氣道壓力對氣道重塑相關因子表達的影響及糖皮質激素的干預作用*

劉蘭香，余 倩，吳曉娟，王 靜，李敏超（重慶醫科大學附屬第二醫院呼吸與危重癥醫學科，重慶400010）

慢性阻塞性肺病（COPD）是以持續氣流受限為特征的常見呼吸系統疾病。氣道重塑是導致氣流受限的重要病理學改變，也是COPD患者病情無法緩解的原因之一，其發生涉及多種炎癥因子，如：轉化生長因子β1（TGF-β1）、白細胞介素?13（IL?13）、粒細胞?巨噬細胞集落刺激因子（GM?CSF）等[1]。既往動物研究已經證明，TGF-β1、IL?13，GM?CSF 等炎癥因子的基因表達及調控均涉及 Ca2+的參與[2?4]。

瞬時感受器電位C（TRPC）通道，有7種亞型，即TRPC1～TRPC7[5]，其中 TRPC1 在肺泡巨噬細胞、氣道平滑肌細胞等均有表達，是一類可被機械壓力激活的跨膜通道蛋白，其被激活后可導致胞內第二信使Ca2+濃度變化[6?8]。COPD患者由于氣道重塑、支氣管管腔內黏液增多、支氣管平滑肌痙攣等多種因素，使小氣道內存在持續異常增高的氣道內壓力。而小氣道內高壓環境可激活胞膜TRPC1通道進而誘導Ca2+入胞。氣道重塑相關因子 TGF-β1、IL?13、GM?CSF 的表達與 Ca2+密切相關，而氣道內壓力可作用TRPC1通路，導致Ca2+內流。因此，臨床推測上述細胞因子的表達與氣道內壓力密切相關。已有體外實驗表明，糖皮質激素的使用可減輕氣道炎性細胞浸潤、氣管管壁增厚，減少膠原沉積、血管生成，從而抑制氣道重塑[9?10]。本研究依據有創機械通氣時不同的平均氣道壓（Pmean）水平，將受試者分為不同壓力水平組，觀察不同水平壓力作用后各組氣道內分泌物（ETAs）的氣道重塑相關因子表達水平，探討氣道內壓力與氣道重塑相關因子表達水平之間的關系，并明確糖皮質激素在此環節中所起的作用。

表1 2組一般資料比較

1 資料與方法

1.1 資料

1.1.1 一般資料 選取2016年6月至2017年8月本院呼吸與危重癥醫學科及重癥監護室行有創機械通氣大于或等于3 d的COPD患者30例（COPD組），按通氣期間氣道內或全身是否使用糖皮質激素治療進一步分為激素治療組（n=13）和非激素治療組（n=17），同時選取無氣道慢性炎癥疾病患者13例作為對照組。納入標準：（1）根據中華醫學會2013診斷指南診斷為COPD的患者；（2）患者未合并肺部腫瘤、肺結核或免疫功能缺陷等，對照組未合并肺部感染，均未氣道內及全身使用激素。COPD組和對照組年齡、性別、吸煙史等比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）。見表1。根據每小時護理記錄中Pmean值得到3 d通氣時間的Pmean平均值，進一步根據Pmean平均值將患者分為高壓力組4例（＞15 mm Hg，1 mm Hg=0.133 kPa），中壓力組 4例（10～15 mm Hg）和低壓力組 5例（＜10 mm Hg）。所有患者及家屬均被告知研究項目內容并簽字同意參與本研究，研究經本院倫理委員會批準后執行。

1.1.2 主要試劑 TGF-β1、IL?13、GM?CSF 酶聯免疫吸附測定法（ELISA）試劑盒購自上海安迪生物公司。

1.2 方法 患者完善術前相關檢查后，在纖維支氣管鏡引導下經鼻或口行氣管插管，并用封閉式吸痰管行氣道內分泌物吸取，抽取痰液作為標本，在4℃條件下1000 r/min離心20 min，取上清液用于檢測。所有受試者分別于機械通氣24 h內及第3天行ETAs吸取，收集前后2次ETAs。采用ELISA檢測ETAs上清液TGF-β1、IL?13、GM?CSF 水平，操作嚴格按試劑說明書步驟進行。

