HIF-1α、NGAL在不同程度慢性阻塞性肺疾病中的表達(dá)及與認(rèn)知功能障礙的相關(guān)性研究

王亞楠 李娜 張?zhí)鹛?/p>

慢性阻塞性肺疾病(簡(jiǎn)稱(chēng)慢阻肺)是一種不完全可逆的以氣道慢性炎癥為主并伴有持續(xù)氣流受限的肺部疾病，往往伴有認(rèn)知功能障礙在內(nèi)的多系統(tǒng)損害[1]。慢阻肺認(rèn)知功能障礙是原發(fā)病慢阻肺 的合并癥之一，使患者中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損，從而表現(xiàn)為對(duì)事物的認(rèn)識(shí)、理解能力下降。研究[2]表明低氧、高碳酸血癥、氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)均可能是導(dǎo)致慢阻肺患者并發(fā)認(rèn)知功能障礙的危險(xiǎn)因素。當(dāng)機(jī)體出現(xiàn)低氧應(yīng)激，可以導(dǎo)致患者體內(nèi)出現(xiàn)血清低氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α)濃度改變，與此同時(shí)，患者可同時(shí)出現(xiàn)認(rèn)知功能障礙[3]。中性粒細(xì)胞明膠酶蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)由中性粒細(xì)胞和某些上皮細(xì)胞分泌，在正常生理情況下其表達(dá)處于微量水平，而在急、慢性炎癥反應(yīng)中均顯著升高[4]。此外，在慢阻肺及認(rèn)知障礙的患者血漿中均表達(dá)升高[5]。目前已有研究[6]表明不同慢阻肺嚴(yán)重程度對(duì)患者認(rèn)知功能的損害程度不同，但其原因尚不清楚，因此本研究探討不同慢阻肺嚴(yán)重程度患者血清HIF-1α和NGAL水平與認(rèn)知功能障礙間的相關(guān)性，以期為早期評(píng)估及預(yù)防慢阻肺合并認(rèn)知功能障礙的發(fā)生提供依據(jù)。

資料與方法

一、病例資料

選取于2018年6月～2020年6月期間在本院呼吸科住院治療的慢阻肺患者400例，根據(jù)納入、排除標(biāo)準(zhǔn)納入單純慢阻肺患者80例(B組)，合并認(rèn)知功能障礙患者78例，根據(jù)慢阻肺嚴(yán)重度將合并認(rèn)知功能障礙患者分為2個(gè)亞組：穩(wěn)定期 25例(C組)、急性加重期 53例(D組)，另選擇同期門(mén)診健康體檢者60例為對(duì)照組(A組)。本研究已獲我院倫理委員會(huì)審批，且試驗(yàn)方法嚴(yán)格按照相關(guān)實(shí)驗(yàn)規(guī)定。所有研究對(duì)象均知情同意，自愿參與研究，并簽署知情同意書(shū)。

二、納入、排除標(biāo)準(zhǔn)

1 慢阻肺患者

納入標(biāo)準(zhǔn)：診斷標(biāo)準(zhǔn)符合《慢性阻塞性肺疾病診治指南(2013年修訂版)》[7]：根據(jù)相關(guān)臨床癥狀、危險(xiǎn)因素及肺功能檢查結(jié)果進(jìn)行診斷，應(yīng)用支氣管擴(kuò)張劑后第一秒用力呼氣容積(forced expiratory volume in 1 second, FEV1)/用力肺活量(forced vital capacity, FVC)<70%，可確定存在持續(xù)性氣流受限，即診斷為慢阻肺。

排除標(biāo)準(zhǔn)：1)既往有肺部手術(shù)病史； 2)明確診斷為肺間質(zhì)纖維化、肺結(jié)核、哮喘、支氣管擴(kuò)張；3)無(wú)法配合做肺功能檢查；4)伴有嚴(yán)重精神類(lèi)疾??；5)調(diào)查問(wèn)卷填寫(xiě)不完整者。

2 合并認(rèn)知功能障礙的慢阻肺患者

滿(mǎn)足1.2.1的納入、排除標(biāo)準(zhǔn)外，同時(shí)滿(mǎn)足以下3點(diǎn)并能通過(guò)可操作性的客觀(guān)指標(biāo)進(jìn)行量化：1)主訴或知情者報(bào)告認(rèn)知功能下降；2)日常基本能力正常，但使用復(fù)雜工具的能力存在輕微損害；3)排除已進(jìn)展至癡呆階段。

排除標(biāo)準(zhǔn)：1)嚴(yán)重神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者；2)既往因慢阻肺以外的其他原因診斷為所致精神異常或認(rèn)知功能障礙患者；3)文化程度過(guò)低，不具備基本認(rèn)知能力的患者。

