Fractalkine與慢性阻塞性肺疾病并肺源性心臟病患者氧化應激相關性及機制探討

向永紅 張云 農智新 梁世鋒 戴詩敏 張潤娟 龐宗東 雷艷梅 潘海燕

·論著·

Fractalkine與慢性阻塞性肺疾病并肺源性心臟病患者氧化應激相關性及機制探討

向永紅 張云 農智新 梁世鋒 戴詩敏 張潤娟 龐宗東 雷艷梅 潘海燕

目的探討Fractalkine(FKN)與慢性阻塞性肺疾病(COPD)并肺源性心臟病(簡稱肺心病)患者氧化應激狀態的相關性及可能機制。 方法64例AECOPD住院患者按是否合并肺心病、是否使用乙酰半胱氨酸(NAC)、COPD嚴重程度以及心功能分為8組，8例志愿者為正常對照組，測定各組患者住院次日、治療后第10天血清各項指標，并檢查心臟彩超、肺功能、CAT評分。結果 血清FKN、NF-κB、OX-LDL及hsCRP水平在AECOPD的各組患者中均較正常對照組升高(P<0.05)，重癥組及失代償組升高明顯(P<0.05)，肺心病組治療前及治療后均高于COPD組(P<0.05)，在COPD輕癥干預組及肺心病代償干預組治療后下降明顯(P<0.05)，SOD則相反。FEV1在肺心病代償干預組及COPD輕癥干預組治療后較治療前升高(P<0.05)。肺動脈壓在肺心病代償干預組治療前后有顯著差異(P<0.05)，肺心病失代償組較代償組明顯升高(P<0.05)，肺心病組與COPD組比較有顯著差異(P<0.05)。CAT評分除在肺心病失代償組外其它各組治療前后均有顯著差異(P<0.05)，肺心病組與COPD組比較有統計學差異(P<0.05)。治療前8組患者血清FKN與CAT評分及NF-κB、OX-LDL、hsCRP、肺動脈壓呈正相關(r=0.417，0.521,0.401,0.456,0.395，P<0.05)，與SOD負相關(r=-0.387,P<0.05)，與FEV1無明顯相關性(r=0.215,P>0.05)。結論COPD并肺源性心臟病存在的氧化應激，與FKN密切相關，其機制可能系COPD持續低氧引起的氧化應激產物增多，激活NF-κB而促進FKN的生成和釋放，NAC可能通過NF-κB途徑降低FKN的生成，對早期肺心病的預防有一定作用。

Fractalkine； 肺疾病，慢性阻塞性； 氧化應激； C反應蛋白

肺源性心臟病(chronic pulmonary heart disease,簡稱肺心病)是慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)患者的常見并發癥。目前COPD 合并肺心病的發生機制及治療方法仍在探索中，多數學者認為COPD 合并肺心病的主要機制是氧化應激及炎癥反應，Fractalkine(FKN)作為趨化因子參與炎癥反應等多種病理過程[1-2]，既往研究發現FKN在低氧大鼠血清中明顯升高[3-4]，且與氧化應激密切相關，在慢性阻塞性肺疾病急性加重期(acute exacerbation of COPD, AECOPD)血清中呈動態變化[5]，為進一步探究FKN在COPD中的作用，本研究旨在對臨床COPD合并肺心病患者血清FKN與其氧化應激的相關性及可能的機制進行探討。

資料與方法

一、一般資料

按照中國2007年COPD診治指南[6]中AECOPD定義選取64例自2011年1月至2013年6月在廣西民族醫院呼吸內科住院治療的AECOPD患者(32例肺心病患者和32例COPD患者)為研究對象。其中，男性36例，女性28例，平均年齡(63.5±13.5)歲。排除嚴重合發癥患者、無法行肺功能檢查患者、精神障礙患者、其他需治療的慢性呼吸系統疾病患者及糖尿病、心腦血管疾病、肝腎功能異常及惡性腫瘤等慢性病患者。按照分層隨機分組方法，根據是否合并肺心病分層(單純COPD、合并肺心病)，各層內的患者按隨機數字表法隨機分為對照組與干預組，即COPD對照組、COPD干預組、肺心病對照組、肺心病干預組，每組各16例。COPD兩組再按照GOLD分級分為輕癥(GOLDⅢ級以下)對照組11例、輕癥干預組10例、重癥(GOLDⅢ級及Ⅲ級以上)對照組5例、重癥干預組6例；肺心病兩組按心功能分為代償對照組9例、代償干預組10例、失代償對照組7例、失代償干預組6例。另8例志愿者為正常對照組。

