慢性阻塞性肺疾病生物學標志物的研究進展

郝倩文,張薇,孫美琪,周果,伍慧杰

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學科，哈爾濱 150001)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)主要由慢性支氣管炎和肺氣腫兩種病理改變構(gòu)成，但每個患者的構(gòu)成情況各有不同[1]。COPD的發(fā)病與異常炎癥、氧化應激、蛋白酶/抗蛋白酶系統(tǒng)失衡、肌肉功能障礙、肺內(nèi)微生物變化等有關(guān)[2]。目前肺功能仍是診斷和評估COPD的重要手段，但部分病情嚴重者不能進行肺功能檢查，而年長、聽力障礙等患者可能也會出現(xiàn)不配合檢查的情況。COPD評估測試(chronic obstructive pulmonary disease assessment test，CAT)評分、英國醫(yī)學研究委員會呼吸困難問卷、穩(wěn)定期COPD病情嚴重程度的綜合性評估等評估方法受患者主觀影響較大，預測不準確。因而亟須尋找更加客觀且直觀、簡便且經(jīng)濟的生物學標志物，以評估患者的嚴重程度。

COPD發(fā)生時部分生物學標志物的水平發(fā)生了變化。缺氧可引起紅細胞分布寬度(red blood cell distribution width，RDW)增加，缺氧誘導因子-1在低氧時活性增高、表達增加，其與促紅細胞生成素基因的低氧反應元件特異性結(jié)合，可使促紅細胞生成素基因轉(zhuǎn)錄增加，引起促紅細胞生成素合成增加[3]，進而使RDW增加。對COPD患者進行研究發(fā)現(xiàn)，RDW異常組患者住院期間的死亡率較RDW正常組高[4]。炎癥感染發(fā)生時C反應蛋白(C-reactive protein，CRP)出現(xiàn)，CRP水平較高者早期死亡風險增加[5]，且患者的年齡較大、合并心血管疾病、第1秒用力呼氣容積水平更低[6]。尿酸是一種抗氧化劑，Sarangi等[7]的研究證實，COPD患者病情越重，肺功能越差，血尿酸水平越高。在COPD患者及吸煙者中，低水平的維生素D與較低水平的第1秒用力呼氣容積占預計值百分比有關(guān)[8]。不同的分子生物學標志物在COPD患者的病情評估中扮演不同角色，尋找其發(fā)揮作用的關(guān)鍵以輔助臨床評估病情以及干預治療，進而減輕患者的痛苦以及心理和經(jīng)濟負擔。現(xiàn)就CRP、RDW、尿酸及維生素D在COPD中的應用進行綜述。

1 CRP

CRP是一個由5個亞單位組成的環(huán)狀五聚體，可由白細胞介素-6、白細胞介素-1、腫瘤壞死因子刺激肝臟細胞合成，極少部分由腎臟、內(nèi)皮細胞、單核細胞、血管平滑肌細胞產(chǎn)生，是機體在受損、感染等出現(xiàn)的一種非特異性反應指標，是機體非特異性免疫的一部分。CRP水平一般在感染后的幾分鐘即可測量，36 h后達到峰值，目前廣泛用于臨床。CRP一方面可以指導COPD急性加重時的抗生素治療，也可以評估COPD患者的嚴重程度及死亡風險。

約50%的COPD患者每年出現(xiàn)≥1次急性加重，需要使用糖皮質(zhì)激素或抗生素或兩者聯(lián)合治療[9]。如何正確判斷是否需要使用抗生素治療，是臨床工作中非常重要的內(nèi)容?？股厥褂寐实南陆挡粌H有助于減輕患者的經(jīng)濟負擔，也能減少耐藥菌株的出現(xiàn)。CRP的檢測可能是減少抗生素使用的一種方法。研究認為，在CRP指導下應用抗生素可減少抗生素的使用，與經(jīng)驗治療組(即臨床醫(yī)師依據(jù)患者癥狀等判斷是否應用抗生素)相比，CRP指導組在30 d治療失敗、癥狀評分、生活質(zhì)量及嚴重不良反應方面無明顯變化[10-12]。目前臨床對于COPD患者是否需要使用抗生素主要根據(jù)痰量變化、痰液顏色等提示炎癥感染的臨床癥狀為準，但是在治療中，特別是門診治療中，可能存在患者及家屬敘述不清的情況，易造成抗生素使用率增加。結(jié)合臨床癥狀和CRP檢測有助于提出科學、合理的治療方案，減輕患者的經(jīng)濟負擔。

