慢性阻塞性肺疾病与支气管哮喘患者血浆抗菌肽LL-37水平的比较

杨翼萌 张洪胜 孙铁英

北京医院呼吸与危重症医学科 国家老年医学中心 中国医学科学院老年医学研究所100730

COPD的特征是持续存在的气流受限。任何有呼吸困难、慢性咳嗽或多痰,并且有暴露于危险因素病史的患者,在临床上都需要考虑COPD的诊断。但在鉴别诊断方面,用目前的影像学及生理学检查,有时很难明确鉴别COPD与支气管哮喘(哮喘)。COPD与感染关系更密切,固有免疫状态的改变与COPD患者气道内的菌落定植及感染密切相关。内源性抗菌肽是机体固有免疫的重要组成部分,LL-37是唯一一种存在于人体的Cathelicidin类抗菌肽。1998年Bals等[1]检测到LL-37在气道上皮细胞中的表达,并发现其在气道表面具有广谱抗微生物作用。本研究的目的在于比较COPD与哮喘患者血浆中LL-37水平的异同,以期对COPD的鉴别诊断有所帮助。

1 对象与方法

1.1 对象 研究对象来自北京医院2016年5月至2017年4月就诊的COPD、哮喘患者和同期健康体检者。COPD患者纳入标准：(1)符合2014年慢性阻塞性肺疾病诊断、处理和预防全球策略(COPD全球策略)的诊断标准[2];(2)3个月内无急性加重。根据2014年COPD全球策略的病情严重程度评估标准,将纳入的患者分为(A+B)组和(C+D)组2个亚组。哮喘患者纳入标准：(1)符合2015年全球哮喘防治创议指南的哮喘诊断标准[3];(2)处于非急性发作期。排除标准：(1)确诊患有COPD和哮喘以外的呼吸系统疾病;(2)存在其他部位的感染性疾病;(3)存在恶性肿瘤、结缔组织病者。该研究通过北京医院医学伦理委员会批准(2013BJYYEC-024-01),受试者均知情同意并签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 资料获取 收集所有受试者的人口学信息、呼吸系统症状和吸烟史。所有受试者留取外周静脉血、完成肺功能测定。COPD患者完成改良英国医学研究委员会呼吸困难量表(modified british medical research council,m MRC)。分离血浆储存于-80℃冰箱待测。

1.2.2 肺功能检查 根据ATS/ERS推荐的肺功能检查标准[4],测定前12 h内停用β受体激动剂、茶碱等支气管扩张药物,使用长效制剂者需停用48 h。使用美国Sensor-medics公司的Vmax62体描箱进行肺功能检测,记录吸入支气管扩张剂(沙丁胺醇200μg)药前和药后第1秒用力呼气容积(forced expiratory volume in one second,FEV1)、FEV1%pred、FVC,计算FEV1/FVC。

1.2.3 LL-37水平的检测 应用酶联免疫吸附测定(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)法检测血浆中LL-37水平。试剂盒采用HyCult®biotech HK321 ELISA Kit(德国Hy Cult Biotech公司),最低可检测浓度为0.1μg/L。

1.3 统计学分析 采用SPSS 13.0统计软件包进行统计分析。数据进行正态性检验,若符合正态分布,计量资料以表示。若不符合正态分布,计量资料以中位数表示。组间比较用单因素方差分析,相关性分析采用Pearson's相关分析。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 研究对象的基本情况 共入选COPD患者(COPD组)129例;其 中(A+B)组69例,男45例,女24例,年龄(62.5±14.9)岁,年龄范围为47～77岁;(C+D)组60例,男42例,女18例,年龄(72.1±14.4)岁,年龄范围为58～86岁。哮喘患者60例(哮喘组),其中男21例,女39例,年龄(57.1±8.0)岁,年龄范围为49～65岁。健康体检者60例(对照组),其中男33例,女27例,年龄(58.5±7.6)岁,年龄范围为51～66岁。综合分析肺功能、m MRC评分及1年内因急性加重住院治疗的频率等指标,结合2014年COPD全球策略中病情严重程度的评估标准,(A+B)组患者符合A组或B组标准,(C+D)组患者符合C组或D组标准。

2.2 各组LL-37水平、肺功能指标的比较 对照组、哮喘组、COPD组吸入支气管扩张药后的FEV1分别为(2.69±0.48)L、(2.34±0.50)L、(1.67±0.87)L;各组间比较差异有统计学意义(F=14.981,P＜0.001)。对照组、哮喘组、COPD组吸入支气管扩张药后的FEV1%pred分别为(103.0±11.5)%、(89.9±18.4)%、(60.5±25.4)%,各组间比较差异有统计学意义(F=27.066,P＜0.001)。对照组、哮喘组、COPD组吸入支气管扩张药后的FEV1/FVC分别为(83.6±6.8)%、(68.3±10.2)%、(54.3±11.9)%,各组间比较差异有统计学意义(F=50.146,P＜0.001)。

对照组、哮喘组、COPD组的血浆LL-37水平分别为(19.7±4.8)μg/L、(18.7±4.5)μg/L、(17.8±4.2)μg/L,各组间比较差异无统计学意义(F=1.438,P＞0.05)。但是,按照疾病严重程度将COPD组分为(A+B)亚组和(C+D)亚组后,发现(C+D)组血浆LL-37水平[(15.2±2.6)μg/L]明显低于哮喘组[(18.7±4.5)μg/L]、对照组[(19.7±4.8)μg/L]和(A+B)组[(20.1±4.0)μg/L](F=6.422,P＜0.001)(表1)。

