血漿IL-1Ra水平與慢性阻塞性肺疾病急性加重的相關性

冼舒平，陳 敏，吳 東，黃 丹 （.廣東醫科大學，廣東湛江 5403；.廣東醫科大學附屬醫院，廣東湛江 5400）

慢性阻塞性肺疾病(COPD)作為一種常見的慢性異質性疾病，既能夠被預防，也能夠被治療，其以持續的呼吸道癥狀和氣流受限為主要臨床特征[1]。急性加重是導致COPD 患者預后不良的主要原因，相較于肌鈣蛋白在心肌梗死與心絞痛中的鑒別作用，AECOPD的診斷僅基于臨床特點，缺乏特異性，多年來，研究者們一直在尋找一個同樣具有良好評估效能的AECOPD 生物標記物[2]。目前，臨床上針對COPD 的治療方法很多，但患者肺功能的進行性下降依然是難以避免的問題[3]。因此，尋找一種有效的靶向抗炎新方向也迫在眉睫。慢性阻塞性肺疾病的病因和發病機制尚未完全闡明，其中免疫和炎癥是其核心機制，IL-1 分子家族在COPD的炎癥反應中起著重要作用[4]。研究表明，作為IL-1 的天然拮抗劑的IL-1Ra 對關節炎、冷吡啉相關周期性綜合征等炎癥性疾病的治療產生積極作用[5]。然而，其與COPD的關系如何，目前國內外的相關研究尚少，Sapey 等[6]發現，穩定期COPD 患者血漿中IL-1Ra表達水平低于健康人群，且與FEV1、身體質量指數（BMI）和吸煙指數等臨床疾病參數相關，這提示IL-1Ra 可能參與了COPD 的發生與發展。為提供更多相關證據，本研究通過檢測外周血漿中IL-1Ra 的表達水平，探索其與AECOPD 的關系，為評估AECOPD 提供新的理論依據以及為COPD 靶向抗感染治療提供新的方向。

1 資料和方法

1.1 對象和分組

隨機選取2019 年12 月－2020 年10 月在廣東醫科大學附屬醫院就診并經肺功能及癥狀確診為慢性阻塞性肺疾病患者50 例，均符合以下納排標準，納入標準：符合GOLD 指南（2019 版）中COPD 診斷標準，即有慢性呼吸道癥狀，如咳嗽、咳痰、呼吸困難等，并曾有吸煙等其他危險因素暴露史，肺功能檢查結果滿足吸入支氣管擴張劑后FEV1/FVC＜70%；急性加重期（AECOPD）定義符合患者出現呼吸道癥狀的急劇惡化，常表現為咳嗽、呼吸困難加劇以及痰量增多等，加重程度超出了日常變異范圍以至于必須調整原有的治療方案。排除標準:（1）患有其他炎癥性疾病；（2）除慢性阻塞性肺疾病外的其他嚴重疾病，嚴重肝功能不全，嚴重腎功能不全，慢性充血性心力衰竭影響檢查者；（3）臨床診斷肺癌、支氣管擴張癥、塵肺或其他單純的限制性通氣功能障礙者；（4）活動性肺結核、肺部真菌病患者；（5）納入研究前4 周內使用過全身（口服或靜脈）激素或抗生素者；（6）免疫缺陷患者；（7）研究者認為存在不適合參加本試驗的其他原因者。根據疾病分期將50 例分為AECOPD 組和穩定期組（SCOPD 組）各25 例，隨機選取同期來我院進行行體檢且非吸煙并排除心、肺、肝、腎及其他慢性疾病的健康成人25 例為健康對照組（簡稱HC 組）。本研究經廣東醫科大學附屬醫院倫理委員會審批通過（審批同意書編號PJ2019-015），且所有研究對象均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 試劑及儀器 IL-1Ra ELISA 試劑盒(購自R＆D 公司,測定范圍31.2～2 000 ng/L)。肺功能儀(產自德國耶格公司MasterScreen PFT System 肺功能儀)。酶標儀（產自Thermo 公司Multiskan MK3 型酶標儀）。

1.2.2 標本采集 分別于清晨空腹狀態下采集觀察對象的靜脈血5 mL，室溫下3 000 r/min 進行高速離心15 min 后，取上清液置EP 管中，存于-80 ℃冰箱保存待測。測定白細胞計數、中性粒細胞比例、FEV1%pred、FEV1/FVC。所有研究對象均記錄年齡、性別、身高、身體質量和BMI 等一般資料，同時對慢性阻塞性肺疾病患者采集癥狀、體征、吸煙指數、CAT評分、mMRC評分等資料。

1.2.3 檢測 采用酶聯免疫吸附法(ELISA) 檢測血漿IL-1Ra 水平，檢測步驟嚴格按照試劑盒使用說明書執行，并用酶標儀測定光密度(OD)值。用肺功能儀檢測肺功能，包括FEV1%pred、FEV1/FVC。

