气道一氧化氮测定在慢性气道炎症疾病中的应用进展

李雪玉 许 林

昆明医科大学第五附属医院呼吸与危重症医学科，云南个旧 661000

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一种常见的、可以预防和治疗的疾病，其特征是持续存在的呼吸系统症状和气流受限[1]。支气管哮喘（bronchial asthma， BA）的特征为慢性气道炎症和气道高反应性[2]。两种疾病病因及发病机制尚不十分明确，但均涉及大、小气道的炎症性改变，其中小气道的炎症水平不仅与气道反应性增高具有相关性，而且在疾病严重程度、未来加重风险方面也具有一定的预测价值[3]。因此近年来对气道炎症的检测在疾病诊治价值中的研究愈受重视，其中呼出气一氧化氮（fractional exhaled nitric oxide，FeNO）测定已被美国胸科学会（the American thoracic society，ATS）及欧洲呼吸学会（the European respiratory society，ERS）推荐为理想的气道炎症检测方式，经临床证实有效并广泛应用于检测大气道炎症水平；而肺泡一氧化氮（alveolar concentration of nitric oxide，CaNO）可以检测到普通FeNO无法检测到的小气道病变，进而提示小气道炎症水平。本文通过对气道一氧化氮（nitric oxide， NO）的作用机制、检测方式及其在BA和COPD中的应用现状进行梳理后做一综述，为进一步探索其在临床中的应用价值提供参考。

1 气道NO的作用及检测方式

1.1 气道NO作用

NO是一种普遍存在于人体内的双原子自由基，其性质非常活泼、半衰期仅5～10 s，在肺内，由NO合成酶（nitric oxide synthase，NOS）介导合成，以L-精氨酸为底物，依赖氧气（O2）和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate，NADPH）先 生 成Nω-羟基-L-精氨酸，再氧化产生L-瓜氨酸和NO。NOS有三种亚型：从功能上来看，分为组成型NOS（cNOS）和诱导型NOS（iNOS），其中cNOS包括内皮型NO合酶（eNOS）和神经型NO合酶（nNOS），依赖于细胞内Ca+及钙调蛋白的激活而产生NO，在神经递质传递和血管舒张等生理调节方面起着重要作用；而iNOS无钙依赖性，主要由外源性因素（如感染、过敏原暴露等）及各种炎症介质如白介素-1β（interleukin 1β，IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）、脂多糖等诱导刺激巨噬细胞、气道上皮细胞、Ⅱ型肺泡细胞、内皮细胞、成纤维细胞、呼吸道及血管平滑肌细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞产生NO，在气道炎症反应中起着关键作用[4]，也可使肺部炎性渗出加重[5]。

1.2 气道NO的检测方式

NO与呼出气中其他的气道内源性气体不同，即气道NO的检测与呼出气的流速存在高度相关性，为了获得气道不同部位的NO浓度，研究经历了从传统的两室模型到后来的肺部NO数学动力学模型的进展，即检测多个流速下的NO测量值后可以通过进行相应的计算得出大气道和小气道NO水平，从而区分来源于气道不同部位的NO水平。截至目前，电化学分析仪在临床检测中得到广泛应用，通过调整呼气流速为50 ml/s时测得的呼出气NO值可代表以气管、支气管为主的大气道炎症水平，临床常用的FeNO即表示FeNO50。相比之下，CaNO则是通过模型公式计算得出，代表肺泡或腺泡区的小气道炎症，传统的计算方法有线性和非线性模型两种，但因两种模型均需要测定多个流速下的呼出气NO值，因而在实际临床应用中可行性欠佳，目前通过检测50 ml/s和200 ml/s流速下的呼出气NO值，再使用简化版的线性模型公式可计算得到CaNO[3]。

2 FeNO在慢性气道炎症疾病中的应用

2.1 FeNO在COPD中的应用

目前，大多数研究发现FeNO对COPD急性加重期和稳定期具有诊断价值，急性加重期患者FeNO水平较稳定期明显升高[6]，并且Oishi等[7]发现FeNO持续升高的患者在较短时间内病情更容易出现中度和重度恶化。Zhou等[8]的回顾分析也得出相似的结论。在COPD的发病中，中性粒细胞炎症是COPD最常见的炎症表型，而嗜酸性粒细胞炎症占10%～40%[9]，Río等[10]对50例COPD急性加重期患者FeNO和嗜酸性粒细胞测定发现两者有相似的诊断价值，可用于鉴别嗜酸性粒细胞型COPD[11]，而血嗜酸性粒细胞计数可用于预测对吸入性糖皮质激素（inhaled corticosteroids，ICS）的治疗反应性，计数≥0.10×109/L时代表反应性良好[12]。因此，FeNO测定也可用于预测糖皮质激素的治疗反应性[8]。此外，曾有流行病学调查发现约20%的COPD患者同时合并有BA[13]，即BA-COPD重叠（ACO）。FeNO水平在ACO患者显著增高，并且与外周血嗜酸性粒细胞计数联合检测对ACO和COPD具有鉴别诊断价值，可作为区分ACO和COPD的指标[14-16]，但目前尚不清楚是否存在FeNO截断值用于诊断ACO[17]。

