嗜酸性粒细胞与慢性阻塞性肺疾病相关性研究进展

2021-01-08康文玥杨淑梅遆嬿羽

陕西医学杂志 2021年8期

康文玥，杨淑梅，遆嬿羽,兀威

(1.西安医学院，陕西西安 710068；2.陕西省人民医院呼吸内科，陕西西安 710068；3.西安医学院第二附属医院呼吸内科，陕西西安 710038)

慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一种以气流受限为特征的可以预防和治疗的疾病，其气流受限不完全可逆、呈进行性发展。最新发表的全球疾病负担研究系统分析显示：1990-2017年间，COPD总患病率相对增加了5.9%[1]，其所产生的经济负担也在不断增加。COPD具有临床异质性，虽然大多数患者表现为中性粒细胞(Neutrophil,NEU)炎症，但仍有部分患者表现为嗜酸性粒细胞(Eosinophil,EOS)计数增加，即嗜酸性表型COPD，该型对糖皮质激素反应性较好，并且可能与更频繁的恶化相关，但其具体的机制仍不清楚[2]。EOS有潜力成为COPD急性加重和糖皮质激素指导治疗的生物标志物，研究EOS的特点与调节因素、嗜酸性表型COPD的发生机制及EOS作为生物标志物在COPD中的应用价值、存在问题及靶向治疗十分重要。

1 EOS特点与调节因素

成熟的EOS是由骨髓中造血祖细胞嗜酸性粒细胞谱系分化而来，并在多种因素的调节下释放循环。循环中EOS总量不到白细胞总数的5%，通常在循环中停留不到18 h，其迁移并主要储存于胃肠道的小肠和胸腺髓质[3]。在白介素-3(IL-3)、白介素-5(IL-5)、集落刺激因子(GM-CSF)作用下，EOS可以被招募到组织中，其分泌的趋化因子、细胞因子和细胞毒性颗粒阳离子蛋白可以促进炎症反应[3]。嗜酸性表型COPD患者的呼吸道上皮细胞受到香烟烟雾刺激或病毒感染后释放胸腺基质淋巴生成素(TSLP)和白细胞介素-33(IL-33)，招募辅助T2(Th2)和2型先天淋巴细胞(ILC2)分泌IL-5导致嗜酸性炎性反应[2]。IL-5是EOS最主要调节因素，介导了EOS的产生、成熟、释放、迁移和存活[4-5]。肺组织中存在最多的产生IL-5的先天非T细胞，这些细胞在白介素-25(IL-25)和IL-33的调控下增殖并上调IL-5，以诱导EOS增多[6]。IL-33通过增强Th2细胞、提高EOS的存活率，在增加EOS对细胞外基质蛋白的黏附、诱导EOS超氧阴离子的产生和脱颗粒方面发挥重要作用[7-9]。EOS趋化因子与EOS表面趋化因子受体3型(CCR3)结合使炎症局部招募更多的EOS[3,10]，最终活化的EOS释放细胞毒性颗粒阳离子蛋白、有毒氧化物引起组织损害。

2 嗜酸性表型COPD发生机制

嗜酸性表型COPD发生机制目前尚不清楚，有研究表明可能与病毒感染及哮喘-慢性阻塞性肺病重叠相关。Mallia等[11]及Papi等[12]的相关研究均表明病毒感染是造成COPD急性加重的原因之一,但是对其引起的炎症性质却存在一定争议。Mallia等[11]认为病毒感染引起NEU增加，而Papi等[12]认为EOS增多是病毒引起急性加重的良好预测指标。病毒感染与嗜酸性表型COPD急性加重的关系尚不清楚，仍需要进一步研究。哮喘-慢性阻塞性肺病重叠(ACO)的患者一般兼具有哮喘与COPD的特点，如具有哮喘的痰EOS、呼出气一氧化氮(FeNO)增加，气道高反应性及对支气管扩张剂、吸入性糖皮质激素(ICS)治疗反应较好。同时也具有COPD的特点，如：有持续的呼吸系统症状，在症状缓解间期仍存在持续性气流受限，胸部影像学也表现为过度充气等COPD改变。在临床上，没有明确的过敏史，区分哮喘和COPD是很困难的，两者重叠发生也不易发现。目前，对于ACO的发病机制、诊断标准及治疗仍存在很多争议。

