慢性阻塞性肺疾病生物学标志物的研究进展

郝倩文,张薇,孙美琪,周果,伍慧杰

(哈尔滨医科大学附属第一医院呼吸与危重症医学科，哈尔滨 150001)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)主要由慢性支气管炎和肺气肿两种病理改变构成，但每个患者的构成情况各有不同[1]。COPD的发病与异常炎症、氧化应激、蛋白酶/抗蛋白酶系统失衡、肌肉功能障碍、肺内微生物变化等有关[2]。目前肺功能仍是诊断和评估COPD的重要手段，但部分病情严重者不能进行肺功能检查，而年长、听力障碍等患者可能也会出现不配合检查的情况。COPD评估测试(chronic obstructive pulmonary disease assessment test，CAT)评分、英国医学研究委员会呼吸困难问卷、稳定期COPD病情严重程度的综合性评估等评估方法受患者主观影响较大，预测不准确。因而亟须寻找更加客观且直观、简便且经济的生物学标志物，以评估患者的严重程度。

COPD发生时部分生物学标志物的水平发生了变化。缺氧可引起红细胞分布宽度(red blood cell distribution width，RDW)增加，缺氧诱导因子-1在低氧时活性增高、表达增加，其与促红细胞生成素基因的低氧反应元件特异性结合，可使促红细胞生成素基因转录增加，引起促红细胞生成素合成增加[3]，进而使RDW增加。对COPD患者进行研究发现，RDW异常组患者住院期间的死亡率较RDW正常组高[4]。炎症感染发生时C反应蛋白(C-reactive protein，CRP)出现，CRP水平较高者早期死亡风险增加[5]，且患者的年龄较大、合并心血管疾病、第1秒用力呼气容积水平更低[6]。尿酸是一种抗氧化剂，Sarangi等[7]的研究证实，COPD患者病情越重，肺功能越差，血尿酸水平越高。在COPD患者及吸烟者中，低水平的维生素D与较低水平的第1秒用力呼气容积占预计值百分比有关[8]。不同的分子生物学标志物在COPD患者的病情评估中扮演不同角色，寻找其发挥作用的关键以辅助临床评估病情以及干预治疗，进而减轻患者的痛苦以及心理和经济负担。现就CRP、RDW、尿酸及维生素D在COPD中的应用进行综述。

1 CRP

CRP是一个由5个亚单位组成的环状五聚体，可由白细胞介素-6、白细胞介素-1、肿瘤坏死因子刺激肝脏细胞合成，极少部分由肾脏、内皮细胞、单核细胞、血管平滑肌细胞产生，是机体在受损、感染等出现的一种非特异性反应指标，是机体非特异性免疫的一部分。CRP水平一般在感染后的几分钟即可测量，36 h后达到峰值，目前广泛用于临床。CRP一方面可以指导COPD急性加重时的抗生素治疗，也可以评估COPD患者的严重程度及死亡风险。

约50%的COPD患者每年出现≥1次急性加重，需要使用糖皮质激素或抗生素或两者联合治疗[9]。如何正确判断是否需要使用抗生素治疗，是临床工作中非常重要的内容。抗生素使用率的下降不仅有助于减轻患者的经济负担，也能减少耐药菌株的出现。CRP的检测可能是减少抗生素使用的一种方法。研究认为，在CRP指导下应用抗生素可减少抗生素的使用，与经验治疗组(即临床医师依据患者症状等判断是否应用抗生素)相比，CRP指导组在30 d治疗失败、症状评分、生活质量及严重不良反应方面无明显变化[10-12]。目前临床对于COPD患者是否需要使用抗生素主要根据痰量变化、痰液颜色等提示炎症感染的临床症状为准，但是在治疗中，特别是门诊治疗中，可能存在患者及家属叙述不清的情况，易造成抗生素使用率增加。结合临床症状和CRP检测有助于提出科学、合理的治疗方案，减轻患者的经济负担。

