COPD患者血清中YKL-40水平及其與臨床指標的相關性研究

王曉月 黃茂 孫培莉

1南京市胸科醫院呼吸科210029；2江蘇省人民醫院 南京醫科大學第一附屬醫院呼吸與危重癥醫學科210029

COPD是常見的公眾健康問題，發病率為4%～10%，占全因病死率第四位[1]。COPD以不完全可逆的氣流受限為特點，呈進行性發展，常需肺功能檢查明確診斷。研究表明，COPD患者肺功能氣流受限指標只能部分反映疾病的狀態，不足以描述其全部癥狀及病情的全貌[2]，如COPD患者的癥狀[改良版英國醫學研究會呼吸問卷(modified British medical research council，m MRC)評分、慢性阻塞性肺疾病評估測試(chronic obstructive pulmonary disease assessment test，CAT)評分]，炎癥 程 度[C反 應 蛋 白(C-reactive protein，CRP)、纖維蛋白原]和急性加重次數等。

COPD是一種系統性炎癥性疾病，許多炎癥細胞、細胞因子和趨化因子均參與疾病的發生、發展。IL-6是一種具有生物活性的細胞因子，在炎癥和應激反應時能夠誘導肝臟產生多種急性期蛋白，參與COPD的系統炎癥形成過程[3]。研究指出，IL-6既能夠反映COPD的疾病嚴重度，又能預測COPD患者的死亡風險，是COPD一個較好的炎癥標志物[4]。除炎癥之外，血管內皮細胞遷移、增殖導致的COPD的血管重塑是COPD的另一項特點[5]。既往已有文獻報道了血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)促進血管內皮細胞增殖分化，在吸煙、低氧、炎癥刺激下均可促進VEGF及其受體表達[6]。上述IL-6和VEGF僅能部分反映COPD特征，因此，希望探索更多新的生物標志物來預測COPD和進行臨床評估。

近年來，發現一種與COPD密切相關的新的炎癥因子，甲殼質酶蛋白40(chitin enzyme protein-40，YKL-40)，又稱為人軟骨蛋白39，由CHI3L1基因編碼，最早是從腫瘤細胞中獲得的[7]。YKL-40可由多種正常細胞(巨噬細胞、中性粒細胞、內皮細胞等)和惡性細胞分泌，由許多細胞因子誘導產生，包括IL-13、IL-17、IL-18、IL-1β和干擾素γ等[8-9]。以往研究發現YKL-40在COPD[3]、支氣管哮喘[10]、心血管疾病[11]、癌癥[9]、類風濕關節炎[8]等炎癥性疾病中均是升高的，YKL-40水平與支氣管哮喘的急性加重頻率相關。目前YKL-40的具體生物學功能暫未研究清楚，可能參與細胞增殖和分化、刺激血管生成、對抗凋亡因子，還可能刺激纖維母細胞的生成、參與細胞外組織重塑[12-13]。因此，推測YKL-40可能作為一個炎癥因子參與COPD的炎癥過程，在COPD的發生、發展中起作用。

既往研究提出了YKL-40水平在COPD患者中增高，但目前尚未見關于YKL-40與COPD相關參數間關系的研究報道，如:m MRC評分、CAT評 分、體 質 量 指 數(body mass index，BMI)、急性加重次數等，也無COPD中YKL-40水平與IL-6、VEGF之間的相關性研究。本研究的主要目的是探求YKL-40與COPD的臨床及實驗室指標間的相關性，評估YKL-40在COPD疾病中的臨床應用價值。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取2016年4月至2017年6月江蘇省人民醫院呼吸與危重癥醫學科住院及門診就診的COPD患者80例，分為慢性阻塞性肺疾病急性加重期(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD)組和COPD穩定期組，各40例。入選標準:(1)符合GOLD指 南AECOPD和COPD穩定期診斷標準[14]；(2)年齡＞40歲；(3)能配合完成相關檢查及各類評分表；(4)入選患者均簽署知情同意書。排除標準:(1)合并支氣管哮喘、支氣管擴張、肺結核等其他呼吸系統疾病及肺部手術史(如肺減容手術)的患者；(2)有冠狀動脈粥樣硬化性心臟病、糖尿病、結締組織病和急性感染的患者；(3)有惡性腫瘤等全身消耗性疾??；(4)其他部位或系統的炎癥性疾病，如:炎癥性腸病、皮膚病等；(5)認知能力差，不能配合完成肺功能檢查和胸部CT檢查的患者。

另外選取同期江蘇省人民醫院體檢中心20名健康者為對照組，其中男15名，女5名；年齡(69.0±4.9)歲，年齡范圍為64～77歲。排除肺部手術、慢性呼吸系統疾病、風濕免疫疾病、糖尿病、惡性腫瘤等，近1個月內無全身感染性疾病，未使用全身糖皮質激素及免疫抑制劑。