2.3 LL-37水平与各项指标的相关性 在COPD患者中,血浆LL-37水平与年龄、身高、体质量、吸烟量无显著相关性,与m MRC评分及吸入支气管扩张剂后的FVC、FEV1%pred、FEV1、FEV1/FVC均有显著相关性(表2)。控制了年龄、身高、体质量的影响后,血浆LL-37水平与吸入支气管扩张剂后的FEV1%pred、FEV1、FVC、FEV1/FVC仍有显著相关性(表3)。

表1 各组LL-37水平、肺功能指标的比较()

表1 各组LL-37水平、肺功能指标的比较()

注：FEV1为第1秒用力呼气容积;FEV1%pred为第1秒用力呼气容积占预计值百分比;FEV1/FVC为第1秒用力呼气容积与用力肺活量之比;与对照组比较,a P＜0.05;与哮喘组比较,b P＜0.05

组别 例数 FVC(L) FEV 1(L) FEV 1%pred(%)FEV 1/FVC(%) LL-37(μg/L)对照组 60 3.27±0.77 2.69±0.48 103.0±11.5 83.6±6.8 19.7±4.8哮喘组 60 2.58±0.50 2.34±0.50 89.9±18.4 68.3±10.2a 18.7±4.5（A+B）组 69 3.28±0.94 2.08±0.86 74.7±21.6ab 58.7±10.3ab 20.1±4.0（C+D）组 60 2.30±0.71a 1.04±0.39 39.9±13.8ab 47.9±11.4ab 15.2±2.6ab F值 5.005 22.261 39.77 42.028 6.422 P值 0.247 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 0.001

3 讨论

在COPD的发生、发展过程中感染起非常重要的作用,常成为COPD急性加重的主要原因[5-11]。即使在COPD缓解期,亦有细菌的定植。25%的稳定期COPD患者下呼吸道有流感嗜血杆菌与肺炎链球菌等细菌定植,急性加重期细菌定植率可达50%[5]。在细菌入侵后中性粒细胞的浸润、抗菌肽的快速表达,对机体起到非常重要的保护作用。同为气道慢性炎症性疾病的哮喘,在发病机制和危险因素等方面却有所不同。其特点为慢性炎症导致的气道高反应性,嗜酸粒细胞、肥大细胞、T淋巴细胞发挥更为主要的作用[3]。

表2 慢性阻塞性肺病患者LL-37水平与各项指标的相关性

表3 控制影响因素前后COPD患者LL-37水平与肺功能指标的相关性

LL-37是人体内发现的唯一一种Cathelicidin类抗菌肽,其前体肽hCAP-18主要由中性粒细胞释放,经丝氨酸蛋白酶3酶解后产生有活性的C端片段。因其N端前两个氨基酸残基为亮氨酸(L),且氨基酸残基总数为37而得名。LL-37在人体组织中广泛分布,呼吸道上皮细胞和肺泡巨噬细胞中均有表达[1]。LL-37具有广谱抗微生物作用,对细菌、真菌及部分有包膜的病毒均有效[12-15]。有研究显示,囊性纤维化和COPD患者诱导痰中的抗菌肽水平明显高于对照组,哮喘患者诱导痰中的抗菌肽水平却低于对照组[16]。由流感嗜血杆菌和卡他莫拉菌感染导致的COPD急性加重,患者诱导痰中LL-37水平明显升高[17]。

以往关于LL-37的研究,主要集中在其局部作用(如：痰液、肺泡灌洗液),本研究主要测定了COPD和哮喘患者血浆中的LL-37水平。发现整体比较COPD患者、哮喘患者和对照组,血浆中的LL-37水平差异无统计学意义。但根据COPD患者的急性加重风险进行分组后,发现急性加重风险较高的COPD患者血浆中的LL-37水平明显低于哮喘患者和对照组。而且,在COPD患者中血浆LL-37水平与气道的阻塞程度和呼吸困难指数之间存在相关性。以往对COPD患者病情严重程度的评估主要是基于对气道阻塞程度的评估,2011年COPD全球策略中更加强调患者急性加重频率和症状在病情严重程度评估中的重要性。本研究即按照此标准,结合患者的气道阻塞程度、急性加重频率和呼吸困难指数,对病情进行了综合评估并分组,能够更全面的反应患者的疾病状况。以上结果与国外相关研究结果基本一致,该作者也发现Ⅳ级COPD患者血浆LL-37水平明显下降,血浆LL-37和核因子κB在慢性炎症中起到非常重要的作用[18]。关于哮喘方面国内学者也有类似报道,哮喘患者诱导痰和血浆中的LL-37水平与对照组比较,差异无统计学意义[19]。

对于血浆与痰液中LL-37水平的不一致,推断是由于血浆中LL-37水平代表的是机体的固有免疫状态,而痰液中LL-37水平代表的是机体受到病原微生物等因素刺激后产生的局部炎症反应。血浆中的LL-37水平低下,提示患者固有免疫机能下降、抗感染能力下降,故易发生呼吸道感染,诱发COPD急性加重。随着急性加重次数的增多,COPD患者病情进展,气道阻塞程度逐渐加重[20]。哮喘患者血浆LL-37水平基本等同于健康人,提示患者固有免疫状态相对稳定,发生呼吸道感染的概率相对较低。

总之,急性加重风险较高的COPD患者血浆中的LL-37水平明显低于哮喘患者和健康人。血浆LL-37水平可能在COPD患者感染风险中起到非常重要的作用。目前关于COPD和哮喘患者血液中LL-37水平的研究数量少、规模小,两者之间LL-37水平的差异及其与疾病严重程度的关系仍存在很多疑问,有待于大规模临床试验来进一步探讨。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突