血清胆红素在慢性阻塞性肺疾病中的临床意义

承璐潇 徐婷婷 李姗 韩玉 吴桢珍 马元 吉宁飞 黄茂

南京医科大学第一附属医院呼吸与危重症医学科210029

COPD 以持续性的呼吸道症状及气流受限为主要特征，因暴露于有毒颗粒或气体而导致气道和肺泡异常。COPD 目前是世界第四大死因[1-2]。由于持续的危险因素暴露和人口老龄化，预计全球COPD 疾病负担将会逐渐上升。慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstr uctive pul monar y disease，AECOPD)是指呼吸道症状的急性恶化，导致患者需要额外的治疗措施[3]。AECOPD 是COPD 重要的死亡相关危险因素。其发病机制复杂，氧化应激是其中一个重要机制。胆红素是一种有效的抗氧化剂，可以保护脂质免受氧化应激、组织变性和死亡，并抑制膜结合的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，该氧化酶是细胞内活性氧的大量来源[4-5]。本回顾性研究主要观察血清胆红素水平在稳定期COPD 及AECOPD 中的变化，并探讨其与疾病的相关性及其临床意义。

1 对象与方法

1.1 研究对象 收集2017年1月至2018年11月因AECOPD 于南京医科大学第一附属医院呼吸与危重症医学科住院的患者、同时期于南京医科大学第一附属医院被诊断为COPD 稳定期的患者及健康体检者进行回顾性分析。所有患者分为3组，其中AECOPD 组 (A 组)患 者210 例，男172 例，女38例，年龄 (74±7)岁，年龄范围为51～90岁；COPD 稳定期组(B组)患者108例，其中男88例，女20例，年龄(74±10)岁，年龄范围为52～97 岁；健康对照组 (C 组)118 名，其中男96名，女22名，年龄 (73±6)岁，年龄范围为56～93岁。3组间年龄、性别差异均无统计学意义(P 值均＞0.05)(表1)。所有COPD 患者的临床诊断符合2017年慢性阻塞性肺疾病全球倡议中关于COPD 的诊断标准[6]。所有入组患者排除标准：(1)合并各种肝胆系统疾病、冠状动脉粥样硬化性心脏病、糖尿病、造血系统疾病、严重贫血的患者；(2)合并恶性肿瘤的患者；(3)严重心、肝、肾功能不全的患者；(4)胆红素水平超过生理范围的患者；(5)临床资料不齐的患者。所有患者均知情同意并签署知情同意书。本研究经南京医科大学第一附属医院伦理委员会的批准(2019-SR-510)。

1.2 方法 录入所有对象的年龄、性别、吸烟情况、吸烟指数，分析所有对象血清总胆红素 (total bilirubin，TBIL)、直接胆红素 (direct bilir ubin，DBIL)、间接胆红素 (indirect bilirubin，IBIL)、外周血中性粒细胞计数 (neutr ophil，NE)、中性粒细胞百分比 (neutr ophils%，NE%)、C-反应蛋白(C-reactive protein，CRP)结果，同时录入COPD 组及AECOPD 组患者的病程，并使用慢性阻塞性肺疾病评估测试 (COPD assess ment test，CAT)进行评分测试 (包含了8项关于COPD 健康状态损害的一维量表，由患者独立完成)。额外录入AECOPD 患者的住院天数、血气分析中Pa O2、Pa CO2、 吸 入 氧 浓 度 (fraction of inspiration O2，Fi O2)， 并 计 算 氧 合 指 数(oxygenation index，OI)(OI=Pa O2/Fi O2)。

1.3 统计学分析 应用SPSS 23.0软件进行数据分析。采用Shapir o-Wil k正态性检验或Q-Q 图检验计量资料的正态性，服从正态分布的计量资料以±s 表示，不服从正态分布的计量资料以M(QR)表示；计数资料以例 (%)表示。服从正态分布且组间方差齐的计量资料2组间比较采用t检验，多组间比较采用方差分析。不符合正态分布计量资料2组间比较采用Mann-Whitney U 检验，多组间比较采用Kr uskal-Wallis检验。计数资料采用χ2检验。相关性分析时若资料符合正态分布用Pearson相关分析，偏态分布资料则用Spear man相关分析，控制变量使用偏相关分析。多因素分析用Logistic 回归分析，绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线评价Logistic回归模型的诊断价值。P ＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料比较 3组间吸烟情况及吸烟指数差异均有统计学意义 (P 值均＜0.001)，两两比较发现，A 组与B 组的吸烟情况及吸烟指数差异均无统计学意义(P 值均＞0.05)。健康对照组与A 组、B组比较，目前吸烟和已戒烟人数所占比例少，吸烟指数低，差异均有统计学意义 (P 值均＜0.05)。A 组患者CAT 评分明显高于B 组，差异有统计学意义(P ＜0.001)，2组患者病程差异无统计学意义(P ＞0.05)(表1)。

