呼出氣一氧化氮檢測在臨床上的應(yīng)用進展

劉小龍 吳健

1南方醫(yī)科大學(xué)研究生院,廣州510080;2廣東省人民醫(yī)院/廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院 廣東省老年醫(yī)學(xué)研究所,廣州510080

呼出氣一氧化氮 (fractional exhaled nitric oxide,FeNO)檢測是以呼吸道呼出的一氧化氮 (nitric oxide,NO)為檢測的主要來源。NO 主要來源于氣道上皮細胞、內(nèi)皮細胞及神經(jīng)內(nèi)分泌細胞等,呼吸系統(tǒng)主要是誘導(dǎo)型一氧化氮合酶 (inducible nitric oxide synthase,iNOS)參與調(diào)節(jié)氣道上皮NO 的合成水平［1-3］。傳統(tǒng)的肺功能只能反映氣道的氣流受限情況及嚴重程度,不能很好地預(yù)測疾病對藥物的反應(yīng),但FeNO 可反映氣道炎癥水平,是一種無創(chuàng)的、簡便的和有良好的依從性的檢測方法。臨床上FeNO廣泛應(yīng)用于支氣管哮喘、COPD、心血管系統(tǒng)疾病及自身免疫性疾病的診斷、鑒別診斷、治療和預(yù)后等［4-5］。本文就FeNO 試驗的臨床應(yīng)用進展作一綜述。

1 FeNO 在哮喘的診斷、表型預(yù)測及治療中的臨床應(yīng)用

1.1 FeNO 在哮喘診斷中的臨床應(yīng)用 哮喘是一種氣道炎癥及氣道高反應(yīng)性疾病,主要通過喘息癥狀、可逆性氣流受限及激發(fā)試驗陽性等臨床資料綜合診斷。雖然目前FeNO 檢測費用在我國仍偏貴,但鑒于其是一種無創(chuàng)、簡便的臨床檢測方法,因此越來越廣泛應(yīng)用于哮喘的診斷、治療策略選擇及疾病監(jiān)測［6-7］。美國國立衛(wèi)生研究院建議,FeNO 試驗應(yīng)與過敏原篩查、痰嗜酸粒細胞計數(shù)一樣作為哮喘檢查首選方法［8-9］。ERS 亦推薦FeNO 試驗作為輔助診斷哮喘手段之一［10-12］。目前基于FeNO 水平的炎癥分級,ATS 推 薦 成 人Fe NO ＜25 ppb 為 基 線 水 平 (兒 童＜20 ppb),25～50 ppb為中炎性狀態(tài) (兒童20～35 ppb),＞50 ppb為高炎性狀態(tài) (兒童＞35 ppb)［11］。

為證實FeNO 測定在哮喘的臨床診斷價值,Hanania等［13］就FeNO 檢測結(jié)果與臨床評價一致性進行了研究,結(jié)果顯示臨床病例中只有56%與FeNO 結(jié)果一致,并且低炎癥組 (64%)的診斷準(zhǔn)確率高于高炎癥組,在不同炎癥水平亞組的診斷價值不同,這說明Fe NO 診斷準(zhǔn)確性可能與哮喘診斷時的炎癥水平高低有關(guān)。一項納入43 項研究共13 747例患者的薈萃分析［14］中,根據(jù)FeNO 水平成人組分成＜20 ppb組、20～29 ppb組、30～39 ppb組和＞40 ppb組4個亞組,各組敏感性分別為0.80、0.69、0.53和0.41,特異性分別為0.64、0.78、0.85和0.93,進一步證實了FeNO 水平越高,臨床診斷的敏感性越低,但診斷的特異性更好;而兒童組中Fe NO 試驗診斷準(zhǔn)確性及特異性均優(yōu)于成人組;同樣非吸煙人群及激素抵抗人群診斷準(zhǔn)確性均優(yōu)于吸煙組及激素敏感組,提示該檢測結(jié)果可能更適用于解釋兒童、非吸煙者和糖皮質(zhì)激素抵抗人群。因此,臨床實踐中綜合患者所有臨床資料對Fe NO 結(jié)果進行解釋,可減少臨床診斷錯誤率。FeNO 相比于傳統(tǒng)的肺功能檢查,優(yōu)勢在于能夠反映氣道炎癥水平,使得肺功能對氣道炎癥估計不足之處得到補充。

