血清YKL-40与气道炎性因子在婴幼儿喘息中的表达及临床意义

王淑玉,郑一博,杨 蕾,李矢云,马晓琳,刘 凡,张 伟

喘息是婴幼儿期常见的呼吸道症状,近50%的婴幼儿或学龄前儿童至少经历过一次喘息发作[1]。尽管大多数3岁前发生喘息的幼儿在学龄期症状得到缓解,但幼儿反复喘息导致的功能和结构性损伤却可以持续存在,并可能发展为哮喘[2]。而持续性哮喘患儿的肺功能损害开始于学龄前儿童。故从喘息婴幼儿中早期识别出可能发展为持续性哮喘患儿,并进行有效干预是非常必要的。目前婴幼儿时期哮喘的诊断尚缺乏特异性方法和客观实验室指标。YKL-40是哺乳动物中一种高度保守且能与几丁质结合的人类糖蛋白,与气道炎症相关,是一种新型的炎症标志物。近年来研究发现,YKL-40可能参与成人和儿童哮喘的病理生理过程,如促进平滑肌增生、上皮下纤维化、支气管壁增厚、气道重塑等。但目前尚不清楚YKL-40在婴幼儿喘息气道炎症发病机制中的作用。本研究旨在探讨YKL-40在婴幼儿喘息气道炎症中的作用,为婴幼儿喘息病情判断及评估提供新的生物学标志物。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2021年6月—2023年5月解放军联勤保障部队第九八〇(白求恩国际和平)医院收治的喘息急性发作婴幼儿70例作为喘息急性期组。纳入标准:年龄0～3岁;临床表现为喘息、气促、咳嗽、双肺可闻及呼气相哮鸣音;近2周内未使用糖皮质激素、抗组胺药、白三稀受体调节剂等。排除标准:早产儿支气管肺发育不良、先天性喉喘鸣、先天性气道或血管环畸形、先天性心脏病、支气管异物、胃食管反流等其他慢性疾病或任何同时发生的并发症,如脓毒症、细菌性肺炎或糖尿病等。喘息恢复期组34例为上述喘息急性发作患儿入院7～10 d后病情缓解者(喘息症状及肺部哮鸣音消失)。喘息急性发作患儿根据既往喘息发作次数分为初次喘息组和反复喘息组(医生诊断的喘息发作≥3次)[3-4],其中初次喘息32例,男19例、女13例,年龄(6.42±4.85)个月;反复喘息组38例,男23例、女15例,年龄(16.86±9.82)个月。反复喘息组根据哮喘预测指数(API)[5]判定分亚组:<3岁患儿在过去1年内喘息发作≥4次,具有1项主要危险因素(父母有哮喘病史、经医生诊断的特应性皮炎、有吸入变应原致敏的依据)或2项次要危险因素(有食物变应原致敏依据、外周血嗜酸粒细胞≥0.04、与上呼吸道感染无关的喘息)可判定为API阳性,否则为阴性。将反复喘息患儿分为API阳性组23例,男15例,女8例;API阴性组15例,男8例,女7例。选取同期门诊健康体检的正常婴幼儿22例作为健康对照组,纳入标准:4周内无呼吸道感染、咳嗽或喘息病史,无个人及家族过敏史。不同对应组别一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。本研究经解放军联勤保障部队第九八〇(白求恩国际和平)医院医学伦理委员会批准(伦理号:2024-KY-03),患儿家长均签署知情同意书。

1.2 方法

分别抽取喘息患儿喘息急性期(入院后当天)和恢复期及健康对照组清晨空腹外周静脉血2 mL,室温放置2 h后以2 000 r/min离心10 min取上清,-80 ℃保存待测。采用ELISA检测血清YKL-40、白细胞介素(IL)-5及IL-8水平,试剂盒购自江苏晶美生物科技有限公司。操作过程均严格按照试剂盒说明书。喘息患儿及健康对照组均同期送检外周血嗜酸粒细胞计数及中性粒细胞计数。

1.3 观察指标

观察喘息急性期组、恢复期组与健康对照组血清YKL-40、IL-5及IL-8水平变化,比较初次喘息组和反复喘息组、反复喘息API阳性组和阴性组血清YKL-40、IL-5及IL-8水平差异。分析YKL-40与IL-5、IL-8、外周血中性粒细胞及嗜酸粒细胞的相关性。

