YKL-40水平預(yù)測慢性阻塞性肺疾病急性加重風(fēng)險的意義研究

何 蕓, 劉 霖, 韓瑞萍, 戴 偉, 吳艷霞

(湖北省武漢中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院/湖北省武漢市第一醫(yī)院, 湖北 武漢 430022)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)以持續(xù)的呼吸道癥狀和氣流受限為特征,是患者死亡的主要原因之一[1]。盡管醫(yī)學(xué)不斷進(jìn)步,COPD患者的死亡率、合并癥和健康經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)仍然很高。因此,探索與COPD相關(guān)的新的特異性生物標(biāo)志物具有重要意義。氣道炎癥被廣泛認(rèn)為在COPD的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮了重要作用[2]。中性粒細(xì)胞相關(guān)的1型輔助性T細(xì)胞(Th1)炎癥被認(rèn)為是COPD的主要特征。然而,約30%的患者表現(xiàn)出嗜酸性粒細(xì)胞表型,即輔助性T細(xì)胞2型(Th2)免疫增強(qiáng),這更可能表現(xiàn)出不穩(wěn)定的臨床狀況并經(jīng)歷反復(fù)再入院[3]。鑒于COPD的不同炎癥表型,我們假設(shè)Th1和Th2相關(guān)生物標(biāo)志物可能是COPD急性加重的有用預(yù)測指標(biāo)[4]。甲殼質(zhì)酶蛋白40(chitinase protein 40,YKL-40)是誘導(dǎo)Th2型炎癥的上游細(xì)胞因子,與COPD中的支氣管炎癥和組織重塑有關(guān)[5]。CXC趨化因子配體9(CXC-chemokine ligand 9,CXCL9)是一種特征明確的Th1型趨化因子,主要由IFN-γ誘導(dǎo),與COPD中氣道嗜中性粒細(xì)胞呈正相關(guān)。然而,YKL-40、CXCL9水平在預(yù)測COPD患者急性加重風(fēng)險中的意義尚未明確。因此,本研究的目的是評估入院時血清YKL-40、CXCL9水平與COPD病情嚴(yán)重程度和預(yù)后的關(guān)系。

1 資料與方法

1.1研究人群:2019年10月至2021年10月,選擇本院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科150例COPD患者(女性38例,男性112例)和150例健康體檢人群作為對照組。所有研究對象都同意參與本研究,并提供知情同意書。納入標(biāo)準(zhǔn)如下:18歲以上COPD住院病例。符合以下任一標(biāo)準(zhǔn)的患者被排除在外:①入院時有肺炎的影像學(xué)證據(jù);②患有共存的慢性呼吸系統(tǒng)疾病,包括哮喘、支氣管擴(kuò)張、結(jié)核病、肺癌和間質(zhì)性肺病,以及免疫系統(tǒng)疾病,如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、痛風(fēng)和骨關(guān)節(jié)炎;③在血液樣品收集前已經(jīng)用全身性皮質(zhì)類固醇治療;④認(rèn)知障礙、肝功能障礙、腎功能衰竭或者其他嚴(yán)重器官功能障礙;⑤住院期間死亡。所有150例COPD患者均因COPD急性加重而住院。所有COPD患者在住院前都沒有接受治療或干預(yù)。從入院的COPD患者中收集血清樣品,并根據(jù)GOLD指南進(jìn)行COPD的分級。此外,所有COPD患者完成改良英國MRC呼吸困難分級量表(Multi-disciplinary Materials Research Center,mMRC)[6]評估,并進(jìn)行了隨訪研究,記錄在登記后的一年中COPD惡化的次數(shù)。

1.2標(biāo)本收集:在治療或干預(yù)前的第2天早上抽取空腹血樣。將全血(10mL)收集在普通試管中,在室溫下凝結(jié)后離心(3500×g)10min。然后將血清等分到2mL試管中,將樣品在-70℃下冷凍,用于隨后分析。

1.3血清生物標(biāo)志物的定量:在我院檢驗科進(jìn)行外周血細(xì)胞計數(shù)和血清生物標(biāo)志物的常規(guī)分析。使用酶聯(lián)免疫吸附測定試劑盒(武漢基因美生物科技有限公司)測定血清IL-6、C-反應(yīng)蛋白(CRP)、TNF-α、MCP-1、YKL-40和CXCL9水平。