1.2 FeNO 在咳嗽變異性哮喘 (cough variant asthma,CVA)診斷中的臨床應(yīng)用 CVA 是一種以慢性咳嗽為主要表現(xiàn)的哮喘亞型,病理生理改變主要為Th2相關(guān)炎癥、氣道高反應(yīng)、嗜酸粒細胞浸潤等。研究表明,FeNO 水平的變化與嗜酸性氣道炎癥顯著相關(guān)［15］。許多研究報道CVA患者中FeNO 水平升高,然而FeNO 試驗對檢測CVA 的診斷價值仍然不一致［16-17］。為解決研究異質(zhì)性問題,2018年一項納入12項臨床隨機化對照試驗包括1 968例受試者的薈萃分析顯示,Fe NO 試驗對CVA 診斷的敏感性為0.74,特異性為0.82,可見FeNO 試驗可作為CVA 診斷的一種有效方法［4］。

1.3 FeNO 在哮喘篩查的重復(fù)測定 關(guān)于FeNO 在哮喘篩查的重復(fù)測定問題,2005年ATS/ERS指南建議進行2次FeNO 測量以獲得2個值,然后應(yīng)使用2 個值的平均值來解釋測試結(jié)果［18］,但目前缺乏足夠證據(jù)證明這個結(jié)論。2018年韓國一項回顧性分析研究表明,在操作者熟練掌握方法情況下進行單次FeNO 測定足以用于哮喘篩查,但值得注意,如果患者第1次的測量值遠低于或高于臨床醫(yī)師的預(yù)期值或者肺功能非常好或非常差,則第2次測量將會減少測量的誤差［19］。

1.4 FeNO 在哮喘表型預(yù)測中的臨床應(yīng)用 氣道非特異性慢性炎癥及高反應(yīng)性是哮喘的多種機制之一［20］,且發(fā)病機制多變性往往影響著患者的治療反應(yīng)和預(yù)后。許多有效的治療方法均是在炎癥基礎(chǔ)上進行的,但是一部分進行抗炎治療效果差。因此,根據(jù)哮喘的表型對哮喘患者進行分類有助于指導(dǎo)治療決策和針對性治療。目前誘導(dǎo)痰細胞學(xué)檢查是確定炎癥表型的金標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)痰中嗜酸粒細胞和中性粒細胞的數(shù)量量化分型,可分為嗜酸粒細胞型 (＞3%)、中性粒細胞型 (＞65%)、混合型 (嗜酸粒細胞＞3%且中性粒細胞＞65%)和少細胞型 (嗜酸粒細胞＜3%且中性粒細胞＜65%)4種炎癥分型［21-22］。但痰誘導(dǎo)細胞學(xué)檢查具有較大侵襲性及技術(shù)操作挑戰(zhàn)。