三、方法

1 一般資料調(diào)查

通過(guò)本院自行設(shè)計(jì)的問(wèn)卷對(duì)受試者的基本情況進(jìn)行收集，問(wèn)卷的發(fā)放、回收均由經(jīng)統(tǒng)一培訓(xùn)的研究人員參與，問(wèn)卷回收時(shí)及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)審核并查漏補(bǔ)缺。記錄性別、年齡、受教育年限、吸煙史、糖尿病史、高血壓史及冠心病史等信息。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量身高、體重，計(jì)算體質(zhì)量指數(shù)(Body mass index, BMI)(BMI=體重(kg) /身高2(m2)。

2 HIF-1α和NGAL水平檢測(cè)

由醫(yī)生提前告知采血當(dāng)天早晨7:00～9:00于空腹?fàn)顟B(tài)下采集靜脈血。由護(hù)士抽取靜脈血4 mL，分別收取血清和血漿，置于-80 ℃冰箱保存。采用酶聯(lián)免疫吸附法測(cè)定血清HIF-1α和血漿NGAL水平，試劑盒購(gòu)于合肥萊爾生物科技有限公司，操作步驟均嚴(yán)格按照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。

3 動(dòng)脈血?dú)鉁y(cè)定

采血時(shí)受試者手部放松，呼吸平穩(wěn)，避免導(dǎo)致呼吸過(guò)度或者屏氣而引起的血?dú)庹`差。常規(guī)消毒后，由護(hù)士使用一次性動(dòng)脈采血針在股動(dòng)脈搏動(dòng)最明顯處垂直進(jìn)針，采血約1mL后，拔出針頭并迅速刺入橡皮塞內(nèi)，立即送檢標(biāo)本。采用西門(mén)子epoc全自動(dòng)血?dú)夥治鰞x，測(cè)定動(dòng)脈血氧分壓(arterial oxygen tension, PaO2)、動(dòng)脈血氧飽和度(arterial oxygen saturation, SaO2)以及動(dòng)脈血二氧化碳分壓(arterial carbon dioxide tension, PaCO2)。

4 肺功能測(cè)定

待受試者坐下休息20 min后，應(yīng)用德國(guó) Erich Jaeger 公司肺功能儀，測(cè)定所有受試者的FVC、FEV1。受試者在檢測(cè)者的指揮下做幾次平靜呼吸，緩慢將氣體一次性呼出，接著快速吸氣，然后立刻用最大力氣將氣體全部呼出，直至不能呼出為止，中間不能停頓、換氣。通過(guò)受試者的年齡、身高和體重推算FVC和FEV1的預(yù)測(cè)值，分別計(jì)算二者實(shí)測(cè)值占預(yù)測(cè)值的百分比FEV1(%)、FVC(%)以及 FEV1/FVC 值。

5 認(rèn)知功能評(píng)價(jià)

患者認(rèn)知功能的評(píng)價(jià)由研究人員采用簡(jiǎn)易精神狀態(tài)量表(mini mental state examination, MMSE)[8]提問(wèn)的方式進(jìn)行篩查。MMSE共30道題目，包括時(shí)間、空間定向力，即刻、延遲記憶力，注意力及計(jì)算力，語(yǔ)言表達(dá)力等內(nèi)容。患者回答正確一項(xiàng)計(jì)為1分，回答錯(cuò)誤或回答不知道計(jì)為0分，總分0～30分，其中24分以下初步認(rèn)定為認(rèn)知功能障礙，并由專(zhuān)科醫(yī)師進(jìn)行最終臨床診斷；27～30分為正常(其中對(duì)于受教育年限<9年者，在原得分基礎(chǔ)上加1分進(jìn)行校正)。

四、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

結(jié) 果

一、基線(xiàn)資料比較

四組年齡、性別、受教育程度、BMI均無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)，B、C、D組吸煙史、糖尿病史、高血壓史及心血管病史均顯著高于A組(P>0.05)，而B(niǎo)、C、D組間無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(見(jiàn)表1)。

表1 四組基線(xiàn)資料比較

二、各組認(rèn)知功能、肺功能、動(dòng)脈血?dú)饧把錒IF-1α和NGAL濃度比較

與A組相比，B、C、D組FEV1、FVC、FEV1/FVC、PaO2、SaO2、MMSE均顯著降低，而PaCO2、NGAL和HIF-1α均顯著升高(P<0.05)；與B組相比，C、D組上述指標(biāo)差異均具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；與C組相比，D組FEV1、FVC、FEV1/FVC、PaO2、MMSE均顯著降低，NGAL和HIF-1α均顯著升高(P<0.05)(見(jiàn)表2)。

