慢性阻塞性肺疾病发生发展与炎症介质关系的研究进展*

赵志刚，倪海滨**，王双乐

（1 南京中医药大学，江苏210023；2 南京中医药大学附属第三临床医学院，江苏省中医药研究院，江苏省中西医结合医院）

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是以持续性、不完全可逆的气流受限为主要临床特征的疾病，目前在全球死亡原因位居第4 位。随着环境污染、人口老龄化等风险因素的日趋加重，预计在未来很长时间内COPD 给全球社会经济带来的负担将会持续增加[1]。炎症因子在COPD 的多种病理过程中起着重要作用，包括慢性炎症过程、肺气肿和免疫学改变。炎症介质种类繁多，包括脂质、自由基、细胞因子、趋化因子和生长因子。参与炎症的炎症细胞、因子众多，且相互协同作用，其机制尚未完全阐明。本文回顾炎症细胞因子在COPD 及急性加重（acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD）中的研究进展，为探讨COPD 发病机制、病情进展和指导AECOPD 治疗提供新的依据。

1 脂质介质（Lipid mediators）

白三烯（leukotriene，LT）是花生四烯酸经 5-脂氧合酶（5-LOX）代谢而产生的一组炎性介质，可以有效激活并趋化中性粒细胞。体外实验表明，它可以通过刺激黏液分泌、增加血管通透性、促进黏膜水肿形成及收缩支气管平滑肌介导炎症反应。Montuschi等[2]研究显示，与对照组相比，轻中度COPD 患者呼出气体冷凝液中前列腺素（prostaglandin，PG）和白三烯等脂质介质水平显著升高，其中前列腺素E2（PGE2）和前列腺素 F2a（PGF2a）浓度显著增加，白三烯B4（LTB4）浓度有所增加，但LT 总体无明显增加，同时接受糖皮质治疗的COPD 患者PGE2 及LTB4 并未明显改善。Biernack[3]研究显示，AECOPD患者呼气冷凝液中LTB4 浓度有所升高，经抗菌药物治疗后明显改善，随着患者病情的稳定，LTB4 在随后的2 个月中持续下降。Fanny 等[4]对AECOPD患者呼出气冷凝物的研究结果不同，AECOPD 发生后患者LTB4 浓度稍有升高，但第5 天、第14 天、第30 天和第60 天的LTB4 水平相比差异均无统计学意义。此外，与稳定的COPD 患者相比，AECOPD 在不同时间点的LTB4 水平无差异，可能与这些患者均得到及时的抗菌治疗相关。一项对6 个月内发生AECOPD 患者的痰液及呼出气体冷凝液中炎症因子的调查显示，与其他炎症因子相比，痰液中LTB4 的升高与病情急性加重相关性最好。LTB4 通过高亲和力的白三烯B4 受体1（BLT1）发挥作用。近期研究显示，在吸烟暴露的COPD 小鼠模型中，选择性BLT1拮抗剂U75302 治疗后肺泡巨噬细胞中的自噬体和溶酶体减少，表明BLT1 拮抗剂可通过调节自噬-溶酶体途径改善炎症反应，对吸烟暴露模型和细胞产生有益的影响[5]。另外一项研究显示，BLT1 受体拮抗剂可使COPD 患者痰液中性粒细胞趋化活性降低约25%，表明BLT1 受体拮抗剂可能作为AECOPD炎症治疗的新途径。

PG 是一种重要的细胞生长和调节因子，是花生四烯酸环氧合酶代谢产物，通过靶细胞表面的G 蛋白偶联受体（GPCR）以旁分泌和自分泌两种方式起作用。长期以来，广为人知的是PG 能引起支气管扩张，并能防止各种刺激引起的支气管收缩，但它通过抑制淋巴细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞活化减轻炎症反应，以及减轻上皮损伤和间质细胞活化的能力，则鲜为人知。这些能力使PG 成为很有竞争力的哮喘候选治疗药物。但在COPD 中，PG 的过度产生和表达可能会引起易感性增加和COPD 急性加重，以及肺气肿的肺泡修复不足从而加重病情。现有研究显示，在COPD 患者呼出气体冷凝液中的PGE2和PGF2a 浓度显著增加，在急性加重期尤其显著，但随着抗菌药物的使用及病情控制，患者PG 浓度下降[3]，因此，抑制内源性PG 合成或信号传导的药物对这类患者可能具有治疗潜力。而对于临床症状与哮喘重叠且PG 减少的COPD 患者，EP2/4 受体激动剂类药物可能有效[6]。

2 细胞因子（Cytokines）

多种细胞因子在COPD 慢性炎症中发挥协同作用[7]，其中淋巴母细胞（T2）产生细胞因子（IL-4、IL-5、IL-9、IL-13）介导变态反应性炎症。在严重的哮喘中，T2 介导的免疫生物制剂已获得成功，但目前仍没有任何生物制剂被许可用于治疗COPD。随着对嗜酸性粒细胞的认识日益加深，也许T2 介导的免疫治疗可能在COPD 患者的亚组中起作用。已有研究证实，抑制IL-5 的T2 生物制剂可降低AECOPD 的发作频率[8]，药物的潜在益处与基线血嗜酸性粒细胞计数有关，但与哮喘相比，这些益处显得微不足道。因此，拮抗IL-5 或其他因子的T2 介导的免疫生物制剂在COPD 亚组患者中是否行之有效尚待充分研究[9]。

肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）是一种由巨噬细胞分泌的一种小分子蛋白。COPD 稳定期患者血和痰中TNF-α 浓度较正常人群升高，且在急性加重期间进一步上升[10]。吸入TNF-α 可引起正常人痰中性粒细胞减少和气道高反应性[11]。在体外TNFα 还能诱导 CCL 13 的表达，CCL 13 是一种对嗜酸性粒细胞、单核细胞、T 淋巴细胞和嗜碱性细胞具有强趋化活性的趋化因子。TNF-α 还可激活气道上皮细胞、平滑肌细胞和炎症细胞，释放炎症介质。TNF-α 刺激支气管上皮细胞分泌MUC5AC，促进炎症细胞、上皮细胞和内皮细胞中粘附分子的表达，导致炎症细胞进一步向下气道迁移，激活纤维原机制，导致气道异常重塑[12-13]。先前的研究发现，与吸烟和不吸烟的对照组相比，COPD 患者诱导的痰液样本中性粒细胞以及TNF-α 和IL-8 的浓度显着增加。在AECOPD 期间，诱导的痰液样本中TNF-α 和IL-8 的浓度可能会进一步增加。Fanny 等[4]研究结果进一步显示，在AECOPD 患者开始全身性类固醇和抗生素治疗后，住院后第5 天呼出气体冷凝液中的TNF-α 水平最低，明显低于第 14 天，第 30 天和第60 天，然而在第14 天、第30 天和第60 天之间，TNF-α 水平无显著差异；住院后第 14 天 TNF-α 水平显着高于正常对照组，但与稳定的COPD 患者无明显差异；稳定的COPD 与正常对照组之间TNF-α水平无明显差异（P=0.41）。但现有研究显示，TNF 的治疗对各种临床参数，包括加重期、呼吸困难和FEV 1 没有任何有益的影响，而全身性阻断TNF-α 可增加感染、肺结核复发、乙型肝炎复发及充血性心力衰竭等风险[14]。

3 趋化因子（Chemokines）

趋化因子是一类小分子细胞因子家族蛋白，分为四个主要亚家族:CXC、CC、CX3C 和 XC。在 COPD患者中，趋化因子主要通过吸引炎症细胞进入肺部而加重炎症反应，这种功能通过G 蛋白偶联受体发挥作用，这一过程可以被小分子拮抗剂拮抗。

白细胞介素-8（白介素-8，Interleukin-8，IL-8，CXCL 8）是巨噬细胞、上皮细胞等分泌的趋化因子。CXCL 8 结合白介素-8 受体 α（IL8RA，CXCR1）和白介素-8 受体 β（IL8RB，CXCR2）对中性粒细胞产生趋化作用来介导炎症反应。COPD 患者痰液中IL-8浓度与疾病严重程度呈正相关[15-16]，Zhang 等[17]研究显示，COPD 患者血清中IL-8 浓度与病情及急性发作具有良好的相关性, 可在COPD 急性加重期进程起有效指示作用。在动物实验中阻断IL-8 及相关趋化因子表达可以抑制某些类型的中性粒细胞炎症，在人体中IL-8 阻断抗体显著降低稳定期COPD 患者痰中性粒细胞的趋化活性。抗IL-8 单克隆抗体可改善COPD 患者的呼吸困难症状，但对肺功能、健康状况或6 分钟步行距离无影响[18]。CXCR 2 拮抗剂Navarixin 减少稳定期COPD 患者痰液中性粒细胞，但临床症状没有任何改善。另一种CXCR 2 拮抗剂AZD5069 则降低稳定期患者血中性粒细胞[19]，这些研究显示拮抗IL-8 在抑制患者中性粒细胞炎症方面具有独特的价值。

CXCL 9、CXCL 10 和 CXCL 11 主要由肺泡巨噬细胞、支气管上皮细胞和支气管平滑肌细胞产生，与共同受体CXCR 3 的亲和力等级从CXCL 9 到CXCL 11 逐步增加。它们在COPD 患者痰中的浓度升高，且与中性粒细胞的数量有关[20]。与非吸烟者相比，COPD 患者外周血单个核细胞（PBMC）对CXCL 9、CXCL 10 和 CXCL 11 的趋化反应较强，且与细胞表面受体数无关。在急性加重期，COPD 患者痰中CXCL 10 较恢复期明显升高[21]。由鼻病毒引起的急性加重患者血清CXCL 10 较对照组也有升高，因此血清CXCL 10 可以被认为是COPD 病毒相关性急性加重的生物标志物[22]。

