Ⅳ型膠原蛋白、Ⅲ型前膠原氨基端肽與老年特發性肺纖維化病人肺功能和急性加重的相關性

孫暉 任莉 胡靜星

特發性肺纖維化(IPF)是一種原因不明的慢性進行性肺間質疾病,好發于吸煙的老年男性,IPF早期往往無典型癥狀,確診時即處于中晚期,中晚期病人可出現明顯的肺通氣功能下降,嚴重降低生活質量,若不接受治療平均生存時間僅為3～5年[1]。IPF急性加重(AE-IPF)是IPF的致命性并發癥,可發生于IPF發展過程中的任何階段,一旦發生AE-IPF,病情進展迅速,死亡率極高[2]。因此探討IPF、AE-IPF的相關因素以及生物學標志物對臨床早期治療和預防有著積極的作用。已知IPF疾病特征是累及肺部大片區域的持續纖維化,肺成纖維細胞增殖和向肌成纖維細胞分化導致膠原蛋白過度沉積,是IPF肺實質進行性纖維化和肺功能不可逆功能喪失的關鍵[3]。Ⅳ型膠原蛋白(ⅣC)是肝纖維化的標志物,血清ⅣC水平增高可預測非酒精性脂肪性肝病病人晚期纖維化[4]。Ⅲ型前膠原氨基端肽(PⅢNP)是Ⅲ型膠原蛋白合成增加的生物標志物,血清PⅢNP水平增高可預測ST段抬高型心肌梗死術后1年的心臟纖維化風險[5]。ⅣC、PⅢNP與IPF相關的報道并不多見,其是否能成為IPF的潛在標志物尚不清楚,本研究擬探討ⅣC、PⅢNP與老年IPF病人肺功能以及急性加重的關系,以期為臨床診治提供參考。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2018年1月至2022年1月我院收治的89例IPF病人(IPF組),男56例,女33例,年齡62～75歲,平均(69.47±8.92)歲,吸煙史55例。納入標準:符合2018年美國胸科協會(ATS)、歐洲呼吸病學會(ERS)、日本呼吸病學會(JRS)和拉丁美洲胸科協會(ALAT)聯合擬定的IPF診斷標準[1]。排除標準:(1)家庭或職業環境暴露、結締組織病和藥物毒性引起的肺間質疾病;(2)心力衰竭、肝硬化、IgA腎病、糖尿病腎病、白內障等其他器官纖維化疾病;(3)自身免疫性疾病;(4)惡性腫瘤;(5)入院不到24 h死亡。另選擇42例健康體檢者為對照組,均排除肺炎、慢性阻塞性肺疾病、肺心病等呼吸系統疾病以及其他系統性疾病。男27例,女15例,年齡60～75歲,平均(67.02±5.49)歲,吸煙史22例。2組性別、年齡、吸煙史比較,差異無統計學意義(P>0.05)。

所有IPF病人均完成1個月隨訪,隨訪期間出現AE-IPF者作為AE-IPF組(n=49),沒有出現AE-IPF者作為非AE-IPF組(n=40),收集病人年齡、性別、BMI、吸煙史、飲酒史、IPF病程、IPF家族史、胸部高分辨率CT(HRCT)表現(網格狀影、蜂窩狀影、磨玻璃影、牽拉支氣管擴張)、基礎疾病(高血壓、高脂血癥、糖尿病)、感染、胃食管反流、實驗室指標(白細胞計數、中性粒細胞計數、纖維蛋白原、D-二聚體、CRP、ⅣC、PⅢNP)、動脈血氣(氧分壓、二氧化碳分壓、pH)以及肺功能指標。

1.2 血清ⅣC、PⅢNP檢測 所有病人入院次日清晨(對照組體檢當日)采集靜脈血3 mL,室溫下靜置60 min左右離心(湖南邁克爾實驗儀器有限公司生產的KC-42B臺式離心機,3000 r/min,時間5 min)分離血清,-80 ℃保存。采用Hotgen上轉發光儀(北京熱景)檢測血清ⅣC、PⅢNP水平,ⅣC試劑盒與PⅢNP試劑盒均購自北京熱景生物技術股份有限公司。

