嗜酸性粒細(xì)胞型慢性阻塞性肺疾病生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展

李慧瑩 戴元榮 林潔

慢性阻塞性肺疾病（chronicobstructivepulmonarydiseases，COPD）是一種常見的可以預(yù)防和治療的疾病，其特征是持續(xù)存在的呼吸道癥狀和氣流受限，通常是由于暴露于毒性顆粒或氣體引起的氣道和/或肺泡異常所導(dǎo)致。COPD是全球范圍內(nèi)疾病致殘率和死亡率增加的主要原因之一，在全球疾病死亡原因中占第4位。據(jù)估計(jì)，到2020年，COPD將成為全球第三大死因[1]。COPD通常與輔助性T細(xì)胞1（Th1）介導(dǎo)的中性粒細(xì)胞免疫反應(yīng)相關(guān)，但在10%～40%的COPD患者中可以觀察到嗜酸性粒細(xì)胞性氣道炎癥[2]。Gao等[3]根據(jù)痰標(biāo)本中嗜中性粒細(xì)胞（＞61%）和嗜酸性粒細(xì)胞（＞2.5%）的數(shù)量分別對(duì)83例急性加重期COPD（AECOPD）患者進(jìn)行分層分析，將AECOPD患者分為嗜酸性粒細(xì)胞表型（EOS）組、嗜中性粒細(xì)胞表型（NEU）組、少細(xì)胞表型（PAU）組和混合型粒細(xì)胞表型（MC）組4個(gè)亞組，其中EOS組中痰嗜酸性粒細(xì)胞＞2.5%，NEU組中痰嗜中性粒細(xì)胞＞61%，PAU組中痰嗜酸性粒細(xì)胞≤2.5%和嗜中性粒細(xì)胞≤61%，MC組中痰嗜酸性粒細(xì)胞＞2.5%和中性粒細(xì)胞＞0.61%。他們發(fā)現(xiàn)10例以嗜酸性粒細(xì)胞為主，36例以嗜中性粒細(xì)胞為主，5例以混合粒細(xì)胞為主，32例以少粒細(xì)胞為主。由此可見，COPD是一種復(fù)雜的異質(zhì)性疾病，識(shí)別EOS COPD，并予以相應(yīng)的治療可以使臨床獲益，本文對(duì)EOS COPD生物標(biāo)志物作一綜述。

1 痰嗜酸性粒細(xì)胞

誘導(dǎo)痰檢測(cè)作為氣道炎癥的非侵入性檢查方法用來(lái)定義患者氣道炎癥表型，在臨床上應(yīng)用廣泛，哮喘和COPD患者痰嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)≥3%時(shí)都表現(xiàn)出對(duì)糖皮質(zhì)激素治療反應(yīng)好[4-5]。大多數(shù)研究將COPD患者中痰嗜酸性粒細(xì)胞增多的臨界值定義為痰嗜酸性粒細(xì)胞≥3%，并將痰嗜酸性粒細(xì)胞作為預(yù)測(cè)COPD吸入或口服糖皮質(zhì)激素治療效果的生物標(biāo)志物[6]。Siva等[7]發(fā)現(xiàn)減少痰嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)目可有效降低COPD急性加重風(fēng)險(xiǎn)。

一項(xiàng)評(píng)估痰液或血液中高嗜酸性粒細(xì)胞是否與嚴(yán)重COPD表型相關(guān)的多中心觀察性研究[8]將痰嗜酸性粒細(xì)胞1.25%用作分析的臨界值，其中痰嗜酸性粒細(xì)胞≥1.25%為高痰嗜酸性粒細(xì)胞組（171例），痰嗜酸性粒細(xì)胞＜1.25%為低痰嗜酸性粒細(xì)胞組（656例）。兩組患者性別、年齡、種族、BMI、吸煙史等比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。高痰嗜酸性粒細(xì)胞組患者應(yīng)用吸入糖皮質(zhì)激素的比例和吸入或霧化支氣管擴(kuò)張劑的比例、肺氣腫指數(shù)、空氣滯留量（殘余體積）均明顯高于低痰嗜酸性粒細(xì)胞組，肺功能明顯低于低痰嗜酸性粒細(xì)胞組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。按2%痰嗜酸性粒細(xì)胞分界值分層的亞組之間也觀察到類似的結(jié)果。高痰嗜酸性粒細(xì)胞組患者需要糖皮質(zhì)激素的比例高于低痰嗜酸性粒細(xì)胞組（19%vs 10%），并且需要急診科就診的嚴(yán)重急性發(fā)作多于低痰嗜酸性粒細(xì)胞組（13%vs 8%），差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。

