COPD患者血清中YKL-40水平及其与临床指标的相关性研究

王晓月 黄茂 孙培莉

1南京市胸科医院呼吸科210029；2江苏省人民医院 南京医科大学第一附属医院呼吸与危重症医学科210029

COPD是常见的公众健康问题，发病率为4%～10%，占全因病死率第四位[1]。COPD以不完全可逆的气流受限为特点，呈进行性发展，常需肺功能检查明确诊断。研究表明，COPD患者肺功能气流受限指标只能部分反映疾病的状态，不足以描述其全部症状及病情的全貌[2]，如COPD患者的症状[改良版英国医学研究会呼吸问卷(modified British medical research council，m MRC)评分、慢性阻塞性肺疾病评估测试(chronic obstructive pulmonary disease assessment test，CAT)评分]，炎症 程 度[C反 应 蛋 白(C-reactive protein，CRP)、纤维蛋白原]和急性加重次数等。

COPD是一种系统性炎症性疾病，许多炎症细胞、细胞因子和趋化因子均参与疾病的发生、发展。IL-6是一种具有生物活性的细胞因子，在炎症和应激反应时能够诱导肝脏产生多种急性期蛋白，参与COPD的系统炎症形成过程[3]。研究指出，IL-6既能够反映COPD的疾病严重度，又能预测COPD患者的死亡风险，是COPD一个较好的炎症标志物[4]。除炎症之外，血管内皮细胞迁移、增殖导致的COPD的血管重塑是COPD的另一项特点[5]。既往已有文献报道了血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)促进血管内皮细胞增殖分化，在吸烟、低氧、炎症刺激下均可促进VEGF及其受体表达[6]。上述IL-6和VEGF仅能部分反映COPD特征，因此，希望探索更多新的生物标志物来预测COPD和进行临床评估。

近年来，发现一种与COPD密切相关的新的炎症因子，甲壳质酶蛋白40(chitin enzyme protein-40，YKL-40)，又称为人软骨蛋白39，由CHI3L1基因编码，最早是从肿瘤细胞中获得的[7]。YKL-40可由多种正常细胞(巨噬细胞、中性粒细胞、内皮细胞等)和恶性细胞分泌，由许多细胞因子诱导产生，包括IL-13、IL-17、IL-18、IL-1β和干扰素γ等[8-9]。以往研究发现YKL-40在COPD[3]、支气管哮喘[10]、心血管疾病[11]、癌症[9]、类风湿关节炎[8]等炎症性疾病中均是升高的，YKL-40水平与支气管哮喘的急性加重频率相关。目前YKL-40的具体生物学功能暂未研究清楚，可能参与细胞增殖和分化、刺激血管生成、对抗凋亡因子，还可能刺激纤维母细胞的生成、参与细胞外组织重塑[12-13]。因此，推测YKL-40可能作为一个炎症因子参与COPD的炎症过程，在COPD的发生、发展中起作用。

既往研究提出了YKL-40水平在COPD患者中增高，但目前尚未见关于YKL-40与COPD相关参数间关系的研究报道，如:m MRC评分、CAT评 分、体 质 量 指 数(body mass index，BMI)、急性加重次数等，也无COPD中YKL-40水平与IL-6、VEGF之间的相关性研究。本研究的主要目的是探求YKL-40与COPD的临床及实验室指标间的相关性，评估YKL-40在COPD疾病中的临床应用价值。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取2016年4月至2017年6月江苏省人民医院呼吸与危重症医学科住院及门诊就诊的COPD患者80例，分为慢性阻塞性肺疾病急性加重期(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD)组和COPD稳定期组，各40例。入选标准:(1)符合GOLD指 南AECOPD和COPD稳定期诊断标准[14]；(2)年龄＞40岁；(3)能配合完成相关检查及各类评分表；(4)入选患者均签署知情同意书。排除标准:(1)合并支气管哮喘、支气管扩张、肺结核等其他呼吸系统疾病及肺部手术史(如肺减容手术)的患者；(2)有冠状动脉粥样硬化性心脏病、糖尿病、结缔组织病和急性感染的患者；(3)有恶性肿瘤等全身消耗性疾病；(4)其他部位或系统的炎症性疾病，如:炎症性肠病、皮肤病等；(5)认知能力差，不能配合完成肺功能检查和胸部CT检查的患者。

另外选取同期江苏省人民医院体检中心20名健康者为对照组，其中男15名，女5名；年龄(69.0±4.9)岁，年龄范围为64～77岁。排除肺部手术、慢性呼吸系统疾病、风湿免疫疾病、糖尿病、恶性肿瘤等，近1个月内无全身感染性疾病，未使用全身糖皮质激素及免疫抑制剂。

