leptin和HIF-1α对慢性阻塞性肺疾病患者预后影响的研究

叶飒 王飞燕 周宏斌

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是呼吸系统的常见疾病，是全球第三大死亡原因疾病，造成了巨大的社会负担及经济负担[1-2]。COPD以持续性呼吸道气流受限和急性加重为特征，气流受限通常是渐进性的，与呼吸道慢性炎症反应有关[3]。关于COPD的病理机制尚未明确，目前认为炎症机制、蛋白酶和抗蛋白酶失衡机制、氧化应激机制、自主神经功能失调和营养不良等参与COPD的发生、发展[4-6]，其中炎症机制仍是当前临床研究的焦点。COPD发病有多种细胞因子参与。瘦素（leptin）是一种多效性细胞因子，主要由脂肪细胞分泌，leptin信号在下丘脑神经内分泌中起着重要作用，它控制食欲和能量的平衡。COPD患者存在体重减轻、食欲不振等问题，可能与leptin有关[7]。缺氧诱导因子 1α（hypoxia-inducible factor 1 alpha，HIF-1α）是缺氧平衡的主要调节因子，COPD患者因缺氧可诱导HIF-1α持续表达，在HIF-1α及其下游的血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的作用下促进肺血管重塑[8-9]。leptin作为炎症调节因子，对VEGF起着正向调节作用，同时在体外实验中可诱导磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）、丝裂原活化蛋白激酶和蛋白激酶C信号通路激活HIF-1α，从而促进VEGF的表达，加速COPD的进程[10]。目前leptin和HIF-1α与COPD的关系尚不明确，本研究通过分析COPD患者血清leptin和HIF-1α水平与各项临床指标及预后的关系，探讨血清leptin和HIF-1α水平对COPD患者预后的影响。

1 对象和方法

1.1 对象 选取2013年8月至2016年8月在浙江省人民医院诊治的稳定期COPD患者83例（COPD组），其中男 55 例，女 28 例；年龄 58～91（73.95±7.93）岁；BMI（20.86±3.01）kg/m2；吸烟 50例（60.24%），不吸烟 33例（39.76%）。所有入组患者均符合2019年COPD全球倡议（GOLD）指南中的COPD诊断标准[11]。纳入标准：（1）经支气管扩张剂治疗后，行肺功能检查，第一秒用力呼气容积（forced expiratory volume in one second，FEV1）/用力肺活量（forced vital capacity，FVC）＜0.70，并根据FEV1%将患者分为GOLD 1～4级。1级：FEV1≥80%预计值，2级：50%≤FEV1＜80%预计值，3 级：30%≤FEV1＜50%预计值，4 级：FEV1＜30%预计值；（2）患者的咳嗽、咳痰和气促等临床表现较稳定，或只是表现出轻微的症状，病情基本恢复到急性加重前的状态；（3）无咳脓性痰、发热等，无WBC或中性粒细胞百分比增高，无肺炎的影像学证据；（4）定期门诊或电话随访30个月以上获取生存时间。排除标准：（1）COPD急性加重；（2）合并间质性肺病、哮喘、肺结核、肺炎、肺癌等器质性疾病；（3）合并糖尿病、严重心脑血管疾病、自身免疫性疾病、神经系统疾病或肝肾功能障碍；（4）合并精神疾病、认知功能障碍和沟通障碍；（5）合并其他肿瘤。另选取同期本院体检中心的健康体检者45例作为正常对照组，其中男29例，女 16 例；年龄 58～87（72.67±7.25）岁；BMI（22.78±3.58）kg/m2；吸烟 27例（60.00%），不吸烟18例（40.00%）。两组受试者性别、年龄和吸烟率比较差异均无统计学意义（均P＞0.05），但两组受试者BMI比较差异有统计学意义（P＜0.05）。本研究经医院医学伦理委员会审查通过，所有患者均知情同意。

1.2 方法

1.2.1 血清leptin和HIF-1α水平检测 确认符合纳入标准和排除标准后，收集受试者外周静脉血2 ml，加入抗凝试管中，1 500 r/min离心10 min，分离上清液后-80°C保存。采用ELISA法检测所有受试者血清leptin和HIF-1α水平，严格按照试剂盒（leptin批号：p175117，HIF-1α批号：p210202，美国R&D生物技术有限公司）说明书操作。采用MD550酶标仪（美国Bio－Rad公司）检测吸光度（A值）的变化，于酶标仪450 nm读取结果，570 nm进行矫正。根据Breyer等[12]的方法，将血清leptin水平除以BMI以消除其影响。

1.2.2 COPD组病情严重程度的综合性评估

1.2.2.1 GOLD分级 见1.1对象中纳入标准（1）。

1.2.2.2 改良版英国医学研究委员会（modified British Medical Research Council，mMRC）呼吸困难问卷评分采用mMRC呼吸困难问卷对COPD组患者进行评分。0级：剧烈活动时出现呼吸困难；1级：平地快步行走或爬缓坡时出现呼吸困难；2级：由于呼吸困难，平地行走时比同龄人慢或需要停下来休息；3级：在平地行走100 m左右或数分钟后即需要停下来喘气；4级：因严重呼吸困难而不能离开家，或在穿衣脱衣时即出现呼吸困难[13]。