2.2 3组患者的胆红素及炎症指标水平比较 与A 组比较，B 组和C 组TBIL、DBIL、IBIL 水平明显升高，差异均有统计学意义 (P 值均＜0.001)；与B组比较，C组TBIL、DBIL、IBIL水平更高，差异有统计学意义 (P 值均＜0.001)。3组比较，A 组的NE、NE%、CRP 水平最高，其次为B 组，C 组最低，差异均有统计学意义 (P值均＜0.05)(表2)。

2.3 AECOPD 中胆红素和CRP 的相关性分析 分析AECOPD 组中胆红素及CRP 与年龄、性别、病程、吸烟情况、吸烟指数、NE、NE%、CAT 评分、住院天数、Pa O2、Pa CO2、OI等指标之间的相关性，其中住院天数为8.00 (4.25)d，Pa O2的 为67.00 (21.00)mm Hg (1 mm Hg=0.133 k Pa)，PaCO2为39.00 (19.73)mm Hg，OI为(98.83±76.15)mm Hg。相关分析结果显示胆红素和CRP 与性别均无相关性；DBIL 和CRP 与年龄均呈正相关(r=0.152、0.155，P 值均＜0.05)，TBIL 和IBIL 与年龄无相关性，对DBIL和CRP与相关变量进行控制年龄的偏相关分析。结果显示，AECOPD 患者TBIL 与CRP呈负相关 (r =-0.225，P ＜0.01)。IBIL 与NE%、CRP、Pa CO2呈负相关 (r = -0.145、-0.333、-0.160，P 值均＜0.05)，与OI呈正相关(r=0.136，P =0.049)。DBIL与相关指标间无显著相关性(表3)。同时，CRP与NE、NE%、CAT 评分、住院天数呈正相关 (r =0.347、0.313、0.145、0.185，P 值均＜0.05)，与OI呈负相关(r=-0.146，P =0.035)。

表1 3组患者一般资料比较

表2 3组患者胆红素及炎症指标水平比较

2.4 Logistic回归分析并绘制ROC曲线

2.4.1 COPD 的多因素Logistic回归分析及ROC曲线 把是否为B 组患者作为因变量 (B 组=1，C组=0)，其他变量为自变量，各变量进行单因素分析，将P ＜0.05的变量以及可能的影响因素纳入多因素Logistic回归分析，建立Logistic回归模型，最终6项指标进入Logistic回归模型：性别、吸烟情况、吸烟指数、TBIL、CRP、NE%，模型具有统计学意义 (χ2=122.538，P ＜0.001)，敏感度为83.1%，特异度为79.6% (表4)。结果表明，男性、吸烟、吸烟指数、CRP、NE% 是COPD 的独立危险因素，TBIL 是COPD 的独立保护因素(表4)。同时绘制ROC曲线，该模型诊断COPD的曲线下面积为0.888 (95%CI：0.845～0.932，P ＜0.001)(图1)。

表3 血清胆红素与AECOPD 临床资料的相关性分析

表4 COPD 的多因素Logistic回归分析

图1 多因素诊断COPD的ROC曲线

2.4.2 AECOPD 的多因素Logistic回归分析及ROC曲线 把是否为A 组患者作为因变量 (A组=1，B组=0)，其他变量为自变量，最终只有TBIL、CAT 评分、NE%进入Logistic回归模型，模型具有统计学意义(χ2=289.518，P ＜0.001)，敏感度为90.7%，特异度为94.3% (表5)。提示CAT 评分、NE%是AECOPD 的独立危险因素，TBIL是AECOPD 的独立保护因素 (表5)。ROC曲线结果显示该模型诊断AECOPD 的曲线下面积为0.975 (95%CI：0.961～0.989，P ＜0.001)(图2)。

2.5 绘制ROC 曲线评估TBIL 对COPD 及AECOPD 的诊断价值 结果显示TBIL 诊断COPD的曲线下面积为0.663 (95%CI：0.593～0.734，P ＜0.001) (图3)。当TBIL 诊断临界值取13.35μmol/L 时，其诊断价值最高，敏感度为59.3%，特异度为69.4%。TBIL 诊断AECOPD的曲线下面积为0.672 (95%CI：0.611～0.732，P ＜0.001) (图4)。当TBIL 诊断临界值取9.65μmol/L时，其诊断价值最高，敏感度为79.6%，特异度为51.0%。