FeNO 可以反映氣道炎癥水平,研究表明高Fe NO 水平與嗜酸粒細胞炎癥密切相關(guān)［15］,而嗜酸粒細胞性哮喘患者對吸入性糖皮質(zhì)激素 (inhaled glucocorticoids,ICS)反應(yīng)較好,高FeNO 水平哮喘患者更傾向于嗜酸粒細胞型及混合型炎癥表型,可指導(dǎo)哮喘患者的治療方案選擇及治療反應(yīng)的預(yù)測。因此,FeNO 水平可能作為預(yù)測哮喘炎癥表型及對糖皮質(zhì)激素反應(yīng)良好的2 型炎癥的生物學(xué)指標(biāo)之一［23-26］,但是單獨使用FeNO 具有可變的和中等的準(zhǔn)確性［27］。Shimoda等［28］研究發(fā)現(xiàn)肺部聲音的頻率和強度可能與氣道收縮有關(guān),提示能夠通過肺音分析預(yù)測氣道炎癥的可能,他們對36例無癥狀哮喘患者與14名健康對照者的呼氣-吸氣聲功率低頻比 (expiratory-inspiratory ratios of sound power in the low-frequency range,E/I LF)進一步分析,證明在100～200 Hz的低頻范圍內(nèi)肺部呼吸音的E/I LF與氣道炎癥和氣道阻塞有關(guān),但未能明確氣道炎癥的具體表型 (嗜酸粒細胞或中性粒細胞型)。Shimoda等［29］進一步將E/I LF 與FeNO 結(jié)合用于預(yù)測哮喘炎癥表型的臨床價值與標(biāo)準(zhǔn)誘導(dǎo)痰細胞學(xué)對比,發(fā)現(xiàn)FeNO 與E/I LF結(jié)合可作為混合炎癥型與嗜酸粒細胞型哮喘的標(biāo)志物,FeNO 和E/I LF的組合可作為誘導(dǎo)痰細胞計數(shù)的替代方法,并且FeNO 和肺音參數(shù)測定的無創(chuàng)性減少痰誘導(dǎo)試驗的風(fēng)險及復(fù)雜操作過程。另有1篇納入869例哮喘患者的研究指出,FeNO 和血嗜酸粒細胞作為單一生物標(biāo)志物能夠準(zhǔn)確預(yù)測一小部分患者痰嗜酸粒細胞≥3% (分別為10%、2%),單獨的血清總IgE 不能準(zhǔn)確預(yù)測嗜酸粒細胞的狀態(tài),而FeNO 聯(lián)合血嗜酸粒細胞預(yù)測嗜酸粒細胞表型準(zhǔn)確性可達到45%,有趣的是若再結(jié)合血清總Ig E 水平預(yù)測的準(zhǔn)確性上升至58%［30］。

1.5 FeNO 在哮喘治療及隨訪中的臨床應(yīng)用 在進行規(guī)范治療前,最好已經(jīng)明確診斷,其次最重要的是評估哮喘狀態(tài)、嚴重程度及表型,根據(jù)哮喘階梯方案治療。在門診患者中,哮喘控制通過臨床癥狀和哮喘控制試驗進行評估,但這些指標(biāo)未能反映氣道炎癥水平。研究表明,高FeNO水平與嗜酸粒細胞性氣道炎癥高度相關(guān)［15］。嗜酸粒細胞的存在被認為是對ICS反應(yīng)良好的指標(biāo),因此FeNO 是指導(dǎo)哮喘治療方案及預(yù)測ICS藥物反應(yīng)的有效指標(biāo)之一。

ATS建議在哮喘全程管理期間規(guī)律監(jiān)測FeNO 水平作為哮喘指南內(nèi)容之一［11］。Smith等［31］發(fā)現(xiàn),與基于傳統(tǒng)指南的劑量調(diào)整相比,規(guī)律監(jiān)測FeNO 有助于減少哮喘控制下ICS的維持劑量,減少激素不良反應(yīng)及經(jīng)濟損失。然而在2016年的一篇關(guān)于FeNO 在成人哮喘管理中的臨床效益的meta分析 (納入6 項臨床隨機化對照試驗)中,以FeNO 監(jiān)測中哮喘患者的嚴重惡化發(fā)生率及ICS使用的情況為觀測指標(biāo),結(jié)果表明FeNO 指導(dǎo)下的哮喘治療在嚴重惡化發(fā)生率及ICS使用方面與未進行FeNO 監(jiān)測相比差異并沒有統(tǒng)計學(xué)意義,但是在任意嚴重程度的惡化發(fā)生率有統(tǒng)計學(xué)意義的減少,由于納入的研究異質(zhì)性較大,未能得出一致性結(jié)論,即哪些條件下的患者能夠從FeNO 監(jiān)測中獲益［6］。最后,在臨床實踐中,需要注意的是Fe NO 水平高低與哮喘嚴重程度并不一致。

