氣道一氧化氮測定在慢性氣道炎癥疾病中的應用進展

李雪玉 許 林

昆明醫科大學第五附屬醫院呼吸與危重癥醫學科，云南個舊 661000

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，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系統癥狀和氣流受限[1]。支氣管哮喘（bronchial asthma， BA）的特征為慢性氣道炎癥和氣道高反應性[2]。兩種疾病病因及發病機制尚不十分明確，但均涉及大、小氣道的炎癥性改變，其中小氣道的炎癥水平不僅與氣道反應性增高具有相關性，而且在疾病嚴重程度、未來加重風險方面也具有一定的預測價值[3]。因此近年來對氣道炎癥的檢測在疾病診治價值中的研究愈受重視，其中呼出氣一氧化氮（fractional exhaled nitric oxide，FeNO）測定已被美國胸科學會（the American thoracic society，ATS）及歐洲呼吸學會（the European respiratory society，ERS）推薦為理想的氣道炎癥檢測方式，經臨床證實有效并廣泛應用于檢測大氣道炎癥水平；而肺泡一氧化氮（alveolar concentration of nitric oxide，CaNO）可以檢測到普通FeNO無法檢測到的小氣道病變，進而提示小氣道炎癥水平。本文通過對氣道一氧化氮（nitric oxide， NO）的作用機制、檢測方式及其在BA和COPD中的應用現狀進行梳理后做一綜述，為進一步探索其在臨床中的應用價值提供參考。

1 氣道NO的作用及檢測方式

1.1 氣道NO作用

NO是一種普遍存在于人體內的雙原子自由基，其性質非常活潑、半衰期僅5～10 s，在肺內，由NO合成酶（nitric oxide synthase，NOS）介導合成，以L-精氨酸為底物，依賴氧氣（O2）和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate，NADPH）先 生 成Nω-羥基-L-精氨酸，再氧化產生L-瓜氨酸和NO。NOS有三種亞型：從功能上來看，分為組成型NOS（cNOS）和誘導型NOS（iNOS），其中cNOS包括內皮型NO合酶（eNOS）和神經型NO合酶（nNOS），依賴于細胞內Ca+及鈣調蛋白的激活而產生NO，在神經遞質傳遞和血管舒張等生理調節方面起著重要作用；而iNOS無鈣依賴性，主要由外源性因素（如感染、過敏原暴露等）及各種炎癥介質如白介素-1β（interleukin 1β，IL-1β）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）、脂多糖等誘導刺激巨噬細胞、氣道上皮細胞、Ⅱ型肺泡細胞、內皮細胞、成纖維細胞、呼吸道及血管平滑肌細胞、中性粒細胞、嗜酸性粒細胞、肥大細胞產生NO，在氣道炎癥反應中起著關鍵作用[4]，也可使肺部炎性滲出加重[5]。

1.2 氣道NO的檢測方式

NO與呼出氣中其他的氣道內源性氣體不同，即氣道NO的檢測與呼出氣的流速存在高度相關性，為了獲得氣道不同部位的NO濃度，研究經歷了從傳統的兩室模型到后來的肺部NO數學動力學模型的進展，即檢測多個流速下的NO測量值后可以通過進行相應的計算得出大氣道和小氣道NO水平，從而區分來源于氣道不同部位的NO水平。截至目前，電化學分析儀在臨床檢測中得到廣泛應用，通過調整呼氣流速為50 ml/s時測得的呼出氣NO值可代表以氣管、支氣管為主的大氣道炎癥水平，臨床常用的FeNO即表示FeNO50。相比之下，CaNO則是通過模型公式計算得出，代表肺泡或腺泡區的小氣道炎癥，傳統的計算方法有線性和非線性模型兩種，但因兩種模型均需要測定多個流速下的呼出氣NO值，因而在實際臨床應用中可行性欠佳，目前通過檢測50 ml/s和200 ml/s流速下的呼出氣NO值，再使用簡化版的線性模型公式可計算得到CaNO[3]。

2 FeNO在慢性氣道炎癥疾病中的應用

2.1 FeNO在COPD中的應用

目前，大多數研究發現FeNO對COPD急性加重期和穩定期具有診斷價值，急性加重期患者FeNO水平較穩定期明顯升高[6]，并且Oishi等[7]發現FeNO持續升高的患者在較短時間內病情更容易出現中度和重度惡化。Zhou等[8]的回顧分析也得出相似的結論。在COPD的發病中，中性粒細胞炎癥是COPD最常見的炎癥表型，而嗜酸性粒細胞炎癥占10%～40%[9]，Río等[10]對50例COPD急性加重期患者FeNO和嗜酸性粒細胞測定發現兩者有相似的診斷價值，可用于鑒別嗜酸性粒細胞型COPD[11]，而血嗜酸性粒細胞計數可用于預測對吸入性糖皮質激素（inhaled corticosteroids，ICS）的治療反應性，計數≥0.10×109/L時代表反應性良好[12]。因此，FeNO測定也可用于預測糖皮質激素的治療反應性[8]。此外，曾有流行病學調查發現約20%的COPD患者同時合并有BA[13]，即BA-COPD重疊（ACO）。FeNO水平在ACO患者顯著增高，并且與外周血嗜酸性粒細胞計數聯合檢測對ACO和COPD具有鑒別診斷價值，可作為區分ACO和COPD的指標[14-16]，但目前尚不清楚是否存在FeNO截斷值用于診斷ACO[17]。

