呼出氣一氧化氮在慢性阻塞性肺疾病中的應用進展

李靜雯 胡系偉 董敏 李天楠

(貴州醫科大學，貴州 貴陽 550004)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease)簡稱慢阻肺，是一種常見的以持續性呼吸道癥狀和氣流受限為主要特征的可防可治的疾病[1]。慢阻肺的發病機制主要是慢性炎癥反應、蛋白酶和抗蛋白酶失衡、氧化抗氧化失衡及氣道重塑等，其中慢性氣道炎癥起著重要作用。慢阻肺患者周期性地伴有急性加重，會導致肺功能進行性下降，該病不僅影響肺，也可以引起顯著的全身反應，最終發展為呼吸衰竭和慢性肺源性心臟病[2]。因此，快速準確的確定氣道炎癥的嚴重程度，控制慢阻肺急性加重是管理慢阻肺最關健的一環。2017年《慢性阻塞性肺疾病全球倡議》(GOLD)一大重要變化就是明確了關于急性加重風險的生物標志物—一嗜酸性粒細胞計數[1]。以往確定氣道炎癥的方法有支氣管黏膜活檢及支氣管肺泡灌洗，但由于這兩種方法為有創性操作，在病人接受程度、操作性及重復性方面都難以普遍實施[3]。后又出現誘導痰細胞學檢查及呼出氣冷凝液等方法，其中前者雖操作過程簡單，但費時耗工，缺少標準流程，操作過程不容易進行治療控制；后者由于介質濃度很低，且不穩定，需要采用特殊的檢測設備[4]。綜上所述，限制了兩項技術在臨床上的廣泛應用。近年來有研究表明，呼出氣一氧化氮(fractional exhaled nitric oxide，FeNO)與氣道嗜酸性粒細胞正相關[5-6]。FeNO是一種新型、無創、檢測方便的生物標志物，目前已在支氣管哮喘的診斷、評估和治療中推廣應用[4]。但FeNO在慢阻肺中的研究仍然較少，本文對FeNO在慢阻肺中的應用進行綜述。

1 FeNO相關知識

(1)FeNO來源：1980年，Fruchgott和Zawadzk[7]首先提出一氧化氮的作用，并發表在《自然》雜志上。并于1998年因此項研究獲得諾貝爾醫學獎。一氧化氮(nitric oxide，NO)作為一種氣體分子，因其表達于氣道而受到廣泛關注。一氧化氮是一種機體產生的內源性生物調節因子，具有舒張支氣管、參與神經傳遞、擴張血管和調節炎癥介質等許多生物活性[4]。一氧化氮是巨噬細胞和上皮細胞在一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)的作用下，以左旋精氨酸為底物氧化合成。人體NOS按其來源可分為來源于內皮細胞的內皮型NOS(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)，來源于神經元的神經元型NOS(neurogenic nitric oxide synthase，nNOS)，以及來源于巨噬細胞、中性粒細胞的誘導型NOS(inducible nitric oxide synthase，iNOS)。在氣道炎癥中，iNOS起主要作用，iNOS的生成只有在各種炎性因子的刺激下才會緩慢大量表達[8-9]。內源性一氧化氮主要來源于呼吸系統，包括傳導性氣道、鼻腔、口腔及肺臟等，這些組織中包含呼吸道中能夠生成一氧化氮的肺組織、細胞，支氣管上皮、血管內皮、肺泡和肺間質巨噬細胞，甚至支氣管分支內的細菌也能產生極少的一氧化氮。研究人員曾報道，在對支氣管哮喘患者行支氣管鏡或氣管插管時，發現大量NO來源于小氣道。雖然FeNO的來源尚有爭議，但可以肯定的是，FeNO最有可能由上皮細胞而不是內皮細胞產生，由氣道上皮細胞而非肺泡細胞產生[10]。(2)FeNO測定及評價指標：可以通過多種方法檢測生物體中的FeNO，包括化學發光法、分光光度法(Griess法)、熒光法(DNA法)及電化學法，其中電化學法操作簡便、誤差小，是目前最常用的測量方法。受檢者采取坐位，檢查前安靜休息5 min后，盡量呼出肺部氣體，吸氣后用嘴含緊一氧化氮測量儀的口器，以恒定流速度約(50±2.5) mL/s，用力呼氣達肺總量，測量結果以ppb表示[4]。2005年美國胸科協會與歐洲呼吸學會聯合制定了FeNO的檢測標準及哮喘診治指南。2011年美國胸科協會指南推薦FeNO作為氣道嗜酸性粒細胞炎癥的標志物。2014年FeNO歐洲共識指出：基于目前已有數據，建議診斷使用的判斷切點為：高水平>35～50 ppb，低水平<15～25 ppb[11]。2015年《全球哮喘防治創議》(GINA)[12]指出，包括中國人在內的FeNO正常值范圍為2～200 ppb，但90%是5～25 ppb。指南推薦基于FeNO切點與變化率，并非正常值的規范化診療。常見呼吸病炎癥分成非嗜酸性與嗜酸性炎癥兩個切點，其中非嗜酸性炎癥(成人<25 ppb，低值)，嗜酸性炎癥(成人：25～50 ppb或>50 ppb，高值)。在慢阻肺患者中，FeNO水平尚存在爭議，但多數研究結果顯示穩定期慢阻肺患者FeNO水平不升高[13]或輕到重度升高[14]。(3)FeNO影響因素：FeNO受多種個人因素的影響，Olin等[15]研究發現64歲以上人群比35～44歲人群的FeNO值高40%，有學者[16]也證實60歲以上的年齡對FeNO的影響更大。而另一項針對不吸煙的健康成年人的研究發現FeNO值存在性別差異[17]。此外，FeNO值與身高有一定的相關性[15，18]。除個人因素外，解讀FeNO時還應考慮多種外在因素，包括吸煙、病毒感染、劇烈運動、攝入含氮食物、空氣污染、接觸過敏原，其中前三項對FeNO影響較大[19]。2014年呼出氣一氧化氮歐洲共識指出：吸煙使FeNO降低30%～60%下降值，取決于吸煙量；病毒感染使FeNO增加50%～150%；攝入含氮食物(例如生菜、菠菜等)，使FeNO增加40～60%。其他大多數外在因素對臨床影響較小[11]。因此受試者需在檢測前4 h內禁酒，2 h內禁食含硝酸鹽食物，1 h內禁水、禁食、禁止吸煙、避免劇烈運動，以免影響檢測結果[4]。

