支气管哮喘的表型

杜文，刘春涛

“表型(phenotype)”被定义为“由基因和环境相互作用引起的机体可见的特征”[1]。支气管哮喘是一种包含多种临床表型的异质性气道疾病[2]，这种异质性在临床、病理、生理等方面均有所体现。2014(Global Initiative for Asthma，GINA)指南全球哮喘防治创议对哮喘的定义做了重要的更新，强调哮喘是一种以慢性炎症为主要特征的异质性疾病，其呼吸系统症状如喘息、气紧、胸闷、咳嗽等随时间不断变化，同时具有可变的呼气性气流受限；对严重哮喘患者，以表型指导治疗是一种有效的策略[3]。了解哮喘的不同表型有助于理解疾病的发病机制、选择最优的个体化治疗方案，具有重要的临床意义[1]。近年来关于哮喘表型的研究已成为引人瞩目的热点，本文对相关研究进展作一综述。

1 传统哮喘表型分类法

早期，哮喘被分为内源性(非过敏性)和外源性(过敏性)两种表型[4]，两者最显著的不同在于过敏性哮喘发病高峰是在儿童时期，而非过敏性哮喘首次发作常在成年时期。当遇到变应原刺激时，外源性哮喘易于急性发作、具有更强的气道高反应性，脱离变应原后外源性哮喘对吸入性糖皮质激素(inhaled corticosteroid，ICS)的治疗反应也比内源性哮喘好[5]。另外非过敏性哮喘的气道炎症反应表现出更强的异质性，大多数非嗜酸性粒细胞型哮喘都是非过敏性的[5]。鉴于内源性和外源性哮喘的概念并不准确，特别是所谓内源性因素(如慢性感染)与哮喘的关系并不清楚，这一分类方法基本上已被弃用，但临床上仍然使用过敏性(变应性)和非过敏性哮喘的概念。此后更多的临床指标被用于哮喘表型的分类，如病情的严重程度、急性加重的频率、慢性气流受限的出现、哮喘发病年龄、治疗反应(是否出现激素抵抗)等。另外一些临床特点也用于哮喘的分类，如运动诱导哮喘、经期前哮喘、季节性哮喘、职业性哮喘、阿司匹林诱导型哮喘。这样分类方法虽然不能完全确定明确的病理学机制和治疗反应，但有助于为临床医生提示哮喘发作的诱因。

根据气道炎症反应类型进行表型分类仍然是目前研究的热点，通过痰细胞学来研究哮喘表型更有助于了解疾病发病机制、预测治疗反应和未来风险[6- 7]，研究显示哮喘患者的炎症类型可分为嗜酸粒细胞型、中性粒细胞型、混合细胞型和寡细胞型。但一项关于中重度哮喘患者诱导痰炎症表型的研究发现，仅有三分之一的患者的炎症表型是稳定不变的[8]。不同年龄的哮喘患者可能有不同的炎症表型，嗜酸粒细胞性炎症在儿童哮喘患者中更为普遍，而中性粒细胞性炎症则更易于出现在老年哮喘[9]。

根据哮喘的临床、生理及炎症特点，2006年Wenzel[1]提出了较为系统的表型分类方法。临床生理表型：重症哮喘、易于加重型哮喘、慢性气流受限型哮喘、治疗抵抗型哮喘、早发/晚发型哮喘；触发因素相关表型：阿司匹林或甾体抗炎药物诱导型哮喘、环境变应原诱导型哮喘、职业性过敏物或刺激物诱导型哮喘、运动诱导型哮喘、经期诱导型哮喘；炎症表型：嗜酸粒细胞型哮喘、中性粒细胞型哮喘、寡细胞型哮喘。2009年Handoyo等[10]对针对哮喘表型提出了新的分类方法：过敏/非过敏性哮喘、哮喘前喘息、炎症介质为主型哮喘、阿司匹林敏感型哮喘、运动诱导型哮喘、重症哮喘、易发作型哮喘。可以看出这两种分类系统有一定的重叠。我国研究者根据中国人群的特点，提出了几种新的类型包括：青少年主动吸烟/被动吸烟型哮喘、厨房油烟引起的哮喘、营养不良/营养过剩型哮喘(包括维生素D缺乏型哮喘)、伴发鼻息肉型哮喘[11]。

