COPD病情的關係。

8 蛋白質組學

COPD是遺傳因素與環境因素共同作用導致的多基因疾病，基因調控下的多種蛋白質通過相互作用交織成網絡共同調控疾病的發生發展。因此，單一蛋白無法滿足對病理機制的調控，自然也很難成為良好的病情監測指標。蛋白質組學的研究將目光置於特定細胞在特定時刻表達的全部蛋白質，進而從整體角度定性或定量分析細胞內蛋白質的組成和表達水平的動態變化，在尋找AECOPD生物標記物方面具有廣闊的發展前景。

Chen等[36,37]將蛋白質組學與臨床信息學相結合，一方面藉助於抗體芯片檢測AECOPD組、穩定期COPD組及對照組血漿趨化因子和炎症介質，另一方面基於臨床信息學理念構建臨床信息數字化評分系統(Digital Evaluation Score System，DESS)以評估患者病情嚴重程度，通過高通量實驗結果與大量臨床信息的聯繫，發現了AECOPD組有13種趨化因子[包括β細胞素、IL-9、IL-18Bpa、趨化因子配體22(chemokine ligand 22，CCL22)、CCL23、CCL25、CCL28、皮膚T細胞虜獲趨化因子、可與糖蛋白D競爭皰疹病毒進入T細胞位點的TNF樣誘導蛋白、巨噬細胞刺激蛋白α、單核細胞趨化蛋白3、單核細胞趨化蛋白4及骨橋蛋白]和20種炎症介質較穩定期COPD組及對照組差異有統計學意義，並且有10種炎症介質與DESS評分呈負相關(Cerberus 1、生長激素受體、IL-1F6、IL-17B R、IL-17D、IL-19、淋巴毒素β、基質金屬蛋白酶10、促血小板生成素及Toll樣受體4)。Leung等[38]採用多反應監測質譜分析法評價COPD患者血漿標本的129個差異蛋白，發現其中由5個蛋白組成的生物標誌物組(載脂蛋白A-Ⅳ、補體成分C9、纖連蛋白、載脂蛋白C-Ⅱ和脂多糖結合蛋白)在AECOPD和COPD恢復期有差異，並可能為AECOPD的臨床診斷提供基礎。最近的一項研究納入了220例研究對象(對照組60例，穩定期COPD組80例，AECOPD組80例)，評估3個組的研究對象在入院後第1天、第3天和第10天時外周血單核細胞及血漿的動態基因組和蛋白質組圖譜，發現C1QC和C1RL基因及其相關蛋白在COPD和AECOPD患者中表達上調，由觸珠蛋白、ORM1、SERPING1及C3構成的蛋白質組可作為AECOPD特異性的免疫調節介質，這些基因或蛋白質組可作為制訂精確或個性化藥物的靶點，從而預防或治療AECOPD[39]。

9 總結

COPD是多因素導致的複雜臨床疾病，多種炎症因子參與其急性發作的病理過程。但一個炎症因子成為好的AECOPD生物標記物，仍面臨以下的挑戰：(1)該炎症因子檢測在臨床上能否具有便利性和普遍性？(2)與AECOPD起病經過具有很好的相關性和特異性；(3)通過對COPD有效的干預可以發生改變。目前AECOPD的預警指標和生物標記物仍有待進一步的臨床研究及臨床實踐予以篩選求證，蛋白質組學將為尋找AECOPD生物標記物提供新的希望。

利益衝突

利益衝突所有作者均聲明不存在利益衝突

（參考文獻略）