Fractalkine与慢性阻塞性肺疾病并肺源性心脏病患者氧化应激相关性及机制探讨

向永红 张云 农智新 梁世锋 戴诗敏 张润娟 庞宗东 雷艳梅 潘海燕

·论著·

Fractalkine与慢性阻塞性肺疾病并肺源性心脏病患者氧化应激相关性及机制探讨

向永红 张云 农智新 梁世锋 戴诗敏 张润娟 庞宗东 雷艳梅 潘海燕

目的探讨Fractalkine(FKN)与慢性阻塞性肺疾病(COPD)并肺源性心脏病(简称肺心病)患者氧化应激状态的相关性及可能机制。 方法64例AECOPD住院患者按是否合并肺心病、是否使用乙酰半胱氨酸(NAC)、COPD严重程度以及心功能分为8组，8例志愿者为正常对照组，测定各组患者住院次日、治疗后第10天血清各项指标，并检查心脏彩超、肺功能、CAT评分。结果 血清FKN、NF-κB、OX-LDL及hsCRP水平在AECOPD的各组患者中均较正常对照组升高(P<0.05)，重症组及失代偿组升高明显(P<0.05)，肺心病组治疗前及治疗后均高于COPD组(P<0.05)，在COPD轻症干预组及肺心病代偿干预组治疗后下降明显(P<0.05)，SOD则相反。FEV1在肺心病代偿干预组及COPD轻症干预组治疗后较治疗前升高(P<0.05)。肺动脉压在肺心病代偿干预组治疗前后有显著差异(P<0.05)，肺心病失代偿组较代偿组明显升高(P<0.05)，肺心病组与COPD组比较有显著差异(P<0.05)。CAT评分除在肺心病失代偿组外其它各组治疗前后均有显著差异(P<0.05)，肺心病组与COPD组比较有统计学差异(P<0.05)。治疗前8组患者血清FKN与CAT评分及NF-κB、OX-LDL、hsCRP、肺动脉压呈正相关(r=0.417，0.521,0.401,0.456,0.395，P<0.05)，与SOD负相关(r=-0.387,P<0.05)，与FEV1无明显相关性(r=0.215,P>0.05)。结论COPD并肺源性心脏病存在的氧化应激，与FKN密切相关，其机制可能系COPD持续低氧引起的氧化应激产物增多，激活NF-κB而促进FKN的生成和释放，NAC可能通过NF-κB途径降低FKN的生成，对早期肺心病的预防有一定作用。

Fractalkine； 肺疾病，慢性阻塞性； 氧化应激； C反应蛋白

肺源性心脏病(chronic pulmonary heart disease,简称肺心病)是慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)患者的常见并发症。目前COPD 合并肺心病的发生机制及治疗方法仍在探索中，多数学者认为COPD 合并肺心病的主要机制是氧化应激及炎症反应，Fractalkine(FKN)作为趋化因子参与炎症反应等多种病理过程[1-2]，既往研究发现FKN在低氧大鼠血清中明显升高[3-4]，且与氧化应激密切相关，在慢性阻塞性肺疾病急性加重期(acute exacerbation of COPD, AECOPD)血清中呈动态变化[5]，为进一步探究FKN在COPD中的作用，本研究旨在对临床COPD合并肺心病患者血清FKN与其氧化应激的相关性及可能的机制进行探讨。

资料与方法

一、一般资料

按照中国2007年COPD诊治指南[6]中AECOPD定义选取64例自2011年1月至2013年6月在广西民族医院呼吸内科住院治疗的AECOPD患者(32例肺心病患者和32例COPD患者)为研究对象。其中，男性36例，女性28例，平均年龄(63.5±13.5)岁。排除严重合发症患者、无法行肺功能检查患者、精神障碍患者、其他需治疗的慢性呼吸系统疾病患者及糖尿病、心脑血管疾病、肝肾功能异常及恶性肿瘤等慢性病患者。按照分层随机分组方法，根据是否合并肺心病分层(单纯COPD、合并肺心病)，各层内的患者按随机数字表法随机分为对照组与干预组，即COPD对照组、COPD干预组、肺心病对照组、肺心病干预组，每组各16例。COPD两组再按照GOLD分级分为轻症(GOLDⅢ级以下)对照组11例、轻症干预组10例、重症(GOLDⅢ级及Ⅲ级以上)对照组5例、重症干预组6例；肺心病两组按心功能分为代偿对照组9例、代偿干预组10例、失代偿对照组7例、失代偿干预组6例。另8例志愿者为正常对照组。