2 统计学方法在哮喘表型中的应用

多种统计学方法和数学模型被用于哮喘表型的研究，采用聚类分析(cluster analysis)、主成分分析(principal components analysis) 等统计方法在儿童和成人哮喘发现了一些新的表型[12-13]。

2.1 主成分分析与哮喘表型

1999年Rosi等[14]对99例哮喘患者行用力通气测试、诱导痰分类计数和组胺激发试验，获得的数据采用主成分分析的方法进行提取，结果发现气道阻塞、嗜酸粒细胞性炎症、气道高反应性是哮喘表型分类的重要指标。2013年Prosperi等[15]纳入382名儿童哮喘患者，选取人口统计学数据、哮喘症状、用药情况、肺功能、气道高反应性、舒张试验、过敏状态等多个指标进行主成分分析，按特征根的值≥1提取出五个主成分，其中第1个主成分包括第1秒用力呼气容积(FEV1)和以往哮喘急性加重情况；第2个主成分包含年龄、IgE、诱导痰嗜酸粒细胞百分比、长效β激动剂(long acting beta-agonist，LABA)的使用、第1秒用力呼气量占用力肺活量的比值(FEV1/FVC)；第3个主成分包含鼻炎和环境暴露(烟草、宠物)；第4个主成分包括父母过敏状态和烟草暴露；第5个主成分包含除短效β激动剂(short acting beta-agonist，SABA)和ICS之外的所有药物使用情况、肺功能、年龄和发病年龄；以上变量可作为哮喘表型分类的重要指标。

2.2 聚类分析与哮喘表型

在哮喘表型研究中聚类分析比起主成分分析应用更为广泛。2008年Haldar等[16]采用k-means聚类分析法对两组独立的哮喘患者进行表型分类。其中初级医疗保健组共纳入184名轻至中度哮喘患者，分为三类：早发过敏性哮喘、肥胖非嗜酸粒细胞型哮喘、良性哮喘。二级医疗保健组共纳入187名难治性哮喘患者，分为早发性特应性哮喘、早发性症状为主型哮喘、肥胖性非嗜酸粒细胞性哮喘、炎症为主型哮喘。2010年Moore等[17]从628个临床变量中筛选出34个核心变量，同样采用聚类分析的方法对726例哮喘患者进行分类，最终将其分为5类：轻度特应性哮喘、轻-中度特应性哮喘、迟发非特应性哮喘、重度特应性哮喘和重度固定气流受限的哮喘。这5类患者在年龄、体重指数、就医情况、发病年龄、病程、肺功能、激素使用量、药物使用种类、气道反应性、诱导痰嗜酸性粒细胞和中性粒细胞计数等都表现出显著的差异，而过敏原阳性率、血清IgE浓度、FeNO水平则无明显差异。2014年Park等[18]研究纳入了来自9个不同中心的872例65岁以上老年哮喘患者，结果发现4个表型：病程长伴显著气道阻塞，女性为主且肺功能正常，吸烟男性为主伴肺功能下降，体重指数高伴轻度肺功能下降。进一步采用决策树分析发现FEV1和吸烟指数可以用来作为简易分类的指标。不同聚类分析结果[19- 20]提示有无气流受限、症状严重程度、发病年龄、肺功能和过敏状态是表型分类比较重要的指标。

Schatz等[21]对儿童、青年/成人两个年龄层次的难治性哮喘患者进行聚类分析，结果发现性别、过敏状态、种族在儿童、青少年/成人组中都能成为分类依据，而阿司匹林敏感仅是青少年/成人的分类依据。这类阿司匹林敏感表型主要以白人、女性、成年发病、过敏原阳性为主，且哮喘急性发作的次数更多。