3 嗜酸性表型COPD靶向治疗

虽然嗜酸性表型COPD对吸入ICS治疗的反应性较好已成为广泛的共识，但仍有一些嗜酸性表型COPD的ICS治疗效果不佳，且ICS的长期使用可能会引起肺炎、肺微生物群失调、骨质疏松风险增加。EOS靶向治疗为这类患者提供了新的治疗方式，有望成为ICS的辅助治疗手段之一。IL-5是调节EOS介导炎症的主要细胞因子之一，Mepolizumab、Benralizumab是两种作用机制不同的单克隆抗体，Mepolizumab可以与IL-5结合从而阻断IL-5与嗜酸性粒细胞表面的IL-5受体的α亚基(IL-5Rα)结合，而Benralizumab能够和IL-5Rα结合。两者都可以降低EOS水平与其介导的炎症反应。Pavord等[13]进行了两项临床3期双盲随机、安慰剂对照试验，结果发现与安慰剂相比100 mg的Mepolizumab降低了COPD中度或重度急性加重的年发生率。这证实了嗜酸性气道炎症与急性加重之间的相关性，阻断嗜酸性气道炎症的发生可以降低急性加重的年发生率。虽然Benralizumab与Mepolizumab作用机制类似，但Criner等[14]以Benralizumab的剂量差异将已接受吸入治疗但仍频繁恶化的COPD患者随机纳入GALATHEA研究(30 mg或100 mg)和TERRANOVA研究(10、30 mg或100 mg)均发现Benralizumab治疗不能降低COPD急性加重的发生率。但是随后Criner等[15]利用原始研究的数据和GALATHEA研究和TERRANOVA研究的汇总结果进行了一项事后分析，旨在确定受益于Benralizumab治疗的COPD患者的临床和生理特征，该研究发现基线血嗜酸性粒细胞(Blood Eosinophil，bEOS)计数升高(>220 个/μl),尽管进行了三联疗法，但每年仍有3例或3例以上恶化的患者被确定为最可能从每8周服用100 mg的Benralizumab获益而不是安慰剂，这项试验为以后的前瞻对照性试验提供了基础。总之Benralizumab对嗜酸性表型COPD的疗效有待于进一步试验分析。此外，IL-5的靶向治疗作为一种新的辅助治疗方式，其疗效的确切性、安全性有待于进一步评估。

4 bEOS计数作为生物标志物的价值

4.1 bEOS计数预测急性加重风险 COPD急性加重时炎性指标升高，虽然糖皮质激素及相关中医药均可以有效减轻COPD患者气道炎性反应[16-17]，但都具有不良反应且缺乏特异性，因此迫切需要指标预测COPD急性加重风险并指导治疗。bEOS在COPD急性加重中的预测作用目前仍存在很多争议，Criner等[15]认为bEOS计数可作为COPD严重恶化的生物标志物，用于预测更高的再入院率，张莹莹等[18]却发现高bEOS计数患者未来急性加重风险低，而Casanova等[19]研究认为bEOS计数与未来急性加重风险无相关性，造成上述研究结果差异的原因可能与COPD患者急性加重风险受很多因素影响相关，如：Yun等[20]对bEOS计数与COPD恶化的风险分层分析后证实：bEOS计数≥300 个/μl时，COPD相关的恶化风险增加与研究中有频繁恶化史的参与者有关，还有研究发现在以不同形式(计数、百分数)的阈值划分高bEOS时，bEOS预测急性加重风险的研究结果也不尽相同[21]。因此既往加重的次数、bEOS阈值和(或)分类方式，甚至吸烟史、感染、环境气候、种族、肺微生物群群落结构及多样性等都会影响bEOS对急性加重风险的预测。尽管如此，相关临床研究及慢性阻塞性肺疾病防治全球倡议(GOLD)均认为，bEOS计数可指导糖皮质激素在COPD稳定期的治疗，且是具有价值的临床指标[22-24]。因此，虽然bEOS对COPD急性加重中的预测作用受很多因素影响，但是其在指导糖皮质激素的治疗，降低急性加重的风险方面具有重要意义。