1.2.2.3 急性加重风险评估 上一年发生2次或以上急性加重，提示今后急性加重风险增加。

1.2.2.4 COPD组病情严重程度的综合性评估 根据GOLD分级、mMRC呼吸困难问卷评分及上一年急性加重次数进行综合性评估分组：A组：GOLD分级1～2级，上一年急性加重次数≤1次，mMRC分级0～1级；B组：GOLD分级1～2级，上一年急性加重次数≤1次，mMRC分级≥2级；C组：GOLD分级3～4级，上一年急性加重次数≥2次，mMRC分级 0～1级；D 组：GOLD 分级 3～4级，上一年急性加重次数≥2次，mMRC分级≥2级。

1.3 统计学处理 采用SPSS 22.0统计软件。计量资料以表示，组间比较采用两独立样本t检验；计数资料组间比较采用χ2检验。相关分析采用Pearson相关或Spearman秩相关。不同血清leptin/BMI、HIF-1α水平COPD患者生存时间的比较采用Kaplan-Meier生存曲线和log-rank检验；影响COPD组患者预后的多因素分析采用Cox比例风险回归模型。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组受试者leptin/BMI和HIF-1α水平比较 COPD组患者leptin/BMI和HIF-1α水平均明显高于正常对照组，差异均有统计学意义（均P＜0.01），见表1。

表1 两组受试者leptin/BMI和HIF-1α水平比较

2.2 COPD组病情严重程度的综合性评估分组 83例COPD患者中，mMRC呼吸困难问卷评分1分 7例，2分38例，3分29例，4分9例；GOLD分级：1级16例，2级30例，3级29例，4级8例；上一年急性加重次数≤1次为51例，≥2次为32例。根据2019年Gold指南，按GOLD分级、mMRC呼吸困难问卷评分及上一年急性加重次数进行综合性评估分组，83例COPD组患者分为A组12例，B组37例，C组5例，D组29例。

2.3 COPD组不同临床特征患者血清leptin/BMI和HIF-1α水平比较 COPD组患者中，年龄较大、GOLD分级高、mMRC呼吸困难问卷评分高、上一年急性加重次数≥2次、病情严重程度较重的患者leptin/BMI水平明显较高（均 P＜0.05）；吸烟、GOLD分级高、mMRC呼吸困难问卷评分高、上一年急性加重次数≥2次、病情严重程度较重的患者HIF-1α水平明显较高（均P＜0.05），见表 2。

表2 COPD组不同临床特征患者血清leptin/BMI和HIF-1α水平比较

2.4 相关性分析 COPD组患者血清leptin/BMI水平和HIF-1α水平呈正相关（r=0.64，P＜0.01）。COPD组患者血清leptin/BMI、HIF-1α水平和FEV1%[COPD患者FEV1%为（57.75±19.94）%]均呈负相关（r=-0.59和-0.45，均P＜0.01），与mMRC呼吸困难问卷评分[COPD组患者mMRC呼吸困难问卷评分为（2.04±0.80）级]均呈正相关（r=0.40和0.22，均P＜0.05），与上一年急性加重次数[COPD组患者上一年急性加重次数为（1.66±1.00）次]呈正相关（r=0.75和0.53，均P＜0.01）。COPD组患者血清 leptin/BMI、HIF-1α水平与病情严重程度均呈正相关（r=0.48和 0.73，均 P＜0.01）。

2.5 不同血清leptin/BMI、HIF-1α水平COPD患者生存时间的比较 根据血清leptin/BMI水平的中位数（0.38 μg/L），将CODP组患者分为leptin/BMI水平＞0.38 μg/L 组 41例和 leptin/BMI水平≤0.38 μg/L 组 42例。其中leptin/BMI水平≤0.38 μg/L组生存时间为29.05（95% CI：28.12～29.98）个月，leptin/BMI水平＞0.38 μg/L 组生存时间为 25.39（95% CI：23.54～27.24）个月，两组比较差异有统计学意义（χ2=11.43，P＜0.01），见图1。根据血清HIF-1α水平的中位数（80.6 ng/L），将CODP组患者分为HIF-1α水平＞80.6 ng/L组42例和HIF-1α水平≤80.6 ng/L组41例。其中HIF-1α水平≤80.6 ng/L 组生存时间为 28.31（95% CI：27.24～29.38）个月，HIF-1α水平＞80.6 ng/L组生存时间为26.15（95% CI：24.26～28.04）个月，两组比较差异无统计学意义（χ2=1.58，P＞0.05），见图 2。

图1 不同血清瘦素（leptin）/BMI水平慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者的生存曲线（a为 leptin/BMI≤0.38 μg/L；b 为 leptin/BMI＞0.38 μg/L）