2 FeNO 在COPD的診斷和治療中的臨床應(yīng)用

2.1 FeNO 在COPD 診斷中的臨床應(yīng)用 COPD 是以不可逆的氣流限制為主要特征?，F(xiàn)有研究表明FeNO 在COPD管理中也發(fā)揮著重要的作用。

研究指出,FeNO 高水平與嗜酸粒細胞的炎癥是明顯相關(guān)的［15］。COPD 最常見的誘因是吸煙,常見的機制涉及到氧化應(yīng)激反應(yīng),常表現(xiàn)為全身炎癥反應(yīng)。長期吸煙導(dǎo)致血液循環(huán)中的炎癥因子IL-6、腫瘤壞死因子α、IL-8、C 反應(yīng)蛋白水平升高,募集巨噬細胞、中性粒細胞、CD8+T 淋巴細胞等炎癥細胞,這可能是COPD 患者氣道中產(chǎn)生高水平NO 的重要原因。目前根據(jù)分型一氧化氮合酶的來源不同,分神經(jīng)型一氧化氮合酶 (neuronal nitric oxide synthase,n NOS)、內(nèi)皮型一氧化氮合酶 (endothelial nitric oxide synthase,eNOS)和iNOS 3 種。在COPD 患者中小氣道、肺組織iNOS的表達顯著增加［32］,從而導(dǎo)致COPD患者NO 水平增高,這可能與長期吸煙引起的肺外周組織炎癥浸潤有關(guān)。但有趣的是,嚴重COPD 患者的FeNO 水 平 可 能 低 于 輕 度COPD 患 者［33］,因 為NO 主 要 由氣道上皮產(chǎn)生,重度COPD 患者NO 水平減低可能與肺泡結(jié)構(gòu)破壞及纖維化程度相關(guān)。在最近的一項研究中,Brindicci等［34］研究發(fā)現(xiàn)COPD 患者外周血NO 水平升高可能是由n NOS引起的,這意味著COPD 患者NO 合成來源除了iNOS外還有n NOS,但進一步結(jié)論未能得到證實。據(jù)報道,COPD 急性加重期FeNO 水平較穩(wěn)定期明顯升高,而與哮喘有所不同的是,COPD 急性加重患者經(jīng)過激素治療后NO 水平很快即可得到控制［35］。Antus等［36］也發(fā)現(xiàn),治療過程中FeNO 水平的下降可能與第1秒用力呼氣容積改善相關(guān)。Soter等［37］研究還發(fā)現(xiàn)FeNO 是COPD 急性加重期嗜酸粒細胞炎癥的良好生物標(biāo)志物?？偟膩碚f,FeNO試驗對COPD 的診斷有一定的局限性,并且吸煙對其影響是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.2 FeNO 在COPD 治療中的臨床應(yīng)用 據(jù)報道,FeNO試驗和痰誘導(dǎo)嗜酸粒細胞計數(shù)具有類似的診斷價值。FeNO可用于預(yù)測COPD 嗜酸粒細胞炎癥表型,并確定可從糖皮質(zhì)激素治療獲益的患者組［38］,但是FeNO 降低并不能減少COPD 患者ICS的使用量,部分研究表明高劑量的ICS對COPD 患 者 呼 出NO 水 平 影 響 較 小［39］,這 可 能 與COPD 患者中合成NO 的一氧化氮合酶不同有關(guān)。Brindicci等［34］研究發(fā)現(xiàn)COPD 患者n NOS水平較高?，F(xiàn)有研究表明COPD伴嗜酸粒細胞炎癥患者對皮質(zhì)類固醇有更好的反應(yīng)［40］。關(guān)于FeNO 在COPD 穩(wěn)定期對糖皮質(zhì)激素治療的變化,2016年一篇納入5項臨床隨機對照試驗研究共171例COPD 患者的薈萃分析指出,已戒煙的COPD 患者接受皮質(zhì)類固醇治療后,FeNO 水平顯著下降［41］,但納入樣本量較小,與Brindicci等［34］研 究 結(jié) 果 相 矛 盾?？?之,FeNO 監(jiān) 測 在COPD 治療中發(fā)揮的作用機制尚不清楚。