綜上所述，痰嗜酸性粒細(xì)胞增多與COPD急性加重有相關(guān)性，減少痰嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)目可以有效降低COPD急性加重風(fēng)險(xiǎn)。痰嗜酸性粒細(xì)胞作為EOS COPD的生物標(biāo)志物有參考價(jià)值，痰誘導(dǎo)作為氣道炎癥的非侵入性檢查方法，可以用來(lái)定義患者氣道炎癥表型，但也具有一定局限性，它需要專業(yè)人員操作及患者的配合，失敗率約30%[9-10]，不利于及時(shí)觀察患者的病情變化。

2 血嗜酸性粒細(xì)胞

Bafadhel等[11]研究發(fā)現(xiàn)血嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)和痰嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)之間存在相關(guān)性，外周血嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)（≥2%）可作為替代COPD痰嗜酸性粒細(xì)胞的敏感生物標(biāo)志物，用于確定COPD氣道嗜酸性粒細(xì)胞增多（≥3%）（AUC=0.85，靈敏度為90%，特異度為60%）。而且另有研究表明間隔28d兩次測(cè)量的血嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)穩(wěn)定性好[6]。因此將血嗜酸性粒細(xì)胞≥2%作為COPD氣道嗜酸性粒細(xì)胞增多的生物學(xué)特征之一。研究證實(shí)血嗜酸性粒細(xì)胞在急性加重期[12]和穩(wěn)定期[13-14]的COPD患者中有作為對(duì)糖皮質(zhì)激素治療反應(yīng)良好標(biāo)志物的潛在能力。

研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)血嗜酸性粒細(xì)胞≥1.7%時(shí)，隨著嗜酸性細(xì)胞水平的增加，COPD中重度急性加重風(fēng)險(xiǎn)逐漸增加[13]。高水平的血嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)可以預(yù)測(cè)COPD急性加重風(fēng)險(xiǎn)。然而在SPIROMICS研究中發(fā)現(xiàn)血嗜酸性粒細(xì)胞＜1%的COPD患者氣道阻塞更嚴(yán)重，6分鐘步行距離更短，惡化加重次數(shù)更多[15]。同樣有研究發(fā)現(xiàn)血嗜酸性粒細(xì)胞≤2%的COPD患者發(fā)生肺炎的概率更高[16]。嗜酸性粒細(xì)胞有殺傷微生物的作用，可以將抗原遞呈給T細(xì)胞并促進(jìn)Th2細(xì)胞分化成熟[17]，是先天免疫防御的主要成分。當(dāng)嗜酸性粒細(xì)胞減少時(shí)，COPD患者免疫防御功能減弱，容易導(dǎo)致細(xì)菌、病毒等微生物的定殖，從而導(dǎo)致發(fā)生肺炎的概率增高。

目前對(duì)于血嗜酸性粒細(xì)胞絕對(duì)值的臨界值尚無(wú)定論。Vedel-Krogh等[18]研究表明，當(dāng)患者血嗜酸性粒細(xì)胞＞0.34×109cell/L時(shí)，COPD重度加重風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)增加1.76倍。亦有研究將血嗜酸性粒細(xì)胞≥0.2×109cell/L定義為COPD嗜酸性粒細(xì)胞增多，其在0.2×109cell/L的臨界值處的靈敏度為91.1%[19]。血嗜酸性粒細(xì)胞在臨床上較易獲得，但是對(duì)于其絕對(duì)值的臨界值，需要更大樣本進(jìn)行研究，至少筆者認(rèn)識(shí)到血嗜酸性粒細(xì)胞在一定程度上可用以識(shí)別EOS COPD。嗜酸性粒細(xì)胞增多與COPD急性加重風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，并且EOS COPD急性加重期對(duì)于糖皮質(zhì)激素有較好的反應(yīng)[10]，長(zhǎng)期吸入糖皮質(zhì)激素治療也能有效緩解急性加重風(fēng)險(xiǎn)[11,13]，Barnes等[20]發(fā)現(xiàn)血嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)≥2%的COPD患者在吸入糖皮質(zhì)激素治療后一秒用力呼氣容積（FEV1）的下降速率較慢。對(duì)于嗜酸性粒細(xì)胞≥2%的COPD患者，長(zhǎng)期聯(lián)合使用吸入糖皮質(zhì)激素+長(zhǎng)效β受體激動(dòng)劑（LABA）效果優(yōu)于單用LABA藥物[13]。另有薈萃分析研究了100mg美泊利單抗與安慰劑在不同嗜酸性粒細(xì)胞水平的COPD患者中的獲益情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)血嗜酸性粒細(xì)胞在300～500個(gè)/ml的COPD患者使用美泊利單抗后在減少急性加重方面獲益最大[21]。這些發(fā)現(xiàn)為特異性抑制嗜酸性粒細(xì)胞炎癥的治療提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，嗜酸性粒細(xì)胞性氣道炎癥在COPD急性加重過(guò)程中起作用，且靶向阻斷IL-5來(lái)減少血液和組織中的嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)在COPD患者中同樣有效，血嗜酸性粒細(xì)胞可以預(yù)測(cè)抗IL-5單抗預(yù)防COPD急性加重治療的有效性。

