慢性阻塞性肺疾病發(fā)生發(fā)展與炎癥介質(zhì)關(guān)系的研究進(jìn)展*

趙志剛，倪海濱**，王雙樂

（1 南京中醫(yī)藥大學(xué)，江蘇210023；2 南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬第三臨床醫(yī)學(xué)院，江蘇省中醫(yī)藥研究院，江蘇省中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院）

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）是以持續(xù)性、不完全可逆的氣流受限為主要臨床特征的疾病，目前在全球死亡原因位居第4 位。隨著環(huán)境污染、人口老齡化等風(fēng)險因素的日趨加重，預(yù)計在未來很長時間內(nèi)COPD 給全球社會經(jīng)濟(jì)帶來的負(fù)擔(dān)將會持續(xù)增加[1]。炎癥因子在COPD 的多種病理過程中起著重要作用，包括慢性炎癥過程、肺氣腫和免疫學(xué)改變。炎癥介質(zhì)種類繁多，包括脂質(zhì)、自由基、細(xì)胞因子、趨化因子和生長因子。參與炎癥的炎癥細(xì)胞、因子眾多，且相互協(xié)同作用，其機(jī)制尚未完全闡明。本文回顧炎癥細(xì)胞因子在COPD 及急性加重（acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD）中的研究進(jìn)展，為探討COPD 發(fā)病機(jī)制、病情進(jìn)展和指導(dǎo)AECOPD 治療提供新的依據(jù)。

1 脂質(zhì)介質(zhì)（Lipid mediators）

白三烯（leukotriene，LT）是花生四烯酸經(jīng) 5-脂氧合酶（5-LOX）代謝而產(chǎn)生的一組炎性介質(zhì)，可以有效激活并趨化中性粒細(xì)胞。體外實(shí)驗表明，它可以通過刺激黏液分泌、增加血管通透性、促進(jìn)黏膜水腫形成及收縮支氣管平滑肌介導(dǎo)炎癥反應(yīng)。Montuschi等[2]研究顯示，與對照組相比，輕中度COPD 患者呼出氣體冷凝液中前列腺素（prostaglandin，PG）和白三烯等脂質(zhì)介質(zhì)水平顯著升高，其中前列腺素E2（PGE2）和前列腺素 F2a（PGF2a）濃度顯著增加，白三烯B4（LTB4）濃度有所增加，但LT 總體無明顯增加，同時接受糖皮質(zhì)治療的COPD 患者PGE2 及LTB4 并未明顯改善。Biernack[3]研究顯示，AECOPD患者呼氣冷凝液中LTB4 濃度有所升高，經(jīng)抗菌藥物治療后明顯改善，隨著患者病情的穩(wěn)定，LTB4 在隨后的2 個月中持續(xù)下降。Fanny 等[4]對AECOPD患者呼出氣冷凝物的研究結(jié)果不同，AECOPD 發(fā)生后患者LTB4 濃度稍有升高，但第5 天、第14 天、第30 天和第60 天的LTB4 水平相比差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。此外，與穩(wěn)定的COPD 患者相比，AECOPD 在不同時間點(diǎn)的LTB4 水平無差異，可能與這些患者均得到及時的抗菌治療相關(guān)。一項對6 個月內(nèi)發(fā)生AECOPD 患者的痰液及呼出氣體冷凝液中炎癥因子的調(diào)查顯示，與其他炎癥因子相比，痰液中LTB4 的升高與病情急性加重相關(guān)性最好。LTB4 通過高親和力的白三烯B4 受體1（BLT1）發(fā)揮作用。近期研究顯示，在吸煙暴露的COPD 小鼠模型中，選擇性BLT1拮抗劑U75302 治療后肺泡巨噬細(xì)胞中的自噬體和溶酶體減少，表明BLT1 拮抗劑可通過調(diào)節(jié)自噬-溶酶體途徑改善炎癥反應(yīng)，對吸煙暴露模型和細(xì)胞產(chǎn)生有益的影響[5]。另外一項研究顯示，BLT1 受體拮抗劑可使COPD 患者痰液中性粒細(xì)胞趨化活性降低約25%，表明BLT1 受體拮抗劑可能作為AECOPD炎癥治療的新途徑。