二、研究方法

1. 治療方案: COPD對照組及肺心病對照組給予抗感染、止咳、化痰常規治療及糾正酸堿失衡及電解質紊亂等其它對癥治療。COPD干預組及肺心病干預組在常規治療基礎上加用鹽酸乙酰半胱氨酸顆粒，用法：0.6 g，3次/d。

2. 肺功能檢測： 患者住院次日、治療后第10天做肺功能檢查：吸入舒喘寧氣霧劑400 mg，平靜呼吸4～5次后，以最大呼吸幅度、最大呼吸速度作快速深呼吸，儀器自動分析得 出FEV1及FVC值。休息5～10 min后重復測定，重復測定值的差異<10%，取最大值。

3. 實驗室測定FKN、hsCRP、核因子-KB、SOD、OX-LDL: 受試者隔夜禁食12 h以上，取靜脈血測定以下指標：用德國產Bnprospc免疫比濁儀檢測hsCRP；用酶聯免疫檢測試劑盒(美國R&D Systems)測定血清sFKN、NF-κB、SOD、OX-LDL濃度,試驗具體操作按說明書進行。

4. CAT評分: CAT問卷共包括8大問題，患者做出相應評分(0～5分)，CAT分值范圍是0～40分。

5. 平均肺動脈壓(mPAP)測定: 多普勒彩色超聲儀測定mPAP。根據公式計算患者的平均肺動脈壓: mPAP=42.1×(PEP/ACT)-15.7(PEP為右室電機械延擱等容收縮期,ACT為快速射血期)。

三、統計學方法

結 果

1. 血清FKN、NF-κB、OX-LDL及hsCRP水平在AECOPD的各組患者中均較正常對照組升高(P<0.05)，重癥組及失代償組升高明顯(P<0.05)，肺心病組治療前及治療后均高于COPD組(P<0.05)，在COPD輕癥干預組及肺心病代償干預組治療后下降明顯(P<0.05)，SOD則呈相反改變，見表1。

2. FEV1在肺心病代償干預組及COPD輕癥干預組治療后較治療前升高(P<0.05)，見表1。

3. 肺動脈壓在肺心病代償干預組治療前后有顯著差異(P<0.05)，肺心病失代償組較代償組明顯升高(P<0.05)，肺心病組與COPD組比較有顯著差異(P<0.05)，見表1。

4. CAT評分除在肺心病失代償組外其它各組治療前后均有顯著差異(P<0.05)，肺心病組與COPD組比較有統計學差異(P<0.05)，見表1。

5. 治療前8組患者血清FKN與CAT評分及NF-κB、OX-LDL、hsCRP、肺動脈壓呈正相關(r=0.417，0.521,0.401,0.456,0.395，P<0.05)，與SOD負相關(r=-0.387,P<0.05)，與FEV1無明顯相關性(r=0.215,P>0.05)。

表1 各組FKN、hsCRP、NF-κB、SOD、OX-LDL、FEV1%、平均肺動脈壓(mPAP)、CAT評分結果

注：與正常對照組比較:aP<0.05;eP<0.001；與治療前比較：bP<0.05;fP<0.001；COPD重癥與輕癥組比較：cP<0.05;gP<0.001;肺心病失代償組與代償組比較：dP<0.05;hP<0.001;干預組與對照組比較：iP<0.05;jP<0.001

討 論

COPD是一種與吸煙密切相關的疾病[7]，長期發展可以引起肺動脈高壓(pulmonary hypertension, PH),造成肺循環阻力增加，右心負荷過重，最終導致肺心病，這是COPD最常見的死因。這一過程是如何發生，如何進行有效防治仍然是目前面臨的難題。

PH的發生機制主要包括低氧引起的氧化應激、血管舒縮功能異常、炎癥反應等，其中多項研究證實氧化應激可能通過損傷肺動脈血管內皮功能、促進血管平滑肌細胞增殖等途徑參與肺動脈重構及肺動脈高壓的發生發[8-10]。抗氧化治療能有效抑制肺動脈血管重構,減輕和改善肺動脈高壓癥狀，但對氧化還原信號途徑尚未闡明。目前PH的抗氧化治療臨床研究尚少,且多為廣譜抗氧化治療,缺乏特異性療效。隨著人們對氧化應激機制的不斷深入探究,特異性抗氧化治療將可能成為防治PH的一項重要新策略。

