吸煙對輕度COPD患者血清中氧化應激及炎癥因子的影響

呂華亮 李洪濤 張天托 陳開容 譚世繁 宋一波 劉傳勇

·論著·

吸煙對輕度COPD患者血清中氧化應激及炎癥因子的影響

呂華亮1李洪濤2張天托2陳開容1譚世繁1宋一波1劉傳勇1

目的探討吸煙對慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者，體內血清氧化應激及炎癥因子的影響。方法選取茂名城區40～79歲男性居民行肺功能檢查，根據肺功能及吸煙情況分四組：COPD吸煙組、COPD非吸煙組、非COPD吸煙組以及非COPD非吸煙組，每組各40例，檢測四組人群血清中的氧化應激指標(MDA、SOD)及炎癥因子(IL-8、TNF-α)情況，對比其氧化應激失調及炎癥因子情況，并進行統計學分析，了解其差異及相關性。結果與輕度COPD非吸煙組相比較，輕度COPD吸煙組患者的MDA、IL-8、TNF-α水平偏高、SOD水平偏低，除TNF-α差異顯著(P<0.05)外，MDA、IL-8和SOD差異不顯著(P>0.05)；與非COPD吸煙組比較，輕度COPD吸煙組的IL-8、TNF-α水平偏高(P<0.05)，SOD水平偏低(P<0.05)，MDA偏高但差異不顯著(P>0.05)，但是SOD水平偏低(P<0.05)，IL-8、TNF-α水平偏高(P<0.05)；輕度COPD吸煙組的MDA、IL-8、TNF-α水平顯著高于非COPD非吸煙組(P<0.05)，而SOD偏低(P<0.05)。IL-8、TNF-α與MDA呈正相關(相關系數r分別為0.487、0.468，P值均<0.01)；IL-8、TNF-α與SOD呈負相關(相關系數r分別為-0.463、-0.457，P值均<0.01)；IL-8、TNF-α與FEV1%pred呈負相關(相關系數r、P值分別為-0.492、P<0.01，-0.697、P<0.01)。結論在非COPD患者中，與非吸煙人群相比，吸煙人群MDA、IL-8、TNF-α偏高，SOD偏低，而COPD人群上述差異更明顯。在輕度COPD患者中，IL-8、TNF-α與MDA呈正相關，而與SOD、FEV1%pred呈負相關。提示吸煙所致氧化應激失調可能是由抗氧化劑減少引起，氧化應激失調會導致炎癥因子升高，而炎癥因子升高會加速肺功能下降，從而導致COPD的發生。

吸煙； 肺疾病，慢性阻塞性； 氧化應激； 炎癥因子

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)主要有以下特征：①持續氣流受限； ②可以預防和治療；③氣流受限呈進行性發展； ④氣道和肺組織對煙草煙霧等有害氣體或有害顆粒的慢性炎癥反應增強有關[1-2]。其發病機理尚未明確，目前與其有關的假說主要包括：氣道和肺部慢性炎癥、氧化應激、蛋白酶/抗蛋白酶失調等。其中以氣道炎癥和氧化應激失調最為重要，且相互影響。吸煙是COPD最重要的病因之一，在COPD疾病進展中起著重要的作用。吸煙所致的氣道炎癥和氧化/抗氧化失調是怎樣的相關關系，仍是值得探討的問題。本研究擬從吸煙病因著手，研究輕度COPD患者肺功能、血清炎癥因子：白介素-8(interleukin-8, IL-8)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)和氧化應激指標：丙二醛(malonaldehyde, MDA)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)的變化及三者之間的相關關系，從而為臨床診斷以及治療提供新思路，為個體化治療提供依據。

資料與方法

一、研究對象

選取2015年5月至2016年12月茂名市城區社區流行病學調查、來我院呼吸內科門診就診及體檢中心體檢的茂名城區40～79歲男性居民。所有入選者無過敏性鼻炎、哮喘、支氣管擴張、肺結核、肺炎、肺癌等呼吸道及其他系統疾病病史，近1月內無呼吸道感染、抗氧化劑及激素等藥物使用史，被調查人群均常住茂名市城區5年以上，所有入選者均簽署知情同意書。根據肺功能情況，選擇輕度COPD(FEV1/FVC<70%，FEV1%Pred≥80%)和正常對照組(即FEV1/FVC>70%)人群。

