慢性阻塞性肺疾病患者血清HSP27和HSP70与肺功能及生活质量的相关性

刘云龙，罗 勇，邓桂胜

·基础医学· ·论著·

慢性阻塞性肺疾病患者血清HSP27和HSP70与肺功能及生活质量的相关性

刘云龙，罗 勇，邓桂胜

目的 探讨慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)患者血清HSP27和HSP70水平与肺功能及生活质量的关系。方法 选取2015年2月至2016年4月COPD急性加重患者45例(观察组),健康者50例(对照组)，采集2组患者血清,采用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清HSP27和HSP70水平，采用COPD评估测试量表(CAT量表)评估COPD患者的生活质量，并对血清HSP27和HSP70水平与COPD患者肺功能及生活质量的相关性分析。结果 与对照组比较,观察组患者血清HSP27和HSP70表达明显升高 [(3 590.25±503.42)ng/L vs(1 974.08±527.38) ng/L]和[(331.82±18.61 )ng/L vs(162.73±51.52)ng/L]，差异有统计学意义(P<0.01)。采用Spearman秩相关分析发现，血清HSP27、HSP70与FEV1呈负相关(r=-0.674、-0.569，P<0.05) ；观察组CAT量表评分与FEV1呈负相关(r=-0.43，P<0.05)；血清HSP27、HSP70水平和CAT量表评分呈正相关(r=0.622、0.53，P<0.05)。结论 CAT量表能有效的评价COPD患者生活质量。HSP27和HSP70参与了COPD的炎症和氧化应激反应，在COPD急性加重患者中具有一定的诊断价值和临床意义。

慢性阻塞性肺疾病；热休克蛋白27；热休克蛋白70；肺功能

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一种缓慢进展的、以不可逆性气流受限为特点的慢性进行性疾病[1]。第一秒用力呼气容积(FEV1)是临床常用的诊断、疗效评价及判断预后的指标。有研究[2]显示，COPD是一组相对独特的疾病，肺功能参数只能反映气流受限的严重程度，不能完全评价肺气肿的存在及患者生活质量。因此，仅仅依靠肺功能诊断COPD是不恰当的，也可能是不科学的。目前研究[3]发现，生物标志物热休克蛋白(HSP)对COPD的分类、发病机制和治疗具有一定的价值。

HSP普遍在细胞中表达，当遇到热、细菌或病毒感染时其表达会升高，从而避免激活蛋白酶最终导致细胞死亡。细胞内的HSP也可以释放到细胞外，促进细胞因子的转录和释放[3]。氧化应激是COPD的发病机制之一，能有效诱导热休克蛋白的表达[4]。热休克蛋白27(HSP27)和热休克蛋白70(HSP70)是热休克蛋白家族的2个重要成员。HSP27的是重要的热休克蛋白，在不利条件下，如高温和氧化应激，细胞内HSP27能充当ATP独立的伴侣，防止蛋白质聚集，并可以在保持细胞骨架相对稳定，对抗细胞凋亡发挥重要作用[5]。此外，Salari等[6]研究发现，细胞外HSP27通过NF-κB和p38信号途径发挥抗炎作用。HSP70除了分子伴侣和抗凋亡蛋白的细胞内功能以外，其在细胞外基质中发挥调控免疫系统的作用，外源性HSP70可作为CD14和toll样受体的内源性配体，刺激细胞因子的释放，这表明其具有分子伴侣和细胞因子的双重作用[7-8]。因此，通过研究COPD患者血清中HSP27和HSP70的浓度、肺功能检查、COPD评估测试(CAT量表)，探讨COPD患者血清中HSP27和HSP70的浓度与肺功能相关性及CAT量表在评价COPD患者生活质量的价值。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 2015年2月至2016年4月本院收治的慢性阻塞性肺病急性加重期(AECOPD)患者45例(观察组)，均符合中国慢性阻塞性肺病诊疗指南(2013修订版)[9]中的诊断标准：吸入支气管舒张剂后FEV1/FVC<0.70；COPD患者症状(呼吸急促、咳嗽、痰量增加或脓痰)从稳定状态迅速恶化，需要调整常规药物治疗。其中，男性 30例，女性15例；吸烟者25名，不吸烟者20名；年龄46～78岁，平均(69.1 ±10. 3)岁。对照组：健康体检者，50例，其中男性 35例，女性15例；吸烟者32名，不吸烟者18名；年龄44～79岁，平均(65.9±8.6)岁。2组研究对象均未接受抗炎、营养支持治疗，排除合并哮喘、支气管扩张、恶性肿瘤、严重肝或肾功能障碍、糖尿病等消耗性疾病及免疫系统疾病。2组对象性别、年龄、吸烟指数等基线资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。本研究方案经我院医学伦理委员会审核批准，并且所有研究对象均已签署知情同意书。