二、研究方法

1. 治疗方案: COPD对照组及肺心病对照组给予抗感染、止咳、化痰常规治疗及纠正酸碱失衡及电解质紊乱等其它对症治疗。COPD干预组及肺心病干预组在常规治疗基础上加用盐酸乙酰半胱氨酸颗粒，用法：0.6 g，3次/d。

2. 肺功能检测： 患者住院次日、治疗后第10天做肺功能检查：吸入舒喘宁气雾剂400 mg，平静呼吸4～5次后，以最大呼吸幅度、最大呼吸速度作快速深呼吸，仪器自动分析得 出FEV1及FVC值。休息5～10 min后重复测定，重复测定值的差异<10%，取最大值。

3. 实验室测定FKN、hsCRP、核因子-KB、SOD、OX-LDL: 受试者隔夜禁食12 h以上，取静脉血测定以下指标：用德国产Bnprospc免疫比浊仪检测hsCRP；用酶联免疫检测试剂盒(美国R&D Systems)测定血清sFKN、NF-κB、SOD、OX-LDL浓度,试验具体操作按说明书进行。

4. CAT评分: CAT问卷共包括8大问题，患者做出相应评分(0～5分)，CAT分值范围是0～40分。

5. 平均肺动脉压(mPAP)测定: 多普勒彩色超声仪测定mPAP。根据公式计算患者的平均肺动脉压: mPAP=42.1×(PEP/ACT)-15.7(PEP为右室电机械延搁等容收缩期,ACT为快速射血期)。

三、统计学方法

结 果

1. 血清FKN、NF-κB、OX-LDL及hsCRP水平在AECOPD的各组患者中均较正常对照组升高(P<0.05)，重症组及失代偿组升高明显(P<0.05)，肺心病组治疗前及治疗后均高于COPD组(P<0.05)，在COPD轻症干预组及肺心病代偿干预组治疗后下降明显(P<0.05)，SOD则呈相反改变，见表1。

2. FEV1在肺心病代偿干预组及COPD轻症干预组治疗后较治疗前升高(P<0.05)，见表1。

3. 肺动脉压在肺心病代偿干预组治疗前后有显著差异(P<0.05)，肺心病失代偿组较代偿组明显升高(P<0.05)，肺心病组与COPD组比较有显著差异(P<0.05)，见表1。

4. CAT评分除在肺心病失代偿组外其它各组治疗前后均有显著差异(P<0.05)，肺心病组与COPD组比较有统计学差异(P<0.05)，见表1。

5. 治疗前8组患者血清FKN与CAT评分及NF-κB、OX-LDL、hsCRP、肺动脉压呈正相关(r=0.417，0.521,0.401,0.456,0.395，P<0.05)，与SOD负相关(r=-0.387,P<0.05)，与FEV1无明显相关性(r=0.215,P>0.05)。

表1 各组FKN、hsCRP、NF-κB、SOD、OX-LDL、FEV1%、平均肺动脉压(mPAP)、CAT评分结果

注：与正常对照组比较:aP<0.05;eP<0.001；与治疗前比较：bP<0.05;fP<0.001；COPD重症与轻症组比较：cP<0.05;gP<0.001;肺心病失代偿组与代偿组比较：dP<0.05;hP<0.001;干预组与对照组比较：iP<0.05;jP<0.001

讨 论

COPD是一种与吸烟密切相关的疾病[7]，长期发展可以引起肺动脉高压(pulmonary hypertension, PH),造成肺循环阻力增加，右心负荷过重，最终导致肺心病，这是COPD最常见的死因。这一过程是如何发生，如何进行有效防治仍然是目前面临的难题。