二、研究方法

采用日本CHESTGRAPH HI-101Rev.3便攜式肺功能檢測儀檢測患者肺功能。肺功能分級標準：根據2013年中華醫學會呼吸病學分會慢性阻塞性肺疾病防治指南[2]關于COPD的診斷標準：吸入支氣管舒張藥后仍存在FEV1/FVC%<70%預計值者，在排除其他心肺疾病后可診斷為COPD，根據FEV1占預計值的百分比分為四級，其分級標準如下：Ⅰ級(輕度)：FEV1≥80%預計值；Ⅱ級(中度)：50% ≤FEV1≤79%預計值；Ⅲ級(重度)：30% ≤ FEV1≤49%預計值；Ⅳ級(極重度)：FEV1<30%預計值。根據吸煙情況選擇兩類人群進行研究：吸煙者是指吸煙指數為301～500，非吸煙者是指一生中從不吸煙，或累計吸煙量少于20包或1斤煙草絲。根據肺功能情況，選擇輕度COPD及體檢健康者共160人，根據肺功能及吸煙情況分四組：COPD吸煙組40例，平均(60.1±15.8)歲；COPD非吸煙組40例，平均(59.5±16.2)歲，非COPD吸煙組40例，平均(60.6±17.1)歲，非COPD非吸煙組40例，平均(60.4±16.5)歲。空腹抽取每組40個人的靜脈血標本3 ml用Elisa法行MDA、SOD、IL-8、TNF-α檢測。

三、統計學方法

結 果

一、基數資料

1. 各組患者氧化應激及炎癥因子指標結果，見表1。與輕度COPD非吸煙組相比較，輕度COPD吸煙組患者的MDA、IL-8、TNF-α水平偏高、SOD水平偏低(P>0.05)；與非COPD吸煙組比較，輕度COPD吸煙組的MDA偏高(P>0.05)，但是SOD水平偏低(P<0.05)，IL-8、TNF-α水平偏高(P<0.05)；輕度COPD吸煙組的MDA、IL-8、TNF-α水平顯著高于非COPD非吸煙組(P<0.05)，而SOD偏低(P<0.05)。

2. 吸煙和非吸煙COPD患者肺功能測定結果，見表2。COPD吸煙組和非COPD吸煙組比較，FEV1、 FVC、FEV1/FVC%、FEV1%pred稍低，但差異無統計學意義(P>0.05)。

二、COPD患者炎癥因子與氧化應激及肺功能相關分析

對COPD患者炎癥因子與氧化應激及肺功能進行相關性分析發現，炎癥因子與氧化應激及肺功能存在有意義的相關關系，見表3。IL-8、TNF-α與MDA呈正相關(相關系數r分別為0.487、0.468，P值均<0.01)；IL-8、TNF-α與SOD呈負相關(相關系數r分別為-0.463、-0.457，P值均<0.01)；IL-8、TNF-α與FEV1%pred呈負相關(相關系數r、P值分別為-0.492、P<0.01，-0.697，P<0.05)。

表3 COPD患者炎癥因子與氧化應激及肺功能的相關性(r)

注：aP<0.01，bP<0.05

討 論

COPD 的發病還沒有一個確切的機制，炎癥反應、氧化應激、蛋白酶抗蛋白酶失調、自身免疫等都是可能導致COPD發病的機制之一[3]。吸煙導致COPD的原因主要與其氧化應激有關[4]。正常情況下，機體的氧化與抗氧化系統之間能維持著一直動態平衡，而這種平衡一旦被打破，可產生氧化應激，并最終引致疾病的發生,比如COPD。體內MDA與氧自由基的生成是一致的，測定MDA可反映脂質過氧化水平。實驗研究已經證實，脂質過氧化是導致肺損傷的機制之一，Shunemann等[5]的研究發現，吸煙者血清脂質過氧化物與肺功能呈明顯負相關。本研究結果亦顯示非吸煙輕度COPD患者、吸煙正常肺功能者以及吸煙輕度COPD者MDA水平均明顯高于非吸煙正常肺功能者的MDA水平。因此，吸煙能夠使體內的MDA水平增加，而COPD的發生發展也可能與MDA存在聯系。很多研究也已經指出：在COPD患者體內，MDA水平與肺功能的下降存在密切相關，穩定期COPD患者呼出的氣體和痰中脂質過氧化產物增加[6]。另外值得注意的是，本研究還發現在非COPD吸煙者中的MDA也是明顯升高的。這與相關研究報道的結果相一致，該研究認為與正常人對比，COPD患者肺內的氧化應激水平更高，在沒有患COPD的吸煙者中亦是如此[7]。這提示我們雖然有些吸煙者未表現出肺功能的損害，但是在其體內已經存在氧化-抗氧化水平功能的失衡。

