血清YKL-40與氣道炎性因子在嬰幼兒喘息中的表達及臨床意義

王淑玉,鄭一博,楊 蕾,李矢云,馬曉琳,劉 凡,張 偉

喘息是嬰幼兒期常見的呼吸道癥狀,近50%的嬰幼兒或?qū)W齡前兒童至少經(jīng)歷過一次喘息發(fā)作[1]。盡管大多數(shù)3歲前發(fā)生喘息的幼兒在學齡期癥狀得到緩解,但幼兒反復喘息導致的功能和結(jié)構性損傷卻可以持續(xù)存在,并可能發(fā)展為哮喘[2]。而持續(xù)性哮喘患兒的肺功能損害開始于學齡前兒童。故從喘息嬰幼兒中早期識別出可能發(fā)展為持續(xù)性哮喘患兒,并進行有效干預是非常必要的。目前嬰幼兒時期哮喘的診斷尚缺乏特異性方法和客觀實驗室指標。YKL-40是哺乳動物中一種高度保守且能與幾丁質(zhì)結(jié)合的人類糖蛋白,與氣道炎癥相關,是一種新型的炎癥標志物。近年來研究發(fā)現(xiàn),YKL-40可能參與成人和兒童哮喘的病理生理過程,如促進平滑肌增生、上皮下纖維化、支氣管壁增厚、氣道重塑等。但目前尚不清楚YKL-40在嬰幼兒喘息氣道炎癥發(fā)病機制中的作用。本研究旨在探討YKL-40在嬰幼兒喘息氣道炎癥中的作用,為嬰幼兒喘息病情判斷及評估提供新的生物學標志物。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2021年6月—2023年5月解放軍聯(lián)勤保障部隊第九八〇(白求恩國際和平)醫(yī)院收治的喘息急性發(fā)作嬰幼兒70例作為喘息急性期組。納入標準:年齡0～3歲;臨床表現(xiàn)為喘息、氣促、咳嗽、雙肺可聞及呼氣相哮鳴音;近2周內(nèi)未使用糖皮質(zhì)激素、抗組胺藥、白三稀受體調(diào)節(jié)劑等。排除標準:早產(chǎn)兒支氣管肺發(fā)育不良、先天性喉喘鳴、先天性氣道或血管環(huán)畸形、先天性心臟病、支氣管異物、胃食管反流等其他慢性疾病或任何同時發(fā)生的并發(fā)癥,如膿毒癥、細菌性肺炎或糖尿病等。喘息恢復期組34例為上述喘息急性發(fā)作患兒入院7～10 d后病情緩解者(喘息癥狀及肺部哮鳴音消失)。喘息急性發(fā)作患兒根據(jù)既往喘息發(fā)作次數(shù)分為初次喘息組和反復喘息組(醫(yī)生診斷的喘息發(fā)作≥3次)[3-4],其中初次喘息32例,男19例、女13例,年齡(6.42±4.85)個月;反復喘息組38例,男23例、女15例,年齡(16.86±9.82)個月。反復喘息組根據(jù)哮喘預測指數(shù)(API)[5]判定分亞組:<3歲患兒在過去1年內(nèi)喘息發(fā)作≥4次,具有1項主要危險因素(父母有哮喘病史、經(jīng)醫(yī)生診斷的特應性皮炎、有吸入變應原致敏的依據(jù))或2項次要危險因素(有食物變應原致敏依據(jù)、外周血嗜酸粒細胞≥0.04、與上呼吸道感染無關的喘息)可判定為API陽性,否則為陰性。將反復喘息患兒分為API陽性組23例,男15例,女8例;API陰性組15例,男8例,女7例。選取同期門診健康體檢的正常嬰幼兒22例作為健康對照組,納入標準:4周內(nèi)無呼吸道感染、咳嗽或喘息病史,無個人及家族過敏史。不同對應組別一般資料比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),具有可比性。本研究經(jīng)解放軍聯(lián)勤保障部隊第九八〇(白求恩國際和平)醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準(倫理號:2024-KY-03),患兒家長均簽署知情同意書。

1.2 方法

分別抽取喘息患兒喘息急性期(入院后當天)和恢復期及健康對照組清晨空腹外周靜脈血2 mL,室溫放置2 h后以2 000 r/min離心10 min取上清,-80 ℃保存待測。采用ELISA檢測血清YKL-40、白細胞介素(IL)-5及IL-8水平,試劑盒購自江蘇晶美生物科技有限公司。操作過程均嚴格按照試劑盒說明書。喘息患兒及健康對照組均同期送檢外周血嗜酸粒細胞計數(shù)及中性粒細胞計數(shù)。