1.3 肺功能檢測 所有病人均接受肺功能檢測,檢查前安靜休息15 min,口含吹筒在醫生指導下配合吹氣,吹氣過程中注意勿漏氣,記錄FEV1、FVC、最大自主通氣量(MVV),計算FEV1/FVC值。

1.4 隨訪 所有IPF病人入院后均給予糖皮質激素、免疫抑制劑以及吡非尼酮或尼達尼布抗纖維化治療、抗感染治療。出院后隨訪1個月,統計隨訪出院30 d內AE-IPF發生情況。AE-IPF診斷標準[6]:1個月內出現急性呼吸困難惡化; HRCT提示原來病灶出現新的雙側磨玻璃影和(或)實變影;排除心力衰竭、液體負荷過多導致的呼吸困難。

2 結果

2.1 IPF組和對照組的血清ⅣC、PⅢNP水平及肺功能比較 IPF組血清ⅣC、PⅢNP水平高于對照組(P<0.01),FEV1、FVC、FEV1/FVC、MVV均低于對照組(P<0.01),見表1。

表1 IPF組和對照組血清ⅣC、PⅢNP水平比較

2.2 血清ⅣC、PⅢNP與肺功能指標的相關性 ⅣC、PⅢNP與FEV1、FVC、FEV1/FVC、MVV均呈負相關(r=-0.406、-0.512、-0.367、-0.569;r=-0.495、-0.398、-0.401、-0.512,P均<0.01)。

2.3 AE-IPF的影響因素分析 AE-IPF組年齡、病程,感染、胃食管反流比例,中性粒細胞計數,纖維蛋白原、C反應蛋白、ⅣC、PⅢNP水平高于非AE-IPF組(P<0.05),氧分壓、FEV1/FVC低于非AE-IPF組(P<0.05或P<0.01)。2組間性別、BMI、吸煙史、飲酒史、基礎疾病等比較,差異無統計學意義(P>0.05)。見表2。以AE-IPF為因變量(賦值:0=否,1=是),以年齡、IPF病程、感染(賦值:0=否,1=是)、胃食管反流(賦值:0=否,1=是)、氧分壓、FEV1/FVC、中性粒細胞計數、纖維蛋白原、C反應蛋白、ⅣC、PⅢNP為自變量,逐步法排除無關變量,最終高水平ⅣC(OR=1.510,95%CI:1.084～2.103)、高水平PⅢNP(OR=1.713,95%CI:1.196～2.451)、感染(OR=2.237,95%CI:1.181～4.237)是AE-IPF發生的危險因素(P<0.05)。

2.4 ⅣC、PⅢNP 預測AE-IPF的價值分析 ROC曲線分析結果顯示,ⅣC、PⅢNP預測AE-IPF的曲線下面積為0.718、0.768,聯合ⅣC和PⅢNP預測AE-IPF的曲線下面積為0.940,大于單獨應用ⅣC、PⅢNP的效能(Z=3.941、2.991,P均<0.05)。見表3。

表3 ⅣC、PⅢNP預測AE-IPF的效能分析

3 討論

IPF是特發性間質性肺炎最常見的一種形式,與高疾病負擔和高死亡風險有關,吸煙、環境因素、共病和病毒感染等是IPF的高危因素[7]。AE-IPF是IPF的嚴重并發癥,致死率高,約57%的IPF病人在3年內可發生AE-IPF[8],死亡率高達56.1%[9]。盡管近年來對IPF病理生理認知、臨床診斷和治療有了顯著的進展,并開發出新的抗纖維化藥物,延緩了肺功能的持續下降,但是仍缺乏治愈性的治療方法,病人預后依然較差[10]。IPF發病機制復雜,肺泡內免疫細胞激活釋放出大量的炎性細胞因子和生長因子,促進肺成纖維細胞增殖和向肌成纖維細胞分化,導致膠原蛋白過度沉積和肺實質纖維化[11]。