1.2 HSP27和HSP70指标的测定 收集受试者清晨空腹静脉血5 ml，1 000×g下离心20 min，离心后取上清液500 μl分装于2个EP管中，-80℃冷冻贮存。HSP27和HSP70指标的测定采用酶联免疫吸附试验(ELISA)，其中标本处理、测定步骤和含量计算均分别按试剂盒说明书操作进行。

1.3 CAT量表的调查 应用COPD评估测试(CAT量表)[2]对所有知情同意的受试者进行自我评定,并由2位医务人员进行登记汇总。

1.4 统计学处理 应用SPSS 17.0软件进行统计学分析。计量数据以均数 ± 标准差(x±s)表示，采用t检验进行组间比较。将Spearman秩相关系数用于确定非参数变量之间的相关性。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2组FEV1、CAT量表评分比较 观察组FEV1明显低于对照组、CAT量表评分明显高于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表1 2组FEV1、CAT量表评分比较(x±s)

组别例数FEV1(%)CAT量表对照组5086.17±8.535.02±1.21观察组4539.51±13.16a21.9±5.72a

注：FEV1为第一秒用力呼吸容积；与对照组比较aP<0.05

2.2 2组血清HSP27和HSP70水平比较 观察组患者急性加重期血清HSP27和HSP70表达明显高于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 2组血清HSP27和HSP70水平比较(ng/L，x±s)

组别例数HSP27HSP70对照组501974.08±527.38162.73±51.52观察组453590.25±503.42a331.82±18.61a

注：HSP为热休克蛋白；与对照组比较aP<0.05

2.3 相关性分析 采用Spearman秩相关分析发现，血清HSP27、HSP70与FEV1呈负相关(r=-0.674、-0.569，P<0.05)。观察组CAT量表评分与FEV1%呈负相关(r=-0.43，P<0.05)，血清HSP27、HSP70水平和CAT量表评分呈正相关(r=0.622、0.53，P<0.05)。

3 讨论

COPD是一种可以预防和治疗的疾病，其特征性的气流受限与肺部的异常炎症反应有关。根据“全球疾病负担研究项目”估计，到2020年，COPD将成为全球人口死因的第3位[10]。COPD频繁发作使患者的肺功能加速恶化，同时会对生活质量产生严重影响。

在真核细胞生物中，HSP主要作为细胞内分子伴侣发挥作用，但某些病理条件下，其可释放到血液循环或浆膜腔中。HSP释放到细胞外的机制有主动分泌和漏出2种方式。HSP主动分泌有益于维持正常生理功能。但另一方面，血清HSP水平也可反映细胞膜损伤、坏死的程度，可作为老化及疾病的生物标志物[11-12]。本研究结果显示：观察组HSP27和HSP70水平显著高于对照组，但肺功能和生活质量显著下降。

作为对不良刺激的保护性因素，HSP27在各类细胞中诱导，包括热休克、氧化应激等，是一种多功能的细胞保护因子，即通过调节许多解毒酶的活性和促进错误折叠蛋白的退化来保护细胞，稳定线粒体电位和抑制细胞色素C的释放，从而抑制细胞凋亡[13]。一方面通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号传递途径，活化的蛋白激酶诱导HSP27的表达和磷酸化，另一方面通过下调I-kB-a表达和激活NF-kB信号传递通路，促进应激条件下细胞的生存[14]。HSP27参与COPD的发病机制，吸烟诱导其表达。Hu等[15]研究证实，HSP27的表达在吸烟者中上调，特别是COPD吸烟者。HSP27的过表达对氧化应激和细胞凋亡具有一定的保护作用，诱导的HSP27能对抗氧化应激和细胞凋亡，从而保护吸烟者和COPD患者肺泡细胞。因此，笔者认为HSP27过表达的原因，一方面是氧化应激,另一方面源于炎症。