2 FeNO與慢阻肺

(1)FeNO與慢阻肺的診斷及鑒別診斷：GOLD(2017版)[1]中指出慢阻肺的診斷標準為：任何存在呼吸困難、慢性咳嗽或咳痰并伴有/或具有微信因素暴露史的患者，都應考慮慢阻肺的診斷。確診需要通過肺通氣功能檢測(吸入支氣管舒張劑后第1 s用力呼氣量(forced expiratory volume in first second，FEV1)/用力肺活量(forced vital capacity，FVC)<0.7)。針對這個標準，中國學者[20]提出如果長期危險因素暴露史(如吸煙、使用生物燃料烹調、長期暴露于炎癥空氣污染的環境下)，其通氣功能檢驗符合慢阻肺的標準，無論有無癥狀，都應該診斷為慢阻肺。但是在臨床上，部分患者有合并癥存在，診斷及鑒別診斷就會出現困難。哮喘和慢阻肺是常見的慢性氣道炎癥性疾病，流行病學顯示約20%的慢阻肺患者同時合并哮喘，2017GINA指南[21]推薦描述具有哮喘和慢阻肺共同疾病為哮喘-慢阻肺重疊(Asthma-COPD Overlap ACO)。由于上述兩種疾病癥狀相似，互相重疊，單用肺功能檢查不易鑒別，而且ACO尚無明確定義和診斷標準。Ding等[22]研究指出：FeNO大于50 ppb，診斷為哮喘；FeNO在25～50 ppb之間，診斷為ACO；FeNO小于25 ppb，診斷為慢阻肺；但此研究結果尚未得到一致認可。有學者[23]通過測量FeNO來評估慢阻肺患者中ACO患病率，其中FeNO>25 ppb的患者占36.9%，FeNO>50 ppb的患者占5.1%，以=35 ppb為切點評估ACO患者患病率為16.3%。有學者[24]研究結果表明，FeNO檢測可輔助鑒別慢阻肺患者表型，該研究將慢阻肺患者分為非頻繁急性加重，頻繁急性加重肺氣腫型，頻繁急性加重支氣管炎型，以及ACOS四型，其中ACOS組FeNO水平顯著高于其余三型，且以FeNO大于50 ppb為切點。因此，對于診斷不明的慢性氣道炎癥性疾病，可輔助測定FeNO加以鑒別。(2)FeNO與慢阻肺并發癥：慢阻肺是一種慢性全身性炎癥性疾病，隨病情進展，慢阻肺可能出現多種并發癥，其中最常見的并發癥為肺動脈高壓、慢性肺源性心臟病及呼吸衰竭。慢阻肺的病理生理改變，導致阻塞性通氣功能障礙、限制性通氣功能障礙、通氣/血流失調，肺換氣功能障礙，進一步出現低氧血癥和高碳酸血癥，發生呼吸衰竭。其中低氧作用于肺血管平滑肌細胞膜，使內皮衍生的收縮因子如內皮素I合成增加，而內皮衍生的舒張因子如一氧化氮和降鈣素產生和釋放減少。加上二氧化碳潴留，使血中的氫離子增高，均可加重肺動脈高壓。肺血管結構重建，使肺血管順應性下降，管腔變窄，血管阻力增加。慢性炎癥使肺血管重構，肺血管數量減少，肺微動脈中原位血栓形成，均可加重肺動脈高壓[25]。血管舒張因子一氧化碳的生物利用度降低、信號通路受損在肺動脈高壓發病機制中起重要作用。研究顯示在一定呼氣流速情況下，慢阻肺合并肺動脈高壓患者FeNO水平較對照組的降低[26-27]。另有研究[28]表明，支氣管肺泡灌洗液及尿液排出的一氧化氮產物也相應減少，可能由于血管內皮細胞血管和支氣管平滑肌，氣道上皮細胞等釋放，一氧化氮逐漸減少所致。針對一氧化氮減少，許多在學者在治療肺動脈高壓方面，進行多種嘗試及探索。