特发性肺纤维化患者诱导痰中SDF-1的表达与高分辨CT表现的相关性研究

吴东 袁亚连 陈敏 李文 吕权超 黎东明



特发性肺纤维化患者诱导痰中SDF-1的表达与高分辨CT表现的相关性研究

吴东 袁亚连 陈敏 李文 吕权超 黎东明

目的探讨特发性肺纤维化(IPF)患者血清和诱导痰中基质细胞衍生因子-1(SDF-1)的表达水平与肺功能及胸部高分辨CT表现的相关性。方法选取IPF患者32例及健康体检者30例，收集血清和诱导痰标本并检测SDF-1表达水平，IPF患者行肺功能和胸部高分辨CT检查，并对结果作相关分析。结果IPF患者的诱导痰中SDF-1的表达水平为(705.21±11.71)ng/ml，高于健康体检组的(252.82±10.62)ng/ml，P<0.05差异有统计学意义。血清中SDF-1的表达水平(5.29±0.13)ng/ml高于健康体检组的(4.93±0.14)ng/ml，但P>0.05，没有统计学意义。IPF患者肺功能均有限制性通气功能障碍和弥散功能障碍；影像学表现为程度不一的磨玻璃影、网格影和蜂窝肺，HRCT评分与诱导痰中的SDF-1表达水平呈正相关(r=0.287，P<0.05)。结论SDF-1在IPF患者诱导痰中表达明显升高，并与患者病情严重程度(胸部高分辨CT表现)呈正相关，对IPF诊断和治疗具有潜在的参考价值。

特发性肺纤维化； 基质细胞衍生因子-1； 肺功能； 高分辨CT

特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis, IPF)是一种原因不明的，主要累及肺泡的慢性肺部间质性疾病。成纤维细胞在肺部病灶聚集、增殖、激活并分泌大量细胞外基质和纤维蛋白是这类疾病的共同病理过程。IPF的防治主要在于早期诊断和治疗，高分辨CT(high-resolution computed tomography, HRCT)是诊断肺纤维化的最重要方法之一；同时HRCT评分被用来评估疾病的严重程度，对患者的预后判断和治疗效果监测有重要意义[1-2]。肺功能检查也是评估肺纤维化病情的一个常用项目，其各项呼吸生理指标可以敏感地反映出纤维化病变对呼吸功能的影响[3]。

目前关于IPF的发病机制尚未完全阐明，李文等[4]研究表明：基质细胞衍生因子- 1(stromal cell- derived factor- 1, SDF- 1)及其特异性受体CXCR4组成的SDF-1/CXCR4轴在循环的成纤维细胞聚集在肺部病灶，促使肺纤维化的发病中起重要作用。目前尚未见有关SDF-1在IPF患者诱导痰中表达情况的报道。本研究通过测定IPF患者血清和诱导痰中的SDF-1水平，并与肺功能及胸部高分辨CT表现作相关性分析，进一步探讨SDF-1的表达与IPF临床特征之间的相关性。

对象与方法

一、研究对象

选取2014年11月至2016年6月在广东医科大学第一附属医院、第二附属医院和湛江市第四人民医院门诊及住院的IPF患者32例，其中男性21例，女性11例，年龄35～81岁，平均58.2岁。所有患者的HRCT检查和肺功能检查都在同一周内完成。诊断标准参照美国胸科协会和欧洲呼吸病协会在2011年3月发布的指南[5]：进行性呼吸困难，刺激性干咳，HRCT上有典型特发性肺纤维化的表现：胸膜下和基底部有磨玻璃影、网格影、蜂窝肺和小叶间隔增厚等；肺功能异常，表现为限制性通气功能障碍和/或弥散功能障碍。肺纤维化组排除标准：①自身免疫性疾病或药物等已知病因引起的肺部纤维化；②合并肺结核或肺癌等其它肺部疾病者；③恶性肿瘤；④严重心脑血管疾病等疾病。健康体检组选取湛江市第四人民医院职工体检人员32例，其中男性20例，女性12例，年龄33～75岁，平均56岁。健康体检组排除标准[6]：①肺部疾病者；②心脑血管病者；③有精神异常病史者；④重度贫血或肝肾功能异常者；⑤大量酗酒者。两组间性别、年龄、吸烟率、体重指数、外周血白细胞数和单个核细胞数比较差异无显著性(P>0.05)，具有可比性。研究征得患者及家属同意，并经院医学伦理委员会批准。

