慢性阻塞性肺病气道可逆性差异与氧化应激的相关性研究

陶然 赵敏 刘翱

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一种可以预防和治疗的常见疾病，其特征是持续存在的气流受限。气流受限呈进行性发展，伴有有害颗粒或气体所致的气道和肺慢性炎症反应的增加。急性加重和合并症影响患者整体疾病的严重程度[1]。COPD在全世界范围内是一种发病率和死亡率较高的重要疾病，其造成的经济和社会负担不断增加[2]。我国2007年流行病学调查结果显示：中国40岁以上人群的COPD发病率为8.2%，其中男性12.4%，高于女性的5.1%，农村为8.8%，高于城市的7.8%[3]。

COPD是累及气道、肺实质以及肺血管的慢性炎症。活化的炎症细胞释放各种炎性介质，以及其他可以引起肺组织损伤的炎症因子，不论急性发作期还是缓解期都有气道炎症的存在，但程度随疾病严重级别而异[4]。

COPD又是具有肺和多种肺外效应的多系统疾病，因此，患者在临床表现、生理学、影像学、对治疗的反应、肺功能下降速度和死亡等方面存在明显的异质性。对COPD的诊断、评估和治疗面临着困境，解决这个问题的有效方法是对COPD综合征的重要组成部分进行识别和分组，形成亚组（既表型，phenotype），这种亚组能反映疾病的预后，并指导患者的治疗[5-6]。

本研究结合肺功能，通过对稳定期COPD对支气管舒张试验的不同反应将COPD分成舒张试验阳性组和阴性组，检测呼出气冷凝液（EBC）中有代表性的氧化应激标记物8-异前列腺素，以哮喘组和健康者作为对照组，来评价这两组患者在气道炎症中的的差异，讨论这两个生物标志物对COPD表型判定的价值和意义。

1 资料与方法

1.1 一般资料 COPD组：选取2011年10-12月就诊于成都军区昆明总医院呼吸科门诊非急性发作的COPD患者，年龄44～75岁，平均（62.52±9.88）岁，FEV1占预计值的百分比为（62.85±14.17）%，诊断标准参照中华医学会呼吸学分会慢性阻塞性肺病诊治指南（2007年修订版）[2]。支气管舒张试验阳性11例，阴性9例。哮喘组：选取2011年10-12月就诊于成都军区昆明总医院呼吸科门诊非急性发作患者10例，年龄30～74岁，平均（50.60±15.53）岁，FEV1占预计值的百分比为（76.31±20.32）%，诊断标准参照2010年GINA哮喘防治指南推荐标准[6]。健康对照组：健康对照组15例，来自成都军区昆明总医院健康体检者，性别和年龄，吸烟史与COPD组匹配，平均年龄（61.38±18.02）岁，入选标准为FEV1占预计值的80%～120%，无器质性疾病，无过敏史及过敏性疾病，无风湿免疫系统疾病。

1.2 方法

1.2.1 观察指标 EBC中8-异前列腺素浓度；肺功能指标：FEV1%、 FVC%、FEV1/FVC；支气管舒张试验。

1.2.2 呼出气冷凝液的收集方法 平静呼吸，将气体呼入低温环境中凝结即形成EBC。此次应用的是专业的EBC收集设备，JAEGER公司生产的Ecoscreen。

1.2.3 肺功能及支气管舒张试验的测定 利用肺功能计量器（Ms-PFT； Jaeger； Analyzer， Unit），由经过训练的专业技术人员测定COPD患者、哮喘患者、对照组的肺通气功能，COPD患者同时进行支气管舒张试验，具体方法如下：采用德国耶格公司的肺功能仪测定肺功能的有关参数，用沙丁胺醇气雾剂（葛兰素史克公司制造）为支气管舒张药物，APS气雾给药方式。当FEV1增加率≥15%并且FEV1绝对值增加≥200 ml时，被认为是支气管舒张试验阳性。