图2 多因素诊断AECOPD的ROC曲线

图3 TBIL诊断AECOPD的ROC曲线

3 讨论

COPD 是呼吸系统的常见病及多发病，且随年龄升高患者的发病率及病死率逐步升高，造成巨大的社会和经济负担，同时严重影响患者的劳动力和生活质量。COPD 的病因包括有害气体和颗粒物的长时间暴露、基因异常以及肺发育不良等。AECOPD 常见的诱发因素包括呼吸道感染 (细菌或病毒)、环境污染或其他一些未知因素，患者常在病程中合并其他严重并发症从而增加死亡风险。目前AECOPD 的诊断缺乏量化的指标，主要基于临床症状、辅助检查等综合判断。因此，迫切需要寻找特异性的生物标志物为AECOPD 的早期诊断提供依据。

表5 AECOPD 的多因素Logistic回归分析

图4 TBIL诊断COPD的ROC曲线

氧化应激是COPD 重要的发病机制之一。氧化应激的标志物 (如过氧化氢和8-异前列腺素)在COPD 患者的呼出气冷凝物、痰液、外周血等生物样本中均有升高。AECOPD 氧化应激会进一步加重。氧化剂可由香烟烟雾和其他吸入颗粒物产生，或由激活的炎症细胞(如巨噬细胞和中性粒细胞)释放[3]。活性氧在氧化应激中起重要作用，其可能是由吸入的气体或颗粒物(如空气污染物、香烟烟雾、高海拔缺氧和一些职业粉尘)诱导生成，也可能是由于对细菌、病毒或真菌等感染性病原体的防御机制而内源性产生的。线粒体是COPD 患者活性氧的重要来源，COPD 患者存在线粒体功能紊乱，上皮细胞线粒体碎裂，从而导致细胞内ATP减少、活性氧的产生和细胞衰老。活性氧可导致蛋白酶表达增加从而引起炎症和肺损伤并最终导致纤维化。COPD 患者调控抗氧化基因的转录因子Nrf 2 水平降低，可导致内皮抗氧化物的下降[7-8]。国外有研究显示，羧甲半胱氨酸、N-乙酰半胱氨酸等抗氧化剂干预可降低AECOPD 的风险[4]。多西环素可作为抗氧化剂改善COPD 患者肺功能和生活质量，而经多西环素治疗后患者胆红素水平下降[9]。

TBIL是一种血红素分解的胆色素，由IBIL和DBIL两种形式组成，前者被肝酶UDP-葡萄糖醛酸转移酶转化为DBIL，IBIL占TBIL的70%～80%[10]。1987年Stocker等[11]提出胆红素含有共轭双键和反应性氢原子的扩展系统，可能作为一种潜在的抗氧化剂有效地清除过氧化氢自由基。胆红素可在氧化成胆绿素后通过胆绿素还原酶快速再生为胆红素，具有很强的抗氧化作用。血红素氧合酶的诱导亚型，血红素氧合酶1 (heme oxygenase-1，HO-1)，已被证实在氧化应激下表达上调，其表达也在缺氧时升高。增加HO-1的表达水平升高可减轻肺气肿的严重程度。胆红素可通过HO-1减轻血管内皮细胞的活化和功能障碍，并抵抗促炎应激[12-14]。COPD 患者痰中脂质过氧化产物水平较高，严重气流受限的患者血清脂质过氧化产物水平更高，脂质过氧化会破坏多种细胞膜成分，损害细胞结构和通透性，胆红素在预防脂质氧化方面比蛋白具有更大的亲和性，抑制胆红素的合成可导致脂质过氧化产物显著增加[14]。

近年来研究显示，胆红素的抗氧化性在心脑血管疾病、糖尿病、肝脏疾病、肾脏疾病等方面均存在保护作用。2011 年，Horsfall等[15]研究结果显示，胆红素水平正常的患者，胆红素水平越高，呼吸系统疾病和全因死亡风险越低。在正常的生理范围内，胆红素水平每上升0.1 g/L，COPD 男性患者发病率下降6%，病死率下降3%。但显著高于正常范围内的胆红素水平，可以诱导炎症、细胞凋亡和氧化应激，从而增加患者的死亡风险[16]。Apperley等[14]研究表明，胆红素与轻中度COPD患者疾病的严重程度和病程呈负相关，较高的血清胆红素浓度与较高的第1秒用力呼气容积和较小的第1秒用力呼气容积年降幅相关，且与吸烟史无关。本研究结果显示，COPD 组TBIL、DBIL、IBIL 水平显著低于健康对照组，NE、NE%、CRP水平显著高于对照组，多因素Logistic回归分析显示男性、吸烟、吸烟指数、CRP及NE%是COPD 的独立危险因素，TBIL 是COPD 的独立保护因素。COPD 患者可能由于胆红素水平降低，氧化应激水平升高。