表2 各組認(rèn)知狀態(tài)、肺功能、動(dòng)脈血?dú)饧把錒IF-1α和NGAL濃度比較

三、慢阻肺患者合并認(rèn)知功能障礙的多因素 logistic 回歸分析

以是否MMSE分?jǐn)?shù)<24(即是否合并認(rèn)知功能障礙)為因變量，將上述患者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的因素納入多因素logistic回歸分析，其中FEV1<60%、PaO2<70 mmHg、HIF-1α≥400 pg/mL和NGAL≥3.5μg/L為慢阻肺合并認(rèn)知功能障礙的獨(dú)立危險(xiǎn)因素(P<0.05)(見(jiàn)表3)。

表3 慢阻肺患者合并認(rèn)知功能障礙的多因素logistic回歸分析

四、慢阻肺合并認(rèn)知功能障礙患者M(jìn)MSE與FEV1、PaO2、HIF-1α、NGAL的相關(guān)性

慢阻肺穩(wěn)定期和急性加重期合并認(rèn)知功能障礙患者M(jìn)MSE評(píng)分與HIF-1α和NGAL呈顯著負(fù)相關(guān)，與FEV1和PaO2呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，急性加重期r值(Pearson 相關(guān)系數(shù))均高于穩(wěn)定期(見(jiàn)表4)。

表4 慢阻肺合并認(rèn)知功能障礙患者M(jìn)MSE與FEV1、PaO2、HIF-1α、NGAL的相關(guān)性

五、HIF-1α聯(lián)合NGAL預(yù)測(cè)慢阻肺合并認(rèn)知功能障礙的ROC曲線(xiàn)分析

ROC曲線(xiàn)分析HIF-1α和NGAL預(yù)測(cè)慢阻肺患者合并認(rèn)知功能障礙的最佳臨界值分別為405.63 pg/mL和2.56μg/L，曲線(xiàn)下面積分別為0.726和0.745，二者聯(lián)合曲線(xiàn)下面積為0.829(95%CI:0.816～0.882,P<0.001)，預(yù)測(cè)價(jià)值更高(見(jiàn)表5,圖1)。

表5 HIF-1α和NGAL對(duì)慢阻肺患者合并認(rèn)知功能障礙的預(yù)測(cè)價(jià)值

圖1 ROC曲線(xiàn)分析HIF-1α和NGAL對(duì)慢阻肺患者合并認(rèn)知功能障礙的預(yù)測(cè)價(jià)值

討 論

慢阻肺是一種常見(jiàn)的慢性呼吸系統(tǒng)疾病，研究表明慢阻肺患者長(zhǎng)期氣道阻塞，容易導(dǎo)致缺氧、CO2潴留，同時(shí)由于肺部炎癥介質(zhì)、趨化因子的溢出等因素，影響全身血液循環(huán)并引起系統(tǒng)性炎癥性反應(yīng)。由于對(duì)缺氧和炎癥反應(yīng)最敏感，中樞神經(jīng)系統(tǒng)作為最重要的肺外受累靶器官，能夠造成認(rèn)知功能障礙[9]。研究[10]顯示約10.4% 慢阻肺患者并發(fā)認(rèn)知功能障礙。Ozyemisci-Taskiran[11]等研究結(jié)果則表明，約22.6%急性加重期慢阻肺患者、8.8%穩(wěn)定期慢阻肺 患者并發(fā)認(rèn)知功能障礙。本研究中慢阻肺 并發(fā)認(rèn)知功能障礙總發(fā)生率為19.5%，其中穩(wěn)定期慢阻肺認(rèn)知功能障礙患者約占6.25%，急性加重期約13.25%，發(fā)生率介于以往研究之間。

本研究發(fā)現(xiàn)隨著疾病嚴(yán)重程度的增加，患者認(rèn)知功能、肺功能、動(dòng)脈血?dú)獾认嚓P(guān)指標(biāo)越差，尤其是合并認(rèn)知功能障礙的急性加重期慢阻肺患者。進(jìn)一步的相關(guān)分析表明不同疾病嚴(yán)重程度的MMSE評(píng)分與FEV1和PaO2均呈顯著相關(guān)性，急性加重期組Pearson相關(guān)系數(shù)更高，表明慢阻肺患者的疾病嚴(yán)重程度能夠影響其認(rèn)知功能，慢阻肺病情越嚴(yán)重對(duì)患者認(rèn)知功能的損傷也越大，這可能與急性加重期慢阻肺患者肺功能及動(dòng)脈血?dú)庵笜?biāo)更差，體內(nèi)炎癥反應(yīng)及缺氧更嚴(yán)重有關(guān)。Kakkera[12]等研究也表明重度慢阻肺患者的認(rèn)知功能顯著低于輕中度患者。PaO2與認(rèn)知功能相關(guān)，尤其在注意力、行動(dòng)力及語(yǔ)言能力方面[13]。Von Siemens[14]等研究顯示PaO2與慢阻肺患者認(rèn)知功能呈正相關(guān)。Xie[15]等人表明重度慢阻肺患者的認(rèn)知功能與FEV1成正相關(guān)，我們的結(jié)果與以往研究一致。