綜上所述，外周血嗜酸性粒細(xì)胞相對(duì)值偏低的COPD患者容易發(fā)生肺部感染。同時(shí)需要注意外周血嗜酸性粒細(xì)胞升高的COPD患者，目前多以外周血嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)≥2%確定為EOS COPD，隨著嗜酸性細(xì)胞水平的增加，中重度急性加重風(fēng)險(xiǎn)逐漸增加，并且其相對(duì)值可以預(yù)測(cè)COPD患者對(duì)糖皮質(zhì)激素治療的反應(yīng)性，也為特異性抑制嗜酸性粒細(xì)胞炎癥的治療提供了證據(jù)。外周血嗜酸性粒細(xì)胞在臨床上容易獲得，測(cè)定方法簡(jiǎn)單，其作為EOS COPD的生物標(biāo)志物值得推廣和進(jìn)一步深入研究，但痰嗜酸性粒細(xì)胞較血嗜酸性粒細(xì)胞更能反映EOS COPD，建議客觀看待血嗜酸性粒細(xì)胞指標(biāo)。

3 嗜酸性粒細(xì)胞顆粒蛋白

嗜酸性粒細(xì)胞陽(yáng)離子蛋白（ECP）是嗜酸性粒細(xì)胞的特異性標(biāo)志物，是嗜酸粒細(xì)胞活化后釋放出的強(qiáng)堿性顆粒蛋白，可以刺激肥大細(xì)胞釋放組胺，導(dǎo)致黏液分泌增加，進(jìn)而導(dǎo)致氣道高反應(yīng)[22]。同時(shí)ECP是哮喘氣道炎癥嚴(yán)重程度的標(biāo)志之一。研究發(fā)現(xiàn)COPD患者ECP也有所增加，急性加重期COPD患者痰和血清ECP水平高于穩(wěn)定期COPD患者[23-24]，并且ECP隨COPD嚴(yán)重程度增加而增高[25]。Paplinska-Goryca等[26]研究發(fā)現(xiàn)ECP在誘導(dǎo)痰中的較高表達(dá)與COPD癥狀評(píng)估測(cè)試評(píng)估的COPD控制情況較好相關(guān)。雖然ECP是嗜酸性粒細(xì)胞活化的標(biāo)志物，但在嗜酸性粒細(xì)胞型和非嗜酸粒細(xì)胞型COPD患者間，痰ECP水平并無(wú)明顯差異（P＞0.05）[27]。COPD患者表現(xiàn)出ECP增加，這提示嗜中性粒細(xì)胞是ECP的另外來(lái)源[28]或者說(shuō)嗜酸性粒細(xì)胞脫粒程度在患者中有較高的可變性，有些患者盡管細(xì)胞計(jì)數(shù)不大，但仍有大量的脫粒。基于上述研究，ECP可以評(píng)估COPD的嚴(yán)重程度，但因ECP在中性粒細(xì)胞中同樣能檢測(cè)到，因此，并不適用于區(qū)別EOS COPD[29]。同樣，主要堿性蛋白（MBP）在其他細(xì)胞如肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞中也觀察到了顯著的表達(dá)[30-31]，故MBP同樣不適于用來(lái)區(qū)別EOS COPD。

綜上所述，由于缺乏特異性和眾多的干擾因素，目前還沒(méi)有一種合適的嗜酸性粒細(xì)胞顆粒蛋白來(lái)識(shí)別EOS COPD。如果將來(lái)能特異性檢測(cè)出嗜酸性粒細(xì)胞來(lái)源的顆粒蛋白，也許能作為其生物標(biāo)志物。

