血清中性粒细胞明胶酶相关脂钙蛋白在慢性阻塞性肺疾病中的临床意义

陈星如 王导新

重庆医科大学附属第二医院呼吸与危重症医学科（重庆400010）

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一种常见的以持续气流受限和呼吸道症状为特征的严重危害人类健康的疾病，目前是全球第四大疾病死亡原因［1］。AECOPD是COPD患者住院及死亡的主要原因，给患者的肺功能损伤及经济带来巨大负担［2］。社区获得性肺炎（CAP）对COPD尤其是晚期及年龄＞65岁的老年患者来说是一种常见的、危及生命的并发症［3］。研究报道，CAP是COPD入院治疗的主要的诱因，并且与COPD患者的不良预后密切相关［4］。

COPD是一个由多种炎症细胞及炎症介质参与的复杂的炎症性疾病。中性粒细胞是COPD的主要炎症细胞，中性粒细胞炎症与疾病的进展和严重程度有关［5］。中性粒细胞明胶酶相关脂钙蛋白（neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL），也称为脂钙蛋白-2，是脂钙蛋白超家族的25 kDa蛋白，它不仅可以在炎症或损伤过程中由活化的中性粒细胞分泌，还可以由上皮细胞和肾小管细胞少量释放［6］。据报道，NGAL是一种关键的抗菌蛋白，通常在生物体液中含量很低［7］，但是在炎症条件下，特别是在急性炎症损伤下，NGAL可明显升高［8-9］。过往研究表明，NGAL不仅通过NETs在抑制局部细菌感染中起着关键作用［10］，而且可能是逆转COPD气道阻塞和重塑的潜在靶点［11］。

国内外研究表明COPD-CAP与AECOPD患者炎症模式存在差异［12-14］。多项研究发现COPD-CAP患者住院期间病死率明显高于AECOPD患者［15-16］。HUERTA等［14］发现COPD-CAP患者体内CRP、PCT等炎症因子浓度较AECOPD患者明显升高，但目前尚没有一个明确的指标来区分AECOPD和COPDCAP［2］。同时，国内外关于生物标志物在识别及监测肺功能等级方面的报道甚少。而对于血清NGAL的临床研究，目前主要集中在急性肾损伤及实体肿瘤。因此，探讨NGAL在COPD急性气道炎症事件及肺功能等级的识别、监测方面的潜在价值是有意义的。

1 对象与方法

1.1 研究对象选择2018年6月至2019年12月期间重庆医科大学附属第二医院呼吸与危重症医学科收治入院的COPD患者作为病例组。同时从该院体检中心收集50例健康成年人作为对照组。病例组纳入标准：（1）年龄在40周岁及以上；（2）符合慢性阻塞性肺疾病急性加重（AECOPD）诊治中国专家共识（2017）年更新版的诊断标准［17］；（3）符合慢性阻塞性肺疾病合并CAP的诊断标准［13，18］。排除标准：（1）合并其他呼吸系统疾病，如哮喘、支气管扩张症、尘肺、结核和肺癌；（2）心脏、肺部、肾脏等终末期器官疾病史；（3）过去2周曾进行免疫抑制剂治疗或皮质类固醇治疗；（4）经历重大创伤、烧伤、妊娠、恶性肿瘤等情况。

1.2 研究内容及方法本研究为单中心、横断面、病例对照研究。记录患者入院时的一般临床资料包括年龄、性别、体质量指数等；入院24 h内：中性粒细胞比例（NS%）；C-反应蛋白（CRP）；降钙素原（PCT）；血气分析参数：动脉二氧化碳分压（PaCO2）、实际碳酸氢盐（HCO3-）、碱剩余（BE）等指标。同时待患者病情稳定、可配合完善肺功能检查的情况下收集肺功能参数：1秒率（FEV1/FVC%）、第1秒用力呼气容积占预计值百分比（FEV1%pred）、用力肺活量占预计值百分比（FVC%pred）；并收集病例组和对照组入院第1天空腹静脉血，以3 000 r/min离心10 min，分离上层血清样本冷冻在-80 ℃冰箱，然后用酶联免疫吸附试验（ELISA）法测定NGAL浓度。

