呼出气一氧化氮检测在慢性阻塞性肺疾病中的研究进展

刘琴 杨振华

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一种可以防治的常见呼吸系统疾病，以持续呼吸症状(呼吸困难、咳嗽和/或咳痰等)和气流受限为特征；其呼吸症状在某一时期内迅速恶化称为COPD急性加重期(AECOPD)。慢性阻塞性肺疾病全球倡议(global initiative for chronic obstructive lung disease，GOLD)中指出，COPD是由吸烟、空气污染、职业粉尘等多种危险因素的长期影响，导致的以气道炎症为主要病理改变的慢性疾病，气道炎症增强与其急性加重密切相关[1]。一氧化氮(NO)是机体内具有生物活性的炎症诱导因子，也是存在于生物体内的重要信号分子。其重要来源是在一氧化氮合酶(NOS)的催化下产生，NOS广泛分布于神经、血管、气道上皮和炎性细胞中。当气道发生炎症时，在炎性因子的诱导下，气道上皮细胞和炎性细胞中的NOS活性及表达量增加，从而产生大量的NO，使气道NO水平升高，因此，呼出气一氧化氮(FeNO)可作为气道炎症指标，其检测方便，无创快捷，可重复性好，同时还具有较高的敏感性及特异性，被欧洲呼吸学会(european respiratory society，ERS)/美国胸科学会(american thoracic society，ATS)首推为检测气道炎性反应的方法，其水平高低在一定程度上与气道炎症水平呈正相关[2]。有研究显示，FeNO主要反映嗜酸性粒细胞炎症，常用于哮喘、过敏性鼻炎和嗜酸性粒细胞支气管炎等疾病的诊断[3]。传统观念认为AECOPD患者的气道炎症细胞以中性粒细胞为主，但GOLD[1]中明确指出部分COPD患者存在嗜酸性粒细胞明显增多。近年来，FeNO测量方法已经标准化，广泛应用于COPD患者的气道炎症监测。FeNO检测在COPD患者临床中的应用价值如何，尚待明确。现就FeNO在COPD临床应用中的研究进展进行综述。

1COPD与FeNO

Lu等[4]进行的一项荟萃分析结果显示，与健康对照组相比，COPD患者的FeNO水平轻度升高(SMD 1.28，95% CI：0.60～1.96)，在稳定期的COPD患者中也观察到类似的结果(SMD 1.21，95% CI：0.47～1.96)，但FeNO水平与COPD急性加重之间没有明显联系(SMD3.20，95% CI：-3.22～9.61)。另有研究进一步反映FeNO水平在COPD患者中的情况，Ahn等[5]进行的研究纳入849例COPD患者，平均FeNO水平为(24.3±20.5)ppb，其中FeNO≤25 ppb的患者572例(67.4%)，FeNO>25 ppb的患者277例(32.6%)，提示COPD患者FeNO水平分布不同，导致平均FeNO值略有升高。因此并不是所有COPD患者的FeNO水平均升高，这与COPD患者中仅有部分患者存在嗜酸性粒细胞炎症相符合，FeNO水平升高人群可能只占少数，具体占比还需更多的研究来确定。

Ura等[6]进行的研究共招募3组受试者：正常健康对照组23例，支气管哮喘患者36例，COPD患者13例。分别在受试前、吸入短效β2受体激动剂(SABA)后的10 min和30 min测量患者的FeNO水平和肺功能。研究结果显示，在吸入SABA后，支气管哮喘患者组中，有8例表现为可逆性气道梗阻的患者的FeNO水平明显高于非可逆性气道梗阻的哮喘患者、COPD患者和健康受试者。这一发现可能是因为通过吸入SABA后使阻塞的肺外周气道扩张，然后呼出外周气道中产生的NO；提示FeNO有可能用于支气管哮喘和COPD的鉴别诊断。Katoh等[7]研究在支气管哮喘和COPD患者中进行，结果显示哮喘组FeNO水平显著高于COPD组(P<0.001)，提示FeNO可作为区分支气管哮喘和COPD患者的生物标志物。Miskoff等[8]对95例哮喘、COPD和哮喘-慢性阻塞性肺疾病重叠综合征(Asthma-COPD overlap syndrome，ACOS)患者进行回顾性分析发现，分别有36%、24%和22%的患者初步诊断为哮喘、COPD和ACOS，经过FeNO检测，最终诊断为哮喘和ACOS的患者数量增加，而COPD患者数量下降(仅为13%)，支持FeNO作为诊断和管理哮喘、COPD和ACOS的复杂病例的可行标记物。考虑到COPD主要表现为中性粒细胞炎症，支气管哮喘主要为嗜酸性粒细胞炎症，因此用主要反映嗜酸性粒细胞炎症的FeNO来鉴别以上三种疾病是有一定价值的。

