慢性阻塞性肺疾病不同时期气道炎症反应和细胞因子水平的变化及其意义

唐 宁,张 敏,王玉梅

(深圳市西丽人民医院呼吸内科,广东深圳518055)

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一种以不可逆或不完全可逆的气流受限为特征的疾病,病变主要在小气道。小气道炎性改变及气流阻塞进行性发展是COPD发病的中心环节。多种炎症细胞和炎症介质共同参与并发挥作用,其中白细胞介素-8(IL-8)和中性粒细胞等在COPD的病理过程和病理发展起着重要作用[1]。本研究测定COPD患者急性发作期和稳定期诱导痰中IL-8和C-反应蛋白(CRP)的含量变化,以期探讨COPD的病理反应机制。

1 材料与方法

1.1 研究对象

选择2008年1月至2009年1月深圳市西丽人民医院门诊和住院的COPD患者50例,男43例,女7例;年龄60～82岁,平均(70.3±2.7)岁。均符合COPD的诊断标准[2],均排除支气管哮喘、支气管扩张、支气管肺癌及肺结核等疾病。其中COPD急性发作期患者(COPD急性发作期组)25例,均3 d内出现咳嗽、咳痰、呼吸困难症状中任何1项或1项以上症状明显加剧者;COPD稳定期患者(COPD稳定期组)25例,均咳嗽、咳痰、呼吸困难和喘息症状稳定或消失达2个月。2组患者2周内均无呼吸道感染,均未使用全身激素及抗生素,均有不完全可逆的气道阻塞。肺功能检查第1秒用力呼气量与用力肺活量之比值(FEV 1.0/FVC)＜70%。选择同期本院健康体检者(正常对照组)25例,男21例,女 4例;年龄 60～80 岁,平均(67.3±3.0)岁。均无肺疾病史、COPD病史及呼吸疾病等。肺功能检查FEV 1.0/FVC＞70%。

1.2 主要试剂及仪器

瑞氏-姬姆萨染色液(北京赛驰生物科技有限公司),三氟乙酸(中化蓝天集团有限公司),二硫苏糖醇(美国Merck公司),IL-8试剂盒(北京北方生物技术研究所);人C-反应蛋白(CRP)ELISA试剂盒(日本第一化学试剂公司)。MICRO QUARK型肺功能测定仪(意大利COSMED公司),WH-90A型涡旋震荡器(上海亚荣生化仪器厂),JY92-Ⅱ型超声波细胞粉碎机(宁波新艺超声设备有限公司),CX-31型光学显微镜(日本Olympus公司)。

1.3 方法

1) 肺功能检测:采用肺功能测定仪测定第1秒用力呼气量(first second forced expiratory volume,FEV 1.0)。肺通气功能以实测值占预计值的百分率,即FEV 1.0的实测值占预计值的百分比(FEV 1.0 percentage predicted,FEV 1.0%pred)表示。

2) 痰液诱导及分离:各组以清水漱口5次,超声雾化吸入 3.0%高渗盐水20 mL,超声雾化20 min。雾化过程中鼓励患者咳出3～4口痰至无菌塑料平皿后即停止。收集的痰液量为5～10 mL。①取无唾液成分的痰液放入离心管中,加入4倍体积的0.1%二硫苏糖醇(DT T)混合,涡旋震荡器上振荡15 min混匀,3 000 r◦min-1离心20 min,沉淀细胞用Hank's液悬浮,用细胞计数池计数白细胞总数。②一部分细胞悬液用锥虫蓝染色计算细胞存活率,活细胞＞50%为合格标本。③另一部分细胞悬液涂片,风干,使用瑞氏-姬姆萨染色液染色诱导痰中细胞,按常规方法进行。每张涂片在光学显微镜下计数400个非鳞状上皮细胞(鳞状上皮细胞＜20%者为合格标本),并进行细胞分类计数;计算炎症细胞(中性粒细胞、嗜酸性粒细胞)百分率[炎症细胞百分率=(炎症细胞数÷细胞总数)×100%]。④剩余痰液加入等体积的0.1%三氟乙酸溶液,然后超声波细胞粉碎机粉碎,2500 r◦min-1离心20 min,取痰上清液放-20℃冰箱内待测。

3) IL-8和CRP测定:应用ELISA法检测各组痰上清液中IL-8和CRP的水平,操作均按试剂盒说明书进行。

1.4 统计学方法

采用SPSS 13.0统计软件对数据进行分析。计量资料以表示,采用t检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

1) COPD急性发作期组FEV 1.0%pred值与COPD稳定期组比较差异有统计学意义(P＜0.01)。COPD急性发作期组痰上清液中IL-8和CRP水平均显著高于COPD稳定期组和正常对照组(均P＜0.01),COPD急性发作期组、COPD稳定期组痰上清液中IL-8和CRP水平均显著高于正常对照组(均P＜0.01)。见表1。

表1 不同COPD组与正常对照组痰上清液中IL-8和CRP水平的比较

表1 不同COPD组与正常对照组痰上清液中IL-8和CRP水平的比较

组别 n FEV 1.0%pred IL-8/(ng◦L-1) CRP/(g◦L-1)COPD急性发作期组 25 39.72±8.31# 25.39±6.77# 8.39±3.82#COPD稳定期组 25 59.36±3.37#* 6.14±2.26#* 4.67±2.13#*正常对照组 25 86.21±6.52 2.44±0.63 0.09±0.21与正常对照组比较,#P＜0.01;与COPD急性发作期组比较,*P＜0.01。