二、研究方法

1. 血清标本采集和SDF-1水平测定：抽取IPF组患者和健康体检组静脉血5 ml，以离心半径8 cm，1 400 r/min 离心5 min，取上清，置于冻存管中，-80 ℃保存，待测。采用ELISA法检测血清SDF-1α水平，试剂盒购自美国R&D公司，检测步骤严格按照试剂盒的说明书进行。显色后上酶标仪 (Synergy H1 全功能酶标仪，美国BioTek公司)450 nm处测量OD值，描点，拟合曲线，计算SDF-1的浓度值。

2. 诱导痰的采集与检测：诱导痰操作参照欧洲呼吸病学会的指引进行，并根据病人病情作必要的安全准备[7]。在检查开始前，受试者先漱口清洁口腔，采用雾化器雾化吸入3%～4.5%高渗盐水5～8 ml，嘱受试者深咳，将咳出的痰液收集到培养皿中。将无唾液成分的痰挑出置于EP管中，加入4倍体积的0.1%的二硫苏糖醇，涡旋振荡15 s；再加入等量的磷酸盐缓冲液(phosphate buffer, PBS)于37 ℃水浴中振荡15 min，以离心半径8 cm，3 500 r/min离心10 min，取上清液分装，于-80 ℃冰箱冻存待测。采用酶联免疫吸附法(enzyme-linked immuno sorbent assay, ELISA)测定诱导痰上清中SDF-1水平。

3. HRCT检查：采用SIEMENS Sensation 64层螺旋CT扫描；患者仰卧，双手高举过头，于深吸气末屏气进行扫描，扫描范围从肺尖至后肋膈角，层距10 mm，螺距1 mm。参数设定为125 kV，160 mA·s，像素矩阵为512×512，肺窗(窗宽1 400～1 600 HU，窗位500～600 HU)和纵隔窗(窗宽350～500 HU，窗位40～50 HU)，拍摄成CT图像。考虑部分患者因受背部重力坠积效应影响出现伪磨玻璃影，相同条件下取俯卧位局部加扫。采用2004年9月欧洲8国IFIGENIA研究中的方法[8]并进行修改，将CT层面分上、中、下肺野，分别选取主动脉弓上缘层面、气管隆突平面、右膈顶层面作为代表层面。选择代表性的征象：磨玻璃影、网格影、蜂窝样改变占所在层面的百分比分别评分(0分：无此征象；1分：病变所占层面的百分比<5%；2分：病变所占层面的百分比6%～24%；3分：病变所占层面的百分比25%～49%；4分：病变所占层面的百分比50%～75%；5分：病变所占层面的百分比>75%)。由2名有经验的胸部放射诊断医师对此3种改变分别评分，三层面分数相加后取平均值，即为各征像CT值。最后，将三种征象的分值相加即得总的HRCT评分。对各征像CT值和总HRCT评分进行诊断一致性分析(kappa分析)，κ>0.4为二者评分基本一致。

4. 肺功能测定：肺功能测定采用德国Jaeger肺功能诊断仪进行。测定指标包括：反映通气功能的第1秒钟用力呼气容积(forced expiratory volume in one second, FEV1)、用力肺活量(forced vital capacity, FVC)、反映弥散功能的一氧化碳弥散量(diffusing capacity of the lung for carbon monoxide, DLCO)。考虑受试者身高、体重、年龄、性别和所从事工作性质等方面的差异，统计数据采用实际值与预计值的比值进行分析。

三、统计学方法

结 果

一、SDF-1在各组血清和诱导痰中的表达水平

IPF患者的诱导痰中SDF-1的表达水平是(705.21±11.71)ng/ml，高于健康体检组的(252.82±10.62)ng/ml，P<0.01差异有统计学意义。血清中SDF-1的表达水平为(5.29±0.13)ng/ml高于健康体检组的(4.93±0.14)ng/ml，但是P=0.068，差异无统计学意义，见图1。

图1 SDF-1在两组血清和诱导痰中的表达水平

二、IPF患者肺功能检查结果及肺功能参数与SDF-1水平的相关性分析

肺功能检查结果显示：32例IPF患者均有不同程度的限制性通气功能障碍，DLCO参数也是明显低于健康体检组，见表1。将FVC%预计值、FEV1%预计值及DLCO%预计值与IPF患者血清和诱导痰中的SDSF-1水平作相关分析，无明显相关性。