1.3 統計學處理 采用SPSS20.0軟件進行數據分析，計量資料以表示，組間比較采用t檢驗，相關性分析采用Pearson直線相關法，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 壓力刺激前后氣道重塑因子表達水平比較 激素治療組、非激素治療組 24 h 內 TGF-β1、IL?13、GM?CSF水平均高于對照組，差異均有統計學意義（P＜0.05）。高、中、低壓力組間 24 h 內 TGF-β1、IL?13、GM?CSF 水平比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）。對照組第3天GM?CSF 水平及非激素治療組第 3 天 TGF-β1、IL?13、GM?CSF水平顯著高于24 h內，差異均有統計學意義（P＜0.05）。在對照組中，低、高壓力組第 3 天 TGF-β1 水平及中、高壓力組第3天IL?13水平顯著高于24 h內，差異均有統計學意義（P＜0.05）；高壓力組第 3天 TGF-β1、IL?13、GM?CSF 水平顯著高于中、低壓力組，差異均有統計學意義（P＜0.05）。激素治療組第 3 天 TGF-β1、IL?13、GM?CSF水平顯著低于24 h內，差異均有統計學意義（P＜0.05）。在非激素治療組中，中、高壓力組GM?CSF水平變化幅度明顯高于對照組，差異均有統計學意義（P＜0.05）。見表 2、3。

2.2 相關性分析 非激素治療組TGF-β1、IL?13、GM?CSF水平變化幅度與壓力呈正相關（r=0.44、0.49、0.52，P＜0.05）。

3 討 論

COPD是呼吸系統中以持續氣流受限為特征的疾病，其主要的病理特點為氣道重塑。氣道重塑主要指氣道壁的結構變化，是慢性炎癥反復刺激引起炎癥細胞和結構細胞相互作用的結果。TGF-β1、IL?13、GM?CSF在此過程中起重要作用，其表達與胞內Ca2+內流密切相關[2?4]。TGF-β1 是一種多效應性細胞因子，可被氣道上皮細胞、成纖維細胞、嗜酸性粒細胞和巨噬細胞合成，是公認的致氣道重塑的炎癥介質[11?12]。TGF-β1 主要涉及調節細胞的增殖和分化，參與組織損傷修復，此外還可刺激細胞外基質（ECM）的合成和沉積，使成纖維細胞增殖并發展為肌成纖維細胞，使平滑肌細胞表型可由收縮型向合成型轉變；而ECM過度合成則使ECM及纖維產生增加，加重氣道纖維化[13]。以上作用共同參與了氣道重塑。IL?13主要由活化T細胞、肥大細胞、嗜堿粒細胞和單核細胞產生，其過度表達可使黏液腺化生，黏液分泌增多，加重大小氣道管壁及周圍炎性反應，通過氣道壁結構重建等多種機制參與COPD的發生、發展[14]。GM?CSF在慢性支氣管炎患者的上皮中表達[15]，可直接損傷肺組織結構，同時促進炎癥細胞，如中性粒細胞、巨噬細胞等炎癥細胞的趨化、黏附、聚集、激活及脫顆粒作用。由于反復的慢性炎癥的損傷及不全性的修復導致肺泡壁的持續破壞、纖維化及中小氣道壁的進行性增厚、管腔進行性狹窄及彈性進行性減弱，最終導致進行性氣流阻力增加，從而參與氣道重塑[16?17]。COPD患者由于多種因素的相互作用，使小氣道內的氣道內壓力持續異常增高。因此，持續異常的氣道高壓貫穿于慢性阻塞性肺疾病始終，與疾病的病情進展密切相關。TRPC家族包括7種亞型（TRPC1～TRPC7），TRPC可以被人體多種內分泌激素、炎癥因子、鈣池的衰竭和牽張刺激等激活[18]，而TRPC1為主要的牽拉激活的鈣通道，在細胞膜感受壓力的過程中發揮重要作用，可介導胞外Ca2+入胞；而TGF-β1、GM?CSF、IL?13等炎癥因子的表達與 Ca2+內流有關，故推測氣道內壓可促進氣道重塑因子生成。本研究中，對照組予以機械通氣治療后第3天TGF-β1、IL?13、GM?CSF水平較24 h內水平呈現升高趨勢。本研究團隊前期研究也發現，健康人氣道重塑相關因子在氣道高壓力水平干預下呈升高趨勢[19]。由于TRP通道可能在氣道保護機制中發揮重要作用，對健康人來說，壓力刺激后激活TRPC1導致氣道重塑因子生成系機體的保護性反應，因此推測機體可以通過一系列負反饋機制使氣道微環境達到一個生理性的平衡，但具體機制尚有待進一步明確。本研究中，在非激素治療組中3種因子的變化水平更為明顯，可能與COPD患者在慢性炎性反應中TRPC1的表達顯著增加有關。TRPC1的高水平表達使氣道對壓力的升高處于高敏狀態，氣道壓一旦高于生理壓力，氣道重塑相關因子即呈爆發式釋放，導致病理性結果。提示氣道內高壓可能通過改變氣道重塑相關因子的表達，參與氣道重塑。在對照組及非激素治療組中，高壓力組氣道重塑相關因子的表達水平及升高幅度均較中、低氣壓組高，非激素治療組TGF-β1、IL?13、GM?CSF水平變化幅度與壓力呈正相關，因此推測隨著氣道內壓力增高，可能使活化的TRPC1通道增多，Ca2+內流增加，從而介導 TGF-β1、GM?CSF、IL?13 水平表達升高。本實驗間接證實COPD患者本身存在的氣道內持續高壓力可以上調氣道重塑相關因子的合成，氣道內高壓力加重氣道重塑，而氣道重塑是形成慢性氣道炎性疾病氣道內高壓原因之一，二者間形成惡性循環，導致疾病的發展及惡化。現已經證實糖皮質激素的使用能夠逆轉已建立的炎癥和氣道高反應性，并通過減少基質沉積和黏液產生來改善氣道重塑[20]。本研究結果顯示，激素治療組在激素干預后，各個壓力組中氣道重塑相關因子表達水平均下降，差異均有統計學意義（P＜0.05）。前期實驗表明，糖皮質激素可在一定程度上通過下調TRPC1表達干預氣道重塑演變[21]。