PG 是一種重要的細(xì)胞生長和調(diào)節(jié)因子，是花生四烯酸環(huán)氧合酶代謝產(chǎn)物，通過靶細(xì)胞表面的G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）以旁分泌和自分泌兩種方式起作用。長期以來，廣為人知的是PG 能引起支氣管擴(kuò)張，并能防止各種刺激引起的支氣管收縮，但它通過抑制淋巴細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和中性粒細(xì)胞活化減輕炎癥反應(yīng)，以及減輕上皮損傷和間質(zhì)細(xì)胞活化的能力，則鮮為人知。這些能力使PG 成為很有競爭力的哮喘候選治療藥物。但在COPD 中，PG 的過度產(chǎn)生和表達(dá)可能會引起易感性增加和COPD 急性加重，以及肺氣腫的肺泡修復(fù)不足從而加重病情?，F(xiàn)有研究顯示，在COPD 患者呼出氣體冷凝液中的PGE2和PGF2a 濃度顯著增加，在急性加重期尤其顯著，但隨著抗菌藥物的使用及病情控制，患者PG 濃度下降[3]，因此，抑制內(nèi)源性PG 合成或信號傳導(dǎo)的藥物對這類患者可能具有治療潛力。而對于臨床癥狀與哮喘重疊且PG 減少的COPD 患者，EP2/4 受體激動劑類藥物可能有效[6]。

2 細(xì)胞因子（Cytokines）

多種細(xì)胞因子在COPD 慢性炎癥中發(fā)揮協(xié)同作用[7]，其中淋巴母細(xì)胞（T2）產(chǎn)生細(xì)胞因子（IL-4、IL-5、IL-9、IL-13）介導(dǎo)變態(tài)反應(yīng)性炎癥。在嚴(yán)重的哮喘中，T2 介導(dǎo)的免疫生物制劑已獲得成功，但目前仍沒有任何生物制劑被許可用于治療COPD。隨著對嗜酸性粒細(xì)胞的認(rèn)識日益加深，也許T2 介導(dǎo)的免疫治療可能在COPD 患者的亞組中起作用。已有研究證實(shí)，抑制IL-5 的T2 生物制劑可降低AECOPD 的發(fā)作頻率[8]，藥物的潛在益處與基線血嗜酸性粒細(xì)胞計數(shù)有關(guān)，但與哮喘相比，這些益處顯得微不足道。因此，拮抗IL-5 或其他因子的T2 介導(dǎo)的免疫生物制劑在COPD 亞組患者中是否行之有效尚待充分研究[9]。

腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）是一種由巨噬細(xì)胞分泌的一種小分子蛋白。COPD 穩(wěn)定期患者血和痰中TNF-α 濃度較正常人群升高，且在急性加重期間進(jìn)一步上升[10]。吸入TNF-α 可引起正常人痰中性粒細(xì)胞減少和氣道高反應(yīng)性[11]。在體外TNFα 還能誘導(dǎo) CCL 13 的表達(dá)，CCL 13 是一種對嗜酸性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、T 淋巴細(xì)胞和嗜堿性細(xì)胞具有強(qiáng)趨化活性的趨化因子。TNF-α 還可激活氣道上皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和炎癥細(xì)胞，釋放炎癥介質(zhì)。TNF-α 刺激支氣管上皮細(xì)胞分泌MUC5AC，促進(jìn)炎癥細(xì)胞、上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中粘附分子的表達(dá)，導(dǎo)致炎癥細(xì)胞進(jìn)一步向下氣道遷移，激活纖維原機(jī)制，導(dǎo)致氣道異常重塑[12-13]。先前的研究發(fā)現(xiàn)，與吸煙和不吸煙的對照組相比，COPD 患者誘導(dǎo)的痰液樣本中性粒細(xì)胞以及TNF-α 和IL-8 的濃度顯著增加。在AECOPD 期間，誘導(dǎo)的痰液樣本中TNF-α 和IL-8 的濃度可能會進(jìn)一步增加。Fanny 等[4]研究結(jié)果進(jìn)一步顯示，在AECOPD 患者開始全身性類固醇和抗生素治療后，住院后第5 天呼出氣體冷凝液中的TNF-α 水平最低，明顯低于第 14 天，第 30 天和第60 天，然而在第14 天、第30 天和第60 天之間，TNF-α 水平無顯著差異；住院后第 14 天 TNF-α 水平顯著高于正常對照組，但與穩(wěn)定的COPD 患者無明顯差異；穩(wěn)定的COPD 與正常對照組之間TNF-α水平無明顯差異（P=0.41）。但現(xiàn)有研究顯示，TNF 的治療對各種臨床參數(shù)，包括加重期、呼吸困難和FEV 1 沒有任何有益的影響，而全身性阻斷TNF-α 可增加感染、肺結(jié)核復(fù)發(fā)、乙型肝炎復(fù)發(fā)及充血性心力衰竭等風(fēng)險[14]。