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 喘息急性期组、喘息恢复期组与健康对照组一般资料比较

喘息急性期组、喘息恢复期组和健康对照组年龄、性别、中性粒细胞计数、嗜酸粒细胞计数比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 喘息急性期组、喘息恢复期组患儿与健康对照组一般资料比较

2.2 喘息急性期组、喘息恢复期组与健康对照组血清YKL-40、IL-5、IL-8水平比较

喘息急性期组血清YKL-40、IL-5、IL-8水平高于喘息恢复期组和对照组(P<0.01);喘息恢复期组血清YKL-40、IL-8水平高于对照组(P<0.01);喘息恢复期组血清IL-5水平与健康对照组比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 喘息急性期组、喘息恢复期组患儿与健康对照组血清YKL-40、IL-5和IL-8水平比较

2.3 初次喘息组与反复喘息组血清YKL-40、IL-5、IL-8水平比较

反复喘息组血清YKL-40、IL-8水平高于初次喘息组(P<0.01)。2组血清IL-5水平比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表3。

表3 反复喘息组与初次喘息组急性期患儿血清YKL-40、IL-5、IL-8水平比较

2.4 反复喘息患儿API阳性组与API阴性组血清YKL-40、IL-5、IL-8水平比较

API阳性组与API阴性组血清YKL-40、IL-5及IL-8水平比较无差异(P>0.05)。见表4。

表4 反复喘息患儿API阳性组与API阴性组血清YKL-40、IL-5、IL-8水平比较

2.5 血清YKL-40与IL-5、IL-8、嗜酸粒细胞及中性粒细胞绝对值相关性分析

血清YKL-40与IL-8水平呈正相关(r=0.926,P<0.001)。血清YKL-40与IL-5水平、嗜酸粒细胞绝对值、中性粒细胞绝对值无显著相关性(r=0.167、0.251、0.069,P=0.173,0.062,0.583)。

3 讨论

婴幼儿喘息病因复杂,与呼吸道病毒感染、肺发育成熟程度、特应性体质及家族史等高危因素密切相关,反复喘息是哮喘发作的高风险因素[6-7]。研究证实,即使是年幼的喘息儿童也可能表现出气道重塑的迹象,如基底膜增厚、气道平滑肌质量增加等[8]。然而,婴幼儿期提示哮喘的呼吸道症状常与其他呼吸道疾病(如呼吸道感染或先天性气道异常等)症状同时存在。迄今为止,仍很难仅凭临床症状预测哪些反复喘息患儿会发展为学龄期哮喘。YKL-40是由几丁质酶3样1基因编码的几丁质酶样蛋白,是壳质酶糖蛋白家族之一。YKL-40可与几丁质结合,但无酶活性。YKL-40主要由中性粒细胞、气道上皮细胞、巨噬细胞等多种细胞分泌,γ-干扰素诱导表达,IL-6刺激释放。荟萃分析显示,哮喘儿童和成人血清YKL-40水平高于健康对照组[9]。因此提出YKL-40与哮喘密切相关,YKL-40可能是一种反映气道炎症的潜在生物标志物[10]。但YKL-40是否与婴幼儿喘息的气道炎症有关,及其在喘息患儿发病机制中的作用尚不清楚。

本研究探讨了喘息患儿病程不同时期血清YKL-40水平的变化,在喘息急性期和恢复期分别检测YKL-40水平,并与健康对照组对比,结果提示喘息急性期患儿血清YKL-40水平升高,喘息恢复期YKL-40水平下降。证明YKL-40可能参与婴幼儿喘息的发病过程。本研究还发现,反复喘息组血清YKL-40水平高于初次喘息组,提示YKL-40表达上调可能是婴幼儿喘息急性发作和反复喘息的危险因素。在哮喘成人研究中,YKL-40在气道炎症和气道重塑发生机制中发挥关键作用。YKL-40可介导IL-13诱导肺部炎症和纤维化;抑制Ⅰ型胶原的降解,形成胶原纤维,刺激促纤维化因子和炎性细胞因子的释放,并参与组织重塑[11]。研究表明,哮喘患者支气管平滑肌细胞中YKL-40水平与支气管上皮基底膜厚度呈正相关,YKL-40可以加速支气管平滑肌细胞的增殖和迁移[12]。与大龄儿童和成人相比,婴幼儿喘息急性发作期间的病毒感染率更高,病毒感染扰乱上皮细胞之间的紧密连接,并诱导强烈的细胞因子释放驱动了先天免疫炎症[13]。这一过程可能通过上皮干扰素释放激活组织巨噬细胞,从而进一步促进YKL-40在局部的产生和释放[14]。因此,血清YKL-40可能是一种能够反映婴幼儿喘息气道炎症的潜在生物标志物[15-16]。