HSP70属于保守的热休克蛋白家族，该家族蛋白质具有相类似的结构，几乎存在于所有生物中，其是参与蛋白质折叠的重要组成部分，有助于保护细胞的应激损伤。当不与底物肽相互作用时，其通常处于ATP结合状态。HSP70自身具有非常弱ATP酶活性，使自发水解不会在短时间内发生。当新合成的蛋白质从核糖体出现，HSP70底物结构域识别疏水氨基酸残基序列，并发生相互作用，这种自发的相互作用是可逆的。当ATP水解为ADP，HSP70结合位点关闭，紧密结合缺陷型肽链，部分合成肽序列，HSP70能阻止其聚集，使其处于无功能状态。如需要蛋白质合成，核苷酸交换因子(BAG-1和HspBP1)开放结合位点就刺激ADP的释放并结合ATP，介导肽从HSP70转移到HSP90[16]。有研究[17]表明，血清HSP70的水平在COPD患者中显著升高，在COPD发展中发挥重要的炎症调节作用。

由于慢性咳嗽咳痰等导致肺功能减退，COPD影响患者日常生活，导致生活质量降低。临床常用指标如肺功能测定很难对患者的情感、社会活动有一个全面的评价，而生活质量是反映患者疾病以及治疗对其生理功能、心理和生活等方面的综合评价指标，CAT量表更能灵敏反映COPD患者全面的健康状况。本研究结果显示观察组患者评分明显高于对照组，可见COPD导致患者生活质量较正常人明显降低。因此，CAT量表可作为慢阻肺患者疾病严重程度的筛查和肺功能的有益补充，还可以作为药物或呼吸康复疗效观察的评价指标。因此，应用这种量化指标评价COPD患者的生活质量是有意义的，尤其对于不能配合肺功能检查的患者，可以通过及时了解疾病的严重程度，为选择相应级别的治疗提供一定的依据。

综上所述，HSP27和HSP70都参与了COPD的炎症和氧化应激反应，在COPD急性加重患者诊断具有一定价值和临床意义。CAT量表是评价慢阻肺患者生活质量有效、灵敏、可行的方法。但本研究也存在一些不足:实验样本量小，需更大规模临床研究证实；未能独立对COPD急性加重患者的肺功能特别是治疗前后肺功能变化与HSP表达关系进行研究。

[1] Pauwels RA, Buist AS, Calverley PM, et al. Global strategy for the diagnosis, management, and prevention of chronic obstructive pulmonary disease. NHLBI/WHO Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease (GOLD) Workshop summary[J]. Am J Respir Crit Care Med, 2001, 163(5): 1256-1276. DOI:10.1164/ajrccm.163.5.2101039.

[2] Bon Jessica M, Leader Joseph K, Weissfeld Joel L, et al. The Influence of Radiographic Phenotype and Smoking Status on Peripheral Blood Biomarker Patterns in Chronic Obstructive Pulmonary Disease[J]. PLoS ONE, 2009, 4(8): 6865-6869. DOI:10.1371/journal.pone.0006865.

[3] Asea A, Kraeft SK, Kurt-Jones EA, et al. HSP70 stimulates cytokine production through a CD14-dependant pathway, demonstrating its dual role as a chaperone and cytokine[J]. Nat Med, 2000, 6(4): 435-442. DOI:10.1038/74697.

[4] Takuma K, Mori K, Lee E, et al. Heat shock inhibits hydrogen peroxide-induced apoptosis in cultured astrocytes[J]. Brain Res, 2002, 946(2): 232-238. DOI:10.1016/s0006-8993(02)02888-3.

[5] Arrigo AP. The cellular "networking" of mammalian HSP27 and its functions in the control of protein folding, redox state and apoptosis[J]. Adv Exp Med Biol, 2007, 594: 14-26. DOI:10.1007/978-0-387-39975-1_2.

[6] Salari S, Seibert T, Chen YX, et al. Extracellular HSP27 acts as a signaling molecule to activate NF-κB in macrophages[J]. Cell Stress Chaperones, 2013, 18(1): 53-63. DOI:10.1007/s12192-012-0356-0.

[7] Asea A, Kraeft SK, Kurt-Jones EA, et al. HSP70 stimulates cytokine production through a CD14-dependant pathway, demonstrating its dual role as a chaperone and cytokine[J]. Nat Med, 2000, 6(4): 435-442. DOI:10.1038/74697.

[8] Asea A, Rehli M, Kabingu E, et al. Novel signal transduction pathway utilized by extracellular HSP70: role of toll-like receptor (TLR) 2 and TLR4[J]. J Biol Chem, 2002, 277(17): 15028-15034. DOI:10.1074/jbc.M200497200.

[9] 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(2013年修订版)[J]. 中华结核和呼吸杂志, 2013, 36(4): 255-264. DOI:10.3760/cma.j.issn.1001-0939.2013.04.007.