CRP不仅与患者的死亡风险增加相关，还与患病严重程度相关[13]。研究显示，无论是在稳定期还是急性加重期，CRP水平越高，CAT评分越高，两者呈正相关[14-15]。CAT评分(从咳嗽、咳痰、喘息、精力及睡眠等方面进行评估)是评估患者病情严重程度的常用评分，其分数越高，病情越严重。CRP水平与咳嗽、咳痰、喘息等相关。稳定期COPD患者CRP的水平也升高，推测可能是慢性炎症和长期缺氧等导致。对于COPD急性加重期不能进行肺功能检查以及家属不够了解病情的患者，进行CRP检测可让医师对患者病情严重程度有清晰、科学的认识。

CRP水平对于评估COPD患者急性加重、严重程度及死亡率有积极意义[16-17]，CRP水平较高者早期死亡风险增加[5-6]。对重症监护病房患者进行研究发现，治疗8～14 d CRP仍<75 mg/L者，死亡率明显增加[18]。此外，导致患者死亡率增加的因素还有年龄、住院后并发症等[18]。COPD患者常合并糖尿病、动脉粥样硬化、脑梗死、急性心肌梗死、心力衰竭等，其均可以增加患者的死亡风险。因此，住院过程中可对COPD患者的CRP水平进行动态关注，对于升高者予以更多的重视。

可见，CRP对于COPD的病情评估及治疗均有重要意义，在临床中应该给予足够的重视，以更好地治疗患者。

2 RDW

RDW是一个常规的实验室参数，最早用于贫血的判断，主要反映红细胞体积的异质性，数值越小表示红细胞体积更加相近，数值越大则表示红细胞体积差异越大，存在某种病理改变可导致RDW升高[19]。

研究显示，RDW随着COPD严重程度的增加而增加，是COPD的独立危险因素[20]。COPD急性加重期患者RDW的水平高于稳定期患者[21]。此外，RDW升高与6 min步行试验距离、肺功能及氧饱和度呈负相关[22]。在COPD患者中，RDW升高组(RDW>13.7%)1年内死亡风险较RDW较低组(RDW<13.7%)增加，其可能是预测患者1年内死亡的重要生物学标志物[23-24]。影响RDW的因素主要有以下几方面：①氧化应激，氧化物可以通过破坏生物大分子(蛋白质、核酸等)，导致红细胞坏死和功能障碍，还会破坏细胞外基质，导致红细胞成熟障碍，进而使红细胞体积大小不一。②炎症，炎症可导致骨髓造血功能和铁代谢异常，抑制红细胞生成素的相关作用，导致外周血中红细胞大小不一，出现RDW异常。③红细胞破坏增多，COPD患者由于缺氧、氧化应激及炎症等导致血管收缩、血管壁重构，进而使红细胞通过毛细血管壁时出现受损，导致红细胞寿命异常，引起红细胞异质性增加，导致RDW增加。

RDW与炎症标志物CRP呈正相关，可以联合检测评估COPD的严重程度[25]。对于COPD患者，可通过关注RDW水平的变化评估患者病情的严重程度。红细胞寿命较长，可提示患者在一段时间的病情严重程度，相较其他生物学标志物具有一定优势。

3 尿 酸

尿酸是嘌呤核苷酸在多种物质作用下分解后的终极产物，一般经由肾脏排出体外。尿酸存在于上下呼吸道的上皮细胞衬液，ATP结合盒转运蛋白4在呼吸道上皮细胞表达并参与胞外尿酸转运。尿酸构成呼吸道的第一道防线，不仅有抗氧化作用，也具有促炎作用[22]。血尿酸水平的下降可能与降尿酸药物的使用、急性感染[26]及饮用威士忌酒[27]有关。

与健康人相比，COPD患者血尿酸水平明显升高[28]。从不吸烟的COPD患者血尿酸水平高于从不吸烟的非COPD患者，提示在非吸烟人群中，如果出现尿酸水平升高，在排除其他影响尿酸水平的因素外，应注意COPD的可能及风险[29]。高尿酸血症是30 d死亡的独立危险因素，也是使用呼吸机和进入重症监护病房的危险因素[30]。高尿酸血症还与呼吸道症状、肺功能下降以及COPD加重风险增加相关[31-32]，但遗传导致的高尿酸血症与上述无关[33]。尿酸与COPD的关系复杂，高尿酸血症也可能是由患者的饮食、遗传基因及药物等引起，因而用尿酸评估COPD病情的干扰因素太多，导致应用受限，但其联合多种生物学标志物共同判断患者病情的严重程度具有可取性。