表1 各組患者氧化應激及炎癥指標比較

注： 注：a：與輕度COPD非吸煙組比較，P<0.05；b：與非COPD吸煙組比較，P<0.05；c：與非COPD非吸煙組比較，P<0.05

表2 COPD患者肺功能測定比較

注：兩組比較，P>0.05

抗氧化物質的耗竭也是氧化和抗氧化失衡加重的重要原因，在COPD患者中已檢測到酶和非酶抗氧化系統異常[8-9]。基于以上理論，本研究檢測了抗氧化酶系統指標之一的SOD，結果顯示在正常人中，無論是否吸煙，其體內的SOD水平大致相同。前面已經提到吸煙者體內的氧化劑MDA是升高的，那么為什么這些吸煙者未發生COPD，Tang 等[10]研究認為：飲食攝入的抗氧化劑和編碼抗氧化酶遺傳基因變異決定著吸煙所致肺功能下降的速度，這可能是部份同樣吸煙指數人群不發生COPD的原因。另外一種可能的解釋是：機體存在某種保護因素能夠提高肺組織的抗氧化能力，直接或間接減輕了氧化應激對細胞的各種損傷[11-13]。本研究結果認為：體內抗氧化劑足夠多，未達到氧化應激失衡，故而部份吸煙者并沒有發展成為COPD患者。另外，本研究顯示輕度COPD患者(吸煙或不吸煙)中的SOD明顯低于正常人(吸煙或不吸煙)水平。體內SOD的高低是機體抗氧化能力的重要標志，它能夠清除體內的氧自由基等。這也提示我們對輕度COPD患者進行SOD濃度的檢測意義重要性，其能夠對COPD患者體內的抗氧化能力進行評估，從而指導患者預防COPD進展。

氧化應激可以對氣道和肺組織進行直接的傷害，而且促進炎癥反應[14]。COPD患者存在持續的慢性炎癥[2，15]，巨噬細胞和上皮細胞分泌IL-8、MCP-1等多種炎癥趨化因子，誘導循環系統中的中性粒細胞、單核細胞、淋巴細胞轉移入肺[16]，炎癥細胞被激活后釋放炎癥介質來破壞肺結構，促進炎癥反應[17]。TNF-α在COPD炎癥反應中作用廣泛，它是中性粒細胞重要的趨化因子，由被激活的巨噬細胞，肥大細胞和氣道上皮細胞等炎癥細胞產生。TNF-α還能引起氣道高反應性，導致氣道痙攣，引起患者肺功能下降。TNF-α還能刺激IL-8的分泌，而IL-8是也中性粒細胞和嗜酸細胞趨化因子。然而，也有體內實驗表明，TNF-α能抑制中性粒細胞趨化，因此，它在COPD患者肺部炎癥中的作用是復雜的，尚有待進一步研究[18]。在COPD穩定期，患者痰液中IL-8顯著上升，并與疾病的嚴重程度相關[19]。臨床通常認為TNF-α和IL-8兩者互相促進，最終導致氣道重塑和氣流阻塞[20]。本研究顯示輕度COPD人群無論吸煙與否，TNF-α、IL-8水平均無明顯差異，但均比非COPD人群明顯升高；吸煙非COPD人群炎癥因子IL-8較非吸煙健康人群升高明顯，但兩者炎癥因子TNF-α相差不大。另有研究人員發現[21]，COPD患者不論發作與否，血中的IL-8水平均明顯高于正常，而TNF-α只在發作期或病情惡化時才升高，并且隨病情好轉而降低。IL-8主要通過促進中性粒細胞在炎癥部位及肺組織中的活化而導致炎癥的級聯反應和肺部持續、慢性炎癥[22]。 可見IL-8可能在COPD慢性炎癥過程中扮演更加重要的角色，是COPD穩定期應該重點監測的炎癥因子。

COPD的發生發展過程中，氧化應激和炎癥反應存在相互影響、相互促進。因此，我們將COPD患者的炎癥因子(TNF-α、IL-8)與氧化應激指標(MDA、SOD)進行相關分析，結果發現IL-8、TNF-α與血清MDA呈正相關，而與SOD存在負相關。COPD患者體內的TNF-α和IL-8水平增高，炎癥細胞釋放ROS，參與氧化應激，自由基的一個主要攻擊位點是位于細胞膜上的多價不飽和脂肪酸，能導致脂質的過氧化反應，這種脂質的過氧化反應可能會繼續形成反應鏈而產生過氧化物和乙醛。因此，MDA等指標上升，而體內的抗氧化物SOD等物質在在氧化應激早期增強，后期因抗氧化劑的消耗而下降，無法與氧自由基等抗衡，從而使氧化和抗氧化失衡，最終引起不可逆氣流受限。本研究中的炎癥因子和肺功能的負相關性也符合COPD病理生理學特征，這也提示氧化應激失衡與COPD炎癥因子的產生有關，形成惡性循環。ROS引起的氧化應激可使炎癥細胞趨化、炎癥反應增強。這與既往的研究相一致[13,20,23-25]。

總之，COPD患者的防治任務依然形勢嚴峻，實行全民禁煙等措施將大大降低COPD患病率，從本研究結果可以看出對于輕度COPD患者進行IL-8、TNF-α、MDA以及SOD的監測也具有重要的意義，在早期給予患者有效的干預，阻止或延緩COPD患者的進展也能夠在很大程度上減輕社會負擔。

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Effectsofsmokingonserumoxidativestressandinflammatoryfactorsinpatientswithchronicobstructivepulmonarydisease

LyuHualiang1,LiHongtao2,ZhangTiantuo2,ChenKairong1,TanShifan1,SongYibo1,LiuChuanyong1.