聚类分析也揭示了肥胖与哮喘的关系[22- 23]。相关研究发现了肥胖伴哮喘控制良好和肥胖伴哮喘未控制两种表型，这两种表型在哮喘发病年龄、哮喘症状与控制、FeNO水平和气道高反应方面有所差异，但在肺功能、气道嗜酸粒细胞和血清IgE水平方面无显著差异[22]。Amelink等[24]对200例成年发病的患者进行聚类分析后分出三种表型，其中一种表型以肥胖女性为主，其急性发作频发，就医次数多，诱导痰嗜酸粒细胞数低。

随着FeNO检测和诱导痰检测等无创、微创技术的发展，聚类分析越来越多采用哮喘的炎症表型。Haldar等[16]的聚类分析研究中发现非嗜酸粒细胞炎症为主的患者大多是女性、发病年龄早、症状严重、肥胖较为普遍，而以嗜酸粒细胞炎症为主的患者大多是男性、症状较轻、发病年龄较晚、鼻窦炎的患病率较高、对阿司匹林敏感。Moore等[25]通过聚类分析发现轻中度过敏性哮喘患者诱导痰细胞以嗜酸粒细胞为主，而中重度哮喘患者以中性粒细胞或混合细胞为主。

3 哮喘的分子表型

通过临床和生理学指标对哮喘患者进行表型研究对临床工作有重要的指导意义，但是要了解哮喘潜在的病理生理学机制，仅通过临床表型、炎症表型的研究是远远不够的。Woodruff等[26]采用微芯片和聚合酶链反应(polymerase chain reaction，PCR)技术，通过白细胞介素- 3(interleukin- 3，IL- 3)诱导基因表达水平的不同将轻-中度哮喘患者分为辅助性T细胞2(helper T cell 2，Th2)类细胞因子高表达和Th2低表达两种分子表型。Th2高表达的哮喘患者表现为气道高反应性、血清IgE水平较高、血嗜酸粒细胞数较多、气道粘蛋白基因高表达[27]、对ICS治疗反应性较好，而Th2低表达的哮喘患者则对ICS反应差。另外有研究发现嗜酸粒细胞性哮喘患者中仅有2%的患者为Th2高表达，而Th2高表达的患者中54%的患者诱导痰嗜酸粒细胞数增加。Baines等[28]采用全基因组芯片技术发现诱导痰中有6组基因序列可用于区分嗜酸粒细胞性炎症和非嗜酸粒细胞性炎症表型，进而预测对ICS的治疗反应。

近年有学者提出了“内型(endotype)”的概念[29]，他们认为“表型”用来描述可以观察到的临床特点，如病史、诱因和治疗反应，而“内型”则用来描述内在的发病机制，如细胞、分子等。Agache等[29]根据分子表型的不同将哮喘分为以下几种类型：(1)过敏性哮喘：主要发病机制是Th2介导的炎症反应，从痰、肺泡灌洗液、支气管活检可以发现IL- 4、IL- 5、IL- 9、IL-13、趋化因子受体8 (chemokine receptor 8，CCR8)的表达；(2)内源性(非过敏性)哮喘：在肺泡灌洗液中可以发现IL- 2、干扰素γ(interferon γ，IFN-γ)的过度表达；(3)非嗜酸粒细胞型哮喘：主要的炎症标志物有IL- 8、IL-17A、白三烯B4(leukotriene B4，LTB4)；(4)阿司匹林诱导型哮喘；相关标志物有LTB4、半胱氨酰白三烯受体(cysteinyl leukotriene receptor，CysLT；(5)广泛气道重构型哮喘：相关蛋白有血管内皮生长因子 (vascular endothelial growth factor，VEGF)、基质金属蛋白酶(metalloprotease，MMPs)、基质金属蛋白酶抑制因子(tissue inhibitor of metalloproteinases TIMP)、解整合素-金属蛋白酶33(a disintegrin and metalloproteinase domain，ADAM33)等。

