慢性阻塞性肺疾病急性加重期呼吸道生物标志物的研究进展

杨中良 杨秀云★ 黄飞华 张永建

·综述·

慢性阻塞性肺疾病急性加重期呼吸道生物标志物的研究进展

杨中良 杨秀云★ 黄飞华 张永建

慢性阻塞性肺疾病（COPD）以反复出现急性加重为特征，COPD急性加重（AECOPD）可导致病死率的增加［1］。研究发现，通过呼吸道标本采样技术所获得的生物标志物可揭示AECOPD的病理生理学机制［2］，但这些技术多局限于研究阶段，且因缺乏标准化操作规程和生物标志物正常参考值而一直未能广泛应用于临床［3］。本文综述2014年12月前有关AECOPD呼吸道生物标志物的研究文献，分析其与临床参数和结局的关系，旨在揭示呼吸道生物标志物潜在的临床意义。

1　 研究方法

采用Medline、Pubmed、中国知网和中国万方数据库，检索2014年12月前出版的英文和中文文献。在AECOPD全文中评估呼吸道采集样本所获得的生物学分子研究默认为合格文献。研究纳入关键词AECOPD 3个（即COPD加重，COPD恶化和COPD急性加重），生物标志物2个（生物标志物和细胞因子）和采样方法6个［呼出气、呼出气冷凝物（EBC）、支气管肺泡灌洗液（BALF）、诱导痰、自然痰和支气管活检］。摘要或来自混合人群的文献均未纳入本综述。共纳入文献83篇。评估呼吸道样本所获得的生物标志物在描述AECOPD病程、与临床参数的相关性、预测临床结局、AECOPD病因及治疗反应等方面的潜在作用。

2　 结果

2.1 无创采样技术 （1）呼出气 呼出气分析法是一种有价值的无创技术，可用于分析挥发性生物标志物。呼出气一氧化氮（FeNO）为AECOPD研究最多的呼出气生物标志物。在COPD稳定期，FeNO主要来源于肺周围小气道，而AECOPD患者FeNO同时出现于大气道及小气道。Antus等［4］研究发现，AECOPD患者FeNO明显升高，随访时发现FeNO水平下降；AECOPD入院时FeNO水平与治疗后增高的第一秒用力呼气容积（FEV1）正相关，入院时FeNO水平是治疗后FEV1显著增高的预测因子，最优截距值为26.8 ppb，其敏感性为74 %，特异性为75 %，阳性预测值（PPV）和阴性预测值（NPV）分别为60 %和85 %。FeNO水平与血气分析参数无明显相关性［5］。关于临床结局，AECOPD患者入院时FeNO水平与住院日呈较弱的负相关［4］。（2）EBC EBC可用于分析较多呼吸道介质，但因需特殊设备且操作要求高等原因限制其临床应用［3］。AECOPD时细胞因子等生物标志物的检出率特别低［6］，而采用白蛋白包衣采样技术可明显提高肽类细胞因子的检出率［6］。Antus 等［5］研究提示，EBC的pH值与肺功能和血气分析参数无相关性。而Antczak等［7］研究发现EBC的H2O2与呼吸困难相关，但与临床状态或肺功能无相关性。AECOPD第5天EBC中肿瘤坏死因子-α（TNF-α）水平明显低于第14d水平［8］，血液TNF-α水平也呈同样的变化，提示恢复后期仍呈持续的炎症反应［9］。关于临床参数方面，Mazur等［10］研究发现，AECOPD发作时EBC中白介素-8（IL-8）水平与肺功能呈负相关。关于治疗对生物标志物的影响方面，Carpagnano等［11］研究提示，AECOPD经抗菌素治疗2周后，EBC内IL-6水平出现显著下降，而经6个月的黏液溶解剂治疗后，IL-6水平进一步下降。异前列腺素和白三烯B4（LTB4）为花生四烯酸的代谢物。研究发现，AECOPD患者EBC中8-异前列腺素水平升高，治疗后明显下降，在接受黏液溶解剂治疗6个月后进一步下降。关于糖皮质激素和抗菌素对EBC 中LTB4水平影响，各家研究报道结果不一致［7，12］。（3）自然痰 AECOPD期间自然痰中生物标志物的研究大多数聚焦于生物标志物与临床严重度、病因诊断之间关系的评估。自然痰中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）和某些抗生素肽与AECOPD的临床严重程度相关［13，14］。唐宁等［15］报道，COPD急性加重期IL-8和C反应蛋白（CRP）水平明显高于稳定期水平。持续的临床症状与持续升高的IL-8、TNF-α 和NE水平相平衡，而临床缓解后这些炎症因子均下降至基线水平。Parameswaran等［13］研究发现，自然痰中流感嗜血杆菌和卡他莫拉菌的数量与痰中抗生素肽（溶菌酶和分泌性白细胞蛋白酶抑制因子）水平相关，这在AECOPD患者中观察到的结果更明显于相应细菌定植的COPD患者。Dal Negro等［16］研究发现，AECOPD伴绿脓杆菌感染时，痰中TNF-α水平明显升高。一项前瞻性研究［13］发现，痰NE水平超过350 mU/ml对于鉴别细菌性与非细菌性AECOPD的敏感性和特异性分别为70.6 %和84.2 %，PPV和NPV分别为88.9 %和61.5 %；自然痰TNF-α在识别细菌性AECOPD的曲线下面积（AUC）最大，联合使用自然痰TNF-α和NE及血清CRP的AUC均大于任何一个单项的AUC。