PH的发生机制主要包括低氧引起的氧化应激、血管舒缩功能异常、炎症反应等，其中多项研究证实氧化应激可能通过损伤肺动脉血管内皮功能、促进血管平滑肌细胞增殖等途径参与肺动脉重构及肺动脉高压的发生发[8-10]。抗氧化治疗能有效抑制肺动脉血管重构,减轻和改善肺动脉高压症状，但对氧化还原信号途径尚未阐明。目前PH的抗氧化治疗临床研究尚少,且多为广谱抗氧化治疗,缺乏特异性疗效。随着人们对氧化应激机制的不断深入探究,特异性抗氧化治疗将可能成为防治PH的一项重要新策略。

本研究发现AECOPD的各组患者氧化应激指标SOD、OX-LDL均较正常人有明显差异，且病情越重越明显，而各干预组在使用NAC治疗后， OX-LDL降低，SOD升高，证实了氧化应激在AECOPD患者发生发展中的重要地位及抗氧化治疗对防治肺心病的积极意义。

FKN是一种新发现的在多种生物学功能中有着独特作用的趋化因子，兼有趋化因子和细胞间黏附分子作用。研究表明它在 PAH的发生、发展中起到重要作用[11]。故研究其信号转导及调控机制可能为肺心病的防治提供新的线索，既往动物实验发现FKN升高与持续低氧导致的氧化应激有关[3]。本研究发现AECOPD患者在氧化应激指标SOD下降、OX-LDL升高的同时FKN、NF-κB、hsCRP等炎性指标水平亦升高，其中FKN与OX-LDL正相关，与SOD负相关，提示趋化因子FKN与慢阻肺氧化应激密切相关。抗氧化剂NAC治疗后NF-κB下降同时伴有FKN及氧化应激降低，且NF-κB与FKN呈正相关，这提示FKN参与氧化应激可能与NF-κB调控有关。而各干预组在使用NAC治疗后，肺动脉压在部分组别有明显下降，并与FKN呈正相关，这表示抗氧化治疗可能通过FKN这一途径参与肺动脉重构和肺动脉高压的防治。其机制可能与NF-κB参与调控FKN表达有关，NF-κB的特异性阻滞剂吡咯烷二硫氨基甲酸酯可有效阻止FKN的表达,间接证实了这一作用，而NF-κB是一种ROS敏感的转录因子, 低氧致使氧化应激产物增多[12]，导致NF-κB的途径被激活。 FKN在内皮细胞表面的表达可以被NF-κB、TNF-α, IFN-γ等炎症细胞因子上调,而氧化应激产物ROS可直接导致NF-κB、TNF-α等炎症细胞因子的产生，多项实验证实血清TNF-α与FKN呈显著正相关[13-14]，故推测抗氧化剂NAC可能通过抑制ROS等氧化应激产物的生成减少了NF-κB、TNF-α等炎症细胞因子的释放而降低FKN的生成，从而进一步抑制肺血管重构，降低肺动脉压。本研究发现肺动脉压在肺心病代偿干预组经NAC治疗后较治疗前有显著降低，更证明了这一可能性。另外，更有研究证实ox-LDL可以通过NF-κB p65诱导人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial Cells, HUVEC)表达Fractalkine,而抗氧化剂普罗布考则可以抑制这一过程。 本研究提示COPD患者ox-LDL水平均有升高，抗氧化治疗后有明显下降，但是否通过NF-κB p65途径参与FKN调控尚有待于进一步研究。

CAT是Jones开发的主要用于对COPD健康状况进行简便和可靠的评价的测试问卷[15]，本研究中CAT评分除在肺心病失代偿组外其它各组治疗后较治疗前有明显下降，且肺心病组较COPD组明显升高，可见CAT评分与COPD患者病情程度密切相关，可以作为患者治疗后观察评价指标[16-18]。CAT评分与FKN呈正相关，经NAC干预治疗后，在部分组FKN下降的同时CAT评分也相应降低，可见抗氧化治疗在抑制氧化应激的同时还有利于改善患者的临床症状，提高生活质量。采用CAT问卷与 FEV1两者同时来评估患者的健康状况，这个二维评价系统有可能是未来 COPD病情评估的一个发展趋势。本研究发现FEV1在抗氧化治疗后无明显变化，与FKN无明显相关性，可能与我们观察时间较短有关，这也提示，CAT相对于FEV1在临床观察及评估患者治疗疗效时具有更快捷更简单的优势。