2.2 FeNO在BA中的应用

FeNO作为BA T2型气道炎症相关的生物标志物之一，在支气管气道高反应性、黏液高分泌、杯状细胞增生、过敏反应及嗜酸性粒细胞炎症中起着重要作用，但是在日常实践中，FeNO对BA的诊断价值受到许多混杂因素的限制，如过敏状态、吸烟、既往使用过糖皮质激素和其他上呼吸道感染等，因此GINA不推荐直接测定FeNO水平来诊断或排除BA的诊断[2]。美国胸科协会（the American thoracic society，ATS）推荐建议[18]，成人FeNO浓度＜25 ppm（ppb）（儿童＜20 ppb）时，提示患者无明显嗜酸性粒细胞炎症，对类固醇皮质激素的治疗反应性较弱，浓度＞50 ppb（儿童＞35 ppb）时考虑患者存在嗜酸性粒细胞炎症，可能对类固醇皮质激素治疗有良好反应性。有研究显示，FeNO浓度升高可能与BA病情加重和难治性BA的发生相关，高水平FeNO（儿童＞ 45 ppb和成人＞20～35 ppb）提示气道炎症控制不佳及病情加重风险增高；在BA管理过程中发现，与仅接受临床症状评估的患者相比，对FeNO进行规范检测辅助治疗后，成人病情加重率降低40%，儿童病情加重率降低42%。并且与血嗜酸性粒细胞计数相比，FeNO在检测BA治疗反应性中的效果更加显著，定期的检测能更好地降低BA治疗成本[18-19]。综上，FeNO在BA患者的辅助诊断及疗效评估方面均有着重要意义。

3 CaNO在慢性气道炎症疾病中的应用

3.1 CaNO在COPD中的应用

在COPD患者中，小气道病变和肺实质破坏造成慢性气流受限[20]。小气道作为“气道沉默区”，对总的呼吸阻力贡献很小，在出现任何呼吸道症状之前可能已经出现损伤[21]。来自气体交换区域的NO被称为肺泡或小气道NO（CaNO），反应肺泡组织炎症水平，已被证实为外周肺非侵入性炎症标志物[22]。Lázár等[6]研究发现，COPD患者外周小气道的氧化应激持续升高，而中心气道只在病情加重期间氧化应激增加。目前对于CaNO在COPD稳定期与急性加重期中的诊断价值，国内外尚未得出一致共识。有研究报道，CaNO可用于区分COPD稳定期患者与健康人群[6，23]，然而也有研究认为CaNO在COPD患者与健康人群之间无明显差异[24]。另外，在纠正轴向弥散对肺泡NO浓度的影响之后，COPD患者CaNO水平显著高于BA患者及健康人群，在一定程度上具有鉴别诊断意义。在监测治疗反应性方面，有研究发现糖皮质激素治疗前后COPD患者CaNO差异无统计学意义，糖皮质激素尽管诱导了临床症状和肺功能的改善，但并没有改变稳定期及加重期间肺泡NO浓度[6]。综上，CaNO在COPD中的诊断意义及临界值尚未明确，同时其监测治疗反应性的作用仍需进一步探讨。

3.2 CaNO在BA中的应用

在BA发病过程中大、小气道均存在气道炎症和气道重塑，尽管目前尚无指南明确推荐CaNO应用于BA诊治，但在症状稳定的BA患者，CaNO能更为敏感地反映外周气道炎症，并且与小气道的阻塞程度呈正相关。也有研究发现，在BA发病早期即有CaNO水平升高，提示疾病早期就已存在小气道炎症进而影响其功能，联合检测FeNO和CaNO对BA患者诊断的敏感性为81.4%，特异性为83.0%，ROC曲线下面积为0.890（95%CI：0.825～0.956），可作为辅助诊断依据[25]。《2017 ERS肺部疾病呼气标志物技术标准》[26]指出CaNO＞5.00 ppb提示存在小气道炎症；5.00～10.00 ppb考虑存在小气道混合性炎症，即表现为气道炎症反应过程中嗜酸性粒细胞和中性粒细胞均增多；＞10.00 ppb考虑小气道以嗜酸性粒细胞性炎症为主，检测CaNO值对于糖皮质激素的治疗具有一定指导意义。研究发现，在未使用糖皮质激素治疗的BA患者中心气道和外周气道上皮细胞iNOS mRNA表达均明显增加，并且其增加程度与CaNO的增高水平具有显著相关性，然而使用糖皮质激素治疗后两者不再存在相关性，证明可通过检测CaNO来反映未经治疗的患者外周气道炎症水平，同时也反映出CaNO具有一定的疗效评估价值[27]，高水平CaNO提示BA控制不佳[28]。Fukumitsu等[29]在一项回顾分析中也发现持续存在高水平CaNO的BA患者治疗反应性相对较差。综上，CaNO在BA患者诊断和治疗方面都有着重要指导价值，

4 总结

气道NO浓度检测作为衡量气道炎症的指标之一，具有无创、可重复、依从性好等优点，成为慢性呼吸系统炎症疾病如BA、COPD等诊断、治疗、预测炎症表型等方面重要的生物指标。由于不同部位NO检测价值在临床运用中尚存在争议，使得单一的NO检测还不足成为诊断工具，近年来小气道炎症在慢性气道炎症疾病中的作用越来越受重视，与大气道NO联合应用将进一步提高气道炎症疾病诊治效能，尤其目前对于小气道炎症标志物在COPD疾病中的应用尚少，未来将需要更多多中心、前瞻性研究进一步探讨其在COPD中的临床应用价值。