2) 3组嗜酸性粒细胞所占比例比较差异无统计学意义(P＞0.05)。COPD急性发作期组痰液中白细胞总数和中性粒细胞所占比例均显著高于COPD稳定期组和正常对照组(均P＜0.01)。见表2。

表2 不同COPD组与正常对照组痰液中白细胞总数和炎症细胞数的比较

表2 不同COPD组与正常对照组痰液中白细胞总数和炎症细胞数的比较

组别 n 白细胞总数/×109L-1 中性粒细胞/% 嗜酸性粒细胞/%COPD急性发作期组 25 8.7±6.9* 64.3±9.2* 2.1±1.7 COPD稳定期组 25 5.2±4.8*# 52.9±9.9*# 2.2±1.1正常对照组 25 2.3±1.4 28.6±7.9 1.8±1.3与正常对照组比较,*P＜0.01;与急性发作期组比较,#P＜0.01。

3 讨论

COPD是多种炎症细胞和炎症介质参与的慢性气道炎症,疾病病理过程表现为急性感染发作加重和慢性稳定期病变交替出现。COPD临床表现为:咳嗽,咳痰,肺通气障碍。

COPD病变在气道,而诱导痰主要来自气道的分泌物,故其为自然状态的气道分泌物。如果气道发生炎症病理改变,诱导痰中的物质表现,能真实地反映气道炎症病理反应的特征。CRP是一种急性炎症反应蛋白,属急性时相反应极灵敏的指标。CRP能结合在细菌表面,启动机体免疫吞噬,诱导产生补体参与杀伤细菌。呼吸道上皮细胞能分泌CRP[3]。本研究中,在气道炎症时,CRP能不断产生。且在COPD急性发作期痰上清液中CRP水平显著高于COPD稳定期(P＜0.01)。其与文献[4]报道的结果相一致。这表明诱导痰中CRP水平不仅代表炎症的急性加重反应,同时也代表着炎症的持续存在。

IL-8是一种对中性粒细胞具有趋化活性的细胞因子。其可由细菌脂多糖刺激肺泡巨噬细胞、单核细胞,以及气道过度扩张诱导支气管上皮细胞[5]产生。IL-8的主要生物学功能是募集、激活中性粒细胞和T细胞,抑制PMN凋亡,延长中性粒细胞寿命[6]。诱导痰中IL-8的浓度也可能与呼吸道细菌感染相关。即使患者临床表现处于稳定期也可能呼吸道持续存在一定量的细菌感染,使COPD迁延不愈。本研究结果显示,COPD急性发作期组痰上清液中IL-8水平显著升高。而COPD稳定期组痰上清液中IL-8水平仍显著高于正常对照组(P＜0.01)。其与文献[7-8]报道的结果相一致。

COPD是以中性粒细胞浸润为主的气道非特异性炎症。中性粒细胞在气道炎症中释放的过氧化氢、羟自由基、超氧阴离子及胶原酶、蛋白酶等,破坏气道上皮细胞,分解血管基膜、胶原蛋白及弹性蛋白,导致气道重塑。COPD炎症越重诱导痰中中性粒细胞比例越高。本研究中,COPD急性发作期组诱导痰中中性粒细胞所占比例显著高于COPD稳定期组(P＜0.01)。而COPD稳定期组诱导痰中中性粒细胞所占比例显著高于正常对照组(P＜0.01),嗜酸性细胞无明显变化。其与文献[9-10]报道的结果相一致。

总之,COPD是以细菌持续感染、中性粒细胞浸润等为主的气道非特异性炎症,最终导致气道重塑,不可逆性病理改变。因此,控制感染和非特异性炎症是其关键。

[1] Aaron S D,Angel J B,Lunau M,et al.Granulocyte inflammatory markers and airway infection during acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease[J].Am J Respir Crit Care Med,2001,163(2):349-355.

[2] 中华医学会呼吸病学分会慢性阻塞性肺疾病学组.慢性阻塞性肺疾病诊治指南:2007年修订版[J].中华结核和呼吸杂志,2007,30(1):8-17.

[3] Gould J M,Weiser J N.Expression of C-reactive protein in the human respiratory tract[J].Infect Immun,2001,69(3):1747-1754.

[4] 吴尚洁,陈平,蒋惜念,等.慢性阻塞性肺疾病患者C反应蛋白水平及其与肺功能变化的相关性[J].中南大学学报:医学版,2005,30(4):444-446.

[5] Oudin S,Pugin J.Role of M AP kinase activation in interleukin-8 production by human BEAS-2B bronchial epit helial cells submitted to cyclic stretch[J].Am J Respir Cell Mol Biol,2002,27(1):107-114.

[6] Dunican A L,Leuenroth S J,Ayala A,et al.CXC chemokine suppression of poly morphonuclear leukocytes apoptosis and preservation of function is oxidative stress independent[J].Shock,2000,13(3):244-250.

[7] 牟小芬,田亚平,郭广宏,等.探讨白细胞介素-8、白细胞介素-6和C-反应蛋白对慢性阻塞性肺疾病中气道炎症的影响[J].中华医院感染学杂志,2005,15(6):615-617.

[8] Domagala K J,Maskey W M,Kraszewska I.T he cellular composition and macrophage phenotype in induced sputum in smokers and ex-smokers with COPD[J].Chest,2003,123(4):1054-1059.

[9] 曾勉,刘凌云,张式鸿,等.各期慢性阻塞性肺疾病患者诱导痰细胞成分与肺功能的关系[J].中山大学学报:医学科学版,2007,28(4):422-425.

[10] 韩翔,赵鸣武.慢性阻塞性肺疾病病人诱导痰中肺表面活性蛋白A含量的变化及意义[J].中国呼吸与危重监护杂志,2005,4(5):338-341.