ⅣC是所有器官基底膜的主要組成成分之一,ⅣC和層粘連蛋白組成2個獨立的超分子結構,與氮素和基膜蛋白多糖連接形成基底膜,ⅣC參與基底膜調節細胞生長、器官生成,促進組織修復等功能,ⅣC還可結合生長因子介導血管生成,為上皮細胞、內皮細胞、肌肉、脂肪細胞、雪旺細胞和軸突提供結構支持[12]。ⅣC還是促纖維化的主要調節劑,可結合轉化生長因子(TGF)-β1和TGF-β2啟動纖維化途徑。研究顯示,在肝炎發病過程中,纖維組織增生活躍,纖維組織生成過程中有大量膠原沉積,其中最常見的是ⅣC,血清ⅣC水平增高與肝炎纖維化嚴重程度有關,是肝纖維化的標志物[13]。角膜損傷后,TGF-β從淚液、上皮細胞、內皮細胞和(或)房水進入細胞外基質,并上調鄰近基質角膜成纖維細胞中ⅣC的生成和沉積,促使成纖維細胞向肌成纖維細胞轉變,導致角膜纖維化[14]。本研究發現IPF病人血清ⅣC水平顯著升高,ⅣC與FEV1、FVC、FEV1/FVC、MVV呈負相關,高水平ⅣC與IPF病人發生AE-IPF有關,說明ⅣC可能參與IPF、肺功能損傷以及AE-IPF的發生過程。分析ⅣC參與IPF的機制為:TGF-β信號通路激活是肺纖維化的關鍵,在TGF-β刺激下成纖維細胞中ⅣC合成增加,并上調焦點黏附激酶的磷酸化水平,促使ⅣC沉積和肺纖維化[15],由此可見,ⅣC可能通過ⅣC/TGF-β信號通路促使IPF發生和病情進展。

PⅢNP是Ⅲ型前膠原蛋白經氨基端肽酶裂解所產生的氨基端多肽,并釋放到外周血液中,因此,血清PⅢNP水平增高被認為是Ⅲ型前膠原蛋白合成增加及其在細胞外空間沉積的標志物。研究顯示,非酒精性脂肪性肝硬化病人血清PⅢNP水平顯著增高,且與肝硬化程度呈正相關,在預測肝纖維化分期方面,PⅢNP較天冬氨酸轉氨酶與血小板比值指數和纖維化-4評分有更好的準確性[16]。自發性高血壓大鼠心肌纖維模型血清PⅢNP水平顯著增高,通過抗纖維化途徑降低血清PⅢNP水平可抑制左心室質量指數和心臟質量指數,延緩心肌纖維化[17]。尿PⅢNP水平增高與腎活檢間質纖維化程度呈正相關,PⅢNP是腎臟纖維化評估的可靠指標[18]。本研究發現IPF病人血清PⅢNP水平顯著高于對照組,IPF動物模型支氣管肺泡灌洗液中PⅢNP水平也顯著增高,PⅢNP 增高可能是繼發于IPF[19]。進一步分析結果顯示PⅢNP與FEV1、FVC、FEV1/FVC、MVV呈負相關,高水平PⅢNP與IPF病人發生AE-IPF有關,說明PⅢNP可能參與IPF、肺功能損傷以及AE-IPF的發生過程,PⅢNP可能作為IPF的潛在標志物。

ROC曲線分析顯示,聯合ⅣC和PⅢNP可提高對AE-IPF的診斷價值,對臨床病情評估和AE-IPF風險鑒別具有更高價值。回歸分析結果顯示感染與AE-IPF的發生也有關,病原菌感染被認為是AE-IPF的始動因素,感染后肺成纖維細胞招募大量趨化因子和炎癥因子,加速肺部膠原沉積和纖維化進程,進而促使AE-IPF的發生[20]。

綜上,老年IPF病人血清ⅣC、PⅢNP水平顯著增高,高水平ⅣC、PⅢNP與IPF肺通氣功能損傷以及AE-IPF的發生有關,是AE-IPF風險鑒別的參考標志物。本研究樣本例數偏少,可能存在統計學偏倚,且未對老年IPF病人進行隨訪,ⅣC、PⅢNP與IPF病人遠期預后的關系尚待進一步探討。