慢性阻塞性肺疾病急性加重期呼吸道生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展

楊中良 楊秀云★ 黃飛華 張永建

·綜述·

慢性阻塞性肺疾病急性加重期呼吸道生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展

楊中良 楊秀云★ 黃飛華 張永建

慢性阻塞性肺疾病（COPD）以反復(fù)出現(xiàn)急性加重為特征，COPD急性加重（AECOPD）可導(dǎo)致病死率的增加［1］。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)呼吸道標(biāo)本采樣技術(shù)所獲得的生物標(biāo)志物可揭示AECOPD的病理生理學(xué)機(jī)制［2］，但這些技術(shù)多局限于研究階段，且因缺乏標(biāo)準(zhǔn)化操作規(guī)程和生物標(biāo)志物正常參考值而一直未能廣泛應(yīng)用于臨床［3］。本文綜述2014年12月前有關(guān)AECOPD呼吸道生物標(biāo)志物的研究文獻(xiàn)，分析其與臨床參數(shù)和結(jié)局的關(guān)系，旨在揭示呼吸道生物標(biāo)志物潛在的臨床意義。

1　 研究方法

采用Medline、Pubmed、中國(guó)知網(wǎng)和中國(guó)萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索2014年12月前出版的英文和中文文獻(xiàn)。在AECOPD全文中評(píng)估呼吸道采集樣本所獲得的生物學(xué)分子研究默認(rèn)為合格文獻(xiàn)。研究納入關(guān)鍵詞AECOPD 3個(gè)（即COPD加重，COPD惡化和COPD急性加重），生物標(biāo)志物2個(gè)（生物標(biāo)志物和細(xì)胞因子）和采樣方法6個(gè)［呼出氣、呼出氣冷凝物（EBC）、支氣管肺泡灌洗液（BALF）、誘導(dǎo)痰、自然痰和支氣管活檢］。摘要或來(lái)自混合人群的文獻(xiàn)均未納入本綜述。共納入文獻(xiàn)83篇。評(píng)估呼吸道樣本所獲得的生物標(biāo)志物在描述AECOPD病程、與臨床參數(shù)的相關(guān)性、預(yù)測(cè)臨床結(jié)局、AECOPD病因及治療反應(yīng)等方面的潛在作用。