1.3 统计学方法应用统计学软件SPSS 24.0版本进行数据处理和分析。首先用Kolmogorov-Smirnov检验对连续型变量进行正态性检测。然后用Levene检验进行方差齐性的检验。单样本正态分布且方差齐性数据采用两独立样本t检验，非正态分布或方差不齐数据采用Mann-Whitney U非参数检验。连续变量为正态分布时采用均数±标准差表示。连续变量为非正态分布时，用中位数（四分位数）描述。分类变量使用χ2检验或Fisher精确检验。多组之间非正态分布的变量采用Kruskal-Wallis检验（H检验）。采用Spearman秩相关技术对非参数数据进行关联分析。最后绘制血清NGAL的受试者工作特征曲线。以P ＜0.05为组间差异有统计学意义。

2 结果

2.1 基线特征对照组及AECOPD、COPD-CAP患者3组间在年龄、性别、体质量指数比较时差异均无统计学意义（P ＞0.05，表1）。

2.2 各组间临床及实验室指标的比较（1）AECOPD及COPD-CAP患者血清NGAL水平显著高于对照组，差异均具有统计学意义（P ＜0.05，表1及图1）。（2）与AECOPD组相比，COPD-CAP组的血清NGAL、CRP水平显著升高（P ＜0.05），同时COPD-CAP患者肺功能等级高于AECOPD患者（P=0.049，表2）。（3）GOLDⅢ和Ⅳ组的NGAL水平明显高于GOLDⅡ（P ＜0.05）（图2及表3）。此外，与GOLDⅠ、Ⅱ、Ⅲ相比，COLDⅣ的PaCO2、HCO3-、BE水平均显著升高（表3）。

表1 AECOPD、COPD-CAP 亚组与健康对照组基本信息及血清NGAL 水平比较Tab.1 Baseline demographic and NGAL concentrations of AECOPD，COPD-CAP patients and the control group M（P25，P75）

表2 AECOPD 与COPD-CAP 亚组间基本信息、临床及实验室指标比较Tab.2 Presents baseline laboratory parameters and clinical characteristics in the AECOPD and COPD-CAP subgroup patients M（P25，P75）

图1 血清NGAL 水平在对照组及AECOPD、COPD-CAP 组3 组之间的比较Fig.1 Serum NGAL concentrations of AECOPD patients and COPD-CAP patients compared to controls

2.3 Spearman相关分析血清NGAL水平与FEV1%pred（r = -0.363，P ＜0.001）以及FVC%pred（r =-0.338，P=0.001）呈负相关，见表4。

2.4 NGAL、NS%在不同亚组之间的ROC 曲线图

2.4.1 血清NGAL 水平与COPD-CAP 及AECOPD血清NGAL水平对于COPD-CAP及AECOPD均有显著的诊断价值（AUC：0.974，95%CI：0.949 ～0.998；AUC：0.826，95%CI：0.736 ～0.916），约登指数最大时，截止值分别为99.74 ng/mL及113.185 ng/mL（图3A及3B、表5）。

图2 血清NGAL 水平在GOLDⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ亚组间比较Fig.2 The comparation of Serum NGAL concentrations among GOLDⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳsubgroups patients

2.4.2 血清NGAL血清NGAL可区分GOLDⅠ、Ⅱ与GOLDⅢ、Ⅳ（AUC：0.726，95%CI：0.618 ～0.834），其灵敏度为84.4%，特异度为57.6%。NGAL和NS%联合诊断（AUC：0.750，95%CI：0.647 ～0.854）的表现略优于NGAL（图3C及3D、表5）。

表3 GOLDⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ亚组之间各实验室指标的比较Tab.3 The comparation of laboratory parameters among GOLDⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳsubgroups patients M（P25，P75）

表4 NGAL 与肺功能的Spearman 相关性分析。Tab.4 Correlations of NGAL levels related to the lung function of COPD patients

