Ⅳ型胶原蛋白、Ⅲ型前胶原氨基端肽与老年特发性肺纤维化病人肺功能和急性加重的相关性

孙晖 任莉 胡静星

特发性肺纤维化(IPF)是一种原因不明的慢性进行性肺间质疾病,好发于吸烟的老年男性,IPF早期往往无典型症状,确诊时即处于中晚期,中晚期病人可出现明显的肺通气功能下降,严重降低生活质量,若不接受治疗平均生存时间仅为3～5年[1]。IPF急性加重(AE-IPF)是IPF的致命性并发症,可发生于IPF发展过程中的任何阶段,一旦发生AE-IPF,病情进展迅速,死亡率极高[2]。因此探讨IPF、AE-IPF的相关因素以及生物学标志物对临床早期治疗和预防有着积极的作用。已知IPF疾病特征是累及肺部大片区域的持续纤维化,肺成纤维细胞增殖和向肌成纤维细胞分化导致胶原蛋白过度沉积,是IPF肺实质进行性纤维化和肺功能不可逆功能丧失的关键[3]。Ⅳ型胶原蛋白(ⅣC)是肝纤维化的标志物,血清ⅣC水平增高可预测非酒精性脂肪性肝病病人晚期纤维化[4]。Ⅲ型前胶原氨基端肽(PⅢNP)是Ⅲ型胶原蛋白合成增加的生物标志物,血清PⅢNP水平增高可预测ST段抬高型心肌梗死术后1年的心脏纤维化风险[5]。ⅣC、PⅢNP与IPF相关的报道并不多见,其是否能成为IPF的潜在标志物尚不清楚,本研究拟探讨ⅣC、PⅢNP与老年IPF病人肺功能以及急性加重的关系,以期为临床诊治提供参考。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选择2018年1月至2022年1月我院收治的89例IPF病人(IPF组),男56例,女33例,年龄62～75岁,平均(69.47±8.92)岁,吸烟史55例。纳入标准:符合2018年美国胸科协会(ATS)、欧洲呼吸病学会(ERS)、日本呼吸病学会(JRS)和拉丁美洲胸科协会(ALAT)联合拟定的IPF诊断标准[1]。排除标准:(1)家庭或职业环境暴露、结缔组织病和药物毒性引起的肺间质疾病;(2)心力衰竭、肝硬化、IgA肾病、糖尿病肾病、白内障等其他器官纤维化疾病;(3)自身免疫性疾病;(4)恶性肿瘤;(5)入院不到24 h死亡。另选择42例健康体检者为对照组,均排除肺炎、慢性阻塞性肺疾病、肺心病等呼吸系统疾病以及其他系统性疾病。男27例,女15例,年龄60～75岁,平均(67.02±5.49)岁,吸烟史22例。2组性别、年龄、吸烟史比较,差异无统计学意义(P>0.05)。

所有IPF病人均完成1个月随访,随访期间出现AE-IPF者作为AE-IPF组(n=49),没有出现AE-IPF者作为非AE-IPF组(n=40),收集病人年龄、性别、BMI、吸烟史、饮酒史、IPF病程、IPF家族史、胸部高分辨率CT(HRCT)表现(网格状影、蜂窝状影、磨玻璃影、牵拉支气管扩张)、基础疾病(高血压、高脂血症、糖尿病)、感染、胃食管反流、实验室指标(白细胞计数、中性粒细胞计数、纤维蛋白原、D-二聚体、CRP、ⅣC、PⅢNP)、动脉血气(氧分压、二氧化碳分压、pH)以及肺功能指标。

1.2 血清ⅣC、PⅢNP检测 所有病人入院次日清晨(对照组体检当日)采集静脉血3 mL,室温下静置60 min左右离心(湖南迈克尔实验仪器有限公司生产的KC-42B台式离心机,3000 r/min,时间5 min)分离血清,-80 ℃保存。采用Hotgen上转发光仪(北京热景)检测血清ⅣC、PⅢNP水平,ⅣC试剂盒与PⅢNP试剂盒均购自北京热景生物技术股份有限公司。

