慢阻肺患者支气管肺泡灌洗液中Cat S水平与肺功能和HRCT表型的相关性分析

石广军

慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺)已是全世界范围内重要的公共话题之一，根据2016年公布的全球疾病负担数据显示，慢性呼吸系统疾病在死亡原因中高居第三位[1]。我国慢阻肺患者高达1亿左右，且随着年龄的增加发病率逐渐升高，40岁以上人群的发病率在13.7%左右[2]。根据2018年慢性阻塞性肺疾病全球倡议(global initinative for chronic obstructive lung disease,GOLD)的定义，慢阻肺是一种常见的、可以预防和治疗的疾病，其主要特征为持续存在的呼吸系统症状和气流受限，原因是气道和(或)肺泡异常，通常与显著暴露于毒性颗粒和气体相关[3]。作为一种可以预防和治疗的慢性病，探索其发病机制和潜在的生物标记物对慢阻肺的治疗至关重要。目前普遍认为慢阻肺以肺实质、外周气道和肺血管中巨噬细胞、活化的中性粒细胞和淋巴细胞增加为主要特征，上述炎性细胞及其释放的炎症介质参与慢阻肺的发病[4]。还有研究显示慢阻肺患者大多表现出免疫功能异常[5]。基于慢阻肺的异质性，以往观点认为没有任何生物标记物可对慢阻肺患者进行管理，但近年来发现，慢阻肺有不同的表型，有些生物标记物与疾病的严重程度和慢阻肺急性加重相关[6-8]。与慢阻肺表型相关的生物标记物研究显示，嗜酸粒细胞计数可对慢阻肺患者进行危险分层及临床上指导用药，外周血中性粒细胞与淋巴细胞的比值可作为判定慢阻肺严重程度的指标[9-11]。组织蛋白酶S(Cathepsin S，Cat S)是一种具有弹性溶解作用的半胱氨酸蛋白酶，有研究显示Cat S有可能作为慢阻肺的生物标记物[12]。本文旨在研究不同GOLD等级的慢阻肺患者BALF中CatS的水平，分析其与慢阻肺患者肺功能和HRCT表型的关系，进一步探讨其在慢阻肺发生发展中的作用。

资料与方法

一、资料

选取2014年1月至2018年1月在我院门诊治疗的慢阻肺稳定期患者72例，男性42例，年龄(54～82)岁，女性30例，年龄(56～80)岁。纳入标准：①以上患者均符合中华医学会呼吸病学分会制定的《慢性阻塞性肺疾病基层诊疗指南(2018年)》的诊断标准[13]；②吸入支气管舒张剂后第一秒用力呼气容积/用力肺活量%(FEV1/FVC)<70%；③近两个月内患者没有咳嗽、咳痰和呼吸困难加重为稳定期；④所有患者均接受正规治疗；⑤所有患者在纳入实验的前两个月左右未曾使用抗生素治疗。排除标准：①患者合并支气管哮喘、支气管扩张症、肺间质纤维化。肺部恶性肿瘤等除慢阻肺以外的肺部疾病；②口服或静脉使用糖皮质激素治疗者；③伴有严重的心功能不全、动脉粥样硬化和慢性肾脏疾病者；同时纳入健康志愿者23例，均为同时期在我院就诊的患者，经过各项检查指标无异，并行支气管镜和BALF检查的患者，其中男性13例，年龄(54～76)岁，女性10例，年龄(52～75)岁。本研究经医院伦理委员会批准，患者同意并签署知情同意书。

二、方法

收集患者的一般资料，包括性别、年龄、身高、体重、吸烟数和血压。所有研究对象均抽取空腹外周静脉血10 mL，采用酶法检测血糖、血脂和肌酐水平。根据血清肌酐和胱抑素C测定肾小球滤过率的修正方程计算肾小球的滤过率[14]。所有研究对象均按照中华医学会呼吸病学分会制定的肺泡灌洗常规检查方法进行支气管肺泡灌洗(BALF)[15]。选择患者右肺中叶，注入2%利多卡因局部麻醉，灌洗肺泡。楔入纤支镜，快速注入灭菌的生理盐水，每次30 mL，总量在(90～120)mL，然后用100 mmHg负压吸回灌洗液，回收率达40%左右。先用无菌纱布过滤回收的灌洗液，然后装入离心管中1 200 r/min，10min。收集上清置于-80℃冰箱中保存。采用ELISA法检测BALF中CatS和干扰素-γ的水平，ELISA试剂盒购于江苏碧云天有限公司。

肺功能检测：按照《慢性阻塞性肺疾病基层诊疗指南(2018年)》[13]，符合FEV1占预计值%≥80%为GOLD 1级，50%≤FEV1占预计值%<80%为GOLD 2级，30%≤FEV1占预计值%<50%为GOLD 3级，FEV1占预计值%<30%为GOLD 4级。所有患者均接受胸部高分辨CT(HRCT)的检测，计算患者肺部的低分辨区(low attenuation area,LAA)、并计算其占肺体积的百分比(LAA%)、2倍气道壁厚度与气道直径比(2 times ratio of airway wall thichness to outer diameter,2T/D)和管壁面积占总横截面积比(ratio of wall area to total airway area,WA)。