本研究经江苏省人民医院伦理委员会批准(2009-SR-103)，所有受试者均签署知情同意书。

1.2 研究方法 患者入院或门诊当天完成病史采集及基本资料收集，进行血常规、C反应蛋白、纤维蛋白原等检查，评估患者症状(CAT评分、m MRC评分)，采用酶联免疫吸附试验(美国R&D公司)检测血清YKL-40、IL-6、VEGF水平，Master screen肺功能仪(德国耶格公司)测定COPD稳定期组的肺功能。

采用64层螺旋CT机对40例COPD稳定期的患者进行检测，采用CT软件进行肺定量分析，以密度低于-950 HU定义为肺密度减低区，即考虑存在肺气肿，自动识别计算低衰减区占全肺容积百分比(low attenuation area percentage of lung volume，LAA%)。

1.3 统计学分析 计数资料以例数(百分比)表示，计量资料结果的描述以表示。采用SPSS 20.0统计学软件，对主要检验指标进行正态性检验和方差齐性检验，方差齐时两组间样本比较采用独立样本t检验，当方差不齐时两组间样本检验采用Mann-Whitney U检验。多组间的比较使用One-Way ANOVA检验进行数据统计，相关性检验采用pearson相关分析。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 基本资料 COPD稳定期组、AECOPD组与对照组性别、年龄比较，差异均无统计学意义(P值均＞0.05)。3组患者的BMI比较，差异有统计学意义(F=4.721，P=0.015)。COPD稳定期组与AECOPD组吸烟指数比较，差异无统计学意义；而CAT评分及m MRC评分比较，差异均有统计学意义(t=2.419、3.274，P值均＜0.05)。见表1。

2.2 3组血清检测参数比较 COPD稳定期组及AECOPD组YKL-40、IL-6、VEGF、中性粒细胞水平均较对照组升高(P值均＜0.05)，AECOPD组中的IL-6、CRP、中性粒细胞水平均较COPD稳定期组高(P值均＜0.05)。YKL-40、VEGF、纤维蛋白原在COPD稳定期组及AECOPD组间比较，差异无统计学意义。见表2。

2.3 不同病情、BMI和吸烟指数对COPD患者血清YKL-40、IL-6和VEGF水平的影响 急性加重≥2次/年或住院次数≥1次/年的COPD患者较急性加重≤1次/年的患者血清IL-6及YKL-40水平均增高(P值均＜0.001)。BMI≤21 kg/m2较BMI＞21 kg/m2的COPD患 者 血 清IL-6及YKL-40水平均增高(P＜0.05)。CAT评分≥10分较CAT评分＜10分的患者血清YKL-40水平增高(t=3.576，P=0.001)。吸烟指数＞10包年较吸烟指数≤10包年的患者血清YKL-40水平增高(t=2.145，P=0.017)。见表3。

2.4 COPD患者血清中YKL-40、IL-6、VEGF和CRP间的相关性 图1显示了4种因子间的关系，YKL-40与IL-6、VEGF均呈正相关(r=0.51、0.49，P＜0.001)。IL-6与VEGF水平之间也呈正相关(r=0.62，P＜0.001)。CRP和YKL-40之间无相关性(r=0.19，P=0.126)。

2.5 COPD稳定期组YKL-40与肺功能及CT肺功能间的相关性 在COPD稳定期组中，YKL-40与第一秒用力呼气容积占预计值百分比(forced expiratory volume in the first second percentage of predicted value，FEV1%pred)呈负相关(r=-0.503，P=0.005)，与最大通气量占预计值百分比(maximal voluntary ventilation percentage of predicted value，MVV% pred)呈负相关(r=-0.463，P=0.010)，与呼气相LAA%均呈正相关(r=0.452，P=0.030)。YKL-40与校正后肺一氧化碳弥散量占预计值百分比(diffusion capacity for carbon monoxide corrected percentage of predicted value，DLCOc%pred)之间无明显相关性。见图2。

表1 3组患者的基本资料比较

表2 3组血清检测参数比较()

表2 3组血清检测参数比较()

注:AECOPD为慢性阻塞性肺疾病急性加重期；YKL-40为甲壳质酶蛋白40；VEGF为血管内皮生长因子；ND为未做；与COPD稳定期组比较，a P＜0.05

组别 YKL-40(μg/L)IL-6(ng/L) VEGF(ng/L) 白细胞计数(109/L)中性粒细胞(%)中性粒细胞计数(109/L)C反应蛋白(mg/L)纤维蛋白原(mg/L)COPD稳定期组 53.67±26.17 10.92±7.80 308.50±156.10 6.75±1.78 65.40±6.49 4.46±1.31 5.97±10.56 33.71±9.28 AECOPD组 69.34±34.81 21.93±22.14a 404.50±257.83 8.44±3.88 71.96±14.95a 6.33±3.59 38.44±53.49 44.39±28.33对照组 34.42±12.56 2.50±1.07 240.77±90.12 6.41±1.39 58.99±8.94 3.79±1.08 ND ND统计值 F=4.415 F=5.439 F=7.876 F=5.859 F=4.276 F=5.229 t=33.752 t=6.278 P值 ＜0.001 ＜0.001 0.038 0.073 0.001 ＜0.001 ＜0.001 0.057

