慢阻肺患者支氣管肺泡灌洗液中Cat S水平與肺功能和HRCT表型的相關性分析

石廣軍

慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺)已是全世界范圍內重要的公共話題之一，根據2016年公布的全球疾病負擔數據顯示，慢性呼吸系統疾病在死亡原因中高居第三位[1]。我國慢阻肺患者高達1億左右，且隨著年齡的增加發病率逐漸升高，40歲以上人群的發病率在13.7%左右[2]。根據2018年慢性阻塞性肺疾病全球倡議(global initinative for chronic obstructive lung disease,GOLD)的定義，慢阻肺是一種常見的、可以預防和治療的疾病，其主要特征為持續存在的呼吸系統癥狀和氣流受限，原因是氣道和(或)肺泡異常，通常與顯著暴露于毒性顆粒和氣體相關[3]。作為一種可以預防和治療的慢性病，探索其發病機制和潛在的生物標記物對慢阻肺的治療至關重要。目前普遍認為慢阻肺以肺實質、外周氣道和肺血管中巨噬細胞、活化的中性粒細胞和淋巴細胞增加為主要特征，上述炎性細胞及其釋放的炎癥介質參與慢阻肺的發病[4]。還有研究顯示慢阻肺患者大多表現出免疫功能異常[5]。基于慢阻肺的異質性，以往觀點認為沒有任何生物標記物可對慢阻肺患者進行管理，但近年來發現，慢阻肺有不同的表型，有些生物標記物與疾病的嚴重程度和慢阻肺急性加重相關[6-8]。與慢阻肺表型相關的生物標記物研究顯示，嗜酸粒細胞計數可對慢阻肺患者進行危險分層及臨床上指導用藥，外周血中性粒細胞與淋巴細胞的比值可作為判定慢阻肺嚴重程度的指標[9-11]。組織蛋白酶S(Cathepsin S，Cat S)是一種具有彈性溶解作用的半胱氨酸蛋白酶，有研究顯示Cat S有可能作為慢阻肺的生物標記物[12]。本文旨在研究不同GOLD等級的慢阻肺患者BALF中CatS的水平，分析其與慢阻肺患者肺功能和HRCT表型的關系，進一步探討其在慢阻肺發生發展中的作用。

資料與方法

一、資料

選取2014年1月至2018年1月在我院門診治療的慢阻肺穩定期患者72例，男性42例，年齡(54～82)歲，女性30例，年齡(56～80)歲。納入標準：①以上患者均符合中華醫學會呼吸病學分會制定的《慢性阻塞性肺疾病基層診療指南(2018年)》的診斷標準[13]；②吸入支氣管舒張劑后第一秒用力呼氣容積/用力肺活量%(FEV1/FVC)<70%；③近兩個月內患者沒有咳嗽、咳痰和呼吸困難加重為穩定期；④所有患者均接受正規治療；⑤所有患者在納入實驗的前兩個月左右未曾使用抗生素治療。排除標準：①患者合并支氣管哮喘、支氣管擴張癥、肺間質纖維化。肺部惡性腫瘤等除慢阻肺以外的肺部疾病；②口服或靜脈使用糖皮質激素治療者；③伴有嚴重的心功能不全、動脈粥樣硬化和慢性腎臟疾病者；同時納入健康志愿者23例，均為同時期在我院就診的患者，經過各項檢查指標無異，并行支氣管鏡和BALF檢查的患者，其中男性13例，年齡(54～76)歲，女性10例，年齡(52～75)歲。本研究經醫院倫理委員會批準，患者同意并簽署知情同意書。

二、方法

收集患者的一般資料，包括性別、年齡、身高、體重、吸煙數和血壓。所有研究對象均抽取空腹外周靜脈血10 mL，采用酶法檢測血糖、血脂和肌酐水平。根據血清肌酐和胱抑素C測定腎小球濾過率的修正方程計算腎小球的濾過率[14]。所有研究對象均按照中華醫學會呼吸病學分會制定的肺泡灌洗常規檢查方法進行支氣管肺泡灌洗(BALF)[15]。選擇患者右肺中葉，注入2%利多卡因局部麻醉，灌洗肺泡。楔入纖支鏡，快速注入滅菌的生理鹽水，每次30 mL，總量在(90～120)mL，然后用100 mmHg負壓吸回灌洗液，回收率達40%左右。先用無菌紗布過濾回收的灌洗液，然后裝入離心管中1 200 r/min，10min。收集上清置于-80℃冰箱中保存。采用ELISA法檢測BALF中CatS和干擾素-γ的水平，ELISA試劑盒購于江蘇碧云天有限公司。

肺功能檢測：按照《慢性阻塞性肺疾病基層診療指南(2018年)》[13]，符合FEV1占預計值%≥80%為GOLD 1級，50%≤FEV1占預計值%<80%為GOLD 2級，30%≤FEV1占預計值%<50%為GOLD 3級，FEV1占預計值%<30%為GOLD 4級。所有患者均接受胸部高分辨CT(HRCT)的檢測，計算患者肺部的低分辨區(low attenuation area,LAA)、并計算其占肺體積的百分比(LAA%)、2倍氣道壁厚度與氣道直徑比(2 times ratio of airway wall thichness to outer diameter,2T/D)和管壁面積占總橫截面積比(ratio of wall area to total airway area,WA)。