图2 不同血清缺氧诱导因子1α（HIF-1α）水平慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者的生存曲线（a为HIF-1α≤80.6ng/L；b为HIF-1α＞80.6 ng/L）

2.6 影响COPD组患者预后的多因素Cox比例风险回归模型分析 Cox比例风险回归模型显示，血清leptin/BMI及FEV1%是影响COPD组患者预后的因素（均P＜0.05），见表 3。

表3 影响COPD组患者预后的多因素Cox比例风险回归模型分析

3 讨论

COPD是进行性气流受限不可逆的慢性气道炎症性疾病，其主要表现为进行性的呼吸困难，细胞因子和炎症介质在COPD的病理生理过程中起着重要作用。leptin与HIF-1α在许多慢性炎症性疾病中发挥了作用，而它们与COPD预后的关系及机制目前尚不明确。笔者通过检测稳定期COPD患者的血清leptin和HIF-1α水平，寻找它们和临床指标的关系，试图揭示它们在COPD病情发展及预后中的重要意义。

肺脏中存在着功能性leptin受体，肺部炎症时leptin水平升高，提示leptin在呼吸系统疾病中起重要的调节作用。Breyer等[12]研究发现，COPD患者血清leptin水平和CRP均显著升高，两者之间有着相关性，由于BMI差异会影响血清leptin水平，BMI越高leptin水平越高，在矫正BMI差异后，发现leptin/BMI与CRP的相关性更加明显。本研究发现与正常对照组相比，稳定期COPD患者BMI明显降低，参照以上方法，本研究采用leptin/BMI代替leptin以矫正BMI的干扰。本研究发现COPD组患者血清leptin/BMI明显高于正常对照组，且血清leptin/BMI与FEV1%呈负相关，与上一年急性加重次数呈正相关，提示leptin可能是COPD病情进展的生物学标志。

在人体内leptin的分泌主要受食物摄入的慢性刺激所控制，它被认为是一种与能量代谢环境适应有关的激素。体外研究表明leptin能通过PI3K/丝氨酸/苏氨酸激酶（Akt）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）途径激活HIF-1α加重气道炎症反应且这种作用在缺氧的状态下更明显[14]。随着病情的进展，COPD患者低氧血症逐渐恶化，骨骼肌的糖代谢异常导致leptin表达增加，而leptin水平增加，则导致患者食欲减退，摄入减少，BMI下降，呼吸肌力下降，最终导致肺功能下降。另有体外实验表明leptin可通过NF-κB使VEGF和IL-6 RNA转录增加，从而促进肺血管重构，加重炎症损伤[10]。另外，本研究发现COPD组患者血清HIF-1α水平明显高于正常对照组，其水平与患者的FEV1%呈负相关，与上一年急性加重次数呈正相关，说明HIF-1α水平亦与COPD的病情发展密切相关。HIF-1α是一种炎症调节因子，可被多种炎症因子通过PI3K/Akt/mTOR途径激活，而HIF-1α水平增高会导致TNF-α、IL-1b和IL-19等炎症因子的表达，加重气道的炎症状态。文献报道在动物实验中，NF-κB可通过激活HIF-1α促进COPD病情的发展[15]。本研究中吸烟患者血清HIF-1α水平较高，与Bewley等[16]研究一致，表明吸烟促进COPD的发展可能与吸烟导致HIF-1α水平增加，促进气道炎症有关。相关性分析显示COPD组患者血清leptin/BMI水平和HIF-1α水平呈正相关，leptin/BMI和HIF-1α水平不仅与COPD患者FEV1%呈负相关，还与按病情严重程度（mMRC呼吸困难问卷评分、肺功能分级及上一年急性加重次数）的综合性评估分组呈正相关，表明leptin/BMI和HIF-1α表达之间存在密切联系，两者不仅与COPD患者肺功能恶化相关，还与COPD患者的病情严重程度密切相关，其内在机制有待进一步研究。

通过生存分析及Cox比例风险回归模型分析进一步揭示了leptin/BMI、HIF-1α和临床指标对COPD患者预后的影响，结果表明患者leptin/BMI、FEV1%与COPD患者预后显著相关，leptin/BMI低的患者预后较好，在随访期间死亡风险较低，而HIF-1α与预后的关系无统计学意义。leptin/BMI与COPD患者的营养状态密切相关，研究表明营养状态差的患者呼吸肌肌力下降，抗感染能力差，导致预后不良，而纠正营养状态后患者的预后可得到显著改善[17]。因此leptin/BMI或许可以作为判断患者COPD预后的一个临床指标。

综上所述，本研究证明COPD患者血清leptin/BMI和HIF-1α水平明显增高，且leptin/BMI和HIF-1α两者水平呈正相关。COPD患者血清leptin/BMI、HIF-1α与FEV1%均呈负相关，还与按病情严重程度（mMRC呼吸困难问卷评分、肺功能分级及上一年急性加重次数）的综合性评估分组呈正相关。因此，本研究推测血清leptin/BMI和HIF-1α可能与COPD病情发展密切相关，leptin/BMI水平高的COPD患者预后较差。