嗜酸性粒細胞型慢性阻塞性肺疾病生物標志物的研究進展

李慧瑩 戴元榮 林潔

慢性阻塞性肺疾病（chronicobstructivepulmonarydiseases，COPD）是一種常見的可以預防和治療的疾病，其特征是持續存在的呼吸道癥狀和氣流受限，通常是由于暴露于毒性顆粒或氣體引起的氣道和/或肺泡異常所導致。COPD是全球范圍內疾病致殘率和死亡率增加的主要原因之一，在全球疾病死亡原因中占第4位。據估計，到2020年，COPD將成為全球第三大死因[1]。COPD通常與輔助性T細胞1（Th1）介導的中性粒細胞免疫反應相關，但在10%～40%的COPD患者中可以觀察到嗜酸性粒細胞性氣道炎癥[2]。Gao等[3]根據痰標本中嗜中性粒細胞（＞61%）和嗜酸性粒細胞（＞2.5%）的數量分別對83例急性加重期COPD（AECOPD）患者進行分層分析，將AECOPD患者分為嗜酸性粒細胞表型（EOS）組、嗜中性粒細胞表型（NEU）組、少細胞表型（PAU）組和混合型粒細胞表型（MC）組4個亞組，其中EOS組中痰嗜酸性粒細胞＞2.5%，NEU組中痰嗜中性粒細胞＞61%，PAU組中痰嗜酸性粒細胞≤2.5%和嗜中性粒細胞≤61%，MC組中痰嗜酸性粒細胞＞2.5%和中性粒細胞＞0.61%。他們發現10例以嗜酸性粒細胞為主，36例以嗜中性粒細胞為主，5例以混合粒細胞為主，32例以少粒細胞為主。由此可見，COPD是一種復雜的異質性疾病，識別EOS COPD，并予以相應的治療可以使臨床獲益，本文對EOS COPD生物標志物作一綜述。

1 痰嗜酸性粒細胞

誘導痰檢測作為氣道炎癥的非侵入性檢查方法用來定義患者氣道炎癥表型，在臨床上應用廣泛，哮喘和COPD患者痰嗜酸性粒細胞數≥3%時都表現出對糖皮質激素治療反應好[4-5]。大多數研究將COPD患者中痰嗜酸性粒細胞增多的臨界值定義為痰嗜酸性粒細胞≥3%，并將痰嗜酸性粒細胞作為預測COPD吸入或口服糖皮質激素治療效果的生物標志物[6]。Siva等[7]發現減少痰嗜酸性粒細胞數目可有效降低COPD急性加重風險。

一項評估痰液或血液中高嗜酸性粒細胞是否與嚴重COPD表型相關的多中心觀察性研究[8]將痰嗜酸性粒細胞1.25%用作分析的臨界值，其中痰嗜酸性粒細胞≥1.25%為高痰嗜酸性粒細胞組（171例），痰嗜酸性粒細胞＜1.25%為低痰嗜酸性粒細胞組（656例）。兩組患者性別、年齡、種族、BMI、吸煙史等比較差異均無統計學意義。高痰嗜酸性粒細胞組患者應用吸入糖皮質激素的比例和吸入或霧化支氣管擴張劑的比例、肺氣腫指數、空氣滯留量（殘余體積）均明顯高于低痰嗜酸性粒細胞組，肺功能明顯低于低痰嗜酸性粒細胞組，差異均有統計學意義（均P＜0.05）。按2%痰嗜酸性粒細胞分界值分層的亞組之間也觀察到類似的結果。高痰嗜酸性粒細胞組患者需要糖皮質激素的比例高于低痰嗜酸性粒細胞組（19%vs 10%），并且需要急診科就診的嚴重急性發作多于低痰嗜酸性粒細胞組（13%vs 8%），差異均有統計學意義（均P＜0.05）。

綜上所述，痰嗜酸性粒細胞增多與COPD急性加重有相關性，減少痰嗜酸性粒細胞數目可以有效降低COPD急性加重風險。痰嗜酸性粒細胞作為EOS COPD的生物標志物有參考價值，痰誘導作為氣道炎癥的非侵入性檢查方法，可以用來定義患者氣道炎癥表型，但也具有一定局限性，它需要專業人員操作及患者的配合，失敗率約30%[9-10]，不利于及時觀察患者的病情變化。