表2 壓力刺激前后氣道重塑因子表達水平（±s，pg/L）

表2 壓力刺激前后氣道重塑因子表達水平（±s，pg/L）

組別對照組（n=13）非激素治療組（n=17）激素治療組（n=13）時間24 h內第3天24 h內第3天24 h內第3天TGF-β1 GM-CSF IL-13高壓力組30.1±11.973.1±12.554.5±21.7110.6±47.457.7±12.737.8±8.6中壓力組178.0±102.3300.3±88.1371.3±196.7568.9±179.0419.8±190.0204.7±95.1高壓力組275.4±110.8623.0±55.9372.9±172.0800.3±90.3441.8±104.8282.0±73.9低壓力組21.1±9.833.9±14.729.6±17.956.3±23.123.2±11.810.4±4.8中壓力組22.4±10.136.8±6.426.8±13.370.7±30.133.5±16.115.7±6.7高壓力組21.8±6.669.1±32.431.3±8.8137.1±51.639.9±4.327.6±6.6低壓力組32.3±17.744.7±20.349.1±29.660.6±33.444.7±24.912.8±4.3中壓力組25.4±12.650.7±8.951.1±23.177.4±24.047.1±19.920.0±11.1低壓力組255.4±158.4359.4±203.8321.6±157.0486.5±118.4330.9±182.2162.0±78.1

表3 對照組及非激素治療組壓力刺激前后TGF-β1、GM-CSF、IL-13變化幅度（±s，pg/L）

表3 對照組及非激素治療組壓力刺激前后TGF-β1、GM-CSF、IL-13變化幅度（±s，pg/L）

注：與對照組比較，aP＜0.05

組別對照組（n=13）非激素治療組（n=17）TGF-β1 GM-CSF IL-13高壓力組43.0±17.756.0±32.3低壓力組104.0±72.1164.9±141.4中壓力組122.3±122.9197.6±145.8高壓力組347.6±142.1427.4±149.3低壓力組12.8±6.226.8±24.1中壓力組14.3±11.243.9±31.6a高壓力組47.3±30.0105.8±49.3a低壓力組12.5±10.411.5±11.4中壓力組25.3±11.626.3±13.1

綜上所述，COPD患者持續的氣道高壓力環境會影響氣道重塑相關因子的合成，參與氣道重塑過程，且糖皮質激素降低了氣道壓力對氣道重塑因子水平的影響，據此可進一步通過抑制或阻斷信號通路來治療及防止COPD發生和發展。