血清膽紅素在慢性阻塞性肺疾病中的臨床意義

承璐瀟 徐婷婷 李?yuàn)?韓玉 吳楨珍 馬元 吉寧飛 黃茂

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科210029

COPD 以持續(xù)性的呼吸道癥狀及氣流受限為主要特征，因暴露于有毒顆?；驓怏w而導(dǎo)致氣道和肺泡異常。COPD 目前是世界第四大死因[1-2]。由于持續(xù)的危險(xiǎn)因素暴露和人口老齡化，預(yù)計(jì)全球COPD 疾病負(fù)擔(dān)將會(huì)逐漸上升。慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstr uctive pul monar y disease，AECOPD)是指呼吸道癥狀的急性惡化，導(dǎo)致患者需要額外的治療措施[3]。AECOPD 是COPD 重要的死亡相關(guān)危險(xiǎn)因素。其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，氧化應(yīng)激是其中一個(gè)重要機(jī)制。膽紅素是一種有效的抗氧化劑，可以保護(hù)脂質(zhì)免受氧化應(yīng)激、組織變性和死亡，并抑制膜結(jié)合的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，該氧化酶是細(xì)胞內(nèi)活性氧的大量來源[4-5]。本回顧性研究主要觀察血清膽紅素水平在穩(wěn)定期COPD 及AECOPD 中的變化，并探討其與疾病的相關(guān)性及其臨床意義。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 收集2017年1月至2018年11月因AECOPD 于南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科住院的患者、同時(shí)期于南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院被診斷為COPD 穩(wěn)定期的患者及健康體檢者進(jìn)行回顧性分析。所有患者分為3組，其中AECOPD 組 (A 組)患 者210 例，男172 例，女38例，年齡 (74±7)歲，年齡范圍為51～90歲；COPD 穩(wěn)定期組(B組)患者108例，其中男88例，女20例，年齡(74±10)歲，年齡范圍為52～97 歲；健康對(duì)照組 (C 組)118 名，其中男96名，女22名，年齡 (73±6)歲，年齡范圍為56～93歲。3組間年齡、性別差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P 值均＞0.05)(表1)。所有COPD 患者的臨床診斷符合2017年慢性阻塞性肺疾病全球倡議中關(guān)于COPD 的診斷標(biāo)準(zhǔn)[6]。所有入組患者排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)合并各種肝膽系統(tǒng)疾病、冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病、糖尿病、造血系統(tǒng)疾病、嚴(yán)重貧血的患者；(2)合并惡性腫瘤的患者；(3)嚴(yán)重心、肝、腎功能不全的患者；(4)膽紅素水平超過生理范圍的患者；(5)臨床資料不齊的患者。所有患者均知情同意并簽署知情同意書。本研究經(jīng)南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)(2019-SR-510)。

1.2 方法 錄入所有對(duì)象的年齡、性別、吸煙情況、吸煙指數(shù)，分析所有對(duì)象血清總膽紅素 (total bilirubin，TBIL)、直接膽紅素 (direct bilir ubin，DBIL)、間接膽紅素 (indirect bilirubin，IBIL)、外周血中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù) (neutr ophil，NE)、中性粒細(xì)胞百分比 (neutr ophils%，NE%)、C-反應(yīng)蛋白(C-reactive protein，CRP)結(jié)果，同時(shí)錄入COPD 組及AECOPD 組患者的病程，并使用慢性阻塞性肺疾病評(píng)估測(cè)試 (COPD assess ment test，CAT)進(jìn)行評(píng)分測(cè)試 (包含了8項(xiàng)關(guān)于COPD 健康狀態(tài)損害的一維量表，由患者獨(dú)立完成)。額外錄入AECOPD 患者的住院天數(shù)、血?dú)夥治鲋蠵a O2、Pa CO2、 吸 入 氧 濃 度 (fraction of inspiration O2，F(xiàn)i O2)， 并 計(jì) 算 氧 合 指 數(shù)(oxygenation index，OI)(OI=Pa O2/Fi O2)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 應(yīng)用SPSS 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采用Shapir o-Wil k正態(tài)性檢驗(yàn)或Q-Q 圖檢驗(yàn)計(jì)量資料的正態(tài)性，服從正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s 表示，不服從正態(tài)分布的計(jì)量資料以M(QR)表示；計(jì)數(shù)資料以例 (%)表示。服從正態(tài)分布且組間方差齊的計(jì)量資料2組間比較采用t檢驗(yàn)，多組間比較采用方差分析。不符合正態(tài)分布計(jì)量資料2組間比較采用Mann-Whitney U 檢驗(yàn)，多組間比較采用Kr uskal-Wallis檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)。相關(guān)性分析時(shí)若資料符合正態(tài)分布用Pearson相關(guān)分析，偏態(tài)分布資料則用Spear man相關(guān)分析，控制變量使用偏相關(guān)分析。多因素分析用Logistic 回歸分析，繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線評(píng)價(jià)Logistic回歸模型的診斷價(jià)值。P ＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料比較 3組間吸煙情況及吸煙指數(shù)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P 值均＜0.001)，兩兩比較發(fā)現(xiàn)，A 組與B 組的吸煙情況及吸煙指數(shù)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P 值均＞0.05)。健康對(duì)照組與A 組、B組比較，目前吸煙和已戒煙人數(shù)所占比例少，吸煙指數(shù)低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P 值均＜0.05)。A 組患者CAT 評(píng)分明顯高于B 組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.001)，2組患者病程差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05)(表1)。