本研究經江蘇省人民醫院倫理委員會批準(2009-SR-103)，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 研究方法 患者入院或門診當天完成病史采集及基本資料收集，進行血常規、C反應蛋白、纖維蛋白原等檢查，評估患者癥狀(CAT評分、m MRC評分)，采用酶聯免疫吸附試驗(美國R&D公司)檢測血清YKL-40、IL-6、VEGF水平，Master screen肺功能儀(德國耶格公司)測定COPD穩定期組的肺功能。

采用64層螺旋CT機對40例COPD穩定期的患者進行檢測，采用CT軟件進行肺定量分析，以密度低于-950 HU定義為肺密度減低區，即考慮存在肺氣腫，自動識別計算低衰減區占全肺容積百分比(low attenuation area percentage of lung volume，LAA%)。

1.3 統計學分析 計數資料以例數(百分比)表示，計量資料結果的描述以表示。采用SPSS 20.0統計學軟件，對主要檢驗指標進行正態性檢驗和方差齊性檢驗，方差齊時兩組間樣本比較采用獨立樣本t檢驗，當方差不齊時兩組間樣本檢驗采用Mann-Whitney U檢驗。多組間的比較使用One-Way ANOVA檢驗進行數據統計，相關性檢驗采用pearson相關分析。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 基本資料 COPD穩定期組、AECOPD組與對照組性別、年齡比較，差異均無統計學意義(P值均＞0.05)。3組患者的BMI比較，差異有統計學意義(F=4.721，P=0.015)。COPD穩定期組與AECOPD組吸煙指數比較，差異無統計學意義；而CAT評分及m MRC評分比較，差異均有統計學意義(t=2.419、3.274，P值均＜0.05)。見表1。

2.2 3組血清檢測參數比較 COPD穩定期組及AECOPD組YKL-40、IL-6、VEGF、中性粒細胞水平均較對照組升高(P值均＜0.05)，AECOPD組中的IL-6、CRP、中性粒細胞水平均較COPD穩定期組高(P值均＜0.05)。YKL-40、VEGF、纖維蛋白原在COPD穩定期組及AECOPD組間比較，差異無統計學意義。見表2。

2.3 不同病情、BMI和吸煙指數對COPD患者血清YKL-40、IL-6和VEGF水平的影響 急性加重≥2次/年或住院次數≥1次/年的COPD患者較急性加重≤1次/年的患者血清IL-6及YKL-40水平均增高(P值均＜0.001)。BMI≤21 kg/m2較BMI＞21 kg/m2的COPD患 者 血 清IL-6及YKL-40水平均增高(P＜0.05)。CAT評分≥10分較CAT評分＜10分的患者血清YKL-40水平增高(t=3.576，P=0.001)。吸煙指數＞10包年較吸煙指數≤10包年的患者血清YKL-40水平增高(t=2.145，P=0.017)。見表3。

2.4 COPD患者血清中YKL-40、IL-6、VEGF和CRP間的相關性 圖1顯示了4種因子間的關系，YKL-40與IL-6、VEGF均呈正相關(r=0.51、0.49，P＜0.001)。IL-6與VEGF水平之間也呈正相關(r=0.62，P＜0.001)。CRP和YKL-40之間無相關性(r=0.19，P=0.126)。

2.5 COPD穩定期組YKL-40與肺功能及CT肺功能間的相關性 在COPD穩定期組中，YKL-40與第一秒用力呼氣容積占預計值百分比(forced expiratory volume in the first second percentage of predicted value，FEV1%pred)呈負相關(r=-0.503，P=0.005)，與最大通氣量占預計值百分比(maximal voluntary ventilation percentage of predicted value，MVV% pred)呈負相關(r=-0.463，P=0.010)，與呼氣相LAA%均呈正相關(r=0.452，P=0.030)。YKL-40與校正后肺一氧化碳彌散量占預計值百分比(diffusion capacity for carbon monoxide corrected percentage of predicted value，DLCOc%pred)之間無明顯相關性。見圖2。

表1 3組患者的基本資料比較

表2 3組血清檢測參數比較()

表2 3組血清檢測參數比較()

注:AECOPD為慢性阻塞性肺疾病急性加重期；YKL-40為甲殼質酶蛋白40；VEGF為血管內皮生長因子；ND為未做；與COPD穩定期組比較，a P＜0.05

組別 YKL-40(μg/L)IL-6(ng/L) VEGF(ng/L) 白細胞計數(109/L)中性粒細胞(%)中性粒細胞計數(109/L)C反應蛋白(mg/L)纖維蛋白原(mg/L)COPD穩定期組 53.67±26.17 10.92±7.80 308.50±156.10 6.75±1.78 65.40±6.49 4.46±1.31 5.97±10.56 33.71±9.28 AECOPD組 69.34±34.81 21.93±22.14a 404.50±257.83 8.44±3.88 71.96±14.95a 6.33±3.59 38.44±53.49 44.39±28.33對照組 34.42±12.56 2.50±1.07 240.77±90.12 6.41±1.39 58.99±8.94 3.79±1.08 ND ND統計值 F=4.415 F=5.439 F=7.876 F=5.859 F=4.276 F=5.229 t=33.752 t=6.278 P值 ＜0.001 ＜0.001 0.038 0.073 0.001 ＜0.001 ＜0.001 0.057