IL-8可促进中性粒细胞趋化,是肺内主要的趋化因子,通过诱导中性粒细胞形态改变并聚集在炎症部位,促进炎症反应,诱导支气管平滑肌痉挛。既往对儿童喘息性疾病发病机制的研究大多关注嗜酸粒细胞炎症,而对中性粒细胞炎症缺乏足够的认识。本研究发现,喘息急性期患儿血清IL-8水平高于喘息恢复期与健康对照组,反复喘息组IL-8水平高于初次喘息组,且YKL-40与IL-8呈正相关,与PRZYSUCHA等[17]研究结果基本一致。提示YKL-40可能与IL-8存在协同机制,YKL-40可通过MAPK和核因子-κB通路诱导支气管上皮细胞IL-8表达,引起支气管平滑肌增殖和迁移,参与气道重塑[18]。YKL-40和IL-8可能在中性粒细胞气道炎症反应中发挥重要作用[19]。但本研究显示,血清YKL-40水平与喘息患儿外周血中性粒细胞绝对值无相关性,考虑原因为除了活化的中性粒细胞,巨噬细胞、上皮细胞等也是YKL-40的主要来源。上述结果与金译涵等[20]研究基本一致,但与JAMES等[21]研究结果不同。此外,本研究显示,反复喘息患儿API阳性组和API阴性组血清YKL-40和IL-8水平比较无显著差异,YKL-40与外周血嗜酸粒细胞绝对值也无相关性。提示排除喘息发作频率影响后,喘息患儿YKL-40水平与变应原致敏、过敏性疾病或过敏性家族史等因素无确切相关性[3]。

IL-5是由活化的T细胞及肥大细胞产生的Th2细胞因子,能促使嗜酸粒细胞增殖、分化,增强化学介质血小板聚集因子和白三烯B4对嗜酸粒细胞的趋化作用,从而引起气道平滑肌收缩、黏液分泌增加。IL-5在哮喘患者嗜酸粒细胞气道炎症发病机制中起核心作用[22-23]。但Th2细胞因子在婴幼儿喘息中的主导地位尚存在争议[24]。本研究发现,喘息急性期患儿IL-5水平高于喘息恢复期和健康对照组,说明IL-5参与了婴幼儿喘息急性炎症反应过程。喘息急性发作期IL-5水平升高的确切原因尚不清楚[25],考虑与患儿在病毒、过敏原等触发因素作用下气道上皮细胞通过释放警报素如胸腺基质淋巴生成素、IL-33等直接刺激2型固有淋巴细胞释放IL-4、IL-5、IL-13等有关[26]。喘息恢复期IL-5很快下降,且IL-5与喘息次数、API等无明显相关性可能与部分患儿接受糖皮质激素治疗抑制气道炎症的发生发展有关。此外,婴幼儿喘息血清细胞因子和趋化因子产生的模式和机制与儿童哮喘可能有所不同[25]。

综上所述,婴幼儿喘息发病机制复杂,可能存在Th1/Th2失衡或中性粒细胞炎症等多重机制,YKL-40、IL-5和IL-8均参与了婴幼儿喘息急性气道炎症过程。YKL-40与IL-8呈高度正相关,共同参与中性粒细胞炎症反应。YKL-40水平增高可能是婴幼儿喘息发作和反复喘息的危险因素,在疾病控制和表型评估方面有重要临床价值。但YKL-40与外周血中性粒细胞、嗜酸粒细胞及API均无明显相关性,不能作为预测未来哮喘发展的生物标志物。本研究样本量较小,结果可能存在一定偏差,YKL-40在婴幼儿喘息中的具体作用机制还有待进一步深入研究。