缺氧是慢阻肺患者認(rèn)知功能障礙的主要原因，主要影響患者的注意力、記憶力及執(zhí)行能力[16]。Wang[17]等證實(shí)伴有低氧血癥的慢阻肺患者認(rèn)知功能障礙發(fā)生率明顯增高。HIF-1α是一種機(jī)體缺氧應(yīng)答的全局性調(diào)控因子，常氧條件下HIF-1α 被降解而表達(dá)很少，低氧條件下HIF-1α被激活而大量表達(dá)?；颊邫C(jī)體缺氧時(shí)，HIF-1α一方面通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞的適應(yīng)性，發(fā)揮重要的應(yīng)答作用，使缺氧的組織、細(xì)胞對(duì)低氧的耐受性提高；另一方面，當(dāng)患者機(jī)體發(fā)生認(rèn)知障礙時(shí)，HIF-1α發(fā)揮其對(duì)大腦的保護(hù)作用，刺激大腦組織血管增生，促進(jìn)腦部供血，增加供氧，從而減輕認(rèn)知功能障礙[18]。在本研究中，慢阻肺認(rèn)知功能障礙患者血清HIF-1α水平顯著升高，且HIF-1α的升高水平與MMSE評(píng)分的下降水平呈顯著相關(guān)性。戈艷蕾[19]等研究也顯示當(dāng)老年慢阻肺患者體內(nèi)存在低氧應(yīng)激情況時(shí)，能夠?qū)е卵錒IF-1α增高。Liu[20]等發(fā)現(xiàn)隨著認(rèn)知功能障礙的加重，血清HIF-1α水平升高。

長(zhǎng)期慢性缺氧也是使機(jī)體處于氧化應(yīng)激狀態(tài)并產(chǎn)生系統(tǒng)性炎性反應(yīng)的病理基礎(chǔ)，炎癥及氧化應(yīng)激反應(yīng)又是慢阻肺并發(fā)認(rèn)知功能障礙的另一主要原因。研究[21]證實(shí)，氧自由基產(chǎn)生、膠質(zhì)細(xì)胞活化、神經(jīng)元損害等造成的腦結(jié)構(gòu)、功能變化，是影響認(rèn)知功能的直接因素。NGAL在這一過(guò)程中可被巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等炎癥細(xì)胞釋放出來(lái)，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，增強(qiáng)基質(zhì)降解并參與慢阻肺氧化應(yīng)激反應(yīng)。NGAL發(fā)揮保護(hù)性作用的機(jī)制可能通過(guò)改善氧化應(yīng)激及病理狀態(tài)下的毒性作用實(shí)現(xiàn)[22]，Tondo 等[23]發(fā)現(xiàn)NGAL可能在輕度認(rèn)知障礙進(jìn)展為阿爾茲海默癥的炎癥過(guò)程中發(fā)揮作用。本研究發(fā)現(xiàn)NGAL在慢阻肺認(rèn)知功能障礙患者血清中表達(dá)升高，且與MMSE評(píng)分呈顯著負(fù)相關(guān)，可能與NGAL參與的炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)，具體作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

ROC曲線(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)HIF-1α和NGAL聯(lián)合作用時(shí)對(duì)慢阻肺合并認(rèn)知功能障礙具有較高的預(yù)測(cè)價(jià)值，因而對(duì)于血氧降低和反應(yīng)遲鈍的慢阻肺患者可考慮進(jìn)行血清HIF-1α和NGAL的檢測(cè)，這對(duì)于臨床早期發(fā)現(xiàn)患病高危人群、及時(shí)預(yù)防病情進(jìn)展，具有一定的參考價(jià)值。

綜上，本研究發(fā)現(xiàn)慢阻肺患者疾病嚴(yán)重程度能夠影響患者的認(rèn)知功能狀態(tài)，慢阻肺合并認(rèn)知功能障礙患者認(rèn)知功能與血清HIF-1α和NGAL呈負(fù)相關(guān)，聯(lián)合檢測(cè)血清HIF-1α和NGAL水平能夠?yàn)榕R床篩查和預(yù)防提供參考。