三、統計學方法

采用SPSS21.0進行統計分析，使用Kolmogorov-Smirnov檢驗分析各項指標的正態分布情況；符合正態分布的計量資料兩組采用t檢驗多組采用單因素方法分析,多組之間兩兩比較采用SNK-Q檢驗的方法，非正態分布的計量資料采用Mann-Whitney U檢驗。計數資料采用卡方檢驗；計量指標的相關性分析采用Pearson相關分析，P<0.05認為差異具有統計學意義。

結 果

一、各組患者一般情況和生化指標的比較

各組患者在性別、年齡、體重指數、吸煙指數、高血壓、糖尿病和高血脂等一般情況相比，差異無統計學意義，P>0.05。各組間的生化指標包括尿素氮、血肌酐、eGFR之間差異無統計學意義，P>0.05。各組患者BALF中CatS和γ-干擾素的含量差異具有統計學意義，隨著GOLD等級的增加，CatS和γ-干擾素的含量逐漸增加，說明CatS和γ-干擾素隨著氣流受限程度的加重而增高(見表1)。

二、各組患者肺功能和HRCT影像學參數的比較

各組患者的肺功能指標肺通氣指標包括FEV1占預計值%、FEV1/FVC及RV/TLC和反應肺彌散功能的指標DLCO占預計值，組間差異均有統計學意義(P<0.001)。患者與對照組相比，FEV1占預計值%、FEV1/FVC和DLCO占預計值數值均降低，且隨著GOLD等級的增加，數值降低的越明顯。患者與對照組相比RV/TLC有所升高，且差異具有統計學意義(P<0.001)，隨著GOLD等級的增加，數值升高的越明顯。各組患者的HRCT參數LAA%、2T/D和WA差異均具有統計學意義(P<0.001)，患者組與對照組相比HRCT參數均顯著增高(見表2)。

表1 各組患者一般情況和生化指標的比較

表2 各組患者的肺功能和HRCT影像學參數的比較

圖1 CatS水平與患者肺功能指標和HRCT指標之間的相關性分析

三、組織蛋白酶S水平與患者肺功能指標和HRCT指標之間的相關性分析

經過Pearson相關性分析結果顯示，CatS水平與FEV1/FVC、FEV1/FVC和DLCO占預計值的數值成負相關，(P<0.001)。CatS水平與RV/TLC、LAA、2T/D、WA和γ-干擾素的水平呈正相關，(P<0.001)(見圖1)。

討 論

本研究根據慢阻肺患者FEV1占預計值%和FEV1/FVC數值將其進行GOLD分級，通過檢測肺泡灌洗液中CatS的水平，進一步分析其與肺功能和HRCT表型的相關性。慢阻肺患者肺泡灌洗液中CatS的水平明顯高于對照組，且隨著GOLD等級的升高，CatS的水平也逐漸升高。經過進一步的分析，CatS的水平與FEV1/FVC、FEV1/FVC和DLCO占預計值的數值成負相關，與RV/TLC、LAA、2T/D、WA的水平呈正相關。說明CatS隨著氣流受限、肺氣腫程度的增加而升高。CatS是一種有效降解彈性蛋白的溶酶體酸性蛋白質酶，廣泛分布于肺部樹突狀細胞和巨噬細胞等參與慢阻肺發病機制的主要細胞內。有研究表明，慢阻肺患者血漿中CatS的水平明顯高于對照組，另外血漿中CatS降解片段C3C也顯著增高[12,16]。以上研究結果均與本研究結果相一致，提示CatS與慢阻肺的發展有一定相關性。

另外發現，CatS的水平與γ-干擾素的水平呈正相關，CatS可能是通過調節γ-干擾素的水平介導肺氣腫的發生。在一項動物試驗中結果顯示，γ-干擾素和IL-13過表達的轉基因小鼠，其肺泡灌洗液中CatS的水平升高，且更容易出現肺炎和肺部結構的破壞，從而導致肺氣腫[17]。在僅有γ-干擾素過表達的轉基因小鼠中，同樣檢測到肺泡灌洗液中CatS的水平升高，并促進上皮細胞的凋亡加速肺氣腫的發生[18]。還有研究顯示，γ-干擾素可誘導巨噬細胞表達CatS，促進慢阻肺的發展[19-20]。近期有研究認為，慢阻肺為一種自身免疫性疾病，肺上皮細胞抗體、抗彈力蛋白和內皮細胞抗體均參與疾病的發展[21]。CatS可以促進MHCⅡ介導的T細胞活化，后者分泌γ-干擾素進一步激活巨噬細胞，將炎癥因子趨化至肺損傷部位，肺內氧化應激分泌大量蛋白水解酶。故CatS可能是通過調節γ-干擾素的水平介導肺氣腫的發生。綜上所述，慢阻肺患者肺泡灌洗液中CatS的水平升高，且與患者肺功能和HRCT表型存在一定相關性，可能是通過調節γ-干擾素的水平促進肺氣腫的發生，CatS為慢阻肺潛在的治療靶點。