CRP不僅與患者的死亡風險增加相關(guān)，還與患病嚴重程度相關(guān)[13]。研究顯示，無論是在穩(wěn)定期還是急性加重期，CRP水平越高，CAT評分越高，兩者呈正相關(guān)[14-15]。CAT評分(從咳嗽、咳痰、喘息、精力及睡眠等方面進行評估)是評估患者病情嚴重程度的常用評分，其分數(shù)越高，病情越嚴重。CRP水平與咳嗽、咳痰、喘息等相關(guān)。穩(wěn)定期COPD患者CRP的水平也升高，推測可能是慢性炎癥和長期缺氧等導致。對于COPD急性加重期不能進行肺功能檢查以及家屬不夠了解病情的患者，進行CRP檢測可讓醫(yī)師對患者病情嚴重程度有清晰、科學的認識。

CRP水平對于評估COPD患者急性加重、嚴重程度及死亡率有積極意義[16-17]，CRP水平較高者早期死亡風險增加[5-6]。對重癥監(jiān)護病房患者進行研究發(fā)現(xiàn)，治療8～14 d CRP仍<75 mg/L者，死亡率明顯增加[18]。此外，導致患者死亡率增加的因素還有年齡、住院后并發(fā)癥等[18]。COPD患者常合并糖尿病、動脈粥樣硬化、腦梗死、急性心肌梗死、心力衰竭等，其均可以增加患者的死亡風險。因此，住院過程中可對COPD患者的CRP水平進行動態(tài)關(guān)注，對于升高者予以更多的重視。

可見，CRP對于COPD的病情評估及治療均有重要意義，在臨床中應該給予足夠的重視，以更好地治療患者。

2 RDW

RDW是一個常規(guī)的實驗室參數(shù)，最早用于貧血的判斷，主要反映紅細胞體積的異質(zhì)性，數(shù)值越小表示紅細胞體積更加相近，數(shù)值越大則表示紅細胞體積差異越大，存在某種病理改變可導致RDW升高[19]。

研究顯示，RDW隨著COPD嚴重程度的增加而增加，是COPD的獨立危險因素[20]。COPD急性加重期患者RDW的水平高于穩(wěn)定期患者[21]。此外，RDW升高與6 min步行試驗距離、肺功能及氧飽和度呈負相關(guān)[22]。在COPD患者中，RDW升高組(RDW>13.7%)1年內(nèi)死亡風險較RDW較低組(RDW<13.7%)增加，其可能是預測患者1年內(nèi)死亡的重要生物學標志物[23-24]。影響RDW的因素主要有以下幾方面：①氧化應激，氧化物可以通過破壞生物大分子(蛋白質(zhì)、核酸等)，導致紅細胞壞死和功能障礙，還會破壞細胞外基質(zhì)，導致紅細胞成熟障礙，進而使紅細胞體積大小不一。②炎癥，炎癥可導致骨髓造血功能和鐵代謝異常，抑制紅細胞生成素的相關(guān)作用，導致外周血中紅細胞大小不一，出現(xiàn)RDW異常。③紅細胞破壞增多，COPD患者由于缺氧、氧化應激及炎癥等導致血管收縮、血管壁重構(gòu)，進而使紅細胞通過毛細血管壁時出現(xiàn)受損，導致紅細胞壽命異常，引起紅細胞異質(zhì)性增加，導致RDW增加。

RDW與炎癥標志物CRP呈正相關(guān)，可以聯(lián)合檢測評估COPD的嚴重程度[25]。對于COPD患者，可通過關(guān)注RDW水平的變化評估患者病情的嚴重程度。紅細胞壽命較長，可提示患者在一段時間的病情嚴重程度，相較其他生物學標志物具有一定優(yōu)勢。

3 尿 酸

尿酸是嘌呤核苷酸在多種物質(zhì)作用下分解后的終極產(chǎn)物，一般經(jīng)由腎臟排出體外。尿酸存在于上下呼吸道的上皮細胞襯液，ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運蛋白4在呼吸道上皮細胞表達并參與胞外尿酸轉(zhuǎn)運。尿酸構(gòu)成呼吸道的第一道防線，不僅有抗氧化作用，也具有促炎作用[22]。血尿酸水平的下降可能與降尿酸藥物的使用、急性感染[26]及飲用威士忌酒[27]有關(guān)。

與健康人相比，COPD患者血尿酸水平明顯升高[28]。從不吸煙的COPD患者血尿酸水平高于從不吸煙的非COPD患者，提示在非吸煙人群中，如果出現(xiàn)尿酸水平升高，在排除其他影響尿酸水平的因素外，應注意COPD的可能及風險[29]。高尿酸血癥是30 d死亡的獨立危險因素，也是使用呼吸機和進入重癥監(jiān)護病房的危險因素[30]。高尿酸血癥還與呼吸道癥狀、肺功能下降以及COPD加重風險增加相關(guān)[31-32]，但遺傳導致的高尿酸血癥與上述無關(guān)[33]。尿酸與COPD的關(guān)系復雜，高尿酸血癥也可能是由患者的飲食、遺傳基因及藥物等引起，因而用尿酸評估COPD病情的干擾因素太多，導致應用受限，但其聯(lián)合多種生物學標志物共同判斷患者病情的嚴重程度具有可取性。