三、统计学方法

采用SPSS21.0进行统计分析，使用Kolmogorov-Smirnov检验分析各项指标的正态分布情况；符合正态分布的计量资料两组采用t检验多组采用单因素方法分析,多组之间两两比较采用SNK-Q检验的方法，非正态分布的计量资料采用Mann-Whitney U检验。计数资料采用卡方检验；计量指标的相关性分析采用Pearson相关分析，P<0.05认为差异具有统计学意义。

结 果

一、各组患者一般情况和生化指标的比较

各组患者在性别、年龄、体重指数、吸烟指数、高血压、糖尿病和高血脂等一般情况相比，差异无统计学意义，P>0.05。各组间的生化指标包括尿素氮、血肌酐、eGFR之间差异无统计学意义，P>0.05。各组患者BALF中CatS和γ-干扰素的含量差异具有统计学意义，随着GOLD等级的增加，CatS和γ-干扰素的含量逐渐增加，说明CatS和γ-干扰素随着气流受限程度的加重而增高(见表1)。

二、各组患者肺功能和HRCT影像学参数的比较

各组患者的肺功能指标肺通气指标包括FEV1占预计值%、FEV1/FVC及RV/TLC和反应肺弥散功能的指标DLCO占预计值，组间差异均有统计学意义(P<0.001)。患者与对照组相比，FEV1占预计值%、FEV1/FVC和DLCO占预计值数值均降低，且随着GOLD等级的增加，数值降低的越明显。患者与对照组相比RV/TLC有所升高，且差异具有统计学意义(P<0.001)，随着GOLD等级的增加，数值升高的越明显。各组患者的HRCT参数LAA%、2T/D和WA差异均具有统计学意义(P<0.001)，患者组与对照组相比HRCT参数均显著增高(见表2)。

表1 各组患者一般情况和生化指标的比较

表2 各组患者的肺功能和HRCT影像学参数的比较

图1 CatS水平与患者肺功能指标和HRCT指标之间的相关性分析

三、组织蛋白酶S水平与患者肺功能指标和HRCT指标之间的相关性分析

经过Pearson相关性分析结果显示，CatS水平与FEV1/FVC、FEV1/FVC和DLCO占预计值的数值成负相关，(P<0.001)。CatS水平与RV/TLC、LAA、2T/D、WA和γ-干扰素的水平呈正相关，(P<0.001)(见图1)。

讨 论

本研究根据慢阻肺患者FEV1占预计值%和FEV1/FVC数值将其进行GOLD分级，通过检测肺泡灌洗液中CatS的水平，进一步分析其与肺功能和HRCT表型的相关性。慢阻肺患者肺泡灌洗液中CatS的水平明显高于对照组，且随着GOLD等级的升高，CatS的水平也逐渐升高。经过进一步的分析，CatS的水平与FEV1/FVC、FEV1/FVC和DLCO占预计值的数值成负相关，与RV/TLC、LAA、2T/D、WA的水平呈正相关。说明CatS随着气流受限、肺气肿程度的增加而升高。CatS是一种有效降解弹性蛋白的溶酶体酸性蛋白质酶，广泛分布于肺部树突状细胞和巨噬细胞等参与慢阻肺发病机制的主要细胞内。有研究表明，慢阻肺患者血浆中CatS的水平明显高于对照组，另外血浆中CatS降解片段C3C也显著增高[12,16]。以上研究结果均与本研究结果相一致，提示CatS与慢阻肺的发展有一定相关性。

另外发现，CatS的水平与γ-干扰素的水平呈正相关，CatS可能是通过调节γ-干扰素的水平介导肺气肿的发生。在一项动物试验中结果显示，γ-干扰素和IL-13过表达的转基因小鼠，其肺泡灌洗液中CatS的水平升高，且更容易出现肺炎和肺部结构的破坏，从而导致肺气肿[17]。在仅有γ-干扰素过表达的转基因小鼠中，同样检测到肺泡灌洗液中CatS的水平升高，并促进上皮细胞的凋亡加速肺气肿的发生[18]。还有研究显示，γ-干扰素可诱导巨噬细胞表达CatS，促进慢阻肺的发展[19-20]。近期有研究认为，慢阻肺为一种自身免疫性疾病，肺上皮细胞抗体、抗弹力蛋白和内皮细胞抗体均参与疾病的发展[21]。CatS可以促进MHCⅡ介导的T细胞活化，后者分泌γ-干扰素进一步激活巨噬细胞，将炎症因子趋化至肺损伤部位，肺内氧化应激分泌大量蛋白水解酶。故CatS可能是通过调节γ-干扰素的水平介导肺气肿的发生。综上所述，慢阻肺患者肺泡灌洗液中CatS的水平升高，且与患者肺功能和HRCT表型存在一定相关性，可能是通过调节γ-干扰素的水平促进肺气肿的发生，CatS为慢阻肺潜在的治疗靶点。