Alcazar-Navarrete等[9]进行的研究纳入192例患者(其中COPD患者103例、健康不吸烟者16例、健康吸烟者30例和支气管哮喘患者43例)。其中COPD患者按表型再次分组：非急性加重组(n=34，33.0%)、ACOS(n=22，21.3%)、肺气肿伴频繁加重组(n=13，12.6%)和慢性支气管炎伴频繁加重组(n=34，33.0%)。校正混杂因素后，ACOS患者的FeNO50(呼气流量为50 ml/s时呼出的NO)值明显高于其他患者，并且在诊断ACOS和COPD表型方面，FeNO50比支气管舒张试验表现出更高的诊断准确性(AUC 0.79 vs 0.74)，最佳临界值为19 ppb(敏感性为0.68，特异性为0.75)。提示支气管舒张试验主要用来检测气道阻塞的可逆性，而ACOS和COPD患者均存在一定程度气道的不完全可逆，在鉴别两者时，反映嗜酸性粒细胞炎症的指标FeNO可能更具有优势。

Li等[10]进行的研究中回顾分析134例COPD患者和48例ACOS患者的临床资料，结果显示ACOS患者FeNO水平和血嗜酸性粒细胞计数均显著高于COPD患者(FeNO：37.50 ppb vs 24.50 ppb，P< 0.001；血嗜酸性粒细胞计数：0.20×109/L vs 0.10×109/L，P=0.004)。在有吸烟史的患者中，鉴别ACOS和COPD的FeNO最佳临界值为31.5 ppb(AUC=0.758，95% CI：0.631～0.886)，敏感性为70.0%，特异性为89.9%；在无吸入性皮质类固醇激素(inhaled corticosteroid，ICS)使用史的患者中，FeNO的最佳临界值为39.5 ppb(AUC=0.740，95% CI： 0.610～0.870)，敏感性为58.3%，特异性为84.9%。在无ICS使用史和吸烟史的患者中，27.5 ppb是FeNO诊断ACOS的最佳临界值(AUC=0.744,95% CI：0.579～0.908)，敏感性为81.8%，特异性为60.7%，但当FeNO联合血嗜酸性粒细胞计数时，敏感性提高到91.7%。多项研究得出了类似的结论，但鉴别ACOS和COPD的FeNO最佳临界值却有所不同。Deng等[11]研究认为FeNO高于29×109是从COPD患者中区分出ACOS患者的最佳截点。Takayama等[12]进行的研究认为鉴别诊断ACOS和COPD患者的FeNO的最佳临界值为25.0 ppb，敏感性为60.6%，特异性为87.7%；并且FeNO(≥25.0 ppb)联合血嗜酸性粒细胞计数(≥250/μl)的特异性为96.1%，提示FeNO和血嗜酸性粒细胞计数可作为鉴别ACOS和COPD单用的指标，但两者联合检测，更能反映嗜酸性粒细胞炎症，更有助于鉴别诊断这两种疾病。

但另有研究对FeNO在COPD与其他疾病鉴别中的价值并不肯定，Turner等[13]认为FeNO可能有助于诊断和监测以气道嗜酸性粒细胞增多为特征的情况，如哮喘和可能的COPD，但有许多因素可影响FeNO水平升高；尽管FeNO已经开始在儿童和成人哮喘的诊断和治疗中找到了一席之地，但要将FeNO作为哮喘和COPD的客观测量手段，还需要进行大量的研究进一步明确；因此目前并不推荐FeNO用于COPD患者的常规临床检验。