2　 結(jié)果

2.1 無(wú)創(chuàng)采樣技術(shù) （1）呼出氣 呼出氣分析法是一種有價(jià)值的無(wú)創(chuàng)技術(shù)，可用于分析揮發(fā)性生物標(biāo)志物。呼出氣一氧化氮（FeNO）為AECOPD研究最多的呼出氣生物標(biāo)志物。在COPD穩(wěn)定期，F(xiàn)eNO主要來(lái)源于肺周?chē)獾?，而AECOPD患者FeNO同時(shí)出現(xiàn)于大氣道及小氣道。Antus等［4］研究發(fā)現(xiàn)，AECOPD患者FeNO明顯升高，隨訪時(shí)發(fā)現(xiàn)FeNO水平下降；AECOPD入院時(shí)FeNO水平與治療后增高的第一秒用力呼氣容積（FEV1）正相關(guān)，入院時(shí)FeNO水平是治療后FEV1顯著增高的預(yù)測(cè)因子，最優(yōu)截距值為26.8 ppb，其敏感性為74 %，特異性為75 %，陽(yáng)性預(yù)測(cè)值（PPV）和陰性預(yù)測(cè)值（NPV）分別為60 %和85 %。FeNO水平與血?dú)夥治鰠?shù)無(wú)明顯相關(guān)性［5］。關(guān)于臨床結(jié)局，AECOPD患者入院時(shí)FeNO水平與住院日呈較弱的負(fù)相關(guān)［4］。（2）EBC EBC可用于分析較多呼吸道介質(zhì)，但因需特殊設(shè)備且操作要求高等原因限制其臨床應(yīng)用［3］。AECOPD時(shí)細(xì)胞因子等生物標(biāo)志物的檢出率特別低［6］，而采用白蛋白包衣采樣技術(shù)可明顯提高肽類(lèi)細(xì)胞因子的檢出率［6］。Antus 等［5］研究提示，EBC的pH值與肺功能和血?dú)夥治鰠?shù)無(wú)相關(guān)性。而Antczak等［7］研究發(fā)現(xiàn)EBC的H2O2與呼吸困難相關(guān)，但與臨床狀態(tài)或肺功能無(wú)相關(guān)性。AECOPD第5天EBC中腫瘤壞死因子-α（TNF-α）水平明顯低于第14d水平［8］，血液TNF-α水平也呈同樣的變化，提示恢復(fù)后期仍呈持續(xù)的炎癥反應(yīng)［9］。關(guān)于臨床參數(shù)方面，Mazur等［10］研究發(fā)現(xiàn)，AECOPD發(fā)作時(shí)EBC中白介素-8（IL-8）水平與肺功能呈負(fù)相關(guān)。關(guān)于治療對(duì)生物標(biāo)志物的影響方面，Carpagnano等［11］研究提示，AECOPD經(jīng)抗菌素治療2周后，EBC內(nèi)IL-6水平出現(xiàn)顯著下降，而經(jīng)6個(gè)月的黏液溶解劑治療后，IL-6水平進(jìn)一步下降。異前列腺素和白三烯B4（LTB4）為花生四烯酸的代謝物。研究發(fā)現(xiàn)，AECOPD患者EBC中8-異前列腺素水平升高，治療后明顯下降，在接受黏液溶解劑治療6個(gè)月后進(jìn)一步下降。關(guān)于糖皮質(zhì)激素和抗菌素對(duì)EBC 中LTB4水平影響，各家研究報(bào)道結(jié)果不一致［7，12］。（3）自然痰 AECOPD期間自然痰中生物標(biāo)志物的研究大多數(shù)聚焦于生物標(biāo)志物與臨床嚴(yán)重度、病因診斷之間關(guān)系的評(píng)估。自然痰中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶（NE）和某些抗生素肽與AECOPD的臨床嚴(yán)重程度相關(guān)［13，14］。唐寧等［15］報(bào)道，COPD急性加重期IL-8和C反應(yīng)蛋白（CRP）水平明顯高于穩(wěn)定期水平。持續(xù)的臨床癥狀與持續(xù)升高的IL-8、TNF-α 和NE水平相平衡，而臨床緩解后這些炎癥因子均下降至基線水平。Parameswaran等［13］研究發(fā)現(xiàn)，自然痰中流感嗜血桿菌和卡他莫拉菌的數(shù)量與痰中抗生素肽（溶菌酶和分泌性白細(xì)胞蛋白酶抑制因子）水平相關(guān)，這在AECOPD患者中觀察到的結(jié)果更明顯于相應(yīng)細(xì)菌定植的COPD患者。Dal Negro等［16］研究發(fā)現(xiàn)，AECOPD伴綠膿桿菌感染時(shí)，痰中TNF-α水平明顯升高。一項(xiàng)前瞻性研究［13］發(fā)現(xiàn)，痰NE水平超過(guò)350 mU/ml對(duì)于鑒別細(xì)菌性與非細(xì)菌性AECOPD的敏感性和特異性分別為70.6 %和84.2 %，PPV和NPV分別為88.9 %和61.5 %；自然痰TNF-α在識(shí)別細(xì)菌性AECOPD的曲線下面積（AUC）最大，聯(lián)合使用自然痰TNF-α和NE及血清CRP的AUC均大于任何一個(gè)單項(xiàng)的AUC。

2.2 半創(chuàng)傷性采樣技術(shù) 誘導(dǎo)痰臨床上多用于微生物學(xué)的檢測(cè)，而其炎性生物標(biāo)志物的檢測(cè)多用于科研。Mallia［17］對(duì)實(shí)驗(yàn)性鼻病毒感染AECOPD人體模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)鼻病毒峰負(fù)荷與誘導(dǎo)痰IL-6、IL-8、NE和TNF-α的峰水平及血清CRP的峰水平均呈正相關(guān)。另一方面，Bathoorn等［18］研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌感染引發(fā)AECOPD與誘導(dǎo)痰IL-6、IL-8、TNF-α及LTB4水平增高密切相關(guān)，其中TNF-α為細(xì)菌性AECOPD的最佳預(yù)測(cè)因子。另有研究發(fā)現(xiàn)，AECOPD誘導(dǎo)痰中IL-13［19］和高遷移率族蛋白1（HMGB1）［20］含量顯著高于穩(wěn)定組，且均與FEV1呈負(fù)相關(guān)。Cosio等［21］研究發(fā)現(xiàn)，AECOPD經(jīng)支氣管擴(kuò)張劑和靜脈使用糖皮質(zhì)激素治療進(jìn)入穩(wěn)定期時(shí)，誘導(dǎo)痰IL-6、IL-8和TNF-α水平均下降，添加茶堿治療可使IL-8和TNF-α水平進(jìn)一步下降，提示茶堿可增強(qiáng)靜脈使用糖皮質(zhì)激素的抗炎作用。但也有研究［8］發(fā)現(xiàn)，即使患者出院后3個(gè)月誘導(dǎo)痰IL-6和TNF-α水平并未明顯下降。Bafadhel等［22］對(duì)根據(jù)誘導(dǎo)痰檢查結(jié)果將AECOPD分為細(xì)菌感染為主型、病毒感染為主型、嗜酸細(xì)胞為主型和無(wú)炎癥型等四種表型，并對(duì)這四種表型AECOPD的誘導(dǎo)痰生物標(biāo)志物進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)痰IL-1B和血清CRP在細(xì)菌感染為主型AECOPD患者升高更明顯，痰IL-1B截距值為135 pg/ml時(shí)的敏感性為90 %，特異性為80 %，比血清CRP更好。