表3 COPD患者YKL-40、IL-6及VEGF的水平()

表3 COPD患者YKL-40、IL-6及VEGF的水平()

注:YKL-40为甲壳质酶蛋白40；VEGF为血管内皮生长因子；CAT为慢性阻塞性肺疾病评估测试；m MRC评分为改良版英国医学研究会呼吸问卷；BMI为体质量指数

变量 例数 YKL-40(μg/L)IL-6(ng/L)VEGF(ng/L)浓度 统计值 P值 浓度 统计值 P值 浓度 统计值 P值病情 t=2.231 0.001 t=2.208 0.001 t=2.341 0.086急性加重≤1次/年35 44.08±20.96 8.50±5.47 293.24±153.77急性加重≥2次/年或住院次数≥1次/年45 70.71±32.38 21.13±20.23 389.64±237.92 CAT评分 t=3.576 0.001 t=2.109 0.071 t=1.891 0.885＜10 37 46.38±15.41 11.84±14.62 349.17±197.75≥10 43 67.83±34.45 19.20±18.54 357.64±225.03 m MRC评分 t=2.871 0.061 t=1.876 0.106 t=2.431 0.894≤1 31 49.62±22.84 11.95±15.12 349.42±219.46≥2 49 66.02±33.37 18.72±18.25 357.35±216.04 BMI（kg/m2） F=5.689 0.034 F=2.874 0.022 F=5.067 0.110≤21 29 72.23±30.90a 23.55±27.98a 479.17±296.64＞21且＜25 21 51.52±29.71 12.47±9.12 315.74±136.06≥25 30 67.44±34.61 14.87±8.58 276.75±149.31吸烟指数（包年） t=2.145 0.017 t=3.891 0.355 t=2.098 0.482＞10 45 67.50±33.23 17.74±20.11 367.41±215.32≤10 35 47.13±21.51 13.80±9.40 325.58±218.35

3 讨论

本研究结果显示COPD患者血清中YKL-40的水平较对照组增高，但其在AECOPD组和COPD稳定组之间差异无统计学意义。Severine等[15]研究证实COPD中的YKL-40较正常人高，其他研究进一步提出，YKL-40水平在AECOPD较稳定期患者增加的更加明显。与本研究结果不同，推测原因如下:(1)在其他研究中，COPD稳定期患者的症状较轻，合并症较少，而本研究COPD稳定期患者多为GOLD指南分级中的3、4级患者。(2)本研究AECOPD患者部分在入院前已接受抗炎治疗，对YKL-40水平造成影响。因此，尽管YKL-40水平在AECOPD中较稳定期COPD患者升高，但2组间比较差异无统计学意义。

本研究观察到在COPD患者中，BMI≤21 kg/m2、CAT评分≥10分、急性加重≥2次/年或住院次数≥1次/年、吸烟指数＞10包年的患者血清中YKL-40水平较高。Severine等[15]研究发现YKL-40在COPD患者血清和肺泡灌洗液中升高，其中，吸烟者较非吸烟者增高更加明显。当COPD患者受到香烟等慢性炎症刺激时，肺组织和肺泡中的巨噬细胞数量增多，释放更多的YKL-40，同时促进其他细胞因子的释放，如IL-8、MCP-1和MIP-1α，进而加重肺部炎症[16]。CAT评分是反映COPD疾病严重程度的指标[17]，与肺功能中FEV1%pred、急性加重次数以及圣乔氏评分关系密切，能较精确地反映COPD的急性加重及恢复，且可重复性好。本研究发现CAT≥10分的COPD患者中YKL-40水平更高。然而，并未发现m MRC评分与YKL-40之间的联系。这项发现表明患者合并更多的症状时YKL-40水平高，可能与疾病严重程度有一定相关。ECLIPSE研究发现COPD患者每年有2次及以上的急性加重会加重气流受限的风险，使FEV1下降速度更快，增加患者的死亡风险[18]。Koutsokera等[19]研究指出部分炎症介质如IL-6能预测COPD未来急性加重的风险。本研究发现急性加重≥2次/年或住院次数≥1次/年的COPD患者血清中IL-6和YKL-40水平高。故可推测YKL-40和IL-6与COPD的急性加重风险相关，参与COPD进展过程，但其具体机制尚未明确。BMI是BODE指数的一个参数，是COPD的一个重要的临床参数。大约25%的COPD患者，特别是晚期患者，容易出现消瘦，BMI低的患者死亡风险更高[20]。Landbo等[21]研究发现低BMI是COPD患者的一个独立危险因素，无论在轻中重度COPD患者中，均会引起死亡率增加。本研究结果显示，BMI≤21 kg/m2的COPD患者中YKL-40较高，推测YKL-40可以作为判断COPD患者预后的一个指标。