本研究發現AECOPD的各組患者氧化應激指標SOD、OX-LDL均較正常人有明顯差異，且病情越重越明顯，而各干預組在使用NAC治療后， OX-LDL降低，SOD升高，證實了氧化應激在AECOPD患者發生發展中的重要地位及抗氧化治療對防治肺心病的積極意義。

FKN是一種新發現的在多種生物學功能中有著獨特作用的趨化因子，兼有趨化因子和細胞間黏附分子作用。研究表明它在 PAH的發生、發展中起到重要作用[11]。故研究其信號轉導及調控機制可能為肺心病的防治提供新的線索，既往動物實驗發現FKN升高與持續低氧導致的氧化應激有關[3]。本研究發現AECOPD患者在氧化應激指標SOD下降、OX-LDL升高的同時FKN、NF-κB、hsCRP等炎性指標水平亦升高，其中FKN與OX-LDL正相關，與SOD負相關，提示趨化因子FKN與慢阻肺氧化應激密切相關。抗氧化劑NAC治療后NF-κB下降同時伴有FKN及氧化應激降低，且NF-κB與FKN呈正相關，這提示FKN參與氧化應激可能與NF-κB調控有關。而各干預組在使用NAC治療后，肺動脈壓在部分組別有明顯下降，并與FKN呈正相關，這表示抗氧化治療可能通過FKN這一途徑參與肺動脈重構和肺動脈高壓的防治。其機制可能與NF-κB參與調控FKN表達有關，NF-κB的特異性阻滯劑吡咯烷二硫氨基甲酸酯可有效阻止FKN的表達,間接證實了這一作用，而NF-κB是一種ROS敏感的轉錄因子, 低氧致使氧化應激產物增多[12]，導致NF-κB的途徑被激活。 FKN在內皮細胞表面的表達可以被NF-κB、TNF-α, IFN-γ等炎癥細胞因子上調,而氧化應激產物ROS可直接導致NF-κB、TNF-α等炎癥細胞因子的產生，多項實驗證實血清TNF-α與FKN呈顯著正相關[13-14]，故推測抗氧化劑NAC可能通過抑制ROS等氧化應激產物的生成減少了NF-κB、TNF-α等炎癥細胞因子的釋放而降低FKN的生成，從而進一步抑制肺血管重構，降低肺動脈壓。本研究發現肺動脈壓在肺心病代償干預組經NAC治療后較治療前有顯著降低，更證明了這一可能性。另外，更有研究證實ox-LDL可以通過NF-κB p65誘導人臍靜脈內皮細胞(human umbilical vein endothelial Cells, HUVEC)表達Fractalkine,而抗氧化劑普羅布考則可以抑制這一過程。 本研究提示COPD患者ox-LDL水平均有升高，抗氧化治療后有明顯下降，但是否通過NF-κB p65途徑參與FKN調控尚有待于進一步研究。

CAT是Jones開發的主要用于對COPD健康狀況進行簡便和可靠的評價的測試問卷[15]，本研究中CAT評分除在肺心病失代償組外其它各組治療后較治療前有明顯下降，且肺心病組較COPD組明顯升高，可見CAT評分與COPD患者病情程度密切相關，可以作為患者治療后觀察評價指標[16-18]。CAT評分與FKN呈正相關，經NAC干預治療后，在部分組FKN下降的同時CAT評分也相應降低，可見抗氧化治療在抑制氧化應激的同時還有利于改善患者的臨床癥狀，提高生活質量。采用CAT問卷與 FEV1兩者同時來評估患者的健康狀況，這個二維評價系統有可能是未來 COPD病情評估的一個發展趨勢。本研究發現FEV1在抗氧化治療后無明顯變化，與FKN無明顯相關性，可能與我們觀察時間較短有關，這也提示，CAT相對于FEV1在臨床觀察及評估患者治療療效時具有更快捷更簡單的優勢。