2.2 半创伤性采样技术 诱导痰临床上多用于微生物学的检测，而其炎性生物标志物的检测多用于科研。Mallia［17］对实验性鼻病毒感染AECOPD人体模型进行研究，发现鼻病毒峰负荷与诱导痰IL-6、IL-8、NE和TNF-α的峰水平及血清CRP的峰水平均呈正相关。另一方面，Bathoorn等［18］研究发现，细菌感染引发AECOPD与诱导痰IL-6、IL-8、TNF-α及LTB4水平增高密切相关，其中TNF-α为细菌性AECOPD的最佳预测因子。另有研究发现，AECOPD诱导痰中IL-13［19］和高迁移率族蛋白1（HMGB1）［20］含量显著高于稳定组，且均与FEV1呈负相关。Cosio等［21］研究发现，AECOPD经支气管扩张剂和静脉使用糖皮质激素治疗进入稳定期时，诱导痰IL-6、IL-8和TNF-α水平均下降，添加茶碱治疗可使IL-8和TNF-α水平进一步下降，提示茶碱可增强静脉使用糖皮质激素的抗炎作用。但也有研究［8］发现，即使患者出院后3个月诱导痰IL-6和TNF-α水平并未明显下降。Bafadhel等［22］对根据诱导痰检查结果将AECOPD分为细菌感染为主型、病毒感染为主型、嗜酸细胞为主型和无炎症型等四种表型，并对这四种表型AECOPD的诱导痰生物标志物进行研究，发现痰IL-1B和血清CRP在细菌感染为主型AECOPD患者升高更明显，痰IL-1B截距值为135 pg/ml时的敏感性为90 %，特异性为80 %，比血清CRP更好。

2.3 创伤性采样技术 （1）支气管肺泡灌洗液（BALF）：BALF通过支气管镜采样，可用于支气管肺泡上皮衬里液中细胞学和生物化学成分的研究。BALF生物标志物研究可分析AECOPD潜在的发病机制［23，24］，但样本数少、样本操作技术不熟练常可影响对研究结果统计学意义的分析［10］。AECOPD患者BALF生物标志物的临床用途也相当有限。（2）支气管活检物：Bocchino等［25］研究发现，AECOPD患者支气管活检样本中表达的生物标志物对中性粒细胞或酸性粒细胞具有潜在的化学趋化作用，严重AECOPD患者中性粒细胞升高与细胞因子（内皮细胞来源的中性粒细胞吸附剂78和IL-8）及中性粒细胞趋化因子受体1、2（CXCR1和CXCR2）表达上调相关，但尚未对这些生物标志物与临床结局的相关性进行充分评估。

3　 总结和展望

近年来，生物标志物的探索已经成为热门研究领域。至今尚未找到可准确预测AECOPD发作或不良结局、区分不同AECOPD表型的单个生物标志物。但大部分生物标志物有可能通过设定水平范围来描述COPD的临床进程，并为AECOPD发病机制研究提供有用信息。一些生物标志物与临床参数有关，而少数可以预测结局、提示病因诊断或提供治疗反应的信息。

生物标志物的研究包括发现、认定、核实、优化分析、有效性验证及商业化6个阶段［3，26］。目前大多数AECOPD呼吸道生物标志物处于发现和认定的初始阶段，而只有少数生物标志物进入有效性验证的研究阶段。至今，关于痰生物标志物的研究因研究方法不同给研究结果的数据分析带来挑战。现代序列技术如代谢组学、蛋白质组学和基因组学对于识别不同表型AECOPD的生物标志物带来希望，而数据挖掘策略和计算模型在临床相关信息的提取方面将发挥更大的作用。

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2014年浙江省医药卫生一般研究计划（B类）（2014KYB276）；2014年浙江省中医药科研基金项目（2014ZA112）；2014年度浙江省海盐县卫生科技计划项目（2014Y3B1006）

200125 上海市浦东新区浦南医院重症监护室（杨中良）310012 浙江省立同德医院呼吸内科（黄飞华）314300 浙江省海盐县中医院呼吸内科（杨秀云 张永建）
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