有學者[28]用內皮素受體拮抗劑波生坦，可逆轉上述病理改變，表明內皮素可能具有抑制內源性一氧化氮活性的作用。有學者[29]經前列環素及內皮素受體拮抗劑等血管舒張因子治療后，慢阻肺合并肺動脈高壓患者的FeNO水平升高。有學者[30]研究發現肺動脈高壓患者血液和唾液中的亞硝酸鹽含量高于正常水平，作為一氧化氮代謝產物的亞硝酸鹽，被認為是一氧化氮血管內的儲存形式，在缺氧條件下，可重新轉化為一氧化氮，彌補內源性的一氧化氮不足，亞硝酸鹽治療肺動脈高壓已在動物試驗和早期的臨床試驗中得到證實。有學者[31]的報道，發現吸入低流量一氧化氮可使肺血管阻力和循環總阻力明顯降低，進而使右心功能得到明顯改善。(3)FeNO與慢阻肺的防治：慢阻肺的病程可分為：(1)急性加重期和穩定期[32]。慢阻肺患者每年平均發生約0.5～3.5次的急性加重，急性加重是慢阻肺患者死亡的重要原因也是慢阻肺患者醫療費用的主要支出部分，因此治療慢阻肺主要是控制和預防慢阻肺急性加重[33]，如何預測并及早干預慢阻肺的急性加重，一直是慢阻肺管理的難點和重度。國外最新的一項大樣本隨訪研究顯示[34]，無論慢阻肺患者既往使用ICS、吸煙史或既往慢阻肺急性加重史如何，FeNO持續升高的患者慢阻肺急性加重的風險都更高，尤其是發生需要住院的嚴重慢阻肺急性加重。此研究提示，在臨床上可以通過檢測FeNO水平預測患者慢阻肺急性加重風險。另相關文獻指出，不推薦癥狀結合肺功能的慢性氣道疾病防治策略，因為長期以來這種管理方案并沒有降低發病率與致死率，反而逐年上升，提出氣道炎癥結合肺功能的精準醫療管理，從氣道炎癥與氣流受限兩個維度對慢性呼吸道疾病進行精準診療[35-36]。多項研究證實，在慢阻肺急性加重患者中，FeNO較穩定期患者升高，經治療后，FeNO水平下降，但需數月才能恢復至健康對照者水平[37]。FeNO不僅能反映疾病的急性加重狀態，還與慢阻肺炎癥分型及治療相關。近年來有研究提出，根據慢阻肺患者誘導痰細胞的計數，可將慢阻肺分為4類，嗜酸性粒細胞型、中性粒細胞型、混合細胞型及粒細胞缺乏型，其中嗜酸性細胞型慢阻肺對糖皮質激素治療反應較好[38]。有研究證實，FeNO與氣道嗜酸性粒細胞有較好的相關性[6]。可用于預測慢阻肺對激素的治療反應，Kunisaki等[39]研究發現當FeNO<25*10-9mmol/L時，患者對激素治療不敏感。文獻中指出，FeNO低提示氣道炎癥反應低，按需使用抗炎藥物或維持抗炎藥物劑量，FeNO高提示哮喘急性發作或慢阻肺急性加重風險高，需高劑量吸入糖皮質激素或口服激素治療[35-40]。但目前尚無規范化指南，需進一步研究。

3 總 結

FeNO作為一種重復性好、便于檢測的無創性生物標志物，可以反映慢阻肺患者的氣道炎癥情況、區分慢阻肺的表型、鑒別慢性氣道疾病、防治慢阻肺急性加重、預測慢阻治療反應及預后。基于氣道炎癥結合肺功能的綜合管理，可作為管理慢阻肺患者的一個探索方向，其可行性需進一步臨床試驗研究。FeNO是對現有的慢阻肺檢測技術的一個較好的補充，可望成為慢阻肺診療檢測中的一項具有指導意義的臨床輔助工具。但由于上述研究結果缺乏大規模臨床試驗，而且FeNO在個體中存在較大差異、易受諸多因素影響、目前尚未有統一標準等一系列問題，從而限制了FeNO在臨床上的使用，還需要繼續探索。