研究表明，在没有活动性肝病的中到重度COPD 患者中，血清胆红素浓度较高与AECOPD的风险较低独立相关[4]。一项使用COPD 大鼠模型的研究表明，外源性给予IBIL (作为治疗药物)可减轻肺部和全身炎症，抑制局部氧化脂质损伤，并防止肺气肿等病理组织变化[17]。然而，近期有研究发现，在GOLD Ⅲ～Ⅳ级组中，较高的胆红素水平与较高的COPD 急性加重风险相关，推测可能与患者合并右心功能不全有关[12]。本研究排除了冠状动脉粥样硬化性心脏病、严重的心功能不全的患者，结果显示AECOPD 组TBIL、DBIL、IBIL水平在生理范围内显著低于COPD 组，多因素Logistic 回 归 分 析 显 示CAT 评 分、NE% 是AECOPD 的独立危险因素，TBIL 是AECOPD 的独立保护因素。

AECOPD 患者胆红素水平降低，NE、NE%、CRP水平升高，相关性分析显示TBIL 与CRP 呈负相关，IBIL 与NE%、CRP、PaCO2呈负相关、与OI呈正相关，表明胆红素具有潜在的抗氧化和抗炎作用。有研究显示，IBIL 可以限制黏附分子的过度表达，抑制肿瘤坏死因子α诱导的中性粒细胞内皮黏附[18]。生理范围内的IBIL 可以在体外阻断血管内皮细胞黏附分子1依赖的淋巴细胞迁移，在体内减轻血管内皮细胞黏附分子1介导的气道炎症，其机制可能是通过抑制细胞内活性氧的产生来实现的[19]。这些研究结果支持IBIL 可作为内源性免疫调节剂并具有抗炎作用。本研究发现DBIL 与CRP、NE、NE%、Pa O2、PaCO2、OI、吸烟情况、住院天数等相关指标均无明显相关性。人血清DBIL通常仅占TBIL 的20%～30%。DBIL 为水溶性，与白蛋白结合较弱，而亲脂性的IBIL 保护脂质免受氧化的作用更强。显著升高的胆红素水平在某些情况下可能会产生毒性作用，DBIL 更有可能是一种有毒废物，而不是作为抗氧化剂，当TBIL在生理范围，而DBIL 升高则可能提示肝细胞损伤[10]。目前尚缺乏前瞻性及大样本临床研究来探讨何种胆红素亚型与COPD 之间存在更明确的相关性。

目前国内外已有多项研究表明CRP 可作为COPD 的生物标志物，其表达水平与疾病严重程度、急性加重频率及死亡风险呈正相关，并可指导抗生素的治疗[20-22]。本研究在AECOPD 患者中，CRP与NE、NE%、CAT 评分、住院天数呈正相关，与OI呈负相关，表明CRP与AECOPD 患者的严重程度有关，也提示AECOPD 患者存在全身性炎症反应。

本 研 究 分 别 探 讨 了 TBIL 在 COPD 与AECOPD 的诊断价值，性别、吸烟状况、吸烟指数、TBIL、CRP、NE%多因素诊断COPD 的曲线下面积为0.888，TBIL 单独诊断COPD 的曲线下面积为0.663；TBIL、CAT 评分、NE%多因素诊断AECOPD 的曲线下面积为0.975，TBIL 单独诊断AECOPD 的曲线下面积为0.672。表明胆红素对COPD 及AECOPD 的诊断具有一定的意义。

综上所述，在正常的生理范围内，COPD 患者血清胆红素水平下降。AECOPD 患者胆红素水平更低，与CRP、NE、NE%等炎症指标有一定的相关性，IBIL 还可能与缺氧程度存在相关性。胆红素可能是COPD 及AECOPD 的独立保护因素，且具有一定的临床价值。血清胆红素检测方法简单方便，价格便宜，标准化程度好，可能成为COPD及AECOPD 的血清生物标志物，也可能是未来研究的一个新的治疗靶点。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突