1.4數(shù)據(jù)處理:所有統(tǒng)計分析均使用SPSS25.0進(jìn)行。對數(shù)據(jù)進(jìn)行了正態(tài)分布檢驗;連續(xù)變量描述為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,分類變量被描述為頻率。多組間比較采用方差分析。Pearson相關(guān)分析用于檢測參數(shù)之間的顯著相關(guān)性。進(jìn)行單變量和多變量回歸分析以評估血清YKL-40預(yù)測COPD患者急性加重風(fēng)險中的意義。P<0.05認(rèn)為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1人口統(tǒng)計學(xué)和臨床參數(shù):如表1所示,在COPD病例和對照組之間沒有觀察到年齡或性別的差異。此外,COPD患者的嗜堿性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和白細(xì)胞水平高于對照組。相比之下,COPD患者的淋巴細(xì)胞計數(shù)低于對照組。與對照組相比,COPD患者IL-6、CRP、TNF-α和MCP-1的濃度上調(diào)(P<0.001)。

表1 人口統(tǒng)計信息和臨床特征

2.2對照組和COPD患者血清YKL-40、CXCL9水平:檢測COPD患者和健康人血清YKL-40、CXCL9水平。如圖1A、B所示,與對照組相比,在COPD病例中血清YKL-40水平顯著升高(22.23±15.35ng/mL vs 63.96±13.66ng/mL,t=24.79,P<0.0001),而CXCL9水平無顯著變化(17.92±9.01ng/mL vs 19.29±9.84ng/mL,t=1.26,P=0.210)。根據(jù)肺功能將COPD病例分為三級。如圖1C所示,血清YKL-40隨著COPD病例的GOLD分級升高而升高(1～2級:51.82±12.82ng/mL;3級:63.26±4.59ng/mL;4級:76.86±7.59ng/mL,F=96.92,P<0.0001)。此外,根據(jù)不同的嚴(yán)重程度評分,對COPD患者的血清YKL-40水平進(jìn)行了比較。與mMRC評分≤2的COPD患者相比,mMRC評分為2～3或≥3的COPD患者的血清YKL-40水平上調(diào)(58.35±15.37ng/mL vs 64.55±10.60ng/mL、68.79±12.66ng/mL,P<0.05)(圖1D)。

圖1 對照組和COPD患者血清YKL-40、CXCL9水平

2.3COPD患者血清YKL-40水平與肺功能及炎癥因子的關(guān)系:在COPD病例中評估血清YKL-40和肺功能之間的關(guān)系。如圖2A-B所示,在COPD患者中,血清YKL-40與FEV1(r=-0.668,P<0.001)和FEV1/FVC(r=-0.167,P=0.041)之間存在顯著的負(fù)相關(guān)。最后,我們評估了COPD患者血清YKL-40和炎癥細(xì)胞因子之間的關(guān)系。結(jié)果表明,血清YKL-40與IL-6(r=0.257,P=0.002)、TNF-α(r=0.522,P<0.001)和CRP(r=0.231,P=0.006)呈正相關(guān)(圖2C-E)。

圖2 COPD患者血清YKL-40水平與肺功能及炎癥因子的關(guān)系

2.4血清YKL-40與COPD嚴(yán)重程度和預(yù)后的關(guān)系:評估COPD患者入院時血清YKL-40與不同預(yù)后結(jié)果之間的關(guān)系。如圖3A所示,與住院時間≤8d的COPD患者相比,住院時間8～13d和≥13d的COPD患者血清YKL-40水平上調(diào)(57.31±15.82ng/mL vs 64.96±9.98ng/mL、69.79±11.58ng/mL,P<0.05)。此外,在第二年不同急性加重的COPD患者中,急性加重次數(shù)≤2次患者入院時血清YKL-40水平顯著低于急性加重次數(shù)>2次患者(58.77±15.66ng/mL vs 69.58±9.08ng/mL,t=5.17,P<0.001)(圖3B)。在COPD患者中使用線性邏輯回歸評估血清YKL-40水平和嚴(yán)重程度之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在COPD患者中,血清YKL-40與FEV1%降低呈負(fù)相關(guān)(OR=-0.722,95%CI:-0.971,-0.245),與住院天數(shù)≥13d呈正相關(guān)(OR=1.224,95%CI=1.013,1.590)。然而,在YKL-40和mMRC評分之間沒有發(fā)現(xiàn)明顯的相關(guān)性。多元線性回歸顯示血清YKL-40與FEV1%呈負(fù)相關(guān)(OR=0.700,95%CI=-0.958,-0.272),和與住院時間≥13d呈正相關(guān)(OR=1.125,95%CI=1.007,1.472),見表2。