4 呼出氣一氧化氮（FeN O）

一氧化氮（NO）是各種細(xì)胞中精氨酸在一氧化氮合酶（NOS）的作用下合成的，同時(shí)產(chǎn)生瓜氨酸。人體內(nèi)的NOS大致分為神經(jīng)型一氧化氮合酶（nNOS）、內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）3類。nNOS和eNOS統(tǒng)稱為固有型一氧化氮合酶（cNOS），cNOS的活性依賴于鈣離子和鈣調(diào)蛋白，在正常生理?xiàng)l件下催化合成少量NO[32]。iNOS的活性不依賴于鈣離子和鈣調(diào)蛋白，生理狀態(tài)下不表達(dá)，在特殊條件下經(jīng)誘導(dǎo)才會(huì)產(chǎn)生，一旦被激活，將會(huì)大量持續(xù)合成NO。哮喘患者氣道上皮中iNOS表達(dá)增高，應(yīng)用吸入糖皮質(zhì)激素治療后，iNOS表達(dá)減少[33]。哮喘患者呼出NO主要是由i－NOS產(chǎn)生，糖皮質(zhì)激素可以選擇性抑制iNOS表達(dá)而降低FeNO水平，但是對(duì)cNOS表達(dá)無(wú)明顯影響[34]，糖皮質(zhì)激素治療對(duì)COPD患者療效不顯著[35]，筆者推測(cè)iNOS可能不是COPD患者氣道NOS的主要成分。有研究表明COPD患者cNOS表達(dá)增高[36]，COPD患者氣道NOS的優(yōu)勢(shì)類型可能與哮喘患者不同。

在過(guò)去10年里，F(xiàn)eNO作為哮喘標(biāo)志物的研究較多，F(xiàn)eNO水平可以反映氣道嗜酸性粒細(xì)胞性氣道炎癥的程度，在哮喘患者中廣泛應(yīng)用，在大多數(shù)輕度哮喘患者中，F(xiàn)eNO升高表明對(duì)糖皮質(zhì)激素治療反應(yīng)好[37-38]，同時(shí)FeNO可以檢測(cè)哮喘控制程度以及預(yù)測(cè)未來(lái)急性發(fā)作。有研究發(fā)現(xiàn)COPD患者FeNO水平與痰嗜酸性粒細(xì)胞也具有相關(guān)性[23,39]。一項(xiàng)研究收集了49例戒煙的急性加重期COPD患者入院和出院前的痰液及FeNO數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)FeNO是急性加重COPD患者痰嗜酸性細(xì)胞的良好代用標(biāo)記，切點(diǎn)值為19ppb（靈敏度為90%，特異度為74%）[40]。然而FeNO與血嗜酸性粒細(xì)胞之間并無(wú)相關(guān)性[41]，F(xiàn)eNO在COPD中的作用機(jī)制尚未明了，吸煙與否以及中性粒細(xì)胞性氣道炎癥對(duì)FeNO都有影響[42]，仍需進(jìn)一步研究FeNO在EOS COPD中的意義。不過(guò)，有研究提示COPD患者進(jìn)行性升高的FeNO預(yù)示ICS治療效果好[10]，F(xiàn)eNO對(duì)EOS COPD的應(yīng)用價(jià)值需要更多的研究進(jìn)行驗(yàn)證。

綜上所述，F(xiàn)eNO水平反映了氣道嗜酸性粒細(xì)胞性炎癥程度，一定程度上也反映了COPD的嗜酸性粒細(xì)胞水平。由于吸煙（多數(shù)COPD患者的危險(xiǎn)因素）等因素可使FeNO值下降，限制了其應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于FeNO值較高的COPD患者，還應(yīng)注意合并哮喘的可能。目前FeNO在臨床上應(yīng)用逐漸廣泛，其測(cè)定方法簡(jiǎn)單，迅速得到結(jié)果，值得更多的研究探討其價(jià)值。