2 吸烟与COPD患者的FeNO水平

COPD的主要危险因素是吸烟。Gong等[14]进行的研究在稳定期COPD患者中进行，研究显示非吸烟组患者的FeNO水平高于健康对照组(MD 5.04，95% CI：2.19～7.89；P<0.05)，吸烟组患者不高于健康对照组(MD 0.30，95% CI：-2.81～3.41；P=0.85)，提示吸烟患者的FeNO水平降低。Lu等[4]研究显示，在COPD患者中，戒烟者FeNO水平高于当前吸烟者(SMD 2.05，95% CI： 1.13～2.97)，再次提示吸烟可降低COPD患者的FeNO水平。Santini等[15]研究也得出了类似的结论。另有研究进一步评估吸烟种类对FeNO水平的影响，Marini等[16]研究显示吸传统香烟和含尼古丁的电子香烟均能降低FeNO水平。因此在评估COPD患者的FeNO水平时，需要考虑吸烟的影响。

一项荟萃分析纳入5项研究共171例COPD患者，接受ICS治疗后，已戒烟的COPD患者(n=125) FeNO水平显著降低(-7.51，95% CI：-11.51～-3.51；P=0.003)，研究对象包括吸烟者(n=46)和戒烟者(-1.99，95%CI：-3.41～-0.56；P=0.006)[17]。Hogman等[18]研究纳入533例稳定期COPD患者，分为吸烟组(n=150)和戒烟组(n=383)，研究显示吸烟组的FeNO50低于戒烟组(P<0.001)；在吸烟组中FeNO50与血液嗜酸性粒细胞或中性粒细胞水平无关，但在戒烟组中显著相关[分别为(r=0.23，P<0.001)和(r=-0.18，P=0.001)]；在戒烟组中，接受ICS治疗的患者FeNO50低于未接受ICS治疗者(P=0.024)，而在吸烟者中无差异(P=0.325)；提示在戒烟的COPD患者中，FeNO与嗜酸性粒细胞炎症和ICS的使用有关，但在吸烟患者中无相关性，表明FeNO作为炎症标志物的价值在吸烟患者中更有限。Hogman等[19]在另一篇文献中显示在同样病例的研究中，无论吸烟组还是戒烟组，女性患者的FeNO50水平低于男性(P=0.029，P=0.022)；在戒烟和吸烟者中，FeNO50和FEV1%预计值之间存在正相关(P<0.001，P=0.04)，提示吸烟可显著降低FeNO50，但在吸烟和戒烟的COPD患者中，FeNO50水平还与性别和肺功能有关。

3 FeNO与COPD患者的嗜酸性粒细胞

Tang等[20]回顾性分析247例AECOPD患者资料，根据外周血嗜酸性粒细胞计数的百分比，分为嗜酸性粒细胞组和非嗜酸性粒细胞组，研究显示嗜酸性组FeNO值高于非嗜酸性组(P=0.005)，血嗜酸性粒细胞计数与FeNO水平呈正相关(P=0.004)，并且FeNO为22.5 ppb是预测血嗜酸性粒细胞的最佳临界值(P=0.000)。Ahn等[5]研究也得出了类似的结论，并且高FeNO组患者的血嗜酸性粒细胞百分比>3%和哮喘史明显高于低FeNO组(P=0.001，P<0.001)；在多变量分析中显示哮喘病史、血嗜酸性粒细胞百分比是FeNO高水平的独立危险因素(校正优势比：3.85，P<0.001；校正优势比：1.46，P=0.017)。但另有研究得出了不同得结论，Hogman等[19]纳入533例稳定期COPD患者的研究却认为，无论吸烟患者还是戒烟患者，FeNO50与COPD患者的哮喘史无关(P=0.69，P=0.38)。Price等[21]进行的研究中对入院的AECOPD患者进行FeNO检测，既往有哮喘诊断的患者被排除，患者到达后24 h内在床边记录FeNO，如果患者在尝试5次后仍不能记录结果，则被认为无法进行测试。研究纳入61例符合检测标准的AECOPD患者，但只有43例(70%)患者能够进行检测FeNO，并且发现其中6例(14%)患者在血嗜酸性粒细胞<0.3的情况下FeNO水平升高，提示FeNO检测在AECOPD患者中是可行的，70%的患者可以进行FeNO检测，但需要进一步的研究来了解FeNO在AECOPD患者中的效用，它与血嗜酸性粒细胞计数的相关性，以及它是否可以用于指导治疗或预测结果。