1.3 肺功能检测 所有病人均接受肺功能检测,检查前安静休息15 min,口含吹筒在医生指导下配合吹气,吹气过程中注意勿漏气,记录FEV1、FVC、最大自主通气量(MVV),计算FEV1/FVC值。

1.4 随访 所有IPF病人入院后均给予糖皮质激素、免疫抑制剂以及吡非尼酮或尼达尼布抗纤维化治疗、抗感染治疗。出院后随访1个月,统计随访出院30 d内AE-IPF发生情况。AE-IPF诊断标准[6]:1个月内出现急性呼吸困难恶化; HRCT提示原来病灶出现新的双侧磨玻璃影和(或)实变影;排除心力衰竭、液体负荷过多导致的呼吸困难。

2 结果

2.1 IPF组和对照组的血清ⅣC、PⅢNP水平及肺功能比较 IPF组血清ⅣC、PⅢNP水平高于对照组(P<0.01),FEV1、FVC、FEV1/FVC、MVV均低于对照组(P<0.01),见表1。

表1 IPF组和对照组血清ⅣC、PⅢNP水平比较

2.2 血清ⅣC、PⅢNP与肺功能指标的相关性 ⅣC、PⅢNP与FEV1、FVC、FEV1/FVC、MVV均呈负相关(r=-0.406、-0.512、-0.367、-0.569;r=-0.495、-0.398、-0.401、-0.512,P均<0.01)。

2.3 AE-IPF的影响因素分析 AE-IPF组年龄、病程,感染、胃食管反流比例,中性粒细胞计数,纤维蛋白原、C反应蛋白、ⅣC、PⅢNP水平高于非AE-IPF组(P<0.05),氧分压、FEV1/FVC低于非AE-IPF组(P<0.05或P<0.01)。2组间性别、BMI、吸烟史、饮酒史、基础疾病等比较,差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。以AE-IPF为因变量(赋值:0=否,1=是),以年龄、IPF病程、感染(赋值:0=否,1=是)、胃食管反流(赋值:0=否,1=是)、氧分压、FEV1/FVC、中性粒细胞计数、纤维蛋白原、C反应蛋白、ⅣC、PⅢNP为自变量,逐步法排除无关变量,最终高水平ⅣC(OR=1.510,95%CI:1.084～2.103)、高水平PⅢNP(OR=1.713,95%CI:1.196～2.451)、感染(OR=2.237,95%CI:1.181～4.237)是AE-IPF发生的危险因素(P<0.05)。

2.4 ⅣC、PⅢNP 预测AE-IPF的价值分析 ROC曲线分析结果显示,ⅣC、PⅢNP预测AE-IPF的曲线下面积为0.718、0.768,联合ⅣC和PⅢNP预测AE-IPF的曲线下面积为0.940,大于单独应用ⅣC、PⅢNP的效能(Z=3.941、2.991,P均<0.05)。见表3。

表3 ⅣC、PⅢNP预测AE-IPF的效能分析

3 讨论

IPF是特发性间质性肺炎最常见的一种形式,与高疾病负担和高死亡风险有关,吸烟、环境因素、共病和病毒感染等是IPF的高危因素[7]。AE-IPF是IPF的严重并发症,致死率高,约57%的IPF病人在3年内可发生AE-IPF[8],死亡率高达56.1%[9]。尽管近年来对IPF病理生理认知、临床诊断和治疗有了显著的进展,并开发出新的抗纤维化药物,延缓了肺功能的持续下降,但是仍缺乏治愈性的治疗方法,病人预后依然较差[10]。IPF发病机制复杂,肺泡内免疫细胞激活释放出大量的炎性细胞因子和生长因子,促进肺成纤维细胞增殖和向肌成纤维细胞分化,导致胶原蛋白过度沉积和肺实质纤维化[11]。