CCR 2 主要表达于单核细胞和T 细胞。在肺中CCL 2 主要由肺泡巨噬细胞、T 细胞和内皮细胞产生，CCL 2 的增加导致局部单核细胞的聚集。与健康对照组相比，慢性阻塞性肺疾病患者全血、痰和原位肺组织中的CCL 2 水平均有所提高。值得注意的是，cd2 基因和CCR 2 基因的多态性与COPD 的发生有关。在COPD 急性加重期CCL 2 血清水平升高与患者全身炎症反应加剧有关，可能是由病毒诱导的COPD 患者巨噬细胞活化所致[23]。

4 炎性小体（Chemokines）

炎性小体是一种多蛋白信号复合体，在受到外源性或内源性的刺激后，能通过生成半胱天冬酶-1（caspase-1）调节促炎症细胞因子如IL-1b 和IL-18的转化[24]。目前较受关注的是NLRP 3 炎性小体，这种炎症小体与哮喘及COPD 等疾病的肺部炎症密切相关[25]。但最近研究表明，NLRP 3 介导的Th2 细胞的分化可能与caspase-1 无关[26]，在稳定期COPD患者中，除外一些疾病严重的患者，普通患者的NLRP 3 炎性小体并没有增加，这可能与抑炎分子NALP7 和IL-37 的表达相关[27]。而在急性加重期，病原体、氧化应激和ATP 都会激活NLRP 3 炎症小体。在最近一项临床研究中发现，AECOPD 患者caspase-1，ASC，IL-18，IL-1β 水平高于正常吸烟者，且当COPD 患者临床症状稳定时，NLRP3 炎性小体明显减少。而且支气管组织中NLRP3 炎性小体mRNA水平升高与下呼吸道中6 种常见病原体的负荷呈正相关。全身和局部气道NLRP3 炎性小体激活与急性加重有关，这可能成为COPD 患者急性加重和临床结局新的预测因素[28]。

凋亡相关斑点样蛋白（ASC）作为连接胞浆内受体和半胱天冬酶-1 的接头蛋白在炎性小体中发挥作用，在COPD 患者肺组织中ASC 含量明显增多[29]。ASC 在炎性小体活化中聚集成二聚体大分子，这种大分子被称为ASC 斑点（ASC-speck）。ASC 斑点使细胞外产生IL-1β 永久化，从而对caspase-1 的活化起重要作用，调控ASC 斑点的形成是炎性小体相关疾病治疗和预防的新途径。

5 蛋白酶（Proteases）

蛋白酶通过分解蛋白质参与COPD 的炎症反应。在COPD 患者中，弹性蛋白酶对弹性蛋白纤维的分解对于肺气肿的发展和通过产生趋化因子对中性粒细胞炎症起了重要作用。近期一项研究调查了COPD 患者循环中丝氨酸蛋白酶抑制剂3g，基质金属蛋白酶 9（MMP-9）和金属蛋白酶-1（TIMP-1）和金属蛋白酶-2（TIMP-2）与COPD 严重程度之间的关系。结果显示 serpina3g，MMP-9 和 TIMP-1 和TIMP-2 水平与1 秒内呼气量（FEV1）呈负相关。肺气肿患者的MMP-9 浓度和MMP-9/TIMP-1 比值均高于其他表型。这项研究的结果表明，循环中serpina3g，MMP-9 和TIMP-1 和 TIMP-2 水平可能在COPD 气道重塑中起重要作用。COPD 患者中蛋白酶-抗蛋白酶失衡的破坏与气道损伤的存在关联。MMP-9 浓度和 MMP-9/TIMP-1 比值是 COPD 患者肺气肿的优秀预测指标[30]。

6 三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）

ATP 由活化的巨噬细胞、中性粒细胞、上皮细胞、内皮细胞、血管内皮细胞和血小板分泌，是细胞内能量代谢的重要参与者，一旦在细胞外释放，就会导致支气管收缩和咳嗽的加重。此外，它还调节气道过敏和免疫细胞功能[31-32]。因此，如果气道内存在胞外 ATP（extracellular ATP，eATP）的积聚，患者就容易发生炎症反应。在正常生理反应时，ATP 以较低浓度存在于细胞外基质中。然而，当细胞死亡或细胞活化时，可发现较高浓度的eATP。近期一项临床研究发现，COPD 患者血液中eATP 浓度与对照组相比明显升高。健康的不吸烟者和吸烟者之间eATP 浓度亦存在差异，COPD 患者eATP 浓度与呼吸受限的严重程度（GOLD1-4 期）以及症状急性加重的病史有关[33]。

7 结 语

多种炎症介质与COPD 相关联，它们对气道可能产生多方面影响，这些影响共同导致了COPD 典型的病理特征。由于每一种介质都有繁杂的作用，个别介质在COPD 的病理生理过程中的作用并不很清楚。介质的多样性和复杂性意味着抑制单一介质的合成或作用不太可能在COPD 及AECOPD 中产生重大的临床效果。然而，在某些患者中，阻断某一种明显升高的重要的介质可能是一种有效的临床尝试。我们应进一步深入探究COPD 发病过程中的细胞学机制，以期及早发现并控制疾病的进展。