2.2 3組患者的膽紅素及炎癥指標(biāo)水平比較 與A 組比較，B 組和C 組TBIL、DBIL、IBIL 水平明顯升高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P 值均＜0.001)；與B組比較，C組TBIL、DBIL、IBIL水平更高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P 值均＜0.001)。3組比較，A 組的NE、NE%、CRP 水平最高，其次為B 組，C 組最低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P值均＜0.05)(表2)。

2.3 AECOPD 中膽紅素和CRP 的相關(guān)性分析 分析AECOPD 組中膽紅素及CRP 與年齡、性別、病程、吸煙情況、吸煙指數(shù)、NE、NE%、CAT 評(píng)分、住院天數(shù)、Pa O2、Pa CO2、OI等指標(biāo)之間的相關(guān)性，其中住院天數(shù)為8.00 (4.25)d，Pa O2的 為67.00 (21.00)mm Hg (1 mm Hg=0.133 k Pa)，PaCO2為39.00 (19.73)mm Hg，OI為(98.83±76.15)mm Hg。相關(guān)分析結(jié)果顯示膽紅素和CRP 與性別均無(wú)相關(guān)性；DBIL 和CRP 與年齡均呈正相關(guān)(r=0.152、0.155，P 值均＜0.05)，TBIL 和IBIL 與年齡無(wú)相關(guān)性，對(duì)DBIL和CRP與相關(guān)變量進(jìn)行控制年齡的偏相關(guān)分析。結(jié)果顯示，AECOPD 患者TBIL 與CRP呈負(fù)相關(guān) (r =-0.225，P ＜0.01)。IBIL 與NE%、CRP、Pa CO2呈負(fù)相關(guān) (r = -0.145、-0.333、-0.160，P 值均＜0.05)，與OI呈正相關(guān)(r=0.136，P =0.049)。DBIL與相關(guān)指標(biāo)間無(wú)顯著相關(guān)性(表3)。同時(shí)，CRP與NE、NE%、CAT 評(píng)分、住院天數(shù)呈正相關(guān) (r =0.347、0.313、0.145、0.185，P 值均＜0.05)，與OI呈負(fù)相關(guān)(r=-0.146，P =0.035)。

表1 3組患者一般資料比較

表2 3組患者膽紅素及炎癥指標(biāo)水平比較

2.4 Logistic回歸分析并繪制ROC曲線

2.4.1 COPD 的多因素Logistic回歸分析及ROC曲線 把是否為B 組患者作為因變量 (B 組=1，C組=0)，其他變量為自變量，各變量進(jìn)行單因素分析，將P ＜0.05的變量以及可能的影響因素納入多因素Logistic回歸分析，建立Logistic回歸模型，最終6項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)入Logistic回歸模型：性別、吸煙情況、吸煙指數(shù)、TBIL、CRP、NE%，模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (χ2=122.538，P ＜0.001)，敏感度為83.1%，特異度為79.6% (表4)。結(jié)果表明，男性、吸煙、吸煙指數(shù)、CRP、NE% 是COPD 的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，TBIL 是COPD 的獨(dú)立保護(hù)因素(表4)。同時(shí)繪制ROC曲線，該模型診斷COPD的曲線下面積為0.888 (95%CI：0.845～0.932，P ＜0.001)(圖1)。