1.3 觀察指標

觀察喘息急性期組、恢復期組與健康對照組血清YKL-40、IL-5及IL-8水平變化,比較初次喘息組和反復喘息組、反復喘息API陽性組和陰性組血清YKL-40、IL-5及IL-8水平差異。分析YKL-40與IL-5、IL-8、外周血中性粒細胞及嗜酸粒細胞的相關性。

1.4 統(tǒng)計學方法

2 結(jié)果

2.1 喘息急性期組、喘息恢復期組與健康對照組一般資料比較

喘息急性期組、喘息恢復期組和健康對照組年齡、性別、中性粒細胞計數(shù)、嗜酸粒細胞計數(shù)比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表1。

表1 喘息急性期組、喘息恢復期組患兒與健康對照組一般資料比較

2.2 喘息急性期組、喘息恢復期組與健康對照組血清YKL-40、IL-5、IL-8水平比較

喘息急性期組血清YKL-40、IL-5、IL-8水平高于喘息恢復期組和對照組(P<0.01);喘息恢復期組血清YKL-40、IL-8水平高于對照組(P<0.01);喘息恢復期組血清IL-5水平與健康對照組比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表2。

表2 喘息急性期組、喘息恢復期組患兒與健康對照組血清YKL-40、IL-5和IL-8水平比較

2.3 初次喘息組與反復喘息組血清YKL-40、IL-5、IL-8水平比較

反復喘息組血清YKL-40、IL-8水平高于初次喘息組(P<0.01)。2組血清IL-5水平比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表3。

表3 反復喘息組與初次喘息組急性期患兒血清YKL-40、IL-5、IL-8水平比較

2.4 反復喘息患兒API陽性組與API陰性組血清YKL-40、IL-5、IL-8水平比較

API陽性組與API陰性組血清YKL-40、IL-5及IL-8水平比較無差異(P>0.05)。見表4。

表4 反復喘息患兒API陽性組與API陰性組血清YKL-40、IL-5、IL-8水平比較

2.5 血清YKL-40與IL-5、IL-8、嗜酸粒細胞及中性粒細胞絕對值相關性分析

血清YKL-40與IL-8水平呈正相關(r=0.926,P<0.001)。血清YKL-40與IL-5水平、嗜酸粒細胞絕對值、中性粒細胞絕對值無顯著相關性(r=0.167、0.251、0.069,P=0.173,0.062,0.583)。

3 討論

嬰幼兒喘息病因復雜,與呼吸道病毒感染、肺發(fā)育成熟程度、特應性體質(zhì)及家族史等高危因素密切相關,反復喘息是哮喘發(fā)作的高風險因素[6-7]。研究證實,即使是年幼的喘息兒童也可能表現(xiàn)出氣道重塑的跡象,如基底膜增厚、氣道平滑肌質(zhì)量增加等[8]。然而,嬰幼兒期提示哮喘的呼吸道癥狀常與其他呼吸道疾病(如呼吸道感染或先天性氣道異常等)癥狀同時存在。迄今為止,仍很難僅憑臨床癥狀預測哪些反復喘息患兒會發(fā)展為學齡期哮喘。YKL-40是由幾丁質(zhì)酶3樣1基因編碼的幾丁質(zhì)酶樣蛋白,是殼質(zhì)酶糖蛋白家族之一。YKL-40可與幾丁質(zhì)結(jié)合,但無酶活性。YKL-40主要由中性粒細胞、氣道上皮細胞、巨噬細胞等多種細胞分泌,γ-干擾素誘導表達,IL-6刺激釋放。薈萃分析顯示,哮喘兒童和成人血清YKL-40水平高于健康對照組[9]。因此提出YKL-40與哮喘密切相關,YKL-40可能是一種反映氣道炎癥的潛在生物標志物[10]。但YKL-40是否與嬰幼兒喘息的氣道炎癥有關,及其在喘息患兒發(fā)病機制中的作用尚不清楚。

本研究探討了喘息患兒病程不同時期血清YKL-40水平的變化,在喘息急性期和恢復期分別檢測YKL-40水平,并與健康對照組對比,結(jié)果提示喘息急性期患兒血清YKL-40水平升高,喘息恢復期YKL-40水平下降。證明YKL-40可能參與嬰幼兒喘息的發(fā)病過程。本研究還發(fā)現(xiàn),反復喘息組血清YKL-40水平高于初次喘息組,提示YKL-40表達上調(diào)可能是嬰幼兒喘息急性發(fā)作和反復喘息的危險因素。在哮喘成人研究中,YKL-40在氣道炎癥和氣道重塑發(fā)生機制中發(fā)揮關鍵作用。YKL-40可介導IL-13誘導肺部炎癥和纖維化;抑制Ⅰ型膠原的降解,形成膠原纖維,刺激促纖維化因子和炎性細胞因子的釋放,并參與組織重塑[11]。研究表明,哮喘患者支氣管平滑肌細胞中YKL-40水平與支氣管上皮基底膜厚度呈正相關,YKL-40可以加速支氣管平滑肌細胞的增殖和遷移[12]。與大齡兒童和成人相比,嬰幼兒喘息急性發(fā)作期間的病毒感染率更高,病毒感染擾亂上皮細胞之間的緊密連接,并誘導強烈的細胞因子釋放驅(qū)動了先天免疫炎癥[13]。這一過程可能通過上皮干擾素釋放激活組織巨噬細胞,從而進一步促進YKL-40在局部的產(chǎn)生和釋放[14]。因此,血清YKL-40可能是一種能夠反映嬰幼兒喘息氣道炎癥的潛在生物標志物[15-16]。