1.3 统计学处理 采用SPSS 17.0软件对所得数据进行统计分析，计量资料经正态性检验符合正态分布，以（±s）表示，两两比较用t检验；多组间比较先进行方差齐性检验后用方差分析，进一步两组间比较用q检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 EBC中人8-异前列腺素 8-异前列腺素在所有受试者的EBC中均可检测到。哮喘组、COPD组、健康对照组的8-异前列腺素分别为（32.101±5.386）pg/ml、（32.133±4.743）pg/ml、（23.992±5.163）pg/ml，哮喘组和COPD组的8-异前列腺素均较健康对照组高，差异有统计学意义（P<0.001），COPD组与哮喘组比较差异无统计学意义（P>0.05）。COPD组支气管舒张试验阳性组、阴性组的8-异前列腺素分别为（36.761±4.223）pg/ml、（28.606±2.939）pg/ml，阳性组较阴性组高，两组比较差异有统计学意义（P<0.001）。COPD支气管舒张试验阳性组的8-异前列腺素与哮喘组比较差异无统计意义（P>0.05）；阴性组与哮喘组比较差异有统计意义（P<0.05）。

2.2 相关性分析 采用多重回归逐步法对EBC中8-异前列腺素影响较大的因素进行分析，加入标准为P<0.05，排除标准为P>0.1，以8-异前列腺素为自变量，以FEV1%、FVC、FEV1/FVC等因素为因变量，其中计量资料为原始值，得出结果：EBC中对8-异前列腺素影响较大的因素是FEV1%（r=-0.53，P<0.001）。

3 讨论

3.1 COPD与气道炎症和氧化应激的关系 氧化应激（oxidative stress）是指机体活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生过多或/和机体抗氧化能力下降，ROS清除不足，导致ROS在体内增多并引起细胞氧化损伤的病理过程。氧化应激和气道炎症共同形成了一个恶性循环，这个恶性循环对COPD的病理进程起了重要作用。氧化应激的损伤作用逐年累积，导致了气道高反应和炎症及气道上皮细胞的损伤，蛋白酶抑制剂和活性物质被破坏。ROS导致上皮细胞膜的脂质过氧化作用，损害了细胞膜的功能，提高了细胞通透性，导致了组织损伤。由脂质过氧化物作用形成活性的醛类如丙烯醛和4-羟基-2-丙烯醛，导致了上皮细胞的损伤。

异前列腺素是前列腺素样复合物，在体内由环加氧酶（COX）单独合成，主要由花生四烯酸自由基团诱导过氧化作用生成。由于8-异前列腺素的化学结构稳定，是脂质过氧化作用的特殊产物，这类化合物被认为是氧化应激的最好的标记物，它在体内合成，存在于所有的正常组织和体液中，并且含量可以被检测到，因此正常值确定，在氧化损伤的动物模型中水平大量升高。8-异前列腺素有较强的极性，可导致细胞的结构、功能受损，甚至导致细胞死亡。此外，8-异前列腺素在呼吸系统产生重要的生物活性，例如能收缩气道，引起气道阻塞、加强气道非特异性高反应性等。8-异前列腺素由花生四烯酸的自由基过氧化作用生成，是肺部氧化应激水平的一个一般认定的标记物。

笔者报道了支气管舒张试验阳性COPD患者的8-异前列腺素水平高于支气管舒张试验阴性的COPD患者和对照组，这个差异可能主要因为气道阻塞可逆性的表现，支气管舒张试验阴性COPD患者的8-异前列腺素低于哮喘患者，笔者认为COPD患者可能和哮喘患者在氧化应激方面有一些共同的机制。