2.3 FeNO 在α-1抗胰蛋白酶缺乏癥中的臨床應(yīng)用 α-1抗胰蛋白酶缺乏癥是由于蛋白酶抑制劑Z等位基因突變引起的一種遺傳性疾病,α-1抗胰蛋白酶缺乏或低水平是患者發(fā)展成COPD 的重要危險因素?，F(xiàn)有研究表明,重度α-1抗胰蛋白酶缺乏癥患者與健康的不吸煙和COPD 患者相比,FeNO 水平減低;然而,低水平α-1抗胰蛋白酶缺乏受試者顯示FeNO 水平升高,并且與血漿中α-1 抗胰蛋白酶濃度降低有關(guān)［42-44］。這提示FeNO 在預(yù)測α-1抗胰蛋白酶缺乏癥者發(fā)展為COPD 結(jié)局中發(fā)揮著重要的作用。

3 FeNO 在心血管系統(tǒng)中的臨床應(yīng)用

3.1 FeNO 在心力衰竭中的臨床應(yīng)用 心力衰竭是心臟舒縮功能減退的一種生理狀態(tài)。有研究認為,NO 在心力衰竭中起著重要的調(diào)節(jié)作用,但具體的調(diào)節(jié)機制不明,有人認為心力衰竭是通過NO 減少收縮血管因子分泌及心肌收縮力的調(diào)節(jié)［45］。部分研究顯示,失代償心力衰竭患者靜息期NO 水平較高,運動后的穩(wěn)定心力衰竭患者NO 水平較靜息狀態(tài)更高,這可能跟運動對eNOS刺激有關(guān)［46-47］。但大部分研究心力衰竭靜息及運動時的NO 水平變化結(jié)果是互相矛盾的。

3.2 FeNO 在動脈粥樣硬化及危險因素的臨床應(yīng)用 動脈粥樣硬化是中老年人血管常見的一種病理生理改變,高危因素主要有吸煙、肥胖、高血壓、高血脂及高血糖等。動脈粥樣硬化始動因素是血管內(nèi)皮的損傷,導(dǎo)致泡沫細胞等成分沉積血管內(nèi)膜下。據(jù)目前研究NO 在動脈粥樣硬化形成中起著重要的調(diào)節(jié)作用,包括血小板的黏附及聚集、炎癥趨化因子釋放及平滑肌細胞增殖和遷移等［48］。血管內(nèi)皮損傷導(dǎo)致eNOS活性下降,使得NO 合成水平下降,并且血管動脈粥樣硬化的程度與NO 水平呈負相關(guān)。最近亦有研究表明,高血清甘油三酯及高糖化血紅蛋白的缺血性心肌 病 患 者NO 水 平 顯 著 下 降［49］。

3.3 FeNO 在肺動脈高壓中的臨床應(yīng)用 肺動脈高壓主要病理生理機制是由于缺氧引起血管內(nèi)皮功能障礙,合成NO 水平下降,導(dǎo)致肺血管重塑引起不可逆的肺動脈壓力升高。正常人群NO 在調(diào)節(jié)肺血管舒縮中起著重要作用,研究表明肺動脈高壓患者較健康人的NO 水平普遍降低,特別是特發(fā)性肺動脈高壓更為顯著,亦有研究證實肺泡灌洗液中NO 濃度也低于正常值,且與肺動脈高壓程度成反比［50-51］。對5-磷酸二酯酶抑制劑等藥物治療有反應(yīng)的肺動脈高壓患者NO 水平要比治療沒有反應(yīng)組傾向于升高［52］,這是否預(yù)示著FeNO 監(jiān)測可以預(yù)測肺動脈高壓患者對藥物的反應(yīng)呢? 目前結(jié)論尚未得到證實。