FKN、NF-κB、hsCRP、肺動脈壓及CAT在COPD輕癥干預組及肺心病代償干預組治療后下降明顯，提示抗氧化治療應盡早進行，在COPD重癥或肺心病失代償時短期治療療效不明顯，這可能與COPD及肺心病發生機制存在復雜性有關，FKN和氧化應激只是其中發生機制之一。

綜上可見，氧化應激導致氣道及肺實質炎癥反應，COPD并肺源性心臟病存在的氧化應激與FKN密切相關，其機制可能是COPD持續低氧引起氧化應激產物增多，激活NF-κB而促進FKN的生成和釋放，NAC可能通過NF-κB途徑降低FKN的生成，對早期肺心病的預防有一定作用。這為我們進一步在臨床中防治低氧性PH及肺心病提供了新的思路，同時也提示闡明病理條件下氧化還原信號途徑,尋找抗氧化治療特異性的藥物，可能是今后PH及肺心病抗氧化治療的基礎和研究方向。

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(本文編輯：王亞南)

向永紅，張云，農智新，等. Fractalkine與慢性阻塞性肺疾病并肺源性心臟病患者氧化應激相關性及機制探討[J/CD]. 中華肺部疾病雜志(電子版)， 2017， 10(1)： 59-63.

Investigate the mechanism and the relationship between fractalkine and oxidative stress of patients with COPD and pulmonary heart disease

XiangYonghong,ZhangYun,NongZhixin,LiangShifeng,DaiShimin,ZhangRunjuan,PangZongdong,LeiYanmei,PanHaiyan.

DepartmentofRespiratoryMedicine,AffiliatedNationalHospitalofGuangxiMedicalUniversity,Nanning530001,China

Zhangyun,Email:xiangyonghong319@sina.com

Objective To investigate the mechanism and the relationship between fractalkine and oxidative stress of patients with COPD and pulmonary heart disease. Methods 64 patients with AECOPD were divided into the following 8 groups according to whether merger pulmonary heart disease, whether using NAC, Cardiac function and GOLD classification of COPD disease severity. 8 healthy volunteers were selected as control group. Blood samples before and 10 days after treatment were collected to detect the level of all serum indicators, Color Doppler echocardiography, lung function and CAT score were also examined. Results Levels of FKN, NF-κB, OX-LDL and hsCRP in different groups of AECOPD patients were higher than healthy control (P<0.05) and all of them were higher in severe group than mild group (P<0.05). Also, before and after treatment, those in pulmonary heart disease group were higher than COPD group, but decreased significantly in COPD+NAC group and mild cases of pulmonary heart disease + NAC group (P<0.05). SOD, on the contrary. Administration of NAC resulted in elevated FEV1in mild cases of COPD group and pulmonary heart disease group (P<0.05). Pulmonary arterial pressure changed strikingly in the mild cases of pulmonary heart disease + NAC group after treatment (P<0.05), Compared to mild cases of pulmonary heart disease patients, higher pulmonary arterial pressure existed in severe cases. Compared with COPD group, the pulmonary artery pressure of pulmonary heart disease group was significantly higher (P<0.05). Besides, in severe cases of pulmonary heart disease group, CAT score in other groups altered significantly before and after treatment (P<0.05). Also, marked difference was seen between COPD group and pulmonary heart disease group(P<0.05); The level of FKN was positively correlated with CAT score, NF-κB, OX-LDL, hsCRP and pulmonary artery pressure (r=0.417, 0.521, 0.401, 0.456, 0.395,P<0.05), and negatively correlated with SOD(r=-0.387,P<0.05), while had no obvious correlation with FEV1(r=0.215,P>0.05). Conclusions Oxidative stress in patients with COPD and cor pulmonale is closely related to FKN, Hypoxemia causes an increase in ROS, which activates the NF-κB and promotes FKN to generate and release. NAC could inhibit ROS generation, which prevents the activation of NF-κB and reduces the production of FKN. Our results show that NAC may be helpful for prevention of COPD and pulmonary heart disease in early stage.

Fractalkine; Chronic obstructive pulmonary disease; Oxidative stress; C reactive protein

10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2017.01.013

廣西自然科學基金資助項目(2012GXNSFAA053173) 廣西壯族自治區衛生廳科研計劃(Z2011412)

530001 南寧，廣西醫科大學附屬民族醫院

張云，Email: zhangyun62122@163.com

R563

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2016-07-10)