另有研究提出了进一步的观点，Rio Ramirez等[22]研究表明，FeNO水平仅在COPD急性加重期的住院患者中和嗜酸性粒细胞显著相关(r=0.7；P<0.001)，但不在出院期或稳定期，并且与全身炎症和平均住院时间无显著相关性，提示在AECOPD患者中FeNO的测定并不比评价嗜酸性粒细胞更具优势。另一项研究也在AECOPD患者中进行，却得出了不同的结论，该研究共纳入163例患者，根据痰中嗜酸性粒细胞百分比(≥2.5%)/FeNO水平(≥32 ppb)将患者分为嗜酸性粒细胞组或非嗜酸性粒细胞组。结果显示痰嗜酸性粒细胞增多患者(n=62)的FeNO水平和血嗜酸性粒细胞百分比高于无痰嗜酸性粒细胞增多的患者(P=0.015，P<0.0001)。与FeNO <32 ppb的患者相比，FeNO水平升高的患者的痰嗜酸性粒细胞百分比更高(n=34)(P=0.007)。诱导痰中嗜酸性粒细胞百分比与FeNO水平和血嗜酸性粒细胞百分比均相关(P<0.05)，但FeNO水平与血嗜酸性粒细胞百分比无相关性。当截点为17.5 ppb时，FeNO水平可预测痰嗜酸性粒细胞增多(95% CI：0.53～0.71，P=0.012)(敏感性为65.1%，特异性为56.4%)[23]。提示痰中嗜酸性粒细胞百分比、FeNO水平、血中嗜酸性粒细胞百分比等炎性生物标志物对嗜酸性粒细胞性COPD的阳性诊断有一定的帮助，但FeNO水平与嗜酸性粒细胞之间的相关性还需要更多的研究来证实。

4 FeNO 水平与COPD患者的病情

林红等[24]进行的研究中选取536例老年(65～90岁)AECOPD患者，根据是否需要呼吸机辅助通气分为危重组(n=187)和非危重组(n=349)，并将同期收治的200例非呼吸系统疾病老年患者(65～84岁)作为对照组，结果显示治疗前FeNO水平在危重组高于非危重组(P<0.05)，且2组患者均高于对照组(P<0.05)；危重组和非危重组FeNO水平在治疗后与治疗前比较均明显下降(P<0.05)；提示FeNO水平在老年AECOPD患者中明显增高，尤其是危重症患者，其可作为AECOPD患者病情严重程度的检测指标。

Liu等[25]研究纳入390例稳定期COPD患者，其中167例为高FeNO组(≥25 ppb)，223例为低FeNO组(<25 ppb)；138例为高血嗜酸性粒细胞组(≥200细胞/μl)，252例为低血嗜酸性粒细胞组(<200细胞/μl)；与高FeNO组比较,低FeNO组有更高比例的GOLD3～4级患者，圣-乔治呼吸问卷(St George’s respiratory questionnaire，SGRQ)分数更高，但上述现象与血嗜酸性粒细胞计数无关；提示在稳定期COPD患者中，FeNO水平，而非血嗜酸性粒细胞计数与COPD严重程度相关，在判断稳定期COPD患者的严重程度时，FeNO水平似乎比血嗜酸性粒细胞计数更为可靠。