5 骨膜素

骨膜素是由氣道上皮細(xì)胞和肺成纖維細(xì)胞分泌，是Th2型炎癥以及支氣管重構(gòu)的標(biāo)志物[43]。Jia等[44]發(fā)現(xiàn)伴有嗜酸粒細(xì)胞性氣道炎癥反應(yīng)的哮喘患者，骨膜素水平明顯升高，說(shuō)明骨膜素是氣道嗜酸性粒細(xì)胞炎癥的優(yōu)越預(yù)測(cè)因子。而最近的一個(gè)橫斷面研究顯示痰嗜酸性粒細(xì)胞與血液嗜酸性粒細(xì)胞有很強(qiáng)的相關(guān)性，但未能證明血清骨膜素和痰嗜酸性粒細(xì)胞之間的關(guān)系[45]。這表明血清骨膜素可能提供作為Th2炎癥的生物標(biāo)志物的額外價(jià)值，但不能直接與血液或痰嗜酸粒細(xì)胞增多相媲美。骨膜素可能用作評(píng)估特異性IL-13活性和對(duì)抗IL-13治療的反應(yīng)的標(biāo)志物[46]。骨膜素在哮喘患者中研究較多，由于吸煙可以抑制骨膜素基因表達(dá)[47]，故而骨膜素在COPD患者中的表達(dá)水平較哮喘患者低。Konstantelou等[48]研究表明，雖然COPD急性加重期患者入院時(shí)骨膜素水平比出院時(shí)高，但骨膜素水平升高與其預(yù)后及死亡率等并無(wú)明顯相關(guān)性。然而，在另一項(xiàng)研究中，骨膜素可以預(yù)測(cè)嗜酸性粒細(xì)胞性氣道炎癥，在對(duì)穩(wěn)定期COPD患者吸入糖皮質(zhì)激素/LABA治療3個(gè)月后，骨膜素與改善的FEV1呈正相關(guān)[49]。IL-13可以直接誘導(dǎo)上皮衍生的骨膜素，與上調(diào)的FENO表達(dá)相關(guān)，而氣道嗜酸性炎癥與IL-13之間的關(guān)系較為復(fù)雜，例如通過(guò)上皮衍生的化學(xué)引誘物的上調(diào)，各種研究中生物標(biāo)志物測(cè)量的這些變化進(jìn)一步突出了氣道炎癥的異質(zhì)性和復(fù)雜性。目前骨膜素在EOS COPD中的應(yīng)用價(jià)值尚無(wú)明確研究來(lái)驗(yàn)證。

6 總結(jié)和期望

COPD是一種異質(zhì)性疾病，多種生物機(jī)制參與其發(fā)生、發(fā)展，至今還沒(méi)有一種生物標(biāo)志物可以簡(jiǎn)單地預(yù)測(cè)急性加重風(fēng)險(xiǎn)，聯(lián)合多種生物標(biāo)志物和臨床指標(biāo)對(duì)COPD進(jìn)行綜合評(píng)判，臨床意義比較大。COPD患者對(duì)糖皮質(zhì)激素總體治療效果不如哮喘患者好，而EOS COPD患者對(duì)糖皮質(zhì)激素治療表現(xiàn)出較好的療效。目前研究EOS COPD的生物標(biāo)志物是一大熱點(diǎn)，本文就痰嗜酸性粒細(xì)胞、血嗜酸性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞顆粒蛋白、FENO和骨膜素等生物標(biāo)志物進(jìn)行探討。痰嗜酸性粒細(xì)胞增多與COPD加重有相關(guān)性，減少痰嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)目可以有效降低COPD急性加重風(fēng)險(xiǎn)。痰嗜酸性粒細(xì)胞作為EOS COPD的生物標(biāo)志物參考意義較大。血嗜酸性粒細(xì)胞與痰嗜酸性粒細(xì)胞具有相關(guān)性，其在EOS COPD患者中有作為對(duì)糖皮質(zhì)激素治療反應(yīng)良好標(biāo)志物的潛在能力。嗜酸性粒細(xì)胞顆粒蛋白ECP、MBP在EOS COPD患者中不具有特異性，目前其在臨床無(wú)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。FeNO是急性加重COPD患者嗜酸細(xì)胞性炎癥的良好代用標(biāo)志物，與痰嗜酸性粒細(xì)胞具有相關(guān)性，但其與血嗜酸性粒細(xì)胞之間尚未發(fā)現(xiàn)明顯相關(guān)性，這值得進(jìn)一步研究。骨膜素是由氣道上皮細(xì)胞和肺成纖維細(xì)胞分泌，是Th2型炎癥以及支氣管重構(gòu)的標(biāo)志物，其在EOS COPD患者中的研究存在矛盾，目前尚無(wú)明確的研究來(lái)表明其能預(yù)測(cè)EOS COPD。以上生物標(biāo)志物對(duì)于區(qū)別EOS COPD患者的應(yīng)用價(jià)值，仍需更深入的研究，建議臨床應(yīng)用時(shí)，綜合多個(gè)指標(biāo)指導(dǎo)個(gè)體化COPD治療，研究EOS COPD標(biāo)志物具有廣闊的前景，同時(shí)將為診治COPD提供更為詳實(shí)的理論依據(jù)。