1.3 統計學處理

采用SPSS 25.0 統計軟件進行統計學處理，采Graphpad Prism 8.0 軟件進行作圖。如果連續變量服從正態分布，則以形式表示；如果不服從正態分布，則采用中位數和四分位數間距表示。分類變量用頻數和百分比表示。3 組之間比較使用單因素方差分 析（One-Way Anova）或Kruskal-Wallis H 檢 驗，Mann-Whitney U 檢驗用于比較中位數的差異（包括FEV1%pred、FEV1/FVC、mMRC 評分），涉及多組比較時使用Bonferroni 校正檢驗，兩變量間的相關性分析采用Pearson 直線相關性分析，判斷評估效能采用ROC曲線分析方法。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一般人群資料

各組間的性別、年齡、身高、身體質量和BMI 差異無統計學意義（均P＞0.05）；AECOPD 組和SCOPD組吸煙指數差異無統計學意義（P＞0.05）；AECOPD組的白細胞計數、中性粒細胞比例高于SCOPD 組和HC 組（均P＜0.01），而SCOPD 組與HC 組間差異無統計學意義（均P＞0.05）；AECOPD 組患者的CAT 評分、mMRC 評分均高于SCOPD 組，而FEV1%pred、FEV1/FVC 顯著低于SCOPD 組，SCOPD 組則明顯低于HC組，差異有統計學意義（均P＜0.01）。見表1。

表1 組觀察對象的一般資料

2.2 各組人群血漿IL-1Ra表達水平的比較

經ELISA 檢測，AECOPD 組患者血漿IL-1Ra 表達水平顯著低于SCOPD 組及HC 組，SCOPD 組則明顯低于HC組，差異有統計學意義（P＜0.01）。見圖1。

圖1 各組人群血漿IL-1Ra表達水平的比較

2.3 IL-1Ra 表達水平與吸煙指數、白細胞計數、中性粒 細胞比例、FEV1%pred、FEV1/FVC、CAT 評分和mMRC評分的相關性分析

COPD 患者血漿中的IL-1Ra 表達水平與吸煙指數、白細胞計數、中性粒細胞比例、CAT 評分、mMRC評分呈負相關（均P＜0.05）,與FEV1%pred、FEV1/FVC呈正相關（均P＜0.05）。COPD 患者血漿中的IL-1Ra表達水平與BMI無明顯相關性（P＞0.05）。見表2。

表2 IL-1Ra 與BMI、吸煙指數、白細胞計數、中性粒細胞比例、FEV1%pred、FEV1/FVC、CAT 評分和mMRC 評分在COPD患者中的相關性比較

2.4 IL-1Ra、中性粒細胞比例、FEV1%pred、CAT 評分和mMRC評分評估AECOPD的ROC曲線分析

IL-1Ra 表達水平對AECOPD 具有一定評估意義，其AUC 為0.946（P＜0.01），最佳截斷值為371.03 ng/L,95%置信區間（CI）為0.887～1.000，約登指數為0.760，敏感度0.80，特異性0.96，其與中性粒細胞比例、FEV1%pred、CAT 評分和mMRC 評分均可作為評估AECOPD的輔助指標。見表3、圖2。

圖2 IL-1Ra 表達水平、中性粒細胞比例、FEV1%pred、CAT 評分和mMRC評分評估AECOPD的ROC曲線分析圖

表3 IL-1Ra表達水平、中性粒細胞比例、FEV1%pred、CAT評分和mMRC評分評估AECOPD的ROC曲線分析相關參數

3 討論

COPD 與氣道炎癥和免疫機制、蛋白酶-抗蛋白酶失衡、氧化應激、自主神經功能障礙、營養不良和氣候變化等密切相關[7-9]。免疫和炎癥是被研究者普遍接受的假說，而IL-1 分子家族在其中發揮著重要作用[4]，既往研究表明，當IL-1β 與IL-1RI 結合時，啟動IL-1 信號通路，從而導致肺部炎癥、肺氣腫以及氣道重塑。IL-1Ra作為一種新型炎癥抑制因子，能競爭性與IL-1RI 結合，而不會啟動此類事件[4,10]。近年來發現，其在多種自身免疫炎癥性疾病中能起到保護作用[5]。靶向抗炎受體可能是治療炎癥相關疾病的一種很有前景的策略，特別是在氣道炎癥性疾病中的作用越來越受到大家的關注[11-13]。