图1 COPD患者血清中YKL-40、VEGF、IL-6、CRP之间的关系 A:YKL-40与IL-6相关性；B:YKL-40与VEGF相关性；C:IL-6与VEGF相关性；D:YKL-40与CRP相关性

图2 COPD稳定期组患者YKL-40与肺功能及CT肺功能间的关系 A:YKL-40水平与FEV 1%pred相关性；B:YKL-40水平与MVV%pred相关性；C:YKL-40水平与DL COc%pred相关性；D:YKL-40水平与LAA(EN)%相关性

肺功能检查是诊断COPD的金标准，既往有研究表明COPD患者FEV1越低，其血样本中的YKL-40水平越高[15]。FEV1下降的速度是疾病进展与死亡率的一个标志。本研究结果显示，YKL-40与FEV1%pred和MVV%pred均 呈 负相关，这表明了YKL-40与肺通气功能相关，在一定程度上可以反映COPD疾病的严重程度。另一项研究发现YKL-40水平与DLCOc相关，DLCOc是一个与COPD患者肺气肿的严重程度相关的指标[22]。然而本研究中并未发现YKL-40与DLCOc%pred之间存在相关性。推测原因:(1)DLCOc在COPD患者中，可能并不能作为肺气肿的定量指标，应该用HRCT扫描来评估肺气肿；(2)本研究样本量较小，并不能得到相关的结果。

HRCT作为评估COPD肺功能的影像学指标，常能先于肺功能检查发现肺实质及气道病变，结构异常。HRCT常用呼气相LAA%作为评估肺气肿严重程度的一项指标。本研究结果提示YKL-40水平与呼气相LAA%结果呈正相关。Han等[23]的关于COPD的一项大规模研究发现，LAA%与过去一年的急性加重频率存在正相关性，随着LAA%的增加，急性加重风险更高，LAA%增加5%，急性加重次数增加1.18倍。LAA%水平越高，越容易出现呼吸困难，步行距离减少，弥散功能降低[24]。以上的结果均表明YKL-40与COPD的严重程度密切相关。

COPD是气道炎症性疾病，其在急性加重期时，气道炎症反应更加明显，使气道平滑肌痉挛收缩，引起缺氧，激活补体，机体炎症进一步加重，促进大量炎症因子的合成与释放[25]。本研究发现，血清中YKL-40与IL-6的水平呈正相关，提示YKL-40可能在炎症中有一定作用。Nielsen等[26]研究结果发现，在志愿者中静脉输入IL-6，YKL-40的水平随之增高，推断YKL-40是由IL-6调控的，IL-6在低浓度时与YKL-40呈正相关[27-28]。另外有研究指出随着年龄增长，其YKL-40[27]与IL-6[29]均呈增高趋势，进一步验证了YKL-40与IL-6之间可能存在的关系，与本研究结果一致。尽管YKL-40和CRP均为急性时相反应物，但研究中并未发现其相关性。推测这2种炎症因子在COPD中的作用机制并不相同，CRP是由肝脏细胞分泌的，而YKL-40是由免疫细胞分泌，直接参与疾病的活动，如粒细胞和巨噬细胞的活动。

除炎症外，肺血管重塑也在COPD发病过程中起到了重要作用。VEGF是一个高度特异性的细胞因子，通过自分泌和旁分泌的方式作用于血管内皮，可以促进血管内皮细胞的增殖和分化、血管生成、血管滲透等。在COPD患者中，长期的缺氧和慢性炎症会增加VEGF的mRNA表达[30]。本研究中发现YKL-40与VEGF因子呈正相关，提示YKL-40与血管内皮功能失调可能有一定的相关性，但具体作用机制尚不明确。

本研究尚不能充分验证YKL-40是影响COPD患者预后的独立危险因素，期待开展多中心、大样本的研究给出重要结论。但本研究观察到YKL-40水平增高与吸烟指数、CAT评分、患者急性加重次数、BMI等指标密切相关，提示YKL-40在评估COPD患者的病情严重度以及指导治疗方面有重要的意义。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突