表3 COPD患者YKL-40、IL-6及VEGF的水平()

表3 COPD患者YKL-40、IL-6及VEGF的水平()

注:YKL-40為甲殼質酶蛋白40；VEGF為血管內皮生長因子；CAT為慢性阻塞性肺疾病評估測試；m MRC評分為改良版英國醫學研究會呼吸問卷；BMI為體質量指數

變量 例數 YKL-40(μg/L)IL-6(ng/L)VEGF(ng/L)濃度 統計值 P值 濃度 統計值 P值 濃度 統計值 P值病情 t=2.231 0.001 t=2.208 0.001 t=2.341 0.086急性加重≤1次/年35 44.08±20.96 8.50±5.47 293.24±153.77急性加重≥2次/年或住院次數≥1次/年45 70.71±32.38 21.13±20.23 389.64±237.92 CAT評分 t=3.576 0.001 t=2.109 0.071 t=1.891 0.885＜10 37 46.38±15.41 11.84±14.62 349.17±197.75≥10 43 67.83±34.45 19.20±18.54 357.64±225.03 m MRC評分 t=2.871 0.061 t=1.876 0.106 t=2.431 0.894≤1 31 49.62±22.84 11.95±15.12 349.42±219.46≥2 49 66.02±33.37 18.72±18.25 357.35±216.04 BMI（kg/m2） F=5.689 0.034 F=2.874 0.022 F=5.067 0.110≤21 29 72.23±30.90a 23.55±27.98a 479.17±296.64＞21且＜25 21 51.52±29.71 12.47±9.12 315.74±136.06≥25 30 67.44±34.61 14.87±8.58 276.75±149.31吸煙指數（包年） t=2.145 0.017 t=3.891 0.355 t=2.098 0.482＞10 45 67.50±33.23 17.74±20.11 367.41±215.32≤10 35 47.13±21.51 13.80±9.40 325.58±218.35

3 討論

本研究結果顯示COPD患者血清中YKL-40的水平較對照組增高，但其在AECOPD組和COPD穩定組之間差異無統計學意義。Severine等[15]研究證實COPD中的YKL-40較正常人高，其他研究進一步提出，YKL-40水平在AECOPD較穩定期患者增加的更加明顯。與本研究結果不同，推測原因如下:(1)在其他研究中，COPD穩定期患者的癥狀較輕，合并癥較少，而本研究COPD穩定期患者多為GOLD指南分級中的3、4級患者。(2)本研究AECOPD患者部分在入院前已接受抗炎治療，對YKL-40水平造成影響。因此，盡管YKL-40水平在AECOPD中較穩定期COPD患者升高，但2組間比較差異無統計學意義。

本研究觀察到在COPD患者中，BMI≤21 kg/m2、CAT評分≥10分、急性加重≥2次/年或住院次數≥1次/年、吸煙指數＞10包年的患者血清中YKL-40水平較高。Severine等[15]研究發現YKL-40在COPD患者血清和肺泡灌洗液中升高，其中，吸煙者較非吸煙者增高更加明顯。當COPD患者受到香煙等慢性炎癥刺激時，肺組織和肺泡中的巨噬細胞數量增多，釋放更多的YKL-40，同時促進其他細胞因子的釋放，如IL-8、MCP-1和MIP-1α，進而加重肺部炎癥[16]。CAT評分是反映COPD疾病嚴重程度的指標[17]，與肺功能中FEV1%pred、急性加重次數以及圣喬氏評分關系密切，能較精確地反映COPD的急性加重及恢復，且可重復性好。本研究發現CAT≥10分的COPD患者中YKL-40水平更高。然而，并未發現m MRC評分與YKL-40之間的聯系。這項發現表明患者合并更多的癥狀時YKL-40水平高，可能與疾病嚴重程度有一定相關。ECLIPSE研究發現COPD患者每年有2次及以上的急性加重會加重氣流受限的風險，使FEV1下降速度更快，增加患者的死亡風險[18]。Koutsokera等[19]研究指出部分炎癥介質如IL-6能預測COPD未來急性加重的風險。本研究發現急性加重≥2次/年或住院次數≥1次/年的COPD患者血清中IL-6和YKL-40水平高。故可推測YKL-40和IL-6與COPD的急性加重風險相關，參與COPD進展過程，但其具體機制尚未明確。BMI是BODE指數的一個參數，是COPD的一個重要的臨床參數。大約25%的COPD患者，特別是晚期患者，容易出現消瘦，BMI低的患者死亡風險更高[20]。Landbo等[21]研究發現低BMI是COPD患者的一個獨立危險因素，無論在輕中重度COPD患者中，均會引起死亡率增加。本研究結果顯示，BMI≤21 kg/m2的COPD患者中YKL-40較高，推測YKL-40可以作為判斷COPD患者預后的一個指標。