4.2 bEOS计数预测糖皮质激素疗效关于糖皮质激素对COPD患者治疗的获益主要来自于肺功能的改善、急性加重次数的减少两个方面。在肺功能方面，Barnes等[25]以bEOS 2%为界将患者分组，对ISOLDE试验的结果进行再分析发现：在≥2% bEOS组中，使用丙酸氟替卡松后支气管扩张剂后患者1 s用力呼气容积(FEV1)的下降速度明显慢于安慰剂组，但< 2% bEOS组却未观察到类似情况，而且在接受安慰剂的患者中，≥2%组较< 2% bEOS组FEV1下降速度显著降低(P=0.015)。这表明高bEOS患者较低bEOS患者的FEV1下降速度更加缓慢，ICS有可能进一步减缓高bEOS患者肺功能的下降速度，bEOS有可能在降低肺功能恶化方面作为生物标志物并指导ICS的使用。在另一项ISOLDE的事后分析中，评估了ICS治疗期间bEOS的初始变化与ICS疗效的关系，结果表明在有恶化风险的中重度COPD患者中，服用ICS后bEOS的变化可能预测对ICS治疗的临床反应。在20%服用ICS后EOS增加的患者中，ICS的给药可能与更频繁的恶化和加速的肺功能下降有关[26]。这也说明了在预测ICS疗效方面，bEOS数目需要多次检测、动态评估。bEOS在指导ICS治疗以降低急性加重方面上述已提及，此外还有研究发现与全身ICS的标准治疗相比，bEOS引导治疗在存活天数及出院天数方面并无逊色,同时还可以减少ICS暴露的风险[27]。因此，bEOS计数在指导ICS治疗方面意义重大，不仅有可能减缓肺功能的下降、减少急性加重次数，而且还可以减少肺炎的发生风险。

4.3 bEOS计数预测肺炎风险相关研究表明ICS是导致COPD患者发生感染性肺炎的危险因素[28]，因此识别肺炎的高风险人群，对ICS个体化的治疗具有重要意义。相关研究均认为bEOS计数较低的COPD患者比计数较高的患者发生肺炎风险增加[29-30]。其中，Martinez-Garcia等[29]发现COPD患者中bEOS<100 个/μl联合慢性支气管感染(Chronic bronchial infection，CBI)增加了接受ICS治疗的COPD患者的肺炎风险，并且有研究[31]证实细菌感染与bEOS之间存在反比关系。因此,bEOS减少与慢性细菌感染之间可能相互作用，共同增加了COPD患者的肺炎风险。在以后关于bEOS与肺炎发生风险的研究中，反复留取痰标本以明确细菌感染情况对研究结果具有一定意义。然而，Vedel-Krogh 等[32]的研究提出在FEV1<50%的COPD患者中，bEOS计数≥0.34×109个/L与因肺炎住院的高风险相关。目前关于bEOS与肺炎发生风险的关系仍有争议，有待于进一步实验研究。

5 bEOS作为生物标志物存在的问题

5.1 bEOS的稳定性作为生物标志物必须具备一定的稳定性，而对于bEOS的稳定性也有不同观点，有研究表明成人高bEOS计数不随青春期后的年龄而变化，但与哮喘、经常吸烟、皮肤点刺试验阳性、COPD、代谢综合征、男性和肥胖显著相关(P<0.05)[33]，这些因素的叠加效应可能会影响bEOS的稳定性。Schumann 等[34]对210例COPD患者进行了长达7年的bEOS稳定性的随访：不论以何种形式的bEOS(计数、百分比或不同阈值)进行分类，bEOS水平在COPD的整个过程中表现出显著的可变性，因此单一的测量可能不是ICS反应的可靠预测因素。然而，Landis 等[35]研究认为bEOS水平在1年内具有合理的重复性，且在排除使用全身性ICS或抗生素的患者后，bEOS的稳定性增加。因此，bEOS作为生物标志物在稳定性方面仍值得进一步探讨。

5.2 bEOS阈值关于bEOS与COPD的所有研究最终目的都是为了识别高bEOS群体并进行个体化的治疗，上述有研究已发现年龄≤18岁、男性、COPD、哮喘、代谢综合征与高bEOS相关[33]，因此不同年龄段、性别、共病下所设置的阈值应该不同。此外对于高bEOS采用百分比或计数的不同形式也有争议。有学者认为绝对计数受总细胞负荷影响，而相对计数则可以反映出受其他细胞的影响。在可以获取其他剩余白细胞信息时，相对计数在病情恶化时可能很重要，因此在维持治疗中可以使用绝对计数，而在恶化治疗的相关研究中使用相对计数[4]。关于bEOS阈值的确定可能还需要更多大型研究的数据结果综合考虑。