4 維生素D

維生素D是生命必需的脂溶性維生素之一，人體內(nèi)的維生素D主要由自身合成或從食物中獲取。維生素D在調(diào)節(jié)人體鈣水平方面起重要作用，特別是在骨骼和肌肉健康方面；其在免疫調(diào)節(jié)和抗感染方面也起重要作用。維生素D結(jié)合蛋白被25-羥化酶羥基化后形成25-羥維生素D，這個過程主要在肝臟進行，25-羥維生素D是循環(huán)維生素D的主要形式，其在腎臟由1α羥化酶(CYP27B1)再次羥基化形成1,25-二羥維生素D，這是維生素D的活性形式[34]。維生素D主要通過維生素D受體、維生素D代謝酶以及大部分免疫細胞(主要包括巨噬細胞、中性粒細胞、T細胞、B細胞以及樹突狀細胞等)中的CYP27B1酶等影響免疫系統(tǒng)[35]。氣道上皮細胞和肺免疫細胞也表達維生素D受體，且肺中也有CYP27B1酶，可導致25-羥維生素D活化，提示維生素D在肺免疫調(diào)節(jié)中的作用，因而可將維生素D作為藥物用于COPD的預防或治療。COPD導致維生素D缺乏的因素有很多，包括年齡較大、應用糖皮質(zhì)激素、營養(yǎng)不良及陽光照射減少等。

COPD患者常合并維生素D缺乏，且缺乏程度與COPD嚴重程度呈正相關(guān)[36-37]。維生素D缺乏與較低的肺功能、肺功能下降及較高的COPD風險相關(guān)[38]。一般維生素D<25 mmol/L時,補充維生素D能夠降低COPD患者中或重度加重的風險及嚴重程度[39]，但不能延長下次急性加重的時間。對于維生素D水平較低的COPD患者，在秋冬季補充維生素D能降低患者肺部感染的發(fā)生率，也能降低中重度加重的風險[40]。研究證實，COPD患者中轉(zhuǎn)化生長因子-β水平與維生素D呈負相關(guān)[41]。研究發(fā)現(xiàn)，上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化可能與COPD相關(guān)[42]，轉(zhuǎn)化生長因子-β/Smads通路的異常激活導致纖維化和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化生長因子-β與受體結(jié)合導致Smad2及Smad3磷酸化，通過相互作用進入細胞核調(diào)節(jié)靶基因，從而影響上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)基因的表達，導致上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化出現(xiàn)，維生素D對轉(zhuǎn)化生長因子-β/Smads的影響需要維生素受體的參與，維生素D與維生素D受體及Smads相互作用，抑制轉(zhuǎn)化生長因子-β/Smads通路的激活[43]。

5 與COPD有關(guān)的其他生物學標志物

幾丁質(zhì)酶樣蛋白-40屬于哺乳動物幾丁質(zhì)酶樣蛋白家族，與幾丁質(zhì)結(jié)合，具有較高的特異性，但缺乏幾丁質(zhì)酶的降解活性。幾丁質(zhì)酶樣蛋白-40由多種細胞產(chǎn)生，包括巨噬細胞、中性粒細胞、單核細胞、氣道上皮細胞、血管平滑肌細胞、軟骨細胞、滑膜細胞、乳腺細胞等,具有抗宿主、抗創(chuàng)傷等作用[44]。研究表明，健康吸煙者與COPD患者的外周血和氣道中幾丁質(zhì)酶樣蛋白-40均高表達，提示巨噬細胞、中性粒細胞和上皮細胞與吸煙有關(guān)[45]。嗜酸粒細胞在粒細胞單核細胞集落刺激因子、白細胞介素-3和白細胞介素-5的作用下釋放到血液中，引起嗜酸粒細胞炎癥[46]，在COPD患者中嗜酸粒細胞升高也很常見，但其與COPD的關(guān)系還需要進一步研究。此外，中性白細胞彈性蛋白酶[47]、白細胞介素[48]、核因子E2相關(guān)因子2[49]等也與COPD相關(guān)，但對于COPD缺乏特異性。

6 結(jié) 語

COPD是一種具有肺外表現(xiàn)、復雜的慢性肺部疾病，其患病率和病死率居高不下。尋找臨床適用的生物標志物，以更好地篩選和診斷COPD，監(jiān)測疾病活動和進展情況，可為患者的治療提供良好指導，是目前需要解決的問題。COPD發(fā)病機制的復雜性，導致COPD具有多種表現(xiàn)，因此尋找一個特異性高的生物標志物較為困難。目前研究較多的為CRP、RDW、尿酸、維生素D，但其均缺乏特異性，不能很好地反映COPD患者的情況。未來需繼續(xù)研究與COPD風險、疾病嚴重程度、最佳治療方案、預后等相關(guān)、特異性和敏感性均較高的生物標志物，以期更好地用于COPD的診斷與治療。