3 趨化因子（Chemokines）

趨化因子是一類小分子細(xì)胞因子家族蛋白，分為四個主要亞家族:CXC、CC、CX3C 和 XC。在 COPD患者中，趨化因子主要通過吸引炎癥細(xì)胞進(jìn)入肺部而加重炎癥反應(yīng)，這種功能通過G 蛋白偶聯(lián)受體發(fā)揮作用，這一過程可以被小分子拮抗劑拮抗。

白細(xì)胞介素-8（白介素-8，Interleukin-8，IL-8，CXCL 8）是巨噬細(xì)胞、上皮細(xì)胞等分泌的趨化因子。CXCL 8 結(jié)合白介素-8 受體 α（IL8RA，CXCR1）和白介素-8 受體 β（IL8RB，CXCR2）對中性粒細(xì)胞產(chǎn)生趨化作用來介導(dǎo)炎癥反應(yīng)。COPD 患者痰液中IL-8濃度與疾病嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[15-16]，Zhang 等[17]研究顯示，COPD 患者血清中IL-8 濃度與病情及急性發(fā)作具有良好的相關(guān)性, 可在COPD 急性加重期進(jìn)程起有效指示作用。在動物實(shí)驗中阻斷IL-8 及相關(guān)趨化因子表達(dá)可以抑制某些類型的中性粒細(xì)胞炎癥，在人體中IL-8 阻斷抗體顯著降低穩(wěn)定期COPD 患者痰中性粒細(xì)胞的趨化活性?？笽L-8 單克隆抗體可改善COPD 患者的呼吸困難癥狀，但對肺功能、健康狀況或6 分鐘步行距離無影響[18]。CXCR 2 拮抗劑Navarixin 減少穩(wěn)定期COPD 患者痰液中性粒細(xì)胞，但臨床癥狀沒有任何改善。另一種CXCR 2 拮抗劑AZD5069 則降低穩(wěn)定期患者血中性粒細(xì)胞[19]，這些研究顯示拮抗IL-8 在抑制患者中性粒細(xì)胞炎癥方面具有獨(dú)特的價值。

CXCL 9、CXCL 10 和 CXCL 11 主要由肺泡巨噬細(xì)胞、支氣管上皮細(xì)胞和支氣管平滑肌細(xì)胞產(chǎn)生，與共同受體CXCR 3 的親和力等級從CXCL 9 到CXCL 11 逐步增加。它們在COPD 患者痰中的濃度升高，且與中性粒細(xì)胞的數(shù)量有關(guān)[20]。與非吸煙者相比，COPD 患者外周血單個核細(xì)胞（PBMC）對CXCL 9、CXCL 10 和 CXCL 11 的趨化反應(yīng)較強(qiáng)，且與細(xì)胞表面受體數(shù)無關(guān)。在急性加重期，COPD 患者痰中CXCL 10 較恢復(fù)期明顯升高[21]。由鼻病毒引起的急性加重患者血清CXCL 10 較對照組也有升高，因此血清CXCL 10 可以被認(rèn)為是COPD 病毒相關(guān)性急性加重的生物標(biāo)志物[22]。

CCR 2 主要表達(dá)于單核細(xì)胞和T 細(xì)胞。在肺中CCL 2 主要由肺泡巨噬細(xì)胞、T 細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生，CCL 2 的增加導(dǎo)致局部單核細(xì)胞的聚集。與健康對照組相比，慢性阻塞性肺疾病患者全血、痰和原位肺組織中的CCL 2 水平均有所提高。值得注意的是，cd2 基因和CCR 2 基因的多態(tài)性與COPD 的發(fā)生有關(guān)。在COPD 急性加重期CCL 2 血清水平升高與患者全身炎癥反應(yīng)加劇有關(guān)，可能是由病毒誘導(dǎo)的COPD 患者巨噬細(xì)胞活化所致[23]。

4 炎性小體（Chemokines）

炎性小體是一種多蛋白信號復(fù)合體，在受到外源性或內(nèi)源性的刺激后，能通過生成半胱天冬酶-1（caspase-1）調(diào)節(jié)促炎癥細(xì)胞因子如IL-1b 和IL-18的轉(zhuǎn)化[24]。目前較受關(guān)注的是NLRP 3 炎性小體，這種炎癥小體與哮喘及COPD 等疾病的肺部炎癥密切相關(guān)[25]。但最近研究表明，NLRP 3 介導(dǎo)的Th2 細(xì)胞的分化可能與caspase-1 無關(guān)[26]，在穩(wěn)定期COPD患者中，除外一些疾病嚴(yán)重的患者，普通患者的NLRP 3 炎性小體并沒有增加，這可能與抑炎分子NALP7 和IL-37 的表達(dá)相關(guān)[27]。而在急性加重期，病原體、氧化應(yīng)激和ATP 都會激活NLRP 3 炎癥小體。在最近一項臨床研究中發(fā)現(xiàn)，AECOPD 患者caspase-1，ASC，IL-18，IL-1β 水平高于正常吸煙者，且當(dāng)COPD 患者臨床癥狀穩(wěn)定時，NLRP3 炎性小體明顯減少。而且支氣管組織中NLRP3 炎性小體mRNA水平升高與下呼吸道中6 種常見病原體的負(fù)荷呈正相關(guān)。全身和局部氣道NLRP3 炎性小體激活與急性加重有關(guān)，這可能成為COPD 患者急性加重和臨床結(jié)局新的預(yù)測因素[28]。

凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（ASC）作為連接胞漿內(nèi)受體和半胱天冬酶-1 的接頭蛋白在炎性小體中發(fā)揮作用，在COPD 患者肺組織中ASC 含量明顯增多[29]。ASC 在炎性小體活化中聚集成二聚體大分子，這種大分子被稱為ASC 斑點(diǎn)（ASC-speck）。ASC 斑點(diǎn)使細(xì)胞外產(chǎn)生IL-1β 永久化，從而對caspase-1 的活化起重要作用，調(diào)控ASC 斑點(diǎn)的形成是炎性小體相關(guān)疾病治療和預(yù)防的新途徑。

5 蛋白酶（Proteases）

蛋白酶通過分解蛋白質(zhì)參與COPD 的炎癥反應(yīng)。在COPD 患者中，彈性蛋白酶對彈性蛋白纖維的分解對于肺氣腫的發(fā)展和通過產(chǎn)生趨化因子對中性粒細(xì)胞炎癥起了重要作用。近期一項研究調(diào)查了COPD 患者循環(huán)中絲氨酸蛋白酶抑制劑3g，基質(zhì)金屬蛋白酶 9（MMP-9）和金屬蛋白酶-1（TIMP-1）和金屬蛋白酶-2（TIMP-2）與COPD 嚴(yán)重程度之間的關(guān)系。結(jié)果顯示 serpina3g，MMP-9 和 TIMP-1 和TIMP-2 水平與1 秒內(nèi)呼氣量（FEV1）呈負(fù)相關(guān)。肺氣腫患者的MMP-9 濃度和MMP-9/TIMP-1 比值均高于其他表型。這項研究的結(jié)果表明，循環(huán)中serpina3g，MMP-9 和TIMP-1 和 TIMP-2 水平可能在COPD 氣道重塑中起重要作用。COPD 患者中蛋白酶-抗蛋白酶失衡的破壞與氣道損傷的存在關(guān)聯(lián)。MMP-9 濃度和 MMP-9/TIMP-1 比值是 COPD 患者肺氣腫的優(yōu)秀預(yù)測指標(biāo)[30]。

6 三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）

ATP 由活化的巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞和血小板分泌，是細(xì)胞內(nèi)能量代謝的重要參與者，一旦在細(xì)胞外釋放，就會導(dǎo)致支氣管收縮和咳嗽的加重。此外，它還調(diào)節(jié)氣道過敏和免疫細(xì)胞功能[31-32]。因此，如果氣道內(nèi)存在胞外 ATP（extracellular ATP，eATP）的積聚，患者就容易發(fā)生炎癥反應(yīng)。在正常生理反應(yīng)時，ATP 以較低濃度存在于細(xì)胞外基質(zhì)中。然而，當(dāng)細(xì)胞死亡或細(xì)胞活化時，可發(fā)現(xiàn)較高濃度的eATP。近期一項臨床研究發(fā)現(xiàn)，COPD 患者血液中eATP 濃度與對照組相比明顯升高。健康的不吸煙者和吸煙者之間eATP 濃度亦存在差異，COPD 患者eATP 濃度與呼吸受限的嚴(yán)重程度（GOLD1-4 期）以及癥狀急性加重的病史有關(guān)[33]。

7 結(jié) 語

多種炎癥介質(zhì)與COPD 相關(guān)聯(lián)，它們對氣道可能產(chǎn)生多方面影響，這些影響共同導(dǎo)致了COPD 典型的病理特征。由于每一種介質(zhì)都有繁雜的作用，個別介質(zhì)在COPD 的病理生理過程中的作用并不很清楚。介質(zhì)的多樣性和復(fù)雜性意味著抑制單一介質(zhì)的合成或作用不太可能在COPD 及AECOPD 中產(chǎn)生重大的臨床效果。然而，在某些患者中，阻斷某一種明顯升高的重要的介質(zhì)可能是一種有效的臨床嘗試。我們應(yīng)進(jìn)一步深入探究COPD 發(fā)病過程中的細(xì)胞學(xué)機(jī)制，以期及早發(fā)現(xiàn)并控制疾病的進(jìn)展。