圖1 COPD患者血清中YKL-40、VEGF、IL-6、CRP之間的關系 A:YKL-40與IL-6相關性；B:YKL-40與VEGF相關性；C:IL-6與VEGF相關性；D:YKL-40與CRP相關性

圖2 COPD穩定期組患者YKL-40與肺功能及CT肺功能間的關系 A:YKL-40水平與FEV 1%pred相關性；B:YKL-40水平與MVV%pred相關性；C:YKL-40水平與DL COc%pred相關性；D:YKL-40水平與LAA(EN)%相關性

肺功能檢查是診斷COPD的金標準，既往有研究表明COPD患者FEV1越低，其血樣本中的YKL-40水平越高[15]。FEV1下降的速度是疾病進展與死亡率的一個標志。本研究結果顯示，YKL-40與FEV1%pred和MVV%pred均 呈 負相關，這表明了YKL-40與肺通氣功能相關，在一定程度上可以反映COPD疾病的嚴重程度。另一項研究發現YKL-40水平與DLCOc相關，DLCOc是一個與COPD患者肺氣腫的嚴重程度相關的指標[22]。然而本研究中并未發現YKL-40與DLCOc%pred之間存在相關性。推測原因:(1)DLCOc在COPD患者中，可能并不能作為肺氣腫的定量指標，應該用HRCT掃描來評估肺氣腫；(2)本研究樣本量較小，并不能得到相關的結果。

HRCT作為評估COPD肺功能的影像學指標，常能先于肺功能檢查發現肺實質及氣道病變，結構異常。HRCT常用呼氣相LAA%作為評估肺氣腫嚴重程度的一項指標。本研究結果提示YKL-40水平與呼氣相LAA%結果呈正相關。Han等[23]的關于COPD的一項大規模研究發現，LAA%與過去一年的急性加重頻率存在正相關性，隨著LAA%的增加，急性加重風險更高，LAA%增加5%，急性加重次數增加1.18倍。LAA%水平越高，越容易出現呼吸困難，步行距離減少，彌散功能降低[24]。以上的結果均表明YKL-40與COPD的嚴重程度密切相關。

COPD是氣道炎癥性疾病，其在急性加重期時，氣道炎癥反應更加明顯，使氣道平滑肌痙攣收縮，引起缺氧，激活補體，機體炎癥進一步加重，促進大量炎癥因子的合成與釋放[25]。本研究發現，血清中YKL-40與IL-6的水平呈正相關，提示YKL-40可能在炎癥中有一定作用。Nielsen等[26]研究結果發現，在志愿者中靜脈輸入IL-6，YKL-40的水平隨之增高，推斷YKL-40是由IL-6調控的，IL-6在低濃度時與YKL-40呈正相關[27-28]。另外有研究指出隨著年齡增長，其YKL-40[27]與IL-6[29]均呈增高趨勢，進一步驗證了YKL-40與IL-6之間可能存在的關系，與本研究結果一致。盡管YKL-40和CRP均為急性時相反應物，但研究中并未發現其相關性。推測這2種炎癥因子在COPD中的作用機制并不相同，CRP是由肝臟細胞分泌的，而YKL-40是由免疫細胞分泌，直接參與疾病的活動，如粒細胞和巨噬細胞的活動。

除炎癥外，肺血管重塑也在COPD發病過程中起到了重要作用。VEGF是一個高度特異性的細胞因子，通過自分泌和旁分泌的方式作用于血管內皮，可以促進血管內皮細胞的增殖和分化、血管生成、血管滲透等。在COPD患者中，長期的缺氧和慢性炎癥會增加VEGF的mRNA表達[30]。本研究中發現YKL-40與VEGF因子呈正相關，提示YKL-40與血管內皮功能失調可能有一定的相關性，但具體作用機制尚不明確。

本研究尚不能充分驗證YKL-40是影響COPD患者預后的獨立危險因素，期待開展多中心、大樣本的研究給出重要結論。但本研究觀察到YKL-40水平增高與吸煙指數、CAT評分、患者急性加重次數、BMI等指標密切相關，提示YKL-40在評估COPD患者的病情嚴重度以及指導治療方面有重要的意義。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突