[10] Lopez AD, Shibuya K, Rao C, et al. Chronic obstructive pulmonary disease: current burden and future projections[J]. Eur Respir J, 2006, 27(2): 397-412. DOI:10.1183/09031936.06.00025805.

[11] Hacker S, Lambers C, Hoetzenecker K, et al. Elevated HSP27, HSP70 and HSP90 alpha in chronic obstructive pulmonary disease: markers for immune activation and tissue destruction[J]. Clin Lab, 2009, 55(1-2): 31-40.

[12] An JJ, Lee YP, Kim DW, et al. Transduced HSP27 protein protects neuronal cell death by enhancing FALS-associated SOD1 mutant activity[J]. BMB Rep, 2009, 42(3): 136-141.

[13] Paul C, Manero F, Gonin S, et al. HSP27 as a negative regulator of cytochrome C release[J]. Mol Cell Biol, 2002, 22(3): 816-834. DOI:10.1128/mcb.22.3.816-834.2002.

[14] Park KJ, Gaynor RB, Kwak YT. Heat shock protein 27 association with the I kappa B kinase complex regulates tumor necrosis factor alpha-induced NF-kappa B activation[J]. J Biol Chem, 2003, 278(37): 35272-35278. DOI:10.1074/jbc.M305095200.

[15] Hu R, Ouyang Q, Dai A, et al. Heat shock protein 27 and cyclophilin A associate with the pathogenesis of COPD[J]. Respirology, 2011, 16(6): 983-993. DOI:10.1111/j.1440-1843.2011.01993.x.

[16] Wegele H, Müller L, Buchner J. HSP70 and HSP90-a relay team for protein folding[J]. Rev Physiol Biochem Pharmacol, 2004, 151: 1-44. DOI:10.1007/s10254-003-0021-1.

[17] Cui X, Xing J, Liu Y, et al. COPD and levels of HSP70 (HSPA1A) and HSP27 (HSPB1) in plasma and lymphocytes among coal workers: a case-control study[J]. Cell Stress Chaperones, 2015, 20(3): 473-481. DOI:10.1007/s12192-015-0572-5.

(本文编辑：王映红)

Association between the levels of heat shock protein 27 and 70 and pulmonary function and life quality in the patients with chronic obstructive pulmonary disease

Liu Yunlong, Luo Yong, Deng Guisheng

(DepartmentofRespiration,ChongmingBranch,XinhuaHospital,AffiliatedtoJiaotongUniversity,Shanghai202150,China)

Objective To explore the association between the levels of heat shock protein 27 (HSP27) and 70 (HSP70) and pulmonary function and life quality in the patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD).MethodsForty-five patients with acute exacerbation of COPD admitted for treatment in our hospital from February 2015 to April 2016 were enrolled for the study, and were divided into the observation group (n=45) and the control group (50 healthy subjects) . Serum samples were collected from the patients of the 2 groups. The levels of serum HSP27 and HSP70 were detected by ELISA. The life quality of the COPD patients was evaluated by using the CAT scale, and the association between the levels of HSP27 and HSP70 and pulmonary function and life quality was discussed in the paper.ResultsAs compared with those of the control group, the expression levels of HSP27 and HSP70 in the patients of the observation group were significantly increased [(3 590.25±503.42)ng/L vs(1 974.08±527.38)ng/L] versus [(331.82±18.61)ng/L vs(162.73±51.52)ng/L] (P<0.01). Statistical significance was shown when comparisons were made between them(P<0.01). Spearman sequence analysis indicated that serum levels of HSP27 and HSP70 were negatively correlated with FEV l% (r=-0.674, -0.569,P<0.05). CAT scores of the observation group were negatively correlated with FEV l% (r=-0.43,P<0.05), and the serum levels of HSP27 and HSP70 in the observation group were positively correlated with CAT scores (r=0.622, 0.53,P<0.05).ConclusionThe CAT scale could effectively evaluate the life quality of COPD patients. HSP27 and HSP70 were involved in the process of inflammatory reaction and oxidative stress of COPD, which was of diagnostic value and clinical significance in the treatment of patients with acute exacerbation of COPD.

Chronic obstructive pulmonary disease; Heat shock protein 27; Heat shock protein 70; Lung function; Life quality index

崇明区青年科技启明星项目( CQYL2014-12)

202150 上海，上海交通大学医学院附属新华医院崇明分院呼吸内科

罗勇，电子信箱：luoyong@163.com

R563.9

A

10.3969/j.issn.1009-0754.2016.06.008

2016-03-27)