慢性阻塞性肺疾病患者血清IL-21、IL-17、TLR4的表达及临床意义

孙印 何士杰 景卫革 韦海燕 朱静

慢阻肺是一种持续存在呼吸道症状和气流受限的难治疾患，可能与经常暴露于有害有毒气体或颗粒引起的气道和/或肺泡异常有关[1]。慢阻肺的发病机制尚未充分阐明，炎症免疫机制是目前最公认发病机制。白介素家族中的IL-21、IL-17是非常重要的炎症免疫因子，在多种炎症及免疫性疾病的发病过程扮演了关键角色。TLR4是日益受到重视的固有免疫识别受体，通过一系列复杂的信号传导通路介导大量炎症免疫因子的释放，参与了众多免疫炎症疾病的发病过程。本研究将探究血清IL-21、IL-17、TLR4在慢阻肺发病机制中所起的作用。

资料与方法

一、一般资料

选取承德市中心医院呼吸科门诊2017年11月至2019年7月就诊的吸烟慢阻肺稳定期患者70例(男61例/女9例)为慢阻肺组，平均年龄为64.88±10.35岁，每天吸烟22.93±5.67支；同期于该院行健康体检的人群为对照组，其中吸烟者70例(男60例/女10例)为健康吸烟对照组，平均年龄65.29±8.73岁，每天吸烟23.16±6.12支；非吸烟者70例(男58例/女12例)为健康非吸烟对照组，平均年龄64.12±9.78岁；三组受试人员在性别构成比例、年龄等方面的比较，P>0.05，具有可比性。

二、纳入及排除标准

慢阻肺稳定期组纳入标准：患者存在持续的咳嗽、咳痰、喘息等呼吸道症状，肺功能证实吸入支气管扩张剂后FEV1/FVC<70%[2]，且3个月内咳、痰、喘等症状稳定或轻微；另外患者必须有吸烟史，每天吸烟约5～30支，而且3个月内无应用抗生素及全身糖皮质激素病史。对照组入选标准：肺功能检查无持续气流受限，其中吸烟者70人，每天吸烟大约5～30支，为健康吸烟对照组，非吸烟者70人为健康非吸烟对照组。排除标准：(1)合并呼吸系统其他疾病；(2)有肺功能检查禁忌症；(3)合并恶性肿瘤；(4)严重的肝脏、肾脏功能障碍；(5)重症感染，如脓毒症等；(6)免疫功能障碍。

三、方法

(1)基线资料：询问并记录所有研究对象的年龄、性别、吸烟支数。(2)肺功能测定，由有经验的主治医师及以上职称的呼吸专科医师测定实验对象的肺功能(德国耶格品牌)，记录FEV1%pred。(3)慢阻肺组患者测定并记录CAT评分，就诊当日于呼吸内科门诊由中级及以上职称的呼吸专科医师评测。(4)血清IL-21、IL-17、TLR4表达水平测定：三组受试者空腹留取肘正中静脉血9mL，经高速离心机3000转/分离心15分钟，将分离得到的上清血清置于-80℃的恒温器中存储，采用经典的酶联免疫吸附(ELISA)法测定血清中的IL-21、IL-17及TLR4浓度，具体方法严格遵照试剂盒检测步骤。

四、统计学分析

结 果

一、研究对象的一般资料

三组被研究者在年龄、性别构成方面比较，P>0.05。慢阻肺组与健康吸烟对照组吸烟支数方面比较，P>0.05(见表1)。

表1 各组的一般项目

二、各组血清IL-21、IL-17、TLR4的表达水平

慢阻肺组血清IL-21及IL-17浓度均高于健康吸烟对照组及健康非吸烟对照组，健康吸烟对照组高于健康非吸烟对照组，P均<0.05。慢阻肺组血清TLR4浓度高于健康吸烟对照组及健康非吸烟对照组，健康非吸烟对照组高于健康吸烟对照组，P均<0.05(见表2)。

表2 各组血清IL-21、IL-17、TLR4 的表达水平

三、慢阻肺组血清IL-21、IL-17、TLR4水平与FEV1pred%、CAT评分的相关性

慢阻肺组患者血清IL-21、IL-17及TLR4浓度均与肺通气功能指标FEV1%pred呈负相关(r分别=-0.586、-0.703、-0.638，P均<0.05)。慢阻肺组患者血清IL-21、IL-17、TLR4浓度均与慢阻肺评估测试(CAT)评分呈正相关(r分别=0.718，0.677，0.596，P均<0.05)(见表3)。

表3 慢阻肺组血清IL-21、IL-17、TLR4水平与FEV1 pred%、CAT评分的相关性

四、血清IL-21与IL-17、TLR4表达水平的相关性

慢阻肺组患者血清IL-21与IL-17、TLR4水平呈正相关(r=0.698、0.517，P均<0.05)。两个对照组血清IL-21与IL-17及TLR4均无明显相关性(见表4)。

表4 血清IL-21与IL-17、TLR4表达水平的相关性

讨 论

慢阻肺在全球范围内均是危害人类健康的常见疾病，其与吸烟、空气污染、职业粉尘及化学物质、感染、免疫紊乱、气候变化、气道及肺部发育异常等多种因素有关，研究者普遍认为炎症机制是慢阻肺最重要的发病机制，且炎症机制中涉及众多免疫因子，二者相互作用，最终导致慢性阻塞性疾病的的发生、进展和恶化。慢阻肺患者的炎症免疫反应几乎可以累积在病人的气道、肺脏及全身。