2.2 FeNO在BA中的應用

FeNO作為BA T2型氣道炎癥相關的生物標志物之一，在支氣管氣道高反應性、黏液高分泌、杯狀細胞增生、過敏反應及嗜酸性粒細胞炎癥中起著重要作用，但是在日常實踐中，FeNO對BA的診斷價值受到許多混雜因素的限制，如過敏狀態、吸煙、既往使用過糖皮質激素和其他上呼吸道感染等，因此GINA不推薦直接測定FeNO水平來診斷或排除BA的診斷[2]。美國胸科協會（the American thoracic society，ATS）推薦建議[18]，成人FeNO濃度＜25 ppm（ppb）（兒童＜20 ppb）時，提示患者無明顯嗜酸性粒細胞炎癥，對類固醇皮質激素的治療反應性較弱，濃度＞50 ppb（兒童＞35 ppb）時考慮患者存在嗜酸性粒細胞炎癥，可能對類固醇皮質激素治療有良好反應性。有研究顯示，FeNO濃度升高可能與BA病情加重和難治性BA的發生相關，高水平FeNO（兒童＞ 45 ppb和成人＞20～35 ppb）提示氣道炎癥控制不佳及病情加重風險增高；在BA管理過程中發現，與僅接受臨床癥狀評估的患者相比，對FeNO進行規范檢測輔助治療后，成人病情加重率降低40%，兒童病情加重率降低42%。并且與血嗜酸性粒細胞計數相比，FeNO在檢測BA治療反應性中的效果更加顯著，定期的檢測能更好地降低BA治療成本[18-19]。綜上，FeNO在BA患者的輔助診斷及療效評估方面均有著重要意義。

3 CaNO在慢性氣道炎癥疾病中的應用

3.1 CaNO在COPD中的應用

在COPD患者中，小氣道病變和肺實質破壞造成慢性氣流受限[20]。小氣道作為“氣道沉默區”，對總的呼吸阻力貢獻很小，在出現任何呼吸道癥狀之前可能已經出現損傷[21]。來自氣體交換區域的NO被稱為肺泡或小氣道NO（CaNO），反應肺泡組織炎癥水平，已被證實為外周肺非侵入性炎癥標志物[22]。Lázár等[6]研究發現，COPD患者外周小氣道的氧化應激持續升高，而中心氣道只在病情加重期間氧化應激增加。目前對于CaNO在COPD穩定期與急性加重期中的診斷價值，國內外尚未得出一致共識。有研究報道，CaNO可用于區分COPD穩定期患者與健康人群[6，23]，然而也有研究認為CaNO在COPD患者與健康人群之間無明顯差異[24]。另外，在糾正軸向彌散對肺泡NO濃度的影響之后，COPD患者CaNO水平顯著高于BA患者及健康人群，在一定程度上具有鑒別診斷意義。在監測治療反應性方面，有研究發現糖皮質激素治療前后COPD患者CaNO差異無統計學意義，糖皮質激素盡管誘導了臨床癥狀和肺功能的改善，但并沒有改變穩定期及加重期間肺泡NO濃度[6]。綜上，CaNO在COPD中的診斷意義及臨界值尚未明確，同時其監測治療反應性的作用仍需進一步探討。

3.2 CaNO在BA中的應用

在BA發病過程中大、小氣道均存在氣道炎癥和氣道重塑，盡管目前尚無指南明確推薦CaNO應用于BA診治，但在癥狀穩定的BA患者，CaNO能更為敏感地反映外周氣道炎癥，并且與小氣道的阻塞程度呈正相關。也有研究發現，在BA發病早期即有CaNO水平升高，提示疾病早期就已存在小氣道炎癥進而影響其功能，聯合檢測FeNO和CaNO對BA患者診斷的敏感性為81.4%，特異性為83.0%，ROC曲線下面積為0.890（95%CI：0.825～0.956），可作為輔助診斷依據[25]。《2017 ERS肺部疾病呼氣標志物技術標準》[26]指出CaNO＞5.00 ppb提示存在小氣道炎癥；5.00～10.00 ppb考慮存在小氣道混合性炎癥，即表現為氣道炎癥反應過程中嗜酸性粒細胞和中性粒細胞均增多；＞10.00 ppb考慮小氣道以嗜酸性粒細胞性炎癥為主，檢測CaNO值對于糖皮質激素的治療具有一定指導意義。研究發現，在未使用糖皮質激素治療的BA患者中心氣道和外周氣道上皮細胞iNOS mRNA表達均明顯增加，并且其增加程度與CaNO的增高水平具有顯著相關性，然而使用糖皮質激素治療后兩者不再存在相關性，證明可通過檢測CaNO來反映未經治療的患者外周氣道炎癥水平，同時也反映出CaNO具有一定的療效評估價值[27]，高水平CaNO提示BA控制不佳[28]。Fukumitsu等[29]在一項回顧分析中也發現持續存在高水平CaNO的BA患者治療反應性相對較差。綜上，CaNO在BA患者診斷和治療方面都有著重要指導價值，

4 總結

氣道NO濃度檢測作為衡量氣道炎癥的指標之一，具有無創、可重復、依從性好等優點，成為慢性呼吸系統炎癥疾病如BA、COPD等診斷、治療、預測炎癥表型等方面重要的生物指標。由于不同部位NO檢測價值在臨床運用中尚存在爭議，使得單一的NO檢測還不足成為診斷工具，近年來小氣道炎癥在慢性氣道炎癥疾病中的作用越來越受重視，與大氣道NO聯合應用將進一步提高氣道炎癥疾病診治效能，尤其目前對于小氣道炎癥標志物在COPD疾病中的應用尚少，未來將需要更多多中心、前瞻性研究進一步探討其在COPD中的臨床應用價值。