表3 血清膽紅素與AECOPD 臨床資料的相關(guān)性分析

表4 COPD 的多因素Logistic回歸分析

圖1 多因素診斷COPD的ROC曲線

2.4.2 AECOPD 的多因素Logistic回歸分析及ROC曲線 把是否為A 組患者作為因變量 (A組=1，B組=0)，其他變量為自變量，最終只有TBIL、CAT 評(píng)分、NE%進(jìn)入Logistic回歸模型，模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=289.518，P ＜0.001)，敏感度為90.7%，特異度為94.3% (表5)。提示CAT 評(píng)分、NE%是AECOPD 的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，TBIL是AECOPD 的獨(dú)立保護(hù)因素 (表5)。ROC曲線結(jié)果顯示該模型診斷AECOPD 的曲線下面積為0.975 (95%CI：0.961～0.989，P ＜0.001)(圖2)。

2.5 繪制ROC 曲線評(píng)估TBIL 對(duì)COPD 及AECOPD 的診斷價(jià)值 結(jié)果顯示TBIL 診斷COPD的曲線下面積為0.663 (95%CI：0.593～0.734，P ＜0.001) (圖3)。當(dāng)TBIL 診斷臨界值取13.35μmol/L 時(shí)，其診斷價(jià)值最高，敏感度為59.3%，特異度為69.4%。TBIL 診斷AECOPD的曲線下面積為0.672 (95%CI：0.611～0.732，P ＜0.001) (圖4)。當(dāng)TBIL 診斷臨界值取9.65μmol/L時(shí)，其診斷價(jià)值最高，敏感度為79.6%，特異度為51.0%。

圖2 多因素診斷AECOPD的ROC曲線

圖3 TBIL診斷AECOPD的ROC曲線

3 討論

COPD 是呼吸系統(tǒng)的常見病及多發(fā)病，且隨年齡升高患者的發(fā)病率及病死率逐步升高，造成巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，同時(shí)嚴(yán)重影響患者的勞動(dòng)力和生活質(zhì)量。COPD 的病因包括有害氣體和顆粒物的長(zhǎng)時(shí)間暴露、基因異常以及肺發(fā)育不良等。AECOPD 常見的誘發(fā)因素包括呼吸道感染 (細(xì)菌或病毒)、環(huán)境污染或其他一些未知因素，患者常在病程中合并其他嚴(yán)重并發(fā)癥從而增加死亡風(fēng)險(xiǎn)。目前AECOPD 的診斷缺乏量化的指標(biāo)，主要基于臨床癥狀、輔助檢查等綜合判斷。因此，迫切需要尋找特異性的生物標(biāo)志物為AECOPD 的早期診斷提供依據(jù)。

表5 AECOPD 的多因素Logistic回歸分析

圖4 TBIL診斷COPD的ROC曲線

氧化應(yīng)激是COPD 重要的發(fā)病機(jī)制之一。氧化應(yīng)激的標(biāo)志物 (如過氧化氫和8-異前列腺素)在COPD 患者的呼出氣冷凝物、痰液、外周血等生物樣本中均有升高。AECOPD 氧化應(yīng)激會(huì)進(jìn)一步加重。氧化劑可由香煙煙霧和其他吸入顆粒物產(chǎn)生，或由激活的炎癥細(xì)胞(如巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞)釋放[3]?；钚匝踉谘趸瘧?yīng)激中起重要作用，其可能是由吸入的氣體或顆粒物(如空氣污染物、香煙煙霧、高海拔缺氧和一些職業(yè)粉塵)誘導(dǎo)生成，也可能是由于對(duì)細(xì)菌、病毒或真菌等感染性病原體的防御機(jī)制而內(nèi)源性產(chǎn)生的。線粒體是COPD 患者活性氧的重要來源，COPD 患者存在線粒體功能紊亂，上皮細(xì)胞線粒體碎裂，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)ATP減少、活性氧的產(chǎn)生和細(xì)胞衰老?；钚匝蹩蓪?dǎo)致蛋白酶表達(dá)增加從而引起炎癥和肺損傷并最終導(dǎo)致纖維化。COPD 患者調(diào)控抗氧化基因的轉(zhuǎn)錄因子Nrf 2 水平降低，可導(dǎo)致內(nèi)皮抗氧化物的下降[7-8]。國(guó)外有研究顯示，羧甲半胱氨酸、N-乙酰半胱氨酸等抗氧化劑干預(yù)可降低AECOPD 的風(fēng)險(xiǎn)[4]。多西環(huán)素可作為抗氧化劑改善COPD 患者肺功能和生活質(zhì)量，而經(jīng)多西環(huán)素治療后患者膽紅素水平下降[9]。