4 维生素D

维生素D是生命必需的脂溶性维生素之一，人体内的维生素D主要由自身合成或从食物中获取。维生素D在调节人体钙水平方面起重要作用，特别是在骨骼和肌肉健康方面；其在免疫调节和抗感染方面也起重要作用。维生素D结合蛋白被25-羟化酶羟基化后形成25-羟维生素D，这个过程主要在肝脏进行，25-羟维生素D是循环维生素D的主要形式，其在肾脏由1α羟化酶(CYP27B1)再次羟基化形成1,25-二羟维生素D，这是维生素D的活性形式[34]。维生素D主要通过维生素D受体、维生素D代谢酶以及大部分免疫细胞(主要包括巨噬细胞、中性粒细胞、T细胞、B细胞以及树突状细胞等)中的CYP27B1酶等影响免疫系统[35]。气道上皮细胞和肺免疫细胞也表达维生素D受体，且肺中也有CYP27B1酶，可导致25-羟维生素D活化，提示维生素D在肺免疫调节中的作用，因而可将维生素D作为药物用于COPD的预防或治疗。COPD导致维生素D缺乏的因素有很多，包括年龄较大、应用糖皮质激素、营养不良及阳光照射减少等。

COPD患者常合并维生素D缺乏，且缺乏程度与COPD严重程度呈正相关[36-37]。维生素D缺乏与较低的肺功能、肺功能下降及较高的COPD风险相关[38]。一般维生素D<25 mmol/L时,补充维生素D能够降低COPD患者中或重度加重的风险及严重程度[39]，但不能延长下次急性加重的时间。对于维生素D水平较低的COPD患者，在秋冬季补充维生素D能降低患者肺部感染的发生率，也能降低中重度加重的风险[40]。研究证实，COPD患者中转化生长因子-β水平与维生素D呈负相关[41]。研究发现，上皮-间充质转化可能与COPD相关[42]，转化生长因子-β/Smads通路的异常激活导致纤维化和上皮-间充质转化，转化生长因子-β与受体结合导致Smad2及Smad3磷酸化，通过相互作用进入细胞核调节靶基因，从而影响上皮-间充质转化相关基因的表达，导致上皮-间充质转化出现，维生素D对转化生长因子-β/Smads的影响需要维生素受体的参与，维生素D与维生素D受体及Smads相互作用，抑制转化生长因子-β/Smads通路的激活[43]。

5 与COPD有关的其他生物学标志物

几丁质酶样蛋白-40属于哺乳动物几丁质酶样蛋白家族，与几丁质结合，具有较高的特异性，但缺乏几丁质酶的降解活性。几丁质酶样蛋白-40由多种细胞产生，包括巨噬细胞、中性粒细胞、单核细胞、气道上皮细胞、血管平滑肌细胞、软骨细胞、滑膜细胞、乳腺细胞等,具有抗宿主、抗创伤等作用[44]。研究表明，健康吸烟者与COPD患者的外周血和气道中几丁质酶样蛋白-40均高表达，提示巨噬细胞、中性粒细胞和上皮细胞与吸烟有关[45]。嗜酸粒细胞在粒细胞单核细胞集落刺激因子、白细胞介素-3和白细胞介素-5的作用下释放到血液中，引起嗜酸粒细胞炎症[46]，在COPD患者中嗜酸粒细胞升高也很常见，但其与COPD的关系还需要进一步研究。此外，中性白细胞弹性蛋白酶[47]、白细胞介素[48]、核因子E2相关因子2[49]等也与COPD相关，但对于COPD缺乏特异性。

6 结 语

COPD是一种具有肺外表现、复杂的慢性肺部疾病，其患病率和病死率居高不下。寻找临床适用的生物标志物，以更好地筛选和诊断COPD，监测疾病活动和进展情况，可为患者的治疗提供良好指导，是目前需要解决的问题。COPD发病机制的复杂性，导致COPD具有多种表现，因此寻找一个特异性高的生物标志物较为困难。目前研究较多的为CRP、RDW、尿酸、维生素D，但其均缺乏特异性，不能很好地反映COPD患者的情况。未来需继续研究与COPD风险、疾病严重程度、最佳治疗方案、预后等相关、特异性和敏感性均较高的生物标志物，以期更好地用于COPD的诊断与治疗。