2 血嗜酸性粒細胞

Bafadhel等[11]研究發現血嗜酸性粒細胞計數和痰嗜酸性粒細胞計數之間存在相關性，外周血嗜酸性粒細胞計數（≥2%）可作為替代COPD痰嗜酸性粒細胞的敏感生物標志物，用于確定COPD氣道嗜酸性粒細胞增多（≥3%）（AUC=0.85，靈敏度為90%，特異度為60%）。而且另有研究表明間隔28d兩次測量的血嗜酸性粒細胞計數穩定性好[6]。因此將血嗜酸性粒細胞≥2%作為COPD氣道嗜酸性粒細胞增多的生物學特征之一。研究證實血嗜酸性粒細胞在急性加重期[12]和穩定期[13-14]的COPD患者中有作為對糖皮質激素治療反應良好標志物的潛在能力。

研究發現當血嗜酸性粒細胞≥1.7%時，隨著嗜酸性細胞水平的增加，COPD中重度急性加重風險逐漸增加[13]。高水平的血嗜酸性粒細胞計數可以預測COPD急性加重風險。然而在SPIROMICS研究中發現血嗜酸性粒細胞＜1%的COPD患者氣道阻塞更嚴重，6分鐘步行距離更短，惡化加重次數更多[15]。同樣有研究發現血嗜酸性粒細胞≤2%的COPD患者發生肺炎的概率更高[16]。嗜酸性粒細胞有殺傷微生物的作用，可以將抗原遞呈給T細胞并促進Th2細胞分化成熟[17]，是先天免疫防御的主要成分。當嗜酸性粒細胞減少時，COPD患者免疫防御功能減弱，容易導致細菌、病毒等微生物的定殖，從而導致發生肺炎的概率增高。

目前對于血嗜酸性粒細胞絕對值的臨界值尚無定論。Vedel-Krogh等[18]研究表明，當患者血嗜酸性粒細胞＞0.34×109cell/L時，COPD重度加重風險將會增加1.76倍。亦有研究將血嗜酸性粒細胞≥0.2×109cell/L定義為COPD嗜酸性粒細胞增多，其在0.2×109cell/L的臨界值處的靈敏度為91.1%[19]。血嗜酸性粒細胞在臨床上較易獲得，但是對于其絕對值的臨界值，需要更大樣本進行研究，至少筆者認識到血嗜酸性粒細胞在一定程度上可用以識別EOS COPD。嗜酸性粒細胞增多與COPD急性加重風險增加有關，并且EOS COPD急性加重期對于糖皮質激素有較好的反應[10]，長期吸入糖皮質激素治療也能有效緩解急性加重風險[11,13]，Barnes等[20]發現血嗜酸性粒細胞計數≥2%的COPD患者在吸入糖皮質激素治療后一秒用力呼氣容積（FEV1）的下降速率較慢。對于嗜酸性粒細胞≥2%的COPD患者，長期聯合使用吸入糖皮質激素+長效β受體激動劑（LABA）效果優于單用LABA藥物[13]。另有薈萃分析研究了100mg美泊利單抗與安慰劑在不同嗜酸性粒細胞水平的COPD患者中的獲益情況，結果發現血嗜酸性粒細胞在300～500個/ml的COPD患者使用美泊利單抗后在減少急性加重方面獲益最大[21]。這些發現為特異性抑制嗜酸性粒細胞炎癥的治療提供了強有力的證據，嗜酸性粒細胞性氣道炎癥在COPD急性加重過程中起作用，且靶向阻斷IL-5來減少血液和組織中的嗜酸性粒細胞計數在COPD患者中同樣有效，血嗜酸性粒細胞可以預測抗IL-5單抗預防COPD急性加重治療的有效性。

綜上所述，外周血嗜酸性粒細胞相對值偏低的COPD患者容易發生肺部感染。同時需要注意外周血嗜酸性粒細胞升高的COPD患者，目前多以外周血嗜酸性粒細胞計數≥2%確定為EOS COPD，隨著嗜酸性細胞水平的增加，中重度急性加重風險逐漸增加，并且其相對值可以預測COPD患者對糖皮質激素治療的反應性，也為特異性抑制嗜酸性粒細胞炎癥的治療提供了證據。外周血嗜酸性粒細胞在臨床上容易獲得，測定方法簡單，其作為EOS COPD的生物標志物值得推廣和進一步深入研究，但痰嗜酸性粒細胞較血嗜酸性粒細胞更能反映EOS COPD，建議客觀看待血嗜酸性粒細胞指標。