ⅣC是所有器官基底膜的主要组成成分之一,ⅣC和层粘连蛋白组成2个独立的超分子结构,与氮素和基膜蛋白多糖连接形成基底膜,ⅣC参与基底膜调节细胞生长、器官生成,促进组织修复等功能,ⅣC还可结合生长因子介导血管生成,为上皮细胞、内皮细胞、肌肉、脂肪细胞、雪旺细胞和轴突提供结构支持[12]。ⅣC还是促纤维化的主要调节剂,可结合转化生长因子(TGF)-β1和TGF-β2启动纤维化途径。研究显示,在肝炎发病过程中,纤维组织增生活跃,纤维组织生成过程中有大量胶原沉积,其中最常见的是ⅣC,血清ⅣC水平增高与肝炎纤维化严重程度有关,是肝纤维化的标志物[13]。角膜损伤后,TGF-β从泪液、上皮细胞、内皮细胞和(或)房水进入细胞外基质,并上调邻近基质角膜成纤维细胞中ⅣC的生成和沉积,促使成纤维细胞向肌成纤维细胞转变,导致角膜纤维化[14]。本研究发现IPF病人血清ⅣC水平显著升高,ⅣC与FEV1、FVC、FEV1/FVC、MVV呈负相关,高水平ⅣC与IPF病人发生AE-IPF有关,说明ⅣC可能参与IPF、肺功能损伤以及AE-IPF的发生过程。分析ⅣC参与IPF的机制为:TGF-β信号通路激活是肺纤维化的关键,在TGF-β刺激下成纤维细胞中ⅣC合成增加,并上调焦点黏附激酶的磷酸化水平,促使ⅣC沉积和肺纤维化[15],由此可见,ⅣC可能通过ⅣC/TGF-β信号通路促使IPF发生和病情进展。

PⅢNP是Ⅲ型前胶原蛋白经氨基端肽酶裂解所产生的氨基端多肽,并释放到外周血液中,因此,血清PⅢNP水平增高被认为是Ⅲ型前胶原蛋白合成增加及其在细胞外空间沉积的标志物。研究显示,非酒精性脂肪性肝硬化病人血清PⅢNP水平显著增高,且与肝硬化程度呈正相关,在预测肝纤维化分期方面,PⅢNP较天冬氨酸转氨酶与血小板比值指数和纤维化-4评分有更好的准确性[16]。自发性高血压大鼠心肌纤维模型血清PⅢNP水平显著增高,通过抗纤维化途径降低血清PⅢNP水平可抑制左心室质量指数和心脏质量指数,延缓心肌纤维化[17]。尿PⅢNP水平增高与肾活检间质纤维化程度呈正相关,PⅢNP是肾脏纤维化评估的可靠指标[18]。本研究发现IPF病人血清PⅢNP水平显著高于对照组,IPF动物模型支气管肺泡灌洗液中PⅢNP水平也显著增高,PⅢNP 增高可能是继发于IPF[19]。进一步分析结果显示PⅢNP与FEV1、FVC、FEV1/FVC、MVV呈负相关,高水平PⅢNP与IPF病人发生AE-IPF有关,说明PⅢNP可能参与IPF、肺功能损伤以及AE-IPF的发生过程,PⅢNP可能作为IPF的潜在标志物。

ROC曲线分析显示,联合ⅣC和PⅢNP可提高对AE-IPF的诊断价值,对临床病情评估和AE-IPF风险鉴别具有更高价值。回归分析结果显示感染与AE-IPF的发生也有关,病原菌感染被认为是AE-IPF的始动因素,感染后肺成纤维细胞招募大量趋化因子和炎症因子,加速肺部胶原沉积和纤维化进程,进而促使AE-IPF的发生[20]。

综上,老年IPF病人血清ⅣC、PⅢNP水平显著增高,高水平ⅣC、PⅢNP与IPF肺通气功能损伤以及AE-IPF的发生有关,是AE-IPF风险鉴别的参考标志物。本研究样本例数偏少,可能存在统计学偏倚,且未对老年IPF病人进行随访,ⅣC、PⅢNP与IPF病人远期预后的关系尚待进一步探讨。