3 讨论

HUERT等［14］和PIZZINI等［19］证实，与AECOPD相比，COPD-CAP患者血清CRP和PCT浓度较高。同时相关研究表明CRP水平可以区分CAP、COPD和AECOPD［20］。与以上研究相似的是，本研究发现COPD-CAP患者的CRP值明显高于AECOPD患者。BOUSSEKEY等［21］和POLZIN等［22］未能证明PCT可以预测CAP的发生。同样，本研究也表明COPDCAP与AECOPD两者之间PCT浓度差异无统计学意义。因此，关于CRP和PCT是否可以识别COPD-CAP方面目前尚未明确。

图3 NGAL 及NS%在AECOPD、AECOPD-CAP 以及GOLD 分级诊断中的ROC 曲线图Fig.3 ROCs for NGAL，NS%and their combination in the verification group

表5 NGAL 及NS%在各组ROC 曲线下的AUC、截断值及相应的灵敏度、特异度Tab.5 The AUC，cut-off value and sensitivity，specificity of NGAL and NS%in their own ROCs

WANG等［11］发现NGAL主要分布在中性粒细胞中，而且其在COPD患者和经臭氧处理的小鼠肺组织中表达均增强。与该研究相似的是：本研究发现AECOPD患者和COPD-CAP患者的NGAL水平均显著高于对照组，同时ROC也发现其在诊断AECOPD及COPD-CAP方面具有很大的潜力，表明NGAL在COPD的急性炎症反应过程中发挥重要作用。NGAL作为一种重要的抗菌蛋白，其水平高低在一定程度上反应体内细菌负荷程度，这可能解释了在本研究中COPD-CAP患者血清NGAL水平明显高于AECOPD患者，但NGAL升高程度的差异尚不能鉴别诊断AECOPD与COPD-CAP。

既往研究表明，NGAL升高可能通过改变上皮-间质转化（EMT）和促进人支气管平滑肌细胞（HASMCs）的增殖和迁移参与气道重塑［11］。本研究发现，与GOLD Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相比，COPDⅣ亚组PaCO2、BE和HCO3-水平显著升高，这可能是与COPD的疾病进展特征相关，即GOLD分级等级越高，肺泡结构破坏更严重，气体交换屏障受损。既往研究证实哮喘-COPD重叠综合征（ACOS）患者其血清NGAL水平与肺功能呈负相关［23］。而本研究Spearman秩相关分析中发现COPD患者血清NGAL水平与FEV1%pred呈负相关，提示当FEV1%pred越低，即GOLD分级越高，血清NGAL水平越高。因此，笔者认为NGAL作为参与COPD气道炎症反应过程中的关键抗菌蛋白，它可以在一定程度上反映体内炎症水平与肺功能严重程度之间呈正相关。本研究发现GOLD Ⅲ和Ⅳ组的NGAL水平明显高于GOLDⅡ，同时ROC曲线分析表明当血清NGAL水平的界定值为118.635 pg/mL时可以区分诊断GOLDⅠⅡ与GOLDⅢⅣ，灵敏度及特异度分别为84.4%及57.6%。尤其是联合NS%时，其诊断效应较NGAL单独诊断时轻度升高。因此，以上研究结果表明NGAL可在区分肺功能严重等级方面发挥作用，即确定更严重的COPD分级（GOLDⅢ、Ⅳ），并可能监测GOLDⅡ级患者肺功能的进展情况。因此，血清NGAL在小气道重塑中发挥重要作用，并可能是COPD患者肺功能严重程度的良好预测因子。

本研究的新颖之处在于首次探讨血清NGAL作为一种抗菌蛋白在COPD急性炎症事件及患者肺功能等级中的临床意义。而不足之处在于纳入的研究样本量较小，且为单中心，降低了评价效果的统计能力，因此该结果可能不适用于其他医院，需要多中心研究来验证结果。未来需要更多的研究去探讨血清NGAL在鉴别诊断AECOPD和COPD-CAP以及在COPD患者预后方面的价值。

总之，本研究表明NGAL可能是诊断AECOPD及COPD-CAP的有用生物标志物，其参与了AECOPD及COPD-CAP的炎症反应过程，但无法鉴别二者。同时NGAL在预测较严重的肺功能等级方面具有一定价值，且后续对于GOLD II患者病情进展具有监测意义，均表明NGAL在COPD患者气道重塑过程中发挥重要作用。