2.3 創(chuàng)傷性采樣技術(shù) （1）支氣管肺泡灌洗液（BALF）：BALF通過(guò)支氣管鏡采樣，可用于支氣管肺泡上皮襯里液中細(xì)胞學(xué)和生物化學(xué)成分的研究。BALF生物標(biāo)志物研究可分析AECOPD潛在的發(fā)病機(jī)制［23，24］，但樣本數(shù)少、樣本操作技術(shù)不熟練?？捎绊憣?duì)研究結(jié)果統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的分析［10］。AECOPD患者BALF生物標(biāo)志物的臨床用途也相當(dāng)有限。（2）支氣管活檢物：Bocchino等［25］研究發(fā)現(xiàn)，AECOPD患者支氣管活檢樣本中表達(dá)的生物標(biāo)志物對(duì)中性粒細(xì)胞或酸性粒細(xì)胞具有潛在的化學(xué)趨化作用，嚴(yán)重AECOPD患者中性粒細(xì)胞升高與細(xì)胞因子（內(nèi)皮細(xì)胞來(lái)源的中性粒細(xì)胞吸附劑78和IL-8）及中性粒細(xì)胞趨化因子受體1、2（CXCR1和CXCR2）表達(dá)上調(diào)相關(guān)，但尚未對(duì)這些生物標(biāo)志物與臨床結(jié)局的相關(guān)性進(jìn)行充分評(píng)估。

3　 總結(jié)和展望

近年來(lái)，生物標(biāo)志物的探索已經(jīng)成為熱門(mén)研究領(lǐng)域。至今尚未找到可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)AECOPD發(fā)作或不良結(jié)局、區(qū)分不同AECOPD表型的單個(gè)生物標(biāo)志物。但大部分生物標(biāo)志物有可能通過(guò)設(shè)定水平范圍來(lái)描述COPD的臨床進(jìn)程，并為AECOPD發(fā)病機(jī)制研究提供有用信息。一些生物標(biāo)志物與臨床參數(shù)有關(guān)，而少數(shù)可以預(yù)測(cè)結(jié)局、提示病因診斷或提供治療反應(yīng)的信息。

生物標(biāo)志物的研究包括發(fā)現(xiàn)、認(rèn)定、核實(shí)、優(yōu)化分析、有效性驗(yàn)證及商業(yè)化6個(gè)階段［3，26］。目前大多數(shù)AECOPD呼吸道生物標(biāo)志物處于發(fā)現(xiàn)和認(rèn)定的初始階段，而只有少數(shù)生物標(biāo)志物進(jìn)入有效性驗(yàn)證的研究階段。至今，關(guān)于痰生物標(biāo)志物的研究因研究方法不同給研究結(jié)果的數(shù)據(jù)分析帶來(lái)挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代序列技術(shù)如代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和基因組學(xué)對(duì)于識(shí)別不同表型AECOPD的生物標(biāo)志物帶來(lái)希望，而數(shù)據(jù)挖掘策略和計(jì)算模型在臨床相關(guān)信息的提取方面將發(fā)揮更大的作用。

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2014年浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生一般研究計(jì)劃（B類(lèi)）（2014KYB276）；2014年浙江省中醫(yī)藥科研基金項(xiàng)目（2014ZA112）；2014年度浙江省海鹽縣衛(wèi)生科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014Y3B1006）

200125 上海市浦東新區(qū)浦南醫(yī)院重癥監(jiān)護(hù)室（楊中良）310012 浙江省立同德醫(yī)院呼吸內(nèi)科（黃飛華）314300 浙江省海鹽縣中醫(yī)院呼吸內(nèi)科（楊秀云 張永建）
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