表1 两组的肺功能参数

三、IPF患者HRCT 检查结果及其与SDF-1水平的相关性

HRCT检查结果显示：32例IPF患者的病变均呈弥漫性分布，多为双侧，以肺野外周和下肺为主；其中典型磨玻璃影19例、网格影21例，弥漫性蜂窝肺13例和牵拉性支气管扩张18例。这组患者的磨玻璃影、网格影和蜂窝肺病变范围以及CT评分分别为(5.85+2.75)、(6.78+2.95)、(2.23+1.02)和(13.55+1.26)；将上述指标与血清和诱导痰中SDF-1水平作相关分析后发现：诱导痰SDF-1的含量与HRCT评分呈正相关(r=0.287，P<0.01)，见图2、3。

图2 CT评分与诱导痰中SDF-1含量的相关性

图3 代表性病例：男性，59岁，因“进行性呼吸困难2年，加重10天”入院，经纤维支气管镜肺活检结果符合特发性肺纤维化改变；HRCT结果显示双肺弥漫性蜂窝样改变伴双下肺牵拉性支气管扩张；肺功能检查示中度限制性通气功能障碍和重度弥散功能障碍

讨 论

本研究通过测定IPF患者血清和诱导痰中SDF-1的含量，探讨了SDF-1的表达水平与患者影像学改变和肺功能检查参数之间的关系。研究发现：IPF患者诱导痰中的SDF-1水平高于健康体检组；而且HRCT评分值改变程度与诱导痰中的SDF-1含量的相关性具有统计学意义(r=0.287，P<0.01)。因此可以考虑将诱导痰检查(SDF-1含量)作为常规判断患者病情及治疗效果监测的检查项目。

通过诱导痰检查，监测其中相关的生物标志物来作为IPF诊断和治疗的指标是目前研究的一个热点[8-9]。SDF-1是CXC 趋化蛋白超家族中的一员，包括SDF-1α 和SDF-1β两种同分异构体。SDF-1α是一种极强的炎性细胞趋化因子，对淋巴细胞 、中性粒细胞及单核-巨噬细胞等炎性细胞具有强大的趋化作用。在致炎因子的作用下SDF-1α表达增强，形成从病灶到外周血循环的浓度梯度，CXCR4+的炎性细胞沿着这个浓度梯度集聚、黏附、穿过内皮细胞，到达病灶；同时炎性细胞上的SDF-1-CXCR4轴存在正反馈效应，促使炎症细胞又大量分泌新一轮的SDF-1α，从而进一步加剧病灶局部的炎症过程[10-11]。 研究表明：CXCR4是 SDF-1 唯一的受体，在成纤维细胞表面呈高度表达，在IPF发病过程中起重要作用[12]。李文等[4]研究发现：SDF-1 通过与 CXCR4 结合，促进成纤维细胞沿 SDF-1 的浓度梯度发生迁移、增殖、归巢并抑制成纤维细胞的凋亡。在本研究中，IPF患者诱导痰中的SDF-1浓度比血清中的明显升高，说明从外周血到肺部存在SDF-1的浓度梯度，循环中的成纤维细胞可能沿着这一梯度聚集到肺部病灶并增殖，并分泌大量的纤维蛋白。而IPF患者血清中的SDF-1水平虽然比健康体检组高，但是没有达到统计学标准，这可能是由于本组患者已经处于疾病的典型纤维化期，血清中的SDF-1已经有所下降。