TBIL是一種血紅素分解的膽色素，由IBIL和DBIL兩種形式組成，前者被肝酶UDP-葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)化為DBIL，IBIL占TBIL的70%～80%[10]。1987年Stocker等[11]提出膽紅素含有共軛雙鍵和反應(yīng)性氫原子的擴(kuò)展系統(tǒng)，可能作為一種潛在的抗氧化劑有效地清除過氧化氫自由基。膽紅素可在氧化成膽綠素后通過膽綠素還原酶快速再生為膽紅素，具有很強(qiáng)的抗氧化作用。血紅素氧合酶的誘導(dǎo)亞型，血紅素氧合酶1 (heme oxygenase-1，HO-1)，已被證實(shí)在氧化應(yīng)激下表達(dá)上調(diào)，其表達(dá)也在缺氧時(shí)升高。增加HO-1的表達(dá)水平升高可減輕肺氣腫的嚴(yán)重程度。膽紅素可通過HO-1減輕血管內(nèi)皮細(xì)胞的活化和功能障礙，并抵抗促炎應(yīng)激[12-14]。COPD 患者痰中脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物水平較高，嚴(yán)重氣流受限的患者血清脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物水平更高，脂質(zhì)過氧化會(huì)破壞多種細(xì)胞膜成分，損害細(xì)胞結(jié)構(gòu)和通透性，膽紅素在預(yù)防脂質(zhì)氧化方面比蛋白具有更大的親和性，抑制膽紅素的合成可導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物顯著增加[14]。

近年來研究顯示，膽紅素的抗氧化性在心腦血管疾病、糖尿病、肝臟疾病、腎臟疾病等方面均存在保護(hù)作用。2011 年，Horsfall等[15]研究結(jié)果顯示，膽紅素水平正常的患者，膽紅素水平越高，呼吸系統(tǒng)疾病和全因死亡風(fēng)險(xiǎn)越低。在正常的生理范圍內(nèi)，膽紅素水平每上升0.1 g/L，COPD 男性患者發(fā)病率下降6%，病死率下降3%。但顯著高于正常范圍內(nèi)的膽紅素水平，可以誘導(dǎo)炎癥、細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激，從而增加患者的死亡風(fēng)險(xiǎn)[16]。Apperley等[14]研究表明，膽紅素與輕中度COPD患者疾病的嚴(yán)重程度和病程呈負(fù)相關(guān)，較高的血清膽紅素濃度與較高的第1秒用力呼氣容積和較小的第1秒用力呼氣容積年降幅相關(guān)，且與吸煙史無(wú)關(guān)。本研究結(jié)果顯示，COPD 組TBIL、DBIL、IBIL 水平顯著低于健康對(duì)照組，NE、NE%、CRP水平顯著高于對(duì)照組，多因素Logistic回歸分析顯示男性、吸煙、吸煙指數(shù)、CRP及NE%是COPD 的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，TBIL 是COPD 的獨(dú)立保護(hù)因素。COPD 患者可能由于膽紅素水平降低，氧化應(yīng)激水平升高。

研究表明，在沒有活動(dòng)性肝病的中到重度COPD 患者中，血清膽紅素濃度較高與AECOPD的風(fēng)險(xiǎn)較低獨(dú)立相關(guān)[4]。一項(xiàng)使用COPD 大鼠模型的研究表明，外源性給予IBIL (作為治療藥物)可減輕肺部和全身炎癥，抑制局部氧化脂質(zhì)損傷，并防止肺氣腫等病理組織變化[17]。然而，近期有研究發(fā)現(xiàn)，在GOLD Ⅲ～Ⅳ級(jí)組中，較高的膽紅素水平與較高的COPD 急性加重風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，推測(cè)可能與患者合并右心功能不全有關(guān)[12]。本研究排除了冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病、嚴(yán)重的心功能不全的患者，結(jié)果顯示AECOPD 組TBIL、DBIL、IBIL水平在生理范圍內(nèi)顯著低于COPD 組，多因素Logistic 回 歸 分 析 顯 示CAT 評(píng) 分、NE% 是AECOPD 的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，TBIL 是AECOPD 的獨(dú)立保護(hù)因素。