圖3 不同住院時間(A)和急性發(fā)作次數(shù)(B)的COPD患者血清YKL-40水平

表2 血清YKL-40與COPD嚴(yán)重程度和預(yù)后的關(guān)系

3 討 論

本研究旨在評估入院時血清YKL-40、CXCL9與住院COPD患者病情嚴(yán)重程度和預(yù)后的相關(guān)性,初步發(fā)現(xiàn):①COPD患者血清YKL-40水平升高;②隨著COPD患者肺功能的下降,血清YKL-40水平逐漸升高;③COPD患者血清YKL-40水平與肺功能呈負(fù)相關(guān);COPD患者入院時血清YKL-40濃度與住院時間呈正相關(guān)。

炎癥是COPD的重要機(jī)制。YKL-40,也稱為幾丁質(zhì)酶-3樣蛋白1(CHI3L1),是Th2型炎癥和組織重塑的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[7]。Bouvet等[8]證明,在小鼠模型中,CHI3L1有助于Th2型炎癥和肺纖維化的發(fā)生,并抑制Th1型炎癥。臨床證據(jù)表明,COPD病例肺組織中YKL-40表達(dá)水平升高[9]。然而,YKL-40在COPD患者中的作用仍不清楚。因此,本研究在COPD病例中檢測血清YKL-40水平,并發(fā)現(xiàn)與對照組相比,COPD患者血清YKL-40水平升高,并且在COPD病例中,隨著患者肺功能的下降,YKL-40水平逐漸升高。此外,相關(guān)性分析顯示,COPD患者血清YKL-40水平與IL-6、TNF-α、CRP呈正相關(guān)。因此,YKL-40可能參與COPD的進(jìn)展。在本研究中,回歸分析結(jié)果證實血清YKL-40水平與FEV1%呈負(fù)相關(guān),和與住院時間≥13d呈正相關(guān),表明入院時較高的血清YKL-40水平反應(yīng)了COPD的嚴(yán)重程度。

CXCL9是一種IFN-γ誘導(dǎo)的趨化因子,由嗜中性粒細(xì)胞釋放,并作為呼吸系統(tǒng)疾病中的Th1型炎癥標(biāo)記物。與健康對照組相比,COPD患者的CXCL9濃度增加,并與嗜中性氣道炎癥標(biāo)記物呈正相關(guān)。Fulkerson等證明,CXCL9抑制嗜酸性粒細(xì)胞遷移至過敏原誘導(dǎo)小鼠的肺部炎癥[10]。總之,這些發(fā)現(xiàn)表明CXCL9與抑制的Th2型炎癥和增加的Th1型炎癥相關(guān)。在這項研究中,我們沒有發(fā)現(xiàn)CXCL9水平在COPD患者和健康對照之間的明顯差異,這與其他研究報道的結(jié)果不一致。這些發(fā)現(xiàn)可能是由于我們的樣本量太小,在分析中沒有統(tǒng)計學(xué)意義。因此,需要更多參與者的進(jìn)一步研究來闡明血清CXCL9水平和COPD患者嚴(yán)重程度、預(yù)后之間的關(guān)系。

綜上所述,COPD患者血清YKL-40水平升高與肺功能下降和住院時間延長相關(guān),表明YKL-40可能參與了COPD的發(fā)病機(jī)制。因此,入院時YKL-40定量有望補(bǔ)充基于炎癥生物標(biāo)志物的COPD嚴(yán)重程度評估。