1Departmentofrespiratory,thethirdaffiliatedhospital,SunYat-SenUniversity,Guangzhou510630,China;2Departmentofrespiratory,MaomingPeople′sHospital,Maoming525000,China

ZhangTiantuo,Email:zhtituli@163.com

ObjectiveTo investigate the effects of smoking on serum oxidative stress and inflammatory factors in patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD).MethodsThe male residents age ranged from 40 year old to 79 year-old of Maoming city were divided into four groups according to their lung function and smoking status including COPD smoke group, COPD non-smoke group, non-COPD smoke group , and non-COPD non-smoke group, 40 cases in each group. Oxidative stress indicators of serum (MDA, SOD) and inflammatory factors (IL-8, TNF-α) in the serum of the four groups were measured and analysis to understand their differences and relevance.ResultsCOPD: with mild non smoking group, smoking group of patients with mild COPD MDA, IL-8, TNF-α, SOD alpha level high level is low, in addition to TNF-α significant difference (P<0.05), MDA, IL-8 and SOD have no significant difference (P>0.05); compared with the non COPD smoking group, mild smoking group COPD IL-8 the high level of TNF-α, alpha (P<0.05), SOD (P<0.05), the low level of MDA is higher but the difference was not significant (P>0.05), but low levels of SOD (P<0.05), IL-8, TNF-α high level (P<0.05); mild COPD smoking group of MDA, IL-8, TNF-levels were significantly higher than non COPD group (non smokingP<0.05), and SOD (P<0.05). IL-8 and TNF-alpha were positively correlated with MDA (correlation coefficientr=0.487, 0.468,P<0.01); IL-8 was negatively correlated, TNF-alpha and SOD (correlation coefficientr=-0.463, -0.457,Pall <0.01); was negatively related to IL-8, TNF-alpha and FEV1%pred (correlation coefficientr,Pthe values were -0.492,P<0.01, -0.697,P<0.01). COPD: with mild non smoking group, smoking group of patients with mild COPD MDA, IL-8, TNF-α, SOD alpha level high level is low, in addition to TNF-α significant difference (P<0.05), MDA, IL-8 and SOD have no significant difference (P>0.05); compared with the non COPD smoking group, mild smoking group COPD IL-8 the high level of TNF-α, alpha (P<0.05), SOD (P<0.05), the low level of MDA is higher but the difference was not significant (P>0.05), but low levels of SOD (P<0.05), IL-8, TNF-α high level (P<0.05); mild COPD smoking group of MDA, IL-8, TNF-levels were significantly higher than non COPD group (non smokingP<0.05), and SOD (P<0.05). IL-8 and TNF-alpha were positively correlated with MDA (correlation coefficientr=0.487, 0.468,P<0.01); IL-8 was negatively correlated, TNF-alpha and SOD (correlation coefficientr=-0.463, -0.457,Pall<0.01); was negatively related to IL-8, TNF-alpha and FEV1%pred (correlation coefficientr,Pthe values were -0.492,P<0.01, -0.697,P<0.01).ConclusionsIn non-COPD group, compared with non-smokers, MDA, IL-8, TNF-αand SOD were higher in smokers and the differences were more obvious in COPD patients. Among patients with mild COPD, IL-8 and TNF-α were positively correlated with MDA, but negatively correlated with SOD and FEV1% pred. It suggested that the imbalance of oxidative stress caused by smoking may be caused by the reduction of antioxidants and oxidative stress imbalance can lead to increased inflammatory factors, and inflammatory factors will accelerate the decline in lung function, therefore leading to COPD.

Smoking; Chronic obstructive pulmonary disease; Oxidative stress; Inflammatory factors

10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2017.06.010

廣東省醫學科學技術研究基金項目(No.A2015602)

525000 茂名，廣東省茂名市人民醫院呼吸內科1

510630 廣州，中山大學附屬第三醫院呼吸內科2

張天托， Email: zhtituli@163.com

R563

A

2016-12-21)

王亞南)

呂華亮，李洪濤，張天托，等. 吸煙對輕度COPD患者血清中氧化應激及炎癥因子的影響[J/CD]. 中華肺部疾病雜志(電子版)， 2017， 10(6)： 681-685.