3 嗜酸性粒細胞顆粒蛋白

嗜酸性粒細胞陽離子蛋白（ECP）是嗜酸性粒細胞的特異性標志物，是嗜酸粒細胞活化后釋放出的強堿性顆粒蛋白，可以刺激肥大細胞釋放組胺，導致黏液分泌增加，進而導致氣道高反應[22]。同時ECP是哮喘氣道炎癥嚴重程度的標志之一。研究發現COPD患者ECP也有所增加，急性加重期COPD患者痰和血清ECP水平高于穩定期COPD患者[23-24]，并且ECP隨COPD嚴重程度增加而增高[25]。Paplinska-Goryca等[26]研究發現ECP在誘導痰中的較高表達與COPD癥狀評估測試評估的COPD控制情況較好相關。雖然ECP是嗜酸性粒細胞活化的標志物，但在嗜酸性粒細胞型和非嗜酸粒細胞型COPD患者間，痰ECP水平并無明顯差異（P＞0.05）[27]。COPD患者表現出ECP增加，這提示嗜中性粒細胞是ECP的另外來源[28]或者說嗜酸性粒細胞脫粒程度在患者中有較高的可變性，有些患者盡管細胞計數不大，但仍有大量的脫粒。基于上述研究，ECP可以評估COPD的嚴重程度，但因ECP在中性粒細胞中同樣能檢測到，因此，并不適用于區別EOS COPD[29]。同樣，主要堿性蛋白（MBP）在其他細胞如肥大細胞和嗜堿性粒細胞中也觀察到了顯著的表達[30-31]，故MBP同樣不適于用來區別EOS COPD。

綜上所述，由于缺乏特異性和眾多的干擾因素，目前還沒有一種合適的嗜酸性粒細胞顆粒蛋白來識別EOS COPD。如果將來能特異性檢測出嗜酸性粒細胞來源的顆粒蛋白，也許能作為其生物標志物。

4 呼出氣一氧化氮（FeN O）

一氧化氮（NO）是各種細胞中精氨酸在一氧化氮合酶（NOS）的作用下合成的，同時產生瓜氨酸。人體內的NOS大致分為神經型一氧化氮合酶（nNOS）、內皮型一氧化氮合酶（eNOS）和誘導型一氧化氮合酶（iNOS）3類。nNOS和eNOS統稱為固有型一氧化氮合酶（cNOS），cNOS的活性依賴于鈣離子和鈣調蛋白，在正常生理條件下催化合成少量NO[32]。iNOS的活性不依賴于鈣離子和鈣調蛋白，生理狀態下不表達，在特殊條件下經誘導才會產生，一旦被激活，將會大量持續合成NO。哮喘患者氣道上皮中iNOS表達增高，應用吸入糖皮質激素治療后，iNOS表達減少[33]。哮喘患者呼出NO主要是由i－NOS產生，糖皮質激素可以選擇性抑制iNOS表達而降低FeNO水平，但是對cNOS表達無明顯影響[34]，糖皮質激素治療對COPD患者療效不顯著[35]，筆者推測iNOS可能不是COPD患者氣道NOS的主要成分。有研究表明COPD患者cNOS表達增高[36]，COPD患者氣道NOS的優勢類型可能與哮喘患者不同。

在過去10年里，FeNO作為哮喘標志物的研究較多，FeNO水平可以反映氣道嗜酸性粒細胞性氣道炎癥的程度，在哮喘患者中廣泛應用，在大多數輕度哮喘患者中，FeNO升高表明對糖皮質激素治療反應好[37-38]，同時FeNO可以檢測哮喘控制程度以及預測未來急性發作。有研究發現COPD患者FeNO水平與痰嗜酸性粒細胞也具有相關性[23,39]。一項研究收集了49例戒煙的急性加重期COPD患者入院和出院前的痰液及FeNO數據，發現FeNO是急性加重COPD患者痰嗜酸性細胞的良好代用標記，切點值為19ppb（靈敏度為90%，特異度為74%）[40]。然而FeNO與血嗜酸性粒細胞之間并無相關性[41]，FeNO在COPD中的作用機制尚未明了，吸煙與否以及中性粒細胞性氣道炎癥對FeNO都有影響[42]，仍需進一步研究FeNO在EOS COPD中的意義。不過，有研究提示COPD患者進行性升高的FeNO預示ICS治療效果好[10]，FeNO對EOS COPD的應用價值需要更多的研究進行驗證。