IL-8可促進中性粒細胞趨化,是肺內(nèi)主要的趨化因子,通過誘導中性粒細胞形態(tài)改變并聚集在炎癥部位,促進炎癥反應,誘導支氣管平滑肌痙攣。既往對兒童喘息性疾病發(fā)病機制的研究大多關注嗜酸粒細胞炎癥,而對中性粒細胞炎癥缺乏足夠的認識。本研究發(fā)現(xiàn),喘息急性期患兒血清IL-8水平高于喘息恢復期與健康對照組,反復喘息組IL-8水平高于初次喘息組,且YKL-40與IL-8呈正相關,與PRZYSUCHA等[17]研究結(jié)果基本一致。提示YKL-40可能與IL-8存在協(xié)同機制,YKL-40可通過MAPK和核因子-κB通路誘導支氣管上皮細胞IL-8表達,引起支氣管平滑肌增殖和遷移,參與氣道重塑[18]。YKL-40和IL-8可能在中性粒細胞氣道炎癥反應中發(fā)揮重要作用[19]。但本研究顯示,血清YKL-40水平與喘息患兒外周血中性粒細胞絕對值無相關性,考慮原因為除了活化的中性粒細胞,巨噬細胞、上皮細胞等也是YKL-40的主要來源。上述結(jié)果與金譯涵等[20]研究基本一致,但與JAMES等[21]研究結(jié)果不同。此外,本研究顯示,反復喘息患兒API陽性組和API陰性組血清YKL-40和IL-8水平比較無顯著差異,YKL-40與外周血嗜酸粒細胞絕對值也無相關性。提示排除喘息發(fā)作頻率影響后,喘息患兒YKL-40水平與變應原致敏、過敏性疾病或過敏性家族史等因素無確切相關性[3]。

IL-5是由活化的T細胞及肥大細胞產(chǎn)生的Th2細胞因子,能促使嗜酸粒細胞增殖、分化,增強化學介質(zhì)血小板聚集因子和白三烯B4對嗜酸粒細胞的趨化作用,從而引起氣道平滑肌收縮、黏液分泌增加。IL-5在哮喘患者嗜酸粒細胞氣道炎癥發(fā)病機制中起核心作用[22-23]。但Th2細胞因子在嬰幼兒喘息中的主導地位尚存在爭議[24]。本研究發(fā)現(xiàn),喘息急性期患兒IL-5水平高于喘息恢復期和健康對照組,說明IL-5參與了嬰幼兒喘息急性炎癥反應過程。喘息急性發(fā)作期IL-5水平升高的確切原因尚不清楚[25],考慮與患兒在病毒、過敏原等觸發(fā)因素作用下氣道上皮細胞通過釋放警報素如胸腺基質(zhì)淋巴生成素、IL-33等直接刺激2型固有淋巴細胞釋放IL-4、IL-5、IL-13等有關[26]。喘息恢復期IL-5很快下降,且IL-5與喘息次數(shù)、API等無明顯相關性可能與部分患兒接受糖皮質(zhì)激素治療抑制氣道炎癥的發(fā)生發(fā)展有關。此外,嬰幼兒喘息血清細胞因子和趨化因子產(chǎn)生的模式和機制與兒童哮喘可能有所不同[25]。

綜上所述,嬰幼兒喘息發(fā)病機制復雜,可能存在Th1/Th2失衡或中性粒細胞炎癥等多重機制,YKL-40、IL-5和IL-8均參與了嬰幼兒喘息急性氣道炎癥過程。YKL-40與IL-8呈高度正相關,共同參與中性粒細胞炎癥反應。YKL-40水平增高可能是嬰幼兒喘息發(fā)作和反復喘息的危險因素,在疾病控制和表型評估方面有重要臨床價值。但YKL-40與外周血中性粒細胞、嗜酸粒細胞及API均無明顯相關性,不能作為預測未來哮喘發(fā)展的生物標志物。本研究樣本量較小,結(jié)果可能存在一定偏差,YKL-40在嬰幼兒喘息中的具體作用機制還有待進一步深入研究。