4 FeNO 在其他疾病的臨床應(yīng)用

4.1 FeNO 在慢性鼻竇炎中的臨床應(yīng)用 慢性鼻竇炎是常見的一種鼻旁竇慢性炎癥。在正常人群中,NO 主要來自上呼吸道上皮細胞,極少量來自下呼吸道及肺組織。NO在上呼吸道調(diào)節(jié)局部黏膜血流量、腺體分泌、纖毛運動、抗病原體發(fā)揮著重要的作用［53］。研究表明NO 下調(diào)削弱了局部黏膜對病原體、血管擴張和黏膜黏液纖毛活動的防御能力,與鼻腔和鼻竇疾病的發(fā)生有密切關(guān)系［54-55］。為進一步明確FeNO 在鼻炎的臨床診斷及預(yù)測價值,2018年一項對比評估納入35例鼻炎臨床病例與30名健康對照者,結(jié)果顯示:鼻炎組FeNO 水平較正常組低,對于鼻炎診斷敏感性為93.3%,但特異性只有68.6%,并且慢性鼻竇炎患者相對于慢性鼻炎患者FeNO 水平顯著下調(diào),但是在慢性鼻炎不同組織學(xué)類型未發(fā)現(xiàn)差異,這提示FeNO 的檢測有效提高早期鼻炎診斷,在鑒別鼻炎及鼻竇炎方面具有很好的價值［56］。目前研究提示鼻竇炎NO 水平下調(diào)可能與局部內(nèi)皮細胞的eNOS水平較低有關(guān)［57］。

4.2 FeNO 在上呼吸道感染中的臨床應(yīng)用 呼吸系統(tǒng)感染在臨床上較為常見,通常采用降鈣素原、C 反應(yīng)蛋白、白細胞、細菌培養(yǎng)和醫(yī)學(xué)影像學(xué)等指標(biāo)進行診斷,但對呼吸系統(tǒng)感染病因診斷無特異性。在臨床上,Fe NO 檢測方法在感染性疾病中應(yīng)用較少,主要是由于感染因子種類較多,呼吸道暴露外界空氣中,受影響因素過多。據(jù)報道,FeNO水平與呼吸系統(tǒng)病毒感染呈正相關(guān)［58］,但不同種類的病毒可以導(dǎo)致不同的結(jié)果,結(jié)論并不一致［59-61］。目前還沒有應(yīng)用于感染治療過程中監(jiān)測的證據(jù)。同時哮喘患者將面臨這樣一個挑戰(zhàn),即當(dāng)哮喘患者感染病毒后,能反映哮喘本身氣道炎癥的FeNO 水平可能不太可靠。換言之,當(dāng)病毒感染治愈后,可能需要重新檢查FeNO 水平。

4.3 FeNO 在硬皮病中的臨床應(yīng)用 系統(tǒng)性硬皮病是一種彌漫性結(jié)締組織疾病,常累及肺組織,主要表現(xiàn)為肺間質(zhì)纖維化、肺動脈高壓等,累及肺部與本病的預(yù)后及死亡率密切相關(guān)［62］。NO 在肺循環(huán)阻力調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要的作用,但有研究顯示系統(tǒng)性硬皮病患者eNOS合成NO 能力下降,導(dǎo)致肺血管阻力增加,從而引起肺動脈高壓［63］。最近一項小樣本研究顯示,系統(tǒng)性硬皮病患者NO 水平高于成人健康組,而合并間質(zhì)性肺病患者無論是否有肺動脈高壓NO水平均較系統(tǒng)性硬皮病無合并癥組低,并且在合并肺動脈高壓亞組中NO 水平與肺動脈壓成反比［64］?？傊?目前FeNO 監(jiān)測在系統(tǒng)性硬皮病合并間質(zhì)性改變的臨床價值仍需進一步研究。其他方面,如肝肺綜合征、原發(fā)性纖毛運動障礙、支氣管肺發(fā)育不良、同種異體排斥反應(yīng)等疾病變化水平如表1所示。

表1 臨床上不同疾病FeNO 水平變化［65］

FeNO 能反映氣道炎癥水平,與嗜酸粒細胞密切關(guān)聯(lián),是一種無創(chuàng)、依從性高的檢查手段,是呼吸系統(tǒng)疾病如哮喘、COPD 等診斷、治療、預(yù)測炎癥表型等有用的生物標(biāo)志物。此外,更多FeNO 研究拓展至心血管系統(tǒng)、自身免疫性疾病、炎癥性疾病及先天性肺部疾病的治療、鑒別及預(yù)后生存評估,但尚需要進一步的多中心前瞻性研究進一步證實。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突