4 不同哮喘表型治疗

不同表型的患者对ICS、LABA、LTRA的反应性存在差异。就FEV1治疗后改善情况而言，一部分轻-中度哮喘患者对中等剂量的ICS反应不佳[30]。诱导痰中性粒细胞数增加、吸烟、肥胖常常预示对ICS治疗不敏感[31- 32]。Wysocki等[33]研究发现，需使用全身糖皮质激素治疗的重症哮喘患者可以视为对激素治疗不敏感，这类患者的特征是为FEV1%≤60%、FeNO水平较高、常伴复发性支气管炎。Hall等[34]研究显示β2肾上腺素能受体(ADRB2)基因多态性可以预测LABA治疗的长期预后。国内的研究显示白三烯C4合成酶(LTC4 synthase，LTC4S)基因多态性与抗白三烯治疗反应相关，AC/CC基因型患者对抗白三烯治疗的反应性优于AA型[35]。Simpson等[36]对45例难治性哮喘患者进行随机双盲试验，其中一组给予克拉霉素(500mg，Bid)治疗8周，另一组给予同等剂量安慰剂，结果发现克拉霉素治疗组患者诱导痰IL- 8和中性粒细胞数显著降低，症状改善，在非嗜酸粒细胞性哮喘患者中疗效更加明显。

近年来，通过对哮喘表型和内型的分类研究，从病理生理、炎症分子等多途径开发了“精准医学”的治疗方法，即靶向治疗[37]。如抗Th2相关细胞因子生物制剂治疗嗜酸粒细胞型哮喘患者时能取得最好的疗效。奥马珠单抗(omalizumab)是一种人源化的抗IgE单克隆抗体，可以降低急性发作和急诊次数，提高患者生活质量，对FeNO水平高和嗜酸粒细胞性哮喘疗效更佳[38]。美泊珠单抗(mepolizumab)是一种抗IL- 5单克隆抗体，研究显示它可以显著减少难治性哮喘尤其是嗜酸粒细胞性哮喘的急性发作，减少嗜酸粒细胞数，减少激素依赖患者的口服激素剂量[39]。人源化抗IL-Rα4单克隆抗体(dupilumab)对痰或血嗜酸粒细胞升高的中重度哮喘患者的治疗有效，可以减少其急性加重的发生、改善肺功能[40]。另一种抗IL-13单克隆抗体(lebrikizumab)则对血清骨膜蛋白(periostin)和FeNO水平高的的重度哮喘患者有效，可有效改善其FEV1[41]。同时，一些新药如抗胸腺基质淋巴细胞生成素(antithymic stromal lymphopoientin，TSLP)，可减轻对过敏原的早期和晚期反应，鉴于TSLP是支气管哮喘的关键介质，其作为新药靶点得到越来越多的关注[42]。而Th2低表达的哮喘患者目前尚无有效的治疗方法，茶碱、他汀类、大环类脂类药物的治疗尚存在争议[43- 44]。根据特定表型选择适宜的治疗方法可以使患者最大获益，尤其是针对这些昂贵的生物制剂。

综上所述，近10余年来哮喘的表型已成为新的研究热点，对深入阐明哮喘的发病机制、寻找新的治疗策略，发挥了巨大的推动作用，其重要性不言而喻。然而，在研究方法学和及其结果和解释方面，尚未取得广泛的共识。不同的研究人群、纳入参数和统计学方法均可能得到不同的结果。因此，采用统一的标准，在更大的样本中进行研究，才有可能得到最接近于真实的结果。同时，也必须考虑到人种、自然环境、生活习惯、文化背景、经济水平等诸多因素的影响，如此才有可能得到不同国家不同地区独特的表型谱。

未来还需要通过对表型研究更好地诊断和预测个体或亚群治疗反应和长期转归、制订更加合理、有效和安全的治疗手段、发展新的靶向治疗，对不同表型的哮喘，应当在标准化治疗的基础上尽可能做到个体化治疗，使当前以哮喘控制水平为基础的治疗模式进展到以表型为基础的新的策略。