3.2 氧化应激和肺通气功能 肺功能检查是COPD和哮喘诊断治疗的必要的检查手段。气流受限时，FEV1%和FEV1/FVC均降低，FEV1/FVE是COPD的一项敏感指标，可检出轻度气流受限，FEV1占预计值的百分比是中重度气流受限的良好指标。检查结果显示EBC中对8-异前列腺素影响较大的两个因素是舒张试验结果及FEV1%，FEV1为小气道功能性指标，提示氧化应激加重时，加重小气道阻塞。由ROS导致的羧化作用和硝化作用和FEV1的下降有关。ROS通过激活中性粒细胞间接地增加了支气管分泌物量，并参与了慢性支气管炎的病理过程。肺表面活性物质的减少也被认为是ROS暴露的结果。这些共同的作用，促进了气道阻塞，导致了组织缺氧，这可能刺激了有TNF-a向上调节和由巨噬细胞产生了促炎细胞因子的炎症反应[8]。

本文的研究提示8-异前列腺素与FEV1%有密切关系，从而也应证了氧化应激促进了气道阻塞。有文献报道COPD气道高反应性仅为13.15%，而支气管哮喘合并COPD时具有支气管哮喘的特点，气道反应性全部增高，阳性率100%。肺功能检测是对COPD患者及哮喘患者的诊断、鉴别诊断评价病情严重程度、指导临床用药均具有极大帮助的一项重要检查方法。有研究提示8-异前列腺素水平和HRCT中的肺气肿评分有关，和医学研究协会的呼吸困难量表分数有关，这与笔者的研究结果一致。

因为8-异前列腺素水平直接反映气道炎症及氧化应激状态，且与FEV1/FVC和FEV1%负相关，因此EBC中8-异前列腺素检测可能对将来COPD的诊断及鉴别作出补充，并对疾病表型作出判定，指导治疗。

3.3 气道反应可逆性和COPD表型的初步探讨 支气管舒张试验体现了慢性气道阻塞性疾病使用支气管扩张剂后气道阻塞的可复性。有高达30%的COPD稳定期患者表现出吸入β2受体激动剂或ICS后气道阻塞可复性[9]。Yoshiaki等[10]通过HRCT根据特定的肺结构和功能异常（肺气肿，支气管壁增厚，肺泡塌陷）将COPD患者分为3个表型，提示了COPD形态学的表型表现出若干个临床特点，不同表型对支气管扩张剂和皮质激素治疗的反应不同。并且吸入支气管舒张剂气流受限可逆性和ICS治疗效果有显著相关性。吸入ICS气道阻塞的可复性也和痰液中的嗜酸细胞显著相关。

在一项逐步线性回归分析也提示：支气管舒张试验阳性和更低的肺气肿评分，痰液嗜酸粒细胞增多密切相关；而支气管壁变厚的表现和吸入ICS后气道阻塞可复密切相关，和痰嗜酸细胞增多有关联，表现了吸入β2受体激动剂或吸入ICS后气道阻塞可复性。因此，支气管壁增厚或/和痰液嗜酸细胞增多可能是对吸入激素治疗反应好的一个指标。虽然小气道支气管壁增加，主要导致COPD气流受限[11]，但也证实过大气道和中级气道壁也增厚[12]。小气道炎症可能提示了对支气管扩张及和ICS有可复性。支气管舒张试验阴性的患者，小气道气管壁增厚可能轻微，气流受限被认为主要是弹性回缩降低。因此，在吸入支气管扩张剂或ICS后几乎不表现支气管舒张试验阳性。吸入支气管扩张剂或ICS表现出气道阻塞可复性和痰液嗜酸细胞增多症是哮喘的典型特点，并且观察到在长期哮喘患者中气道增厚通常都发展成为气道重塑[13]。在支气管舒张试验阳性组的COPD患者通常有如下特征：大多数患者都不吸烟，体重指数（body mass index，BMI）指数高，一氧化碳弥散量（Carbon Monoxide Diffusing Capacity，DLco）高，轻度肺气肿，对支气管舒张剂及ICS吸入治疗反应好。笔者的实验结果中是8-异前列腺素检测水平较高的一组。

结合本文的研究结果，支气管舒张试验阳性的COPD患者EBC中的8-异前列腺素较支气管舒张试验阴性的COPD患者高。COPD患者EBC中的8-异前列腺素的检测可以为COPD表型的分类及指导治疗和预后具有一定的价值。

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