迄今為止，IL-1Ra表達水平與COPD 患者臨床參數相關性分析的研究相對較少，為了提供更多的相關證據，我們檢測外周血漿中IL-1Ra 的表達水平，探索其與AECOPD 的關系，并試圖揭示它們在慢性阻塞性肺疾病發病過程中的臨床意義。本研究結果表明：AECOPD 患者血漿IL-1Ra 表達水平顯著低于穩定期COPD 患者及健康人群，穩定期COPD 患者IL-1Ra 也明顯低于健康人群，同時，AECOPD 患者中性粒細胞比例較穩定期COPD 患者及健康人群升高。其可能的機制是，感染通常是COPD 患者急性加重的誘因，AECOPD 患者在受到病原體的刺激后機體IL-1β 分泌增加，促炎作用隨之增強，導致中性粒細胞的募集和激活增加，誘導炎癥因子及趨化因子的釋放，產生持續的炎癥反應。通常炎癥反應伴隨著氧化應激，而有研究表明，過度的氧化應激會導致機體IL-1Ra 的分泌減少[14]，從而難以拮抗IL-1β的促炎作用，IL-1Ra/IL-1β之間的失衡，會造成肺組織損傷，進而出現呼吸道癥狀的急劇惡化，需要給予額外的治療。COPD 患者多有長期的香煙煙霧暴露史，而尼古丁對免疫系統具有抑制作用，導致抗炎因子IL-1Ra 的表達水平降低[15]。因此，COPD 患者IL-1Ra 表達水平低于健康人群；同理，健康人群由于無吸煙史，當受到外界有害刺激時，機體通過增加IL-1Ra 表達水平來拮抗IL-1β 的促炎作用，抗炎調節能力較COPD 組患者強，自然也具有較強的免疫防御能力[4,6,10,14-16]。此外，與我們在體內的研究結果一致，與健康人群相比，體外細胞實驗中COPD 患者肺泡巨噬細胞和單核細胞產生的IL-1Ra 均明顯下調[17]。我們研究結果顯示，COPD 患者血漿中的IL-1Ra 表達水平與吸煙指數、白細胞計數、中性粒細胞比例、CAT 評分、mMRC 評分呈負相關,與FEV1%pred、FEV1/FVC呈正相關。COPD患者血漿中的IL-1Ra表達水平與BMI無明顯相關性。Sapey等[6]發現，COPD 患者IL-1Ra表達水平明顯低于健康對照組，血漿IL-1Ra 表達水平與FEV1、中性粒細胞、吸煙指數呈負相關，本研究結果基本與其一致。有趣的是，在Sapey 等[6]的研究中，COPD 患者IL-1Ra 表達水平與BMI 呈正相關，而本研究中血漿IL-1Ra 表達水平與BMI 無明顯相關，兩者不一致可能是不同的排除和納入標準、疾病的嚴重程度、樣本量所致。Joos等[16]研究表明，IL-1β 和IL-1Ra 基因的多態性與吸煙者肺功能下降的速度有關，表明吸煙者肺組織損傷的易感性增加，從而很好解釋IL-1Ra 表達水平與FEV1%pred、FEV1/FVC 的正相關關系。這提示我們IL-1Ra 作為炎癥抑制因子可能參與了COPD 的炎癥過程，通過IL-1Ra 靶向治療可阻斷IL-1 介導的炎癥反應，從而減輕COPD 患者的氣道重塑和氣流受限，減輕患者的癥狀，這將為COPD 的臨床治療開拓了新的方向。劉菁等[18]的動物實驗研究也證實，IL-1Ra可以使大鼠COPD 模型肺組織及肺泡中的巨噬細胞釋放高遷移率族蛋白B1 減少，從而使大鼠的氣道炎癥減輕，血氣指標改善，進而在氣道重塑方面產生保護作用，即IL-1Ra 顯露出對氣道炎癥有益的免疫反應。因此，IL-1Ra作為天然的受體拮抗劑，通過其控制IL-1介導的炎癥反應可能是今后開發COPD治療新藥的又一理論基礎，具有很大的應用前景。然而IL-1Ra在COPD 的發病過程中的作用機制及天然受體拮抗劑的利弊尚待更進一步的臨床試驗及體內、外實驗進行探究。

FEV1%pred、FEV1/FVC 作為評估COPD 患者氣流受限的重要指標，CAT 評分、mMRC 評分作為反映COPD 患者臨床癥狀以及生活質量的重要標準，中性粒細胞比例作為臨床常用的炎癥指標，在COPD 疾病診治以及病情評估的過程中，扮演著不可或缺的角色[1]，而IL-1Ra 表達水平與FEV1%pred、FEV1/FVC 呈正相關，與吸煙指數、CAT 評分、mMRC 評分、中性粒細胞比例呈負相關，提示IL-1Ra 表達水平的變化對于疾病嚴重度以及氣流受限情況而言有較好的標記作用，且進一步ROC 曲線分析提示IL-1Ra 表達水平對AECOPD 具有一定評估意義，其AUC 為0.946（P＜0.05），其與中性粒細胞比例、FEV1%pred、CAT評分和mMRC評分均可作為評估AECOPD的輔助指標。

本研究存在以下的局限性：（1）本研究僅為單中心研究，研究時間較短，樣本量較小；（2）本研究為橫斷面研究，沒有進行隨訪對比，沒有動態研究炎癥因子表達水平的變化；（3）未引入患者降鈣素原、C 反應蛋白等指標及藥物治療情況；（4）健康人群為無吸煙者，無吸煙者較吸煙者更容易養成良好的生活習慣，這可能會對他們的身體健康產生較為積極的影響，從而產生偏倚。上述不足需在日后深入研究加以解決。

綜上所述，IL-1Ra表達水平與慢性阻塞性肺疾病相關，其有潛力成為評估慢性阻塞性肺疾病急性加重的生物標志物，亦有可能成為COPD 靶向抗感染治療治療的新航標。