但另有研究却认为FeNO水平不能反映COPD患者的病情严重程度。Chen等[26]研究共纳入新诊断的COPD患者1 046例，其中男性949例，女性97例，平均年龄(62.6±8.71)岁。根据GOLD分级标准，88.1%的患者被确诊为中度或以上COPD，50.0%为重度或以上COPD；347例(33.2%)患者进一步诊断为ACOS。根据肺部听诊结果分为5组：正常呼吸音、呼吸音减弱、呼吸音减弱伴喘息、呼吸音明显减弱、呼吸音明显伴喘息。方差分析显示，5种患者中FEV1、FEV1%预计值、FEV1/FVC、FVC、FVC%预计值、改良版英国医学研究委员会(modified British Medical Research Council，mMRC)问卷的差异均有统计学意义(P< 0.001)，而FeNO水平差异无统计学意义(P=0.097)；提示FeNO水平可能与COPD患者的呼吸音及病情严重程度并无明显关系。以上研究表明，由于气道炎症只是病情严重程度的影响因素之一，并且COPD患者并不全表现为嗜酸性粒细胞炎症，因此，用FeNO水平来判断患者病情的依据尚不够充分。

肺功能是判断COPD患者病情严重程度的指标之一，多项研究探讨FeNO水平与肺功能严重程度的关系。刘晓茜等[27]进行的研究者中选取152例COPD稳定期患者，根据随访1年前后 FeNO的变化分组，较基线水平升高>10 ppb(基线FeNO<50 ppb)或升高>20%(基线FeNO≥50 ppb)的33例患者为FeNO升高组，未达上述标准的119例患者为非FeNO升高组(包括稳定及下降者)；结果显示随访1年中2组患者气道阻塞加重及生活质量下降无明显差异(P>0.05)，提示在COPD稳定期患者管理中，随访FeNO水平升高可能并不能作为辅助判断肺功能及生活质量下降的指标。Dilka等[28]进行的一项前瞻性研究中，共纳入112例AECOPD患者和122例支气管哮喘患者。研究结果显示哮喘和COPD患者FeNO水平差异有统计学意义(P<0.01)；112例COPD患者的FeNO值，按支气管阻塞严重程度划分分别为：小气道(13.8±9.3)SD，轻度(11.8±6.1)SD，中度(11.5±8)SD，重度(11±5.8)SD，极重度(11.6±7.7)SD，显示FeNO是鉴别诊断支气管哮喘和AECOPD的重要生物标志物，但FeNO水平与COPD急性加重时支气管阻塞程度之间无显著差异，并不能用FeNO水平来判断肺功能的严重程度。以上研究表明，肺功能反映的是气道的通气状况，而FeNO主要反映气道炎症，两者不能相互替代，FeNO水平不能用来评判患者的肺功能。

5 FeNO水平与COPD的治疗

Amer等[29]进行的研究招募了24名COPD患者，在接受吸入支气管扩张剂(β2受体激动剂)治疗前后进行了多次呼气流量的FeNO分析。在分析的21例患者中，FeNO50从基线时的(17.1±1.4)ppb上升到经支气管扩张剂治疗后的(19.3±1.3)ppb，增加了2.2 ppb(95% CI：0.7～3.6；P=0.005)。提示吸入支气管扩张剂治疗可增加COPD患者FeNO水平，这一结论与Ura等[6]进行的研究类似。因此，无论是在科学研究还是临床环境中，都应该考虑在FeNO分析之前对COPD患者进行吸入性支气管扩张剂治疗的标准化。

Wu等[30]研究纳入112例COPD患者，分为高FeNO组(25 ppb)和低FeNO组(25 ppb)，再根据是否使用ICS和长效受体激动剂(LABA)或长效胆碱受体拮抗剂(LAMA)将患者分成4组，分别是高FeNO/ICS+LABA,高FeNO/LAMA,低FeNO/ICS+LABA和低FeNO/LAMA；4组患者中，高FeNO/ICS+LABA组从基线FeNO水平降低最大(-25.80)，明显高于高FeNO/LAMA、低FeNO/ICS+LABA和低FeNO/LAMA组(分别是-4.45、1.31和0.50，P<0.001)，CAT改善最大(-7.20)，显著高于其他3组(分别是-2.90、-1.72和-2.03，P=0.018)，4组患者治疗后肺功能无明显差异(P=0.072)；提示高FeNO患者在使用ICS+LABA治疗后FeNO降低和CAT改善最大，支持使用FeNO来确定哪些患者将受益于ICS。Lim等[17]研究进一步显示，接受ICS治疗后，仅戒烟的COPD患者(n=125)FeNO水平显著下降(-7.51，95% CI：-11.51～-3.51；P=0.003)，而研究对象包括吸烟者(n=46)和戒烟者(-1.99，95% CI：-3.41～-0.56；P=0.006)，提示糖皮质激素治疗可显著降低戒烟者COPD的FeNO水平，但需要更多的研究来评估在吸烟的患者中，ICS治疗是否显著影响FeNO水平。