綜上所述，FeNO水平反映了氣道嗜酸性粒細胞性炎癥程度，一定程度上也反映了COPD的嗜酸性粒細胞水平。由于吸煙（多數COPD患者的危險因素）等因素可使FeNO值下降，限制了其應用價值。對于FeNO值較高的COPD患者，還應注意合并哮喘的可能。目前FeNO在臨床上應用逐漸廣泛，其測定方法簡單，迅速得到結果，值得更多的研究探討其價值。

5 骨膜素

骨膜素是由氣道上皮細胞和肺成纖維細胞分泌，是Th2型炎癥以及支氣管重構的標志物[43]。Jia等[44]發現伴有嗜酸粒細胞性氣道炎癥反應的哮喘患者，骨膜素水平明顯升高，說明骨膜素是氣道嗜酸性粒細胞炎癥的優越預測因子。而最近的一個橫斷面研究顯示痰嗜酸性粒細胞與血液嗜酸性粒細胞有很強的相關性，但未能證明血清骨膜素和痰嗜酸性粒細胞之間的關系[45]。這表明血清骨膜素可能提供作為Th2炎癥的生物標志物的額外價值，但不能直接與血液或痰嗜酸粒細胞增多相媲美。骨膜素可能用作評估特異性IL-13活性和對抗IL-13治療的反應的標志物[46]。骨膜素在哮喘患者中研究較多，由于吸煙可以抑制骨膜素基因表達[47]，故而骨膜素在COPD患者中的表達水平較哮喘患者低。Konstantelou等[48]研究表明，雖然COPD急性加重期患者入院時骨膜素水平比出院時高，但骨膜素水平升高與其預后及死亡率等并無明顯相關性。然而，在另一項研究中，骨膜素可以預測嗜酸性粒細胞性氣道炎癥，在對穩定期COPD患者吸入糖皮質激素/LABA治療3個月后，骨膜素與改善的FEV1呈正相關[49]。IL-13可以直接誘導上皮衍生的骨膜素，與上調的FENO表達相關，而氣道嗜酸性炎癥與IL-13之間的關系較為復雜，例如通過上皮衍生的化學引誘物的上調，各種研究中生物標志物測量的這些變化進一步突出了氣道炎癥的異質性和復雜性。目前骨膜素在EOS COPD中的應用價值尚無明確研究來驗證。

6 總結和期望

COPD是一種異質性疾病，多種生物機制參與其發生、發展，至今還沒有一種生物標志物可以簡單地預測急性加重風險，聯合多種生物標志物和臨床指標對COPD進行綜合評判，臨床意義比較大。COPD患者對糖皮質激素總體治療效果不如哮喘患者好，而EOS COPD患者對糖皮質激素治療表現出較好的療效。目前研究EOS COPD的生物標志物是一大熱點，本文就痰嗜酸性粒細胞、血嗜酸性粒細胞、嗜酸性粒細胞顆粒蛋白、FENO和骨膜素等生物標志物進行探討。痰嗜酸性粒細胞增多與COPD加重有相關性，減少痰嗜酸性粒細胞數目可以有效降低COPD急性加重風險。痰嗜酸性粒細胞作為EOS COPD的生物標志物參考意義較大。血嗜酸性粒細胞與痰嗜酸性粒細胞具有相關性，其在EOS COPD患者中有作為對糖皮質激素治療反應良好標志物的潛在能力。嗜酸性粒細胞顆粒蛋白ECP、MBP在EOS COPD患者中不具有特異性，目前其在臨床無實際應用價值。FeNO是急性加重COPD患者嗜酸細胞性炎癥的良好代用標志物，與痰嗜酸性粒細胞具有相關性，但其與血嗜酸性粒細胞之間尚未發現明顯相關性，這值得進一步研究。骨膜素是由氣道上皮細胞和肺成纖維細胞分泌，是Th2型炎癥以及支氣管重構的標志物，其在EOS COPD患者中的研究存在矛盾，目前尚無明確的研究來表明其能預測EOS COPD。以上生物標志物對于區別EOS COPD患者的應用價值，仍需更深入的研究，建議臨床應用時，綜合多個指標指導個體化COPD治療，研究EOS COPD標志物具有廣闊的前景，同時將為診治COPD提供更為詳實的理論依據。