FKN、NF-κB、hsCRP、肺动脉压及CAT在COPD轻症干预组及肺心病代偿干预组治疗后下降明显，提示抗氧化治疗应尽早进行，在COPD重症或肺心病失代偿时短期治疗疗效不明显，这可能与COPD及肺心病发生机制存在复杂性有关，FKN和氧化应激只是其中发生机制之一。

综上可见，氧化应激导致气道及肺实质炎症反应，COPD并肺源性心脏病存在的氧化应激与FKN密切相关，其机制可能是COPD持续低氧引起氧化应激产物增多，激活NF-κB而促进FKN的生成和释放，NAC可能通过NF-κB途径降低FKN的生成，对早期肺心病的预防有一定作用。这为我们进一步在临床中防治低氧性PH及肺心病提供了新的思路，同时也提示阐明病理条件下氧化还原信号途径,寻找抗氧化治疗特异性的药物，可能是今后PH及肺心病抗氧化治疗的基础和研究方向。

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(本文编辑：王亚南)

向永红，张云，农智新，等. Fractalkine与慢性阻塞性肺疾病并肺源性心脏病患者氧化应激相关性及机制探讨[J/CD]. 中华肺部疾病杂志(电子版)， 2017， 10(1)： 59-63.

Investigate the mechanism and the relationship between fractalkine and oxidative stress of patients with COPD and pulmonary heart disease

XiangYonghong,ZhangYun,NongZhixin,LiangShifeng,DaiShimin,ZhangRunjuan,PangZongdong,LeiYanmei,PanHaiyan.

DepartmentofRespiratoryMedicine,AffiliatedNationalHospitalofGuangxiMedicalUniversity,Nanning530001,China

Zhangyun,Email:xiangyonghong319@sina.com

Objective To investigate the mechanism and the relationship between fractalkine and oxidative stress of patients with COPD and pulmonary heart disease. Methods 64 patients with AECOPD were divided into the following 8 groups according to whether merger pulmonary heart disease, whether using NAC, Cardiac function and GOLD classification of COPD disease severity. 8 healthy volunteers were selected as control group. Blood samples before and 10 days after treatment were collected to detect the level of all serum indicators, Color Doppler echocardiography, lung function and CAT score were also examined. Results Levels of FKN, NF-κB, OX-LDL and hsCRP in different groups of AECOPD patients were higher than healthy control (P<0.05) and all of them were higher in severe group than mild group (P<0.05). Also, before and after treatment, those in pulmonary heart disease group were higher than COPD group, but decreased significantly in COPD+NAC group and mild cases of pulmonary heart disease + NAC group (P<0.05). SOD, on the contrary. Administration of NAC resulted in elevated FEV1in mild cases of COPD group and pulmonary heart disease group (P<0.05). Pulmonary arterial pressure changed strikingly in the mild cases of pulmonary heart disease + NAC group after treatment (P<0.05), Compared to mild cases of pulmonary heart disease patients, higher pulmonary arterial pressure existed in severe cases. Compared with COPD group, the pulmonary artery pressure of pulmonary heart disease group was significantly higher (P<0.05). Besides, in severe cases of pulmonary heart disease group, CAT score in other groups altered significantly before and after treatment (P<0.05). Also, marked difference was seen between COPD group and pulmonary heart disease group(P<0.05); The level of FKN was positively correlated with CAT score, NF-κB, OX-LDL, hsCRP and pulmonary artery pressure (r=0.417, 0.521, 0.401, 0.456, 0.395,P<0.05), and negatively correlated with SOD(r=-0.387,P<0.05), while had no obvious correlation with FEV1(r=0.215,P>0.05). Conclusions Oxidative stress in patients with COPD and cor pulmonale is closely related to FKN, Hypoxemia causes an increase in ROS, which activates the NF-κB and promotes FKN to generate and release. NAC could inhibit ROS generation, which prevents the activation of NF-κB and reduces the production of FKN. Our results show that NAC may be helpful for prevention of COPD and pulmonary heart disease in early stage.

Fractalkine; Chronic obstructive pulmonary disease; Oxidative stress; C reactive protein

10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2017.01.013

广西自然科学基金资助项目(2012GXNSFAA053173) 广西壮族自治区卫生厅科研计划(Z2011412)

530001 南宁，广西医科大学附属民族医院

张云，Email: zhangyun62122@163.com

R563

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2016-07-10)