白细胞介素-21(IL-21)是白介素家族中的新成员，主要由CD4+Th17细胞分泌。IL-21通过蛋白酪氨酸激酶信号转导子和转录激活子两种信号传导途径发挥其生物学功能[3]，IL-21不仅与淋巴细胞的发育、增殖、分化密切相关，还在浆细胞的成熟和抗体的分泌过程中发挥重要作用。IL-21能够调节多种免疫及炎症因子的分泌，参与了多种疾病的病理过程。王丽红等研究[4]显示，在香烟燃烧烟雾所导致的慢阻肺小鼠模型中，支气管肺泡灌洗液及血清中IL-21均显著升高，与吸烟对照组小鼠相比，P<0.05。研究证实慢阻肺急性发作期患者血清中IL-21浓度显著高于稳定期患者及健康对照组[5]，治疗后则显著下降，这表明血清IL-21不仅参与了慢阻肺的病理过程，且可能与患者急性加重有关。慢阻肺稳定期患者肺活检组织中IL-21mRNA的含量较健康吸烟对照组明显升高[6]，进一步从基因水平显示IL-21参与了慢阻肺的发病过程。IL-21不仅能够促进IL-17的释放，还能促使金属基质蛋白酶-12及CC亚族趋化因子配体20的表达，进而参与气道及肺脏的持续炎症反应。IL-21通过放大CD8+T细胞的细胞毒作用，使端粒酶及穿孔素分泌增加[7]，导致气道及肺组织损伤，进而发展为慢阻肺。本研究表明稳定期慢阻肺患者血清IL-21高于健康吸烟及健康非吸烟对照组，而且与慢阻肺患者FEV1pred%呈负相关，据此推测血清IL-21参与了慢阻肺的炎症免疫发病机制，而且与病人气流受限严重程度相关。

IL-17是白介素家族中最重要的成员之一，CD4+Th17细胞是其主要的分泌来源，具有促炎、免疫调节等多种生物学功能。IL-17是联系T型淋巴细胞与中性粒细胞的重要纽带[8]，能够动员、募集、活化及兴奋[9]中性粒细胞到达炎症部位，激活的中性粒细胞释放多种炎性因子，损伤呼吸道及肺组织，进而发生气道重构及肺气肿。IL-17还导致气道分泌物增加、气道反应性增高、中性粒细胞弹性蛋白酶分泌增加[10]，参与气道慢性持续性炎症免疫反应。有研究发现慢阻肺患者呼出气冷凝液及肺活检组织中白细胞介素-17表达水平均显著高于健康对照组[8,11]，且上述标本中IL-17表达水平与肺通气功能指标第一秒钟用力呼气占预计值百分比(FEV1%pred)及第一秒钟用力呼气容积与用力肺活量比值(FEV1/FVC)均呈负相关。本研究表明慢阻肺稳定期患者血清IL-17浓度明显高于健康吸烟对照组及健康非吸烟对照组，P均<0.05，据此认为，血清IL-17参与了慢阻肺的发病机制。

Toll样受体4(TLR4)是一种广为关注的人类天然免疫识别受体，参与先天免疫-获得性免疫-炎症反应这一复杂过程。TLR4最重要的配体为革兰阴性杆菌菌体成分脂多糖。TLR4能够激活核转录因子(NF-κB)、干扰素β相关因子3(IRF3)及激活蛋白-1(AP1)炎症通路，进而发挥转录调控、炎症反应及免疫调节等作用。TLR4能够促进白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α、干扰素-γ等多种致炎介质的释放[12]，进而参与气道慢性炎症反应。慢阻肺稳定期患者血清单核巨噬细胞表面TLR4mRNA及蛋白表达水平均显著高于健康对照组[13]；慢阻肺患者外周血、中性粒细胞表面TLR4水平亦明显高于健康对照组[14]。新发现,阿奇霉素能够抑制TLR4/NF-KB炎症通路及下位炎性介质 IL-1β、IL-6、TNF-α的表达[15]，抑制慢阻肺的炎症反应。本研究显示慢阻肺稳定期患者血清TLR4浓度显著高于健康吸烟和健康非吸烟对照组，P<0.05；慢阻肺患者血清中TLR4浓度与IL-21表达水平存在正相关，由此可以认为，血清TLR4和IL-21共同参与了慢阻肺的发病过程，慢阻肺患者体内固有免疫应答、获得性免疫应答及炎症反应可能存在相互关联性。

第一秒钟用力呼气容积占预计值百分比(FEV1%pred)与慢阻肺患者气流受限严重程度、预后及死亡率呈显著正相关。慢阻肺评估测试问卷(CAT评分)能准确评价慢阻肺患者的健康损害程度及生活质量。本研究证实慢阻肺稳定期患者血清IL-21、IL-17、TLR4浓度均与肺功能指标FEV1%pred呈负相关，与CAT评分均呈显著正相关，这说明血清IL-21、IL-17、TLR4与慢阻肺患者气流受限严重程度及健康损害程度具有相关性。

慢阻肺是一种多因性疾病，炎症、免疫、氧化应激等均参与慢阻肺的发病过程，但是它们之间的联系及影响均需要我们进一步探索。本实验证实血清IL-21、IL-17及TLR4均参与了慢阻肺的发病过程，但具体的炎症免疫传导通路仍需要我们进一步深入探索，进而找到慢阻肺治疗的新方法。