Zhou等[31]进行的研究纳入182例COPD患者，在入院时和第7天测量FeNO、肺功能、COPD评估测试(COPD assessment Test，CAT)等。在第2次就诊时，患者被要求报告自己的健康状况；分数从1～5，分别代表“明显好转”、“稍好转”、“没有变化”、“稍差”和“明显变差”；根据患者报告的健康状况和肺功能评估治疗效果。结果显示FeNO水平与FEV1和FEV1%预计值的增加呈正相关(分别为r=0.291，P<0.001；r=0.205，P=0.005)，但与CAT得分减少(r=-0.197，P=0.008)和患者报告的健康状况(ρ=-0.408，P<0.001)负相关；入院时FeNO水平与住院时间呈负相关。根据健康状况鉴别报告患者的FeNO截点为18 ppb，敏感性89.7%，特异性88.9%。提示入院时FeNO水平有可能预测AECOPD患者的总体治疗反应，包括患者主观健康状况的缓解以及肺功能的改善。

6 FeNO与COPD患者的预后

Liu等[25]研究在稳定期COPD患者中进行，与高FeNO组(≥25ppb，n=167)相比,低FeNO组(<25 ppb，n=223)在过去12个月中有更多的急性加重(P<0.05)，但这一现象与血嗜酸性粒细胞计数无关；并且高FeNO水平与过去12个月较低的中、重度加重相关[RR：0.541(95%CI：0.319～0.917)，P=0.023]。但另有多项研究却得出了不同的结论。Alcazar等[32]进行的研究纳入226例稳定期COPD患者，检测FeNO值，并在6个月和12个月进行随访；在3次检测中，FeNO<20 ppb出现的情况为：44.2%的患者3次，29.6%的患者在第1次，26.1%的患者在第2次或3次；随访期间，这3组患者急性加重的发生率逐渐升高(分别为0.67、0.91和1.42，P<0.001)，校正后，后一组急性加重的危险比更高[1.579(95% CI：1.049～2.378)，P=0.029]，并且发生首次中度和重度急性加重的时间更短，提示持续的FeNO水平≥20 ppb的稳定期COPD患者发生急性加重的风险显著增高。因此，FeNO水平对预测患者急性加重情况，以及是否与嗜酸性粒细胞计数有关还需要更多的研究证实。在日本COPD患者中进行的一项为期3年的前瞻性观察性研究显示，与低水平患者相比，FeNO高水平的患者表现出哮喘和嗜酸性粒细胞炎症的特征，高FeNO水平与更糟糕的结局(恶化、住院、全因和疾病特异性死亡率)无关[33]。提示基线FeNO水平与嗜酸性粒细胞炎症相关，但它并不是稳定期COPD患者未来病情加重或预后的预测因子。

综上所述，FeNO在COPD患者的气道炎症评估中有一定的作用，在部分COPD患者中表现为升高；FeNO主要反映气道嗜酸性粒细胞炎症，但FeNO与嗜酸性粒细胞之间的相关性在不同COPD患者的研究中未达成一致的结论，考虑与COPD患者中仅有部分表现为嗜酸性粒细胞炎症有关；在评估患者FeNO水平时需要考虑吸烟史、哮喘病史、吸入性糖皮质激素及支气管扩张剂的治疗等多种因素的影响，其水平的高低能否用来判断患者的病情严重程度及肺功能的严重程度存在不同观念；其能否作为鉴别COPD和哮喘的检测指标，以及能否用来预测COPD患者的急性加重等方面，均存在一定争议，需要进行大量的临床研究进一步明确，因此FeNO检测在COPD患者中的临床应用还存在很多局限性。