IPF的临床表现主要为进行性的呼吸困难和咳嗽，目前缺乏特异性的药物，临床治疗仅在疾病的早期起到一定的效果，普遍预后都较差。 目前大多数学者认为早期诊断和干预对IPF患者的预后非常重要[13]。HRCT因具有极好的空间分辨率，可以清晰地反映出肺部的细微结构变化和肺纤维化程度，并且与病理特征有很好的相关性，是目前诊断肺纤维化性疾病最重要的影像学方法，同时HRCT半定量评分也常用于评价患者的治疗效果和预后[14]。本研究结果显示：32例IPF患者的病变均呈弥漫性分布，多为双侧，以肺野外周和下肺为主；其中典型磨玻璃影19例、网格影21例和弥漫性蜂窝肺13例，牵拉性支气管扩张18例。将这组患者的磨玻璃影、网格影和蜂窝肺病变范围以及CT评分与血清和诱导痰中SDF-1水平作相关分析后发现：诱导痰SDF-1的含量与HRCT评分呈正相关(r=0.287，P<0.01)。分析其中原因为：肺内SDF-1含量高，受其趋化而来的炎症细胞和成纤维细胞就多，最后导致肺纤维化程度越重，从影像学上反映出来HRCT评分就越高。肺纤维化发病过程中，气道壁Ⅲ、Ⅳ型胶原的增加和成纤维细胞的增多引起气道重建，部分肺泡腔闭塞，肺顺应性降低，肺活量降低，导致限制性通气功能障碍[15]；同时由于肺泡间隔增厚，弥散距离增加，DLCO 和 DLCO/VA 下降，即出现弥散功能障碍[2]。在本组患者中均存在限制性通气功能障碍和弥散功能障碍；而且IPF患者的诱导痰SDF-1水平与弥散功能(DLCO%预计值)有一定的相关性(r=0.092，P=0.062)，但是未达到统计学意义，这可能与本组病例数较少有关。

本研究也存在一些不足，例如：IPF入组病例有限，而且性别差异比较大，这在一定程度上影响部分结果的统计学意义；但是本研究结果还是可以为以后更大规模的研究提供有用的试验数据。

综上所述，SDF-1在IPF中表达明显升高，并且与临床病情特征有很好的相关性。诱导痰检查(SDF-1含量)可作为判断患者病情及治疗效果的监测项目；特别是结合影像学(HRCT)分析更能反映病变程度及治疗效果。

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(本文编辑：张大春)

吴东，袁亚连，陈敏，等. 特发性肺纤维化患者诱导痰中SDF-1的表达与高分辨CT表现的相关性研究[J/CD]. 中华肺部疾病杂志(电子版)， 2017， 10(3)： 296-299.

Correlation between the high-resolution computed tomography parameters and levels of stromal cell-derived factor 1 in induced sputum of idiopathic pulmonary fibrosis patients

WuDong,YuanYalian,ChenMin,LIWen,LvQuanchao,LiDongming.

InstituteofRespiratoryDiseases,DepartmentofRespiratory,TheAffiliatedHospitalofGuangdongMedicalUniversity,Zhanjiang524001,China

LiDongming,Email: 3064264@qq.com

Objective To evaluate concentrates of stromal cell-derived factor in serum and induced sputum supernatants from idiopathic pulmonary fibrosis(IPF) patients, investigate the relationship between the stromal cell-derived factor-1 (SDF-1) level and the high-resolution computed tomography parameters in patients and explore the role of SDF-1 in the diagnosis and treatment of IPF. Methods Serum and induced sputum samples were collected from 30 healthy controls and 32 patients with IPF. The concentrations of SDF-1 in serum and induced sputum were measured by ELISA. Lung function and chest high-resolution CT were executed in patients with IPF. Analysis of correlation was performed on these results. Results The concentration of SDF-1 in induced sputum was significantly increased in IPF group(705.21±11.71)ng/ml compared with healthy group(252.82±10.62)ng/ml(P<0.05). The level of SDF-1 in serum was also elevated in IPF patients(5.29±0.13)ng/ml compared with healthy group(4.93±0.14)ng/ml, but there was no statistically significant difference (P>0.05). All patients with IPF have restrictive ventilation dysfunction and diffusion dysfunction. There was a positive relationship between induced sputum SDF-1 level and HRCT score(r=0.287,P<0.01). Conclusions The expression of SDF-1 in induced sputum was significantly increased, and associated positively with severe degree (chest high-resolution CT manifestations) of patients with IPF. SDF-1 may play an important role in the pathogenesis of IPF, therefor serve as a potent testing index of the diagnosis and treatment of IPF.

Idiopathic pulmonary fibrosis; Stromal cell-derived factor-1; Lung function; High-resolution computed tomography

10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2017.03.011

广东省高校优秀青年创新人才培育基金项目 (LYM09086)

524001 湛江，广东医科大学附属医院呼吸疾病 研究所·呼吸内科

黎东明， Email： 3064264@qq.com

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2017-03-20)