AECOPD 患者膽紅素水平降低，NE、NE%、CRP水平升高，相關(guān)性分析顯示TBIL 與CRP 呈負(fù)相關(guān)，IBIL 與NE%、CRP、PaCO2呈負(fù)相關(guān)、與OI呈正相關(guān)，表明膽紅素具有潛在的抗氧化和抗炎作用。有研究顯示，IBIL 可以限制黏附分子的過度表達(dá)，抑制腫瘤壞死因子α誘導(dǎo)的中性粒細(xì)胞內(nèi)皮黏附[18]。生理范圍內(nèi)的IBIL 可以在體外阻斷血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子1依賴的淋巴細(xì)胞遷移，在體內(nèi)減輕血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子1介導(dǎo)的氣道炎癥，其機(jī)制可能是通過抑制細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生來實(shí)現(xiàn)的[19]。這些研究結(jié)果支持IBIL 可作為內(nèi)源性免疫調(diào)節(jié)劑并具有抗炎作用。本研究發(fā)現(xiàn)DBIL 與CRP、NE、NE%、Pa O2、PaCO2、OI、吸煙情況、住院天數(shù)等相關(guān)指標(biāo)均無(wú)明顯相關(guān)性。人血清DBIL通常僅占TBIL 的20%～30%。DBIL 為水溶性，與白蛋白結(jié)合較弱，而親脂性的IBIL 保護(hù)脂質(zhì)免受氧化的作用更強(qiáng)。顯著升高的膽紅素水平在某些情況下可能會(huì)產(chǎn)生毒性作用，DBIL 更有可能是一種有毒廢物，而不是作為抗氧化劑，當(dāng)TBIL在生理范圍，而DBIL 升高則可能提示肝細(xì)胞損傷[10]。目前尚缺乏前瞻性及大樣本臨床研究來探討何種膽紅素亞型與COPD 之間存在更明確的相關(guān)性。

目前國(guó)內(nèi)外已有多項(xiàng)研究表明CRP 可作為COPD 的生物標(biāo)志物，其表達(dá)水平與疾病嚴(yán)重程度、急性加重頻率及死亡風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)，并可指導(dǎo)抗生素的治療[20-22]。本研究在AECOPD 患者中，CRP與NE、NE%、CAT 評(píng)分、住院天數(shù)呈正相關(guān)，與OI呈負(fù)相關(guān)，表明CRP與AECOPD 患者的嚴(yán)重程度有關(guān)，也提示AECOPD 患者存在全身性炎癥反應(yīng)。

本 研 究 分 別 探 討 了 TBIL 在 COPD 與AECOPD 的診斷價(jià)值，性別、吸煙狀況、吸煙指數(shù)、TBIL、CRP、NE%多因素診斷COPD 的曲線下面積為0.888，TBIL 單獨(dú)診斷COPD 的曲線下面積為0.663；TBIL、CAT 評(píng)分、NE%多因素診斷AECOPD 的曲線下面積為0.975，TBIL 單獨(dú)診斷AECOPD 的曲線下面積為0.672。表明膽紅素對(duì)COPD 及AECOPD 的診斷具有一定的意義。

綜上所述，在正常的生理范圍內(nèi)，COPD 患者血清膽紅素水平下降。AECOPD 患者膽紅素水平更低，與CRP、NE、NE%等炎癥指標(biāo)有一定的相關(guān)性，IBIL 還可能與缺氧程度存在相關(guān)性。膽紅素可能是COPD 及AECOPD 的獨(dú)立保護(hù)因素，且具有一定的臨床價(jià)值。血清膽紅素檢測(cè)方法簡(jiǎn)單方便，價(jià)格便宜，標(biāo)準(zhǔn)化程度好，可能成為COPD及AECOPD 的血清生物標(biāo)志物，也可能是未來研究的一個(gè)新的治療靶點(diǎn)。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突