慢性阻塞性肺疾病患者血清HIF-1α水平的變化及臨床意義*

郭韋倩 左秀萍 張美 霞簡(jiǎn)文 白華

(空軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院 1.綜合診療科；2.呼吸科,陜西 西安 710032)

慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺)是臨床常見(jiàn)的慢性炎癥性呼吸道疾病之一，以不完全可逆的持續(xù)性氣流受限為特征，以氣道、肺血管和肺實(shí)質(zhì)等慢性反復(fù)炎癥改變?yōu)橹饕R床表現(xiàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)[1]，全球慢阻肺發(fā)病率約為3%，40歲以上人群發(fā)病率高達(dá)10%～15%，且該病可隨疾病進(jìn)展呈進(jìn)行性加重，尤其是系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)、肺通氣功能受損的加劇，可導(dǎo)致肺組織嚴(yán)重缺氧致使遠(yuǎn)期氣道功能漸進(jìn)性下降，甚至累及循環(huán)、中樞神經(jīng)及肝腎系統(tǒng)，危及患者生命安全[2]。近年研究顯示，慢阻肺具有極高的致死率，尤其是在急性加重期，患者氣流陷閉較穩(wěn)定期更嚴(yán)重，機(jī)體多種炎癥因子大量分泌，全身炎癥反應(yīng)加劇，致死率急劇升高，已成為高度關(guān)注的公共衛(wèi)生問(wèn)題之一[3]。現(xiàn)階段，臨床上關(guān)于慢阻肺的發(fā)病機(jī)制尚不明確，若能對(duì)發(fā)作和進(jìn)展相關(guān)分子機(jī)制進(jìn)行研究，對(duì)早期評(píng)估慢阻肺病情并制定積極有效的干預(yù)措施具有積極意義[4]。缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)是隨氧濃度變化的低氧適應(yīng)性因子，而慢阻肺的特點(diǎn)為發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中反復(fù)發(fā)生的間歇性低氧，因此有研究推測(cè)HIF-1α與慢阻肺有內(nèi)在聯(lián)系[5-6]，但目前就HIF-1α在此類患者中的作用價(jià)值及其與患者氣道炎癥和氣道重塑的相關(guān)性研究開展不多。因此，本研究擬闡明慢阻肺患者HIF-1α信號(hào)傳導(dǎo)通路上調(diào)，啟動(dòng)炎性反應(yīng)，參與氣道上皮細(xì)胞的增殖、血管再生，旨在揭示HIF-1α參與慢阻肺發(fā)病及病情分期的機(jī)制，為后續(xù)同類患者的診療奠定科學(xué)基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取我院2018年1月～2020年1月收治的124例慢阻肺患者為研究對(duì)象，按照慢阻肺分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將患者分為加重組46例、穩(wěn)定組78例。納入標(biāo)準(zhǔn)：①符合《慢性阻塞性肺疾病診治指南》[7]中關(guān)于慢阻肺的診斷標(biāo)準(zhǔn)，即患者主訴至少下述第1～4任一條癥狀和第5條癥狀：慢性咳痰；吸煙，吸入煙霧、粉塵或化學(xué)物質(zhì)；慢性咳嗽，且間歇性或干咳；呼吸困難，漸進(jìn)性，典型表現(xiàn)為勞力時(shí)加重；應(yīng)用支氣管舒張劑后，F(xiàn)EV1/FVC<0.70。②未合并有哮喘、肺炎、肺結(jié)核、急性肺栓塞等呼吸系統(tǒng)疾病。③在抽血前1個(gè)月內(nèi)未接受糖皮質(zhì)激素治療。④近期無(wú)其他部位感染或手術(shù)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①臨床資料不全者。②合并嚴(yán)重精神疾患、無(wú)法配合檢查者。③合并糖尿病、惡性腫瘤、自身免疫性疾病、風(fēng)濕結(jié)締組織疾病者。④合并有嚴(yán)重的肝腎功能障礙者。⑤伴有急性心臟血管疾病。另選取同期健康體檢者50例為對(duì)照組。本研究通過(guò)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者知情同意。

1.2 方法

1.2.1 血清HIF-1α含量檢測(cè) 對(duì)照組在體檢當(dāng)日空腹采集靜脈血2 mL，加重組及穩(wěn)定組在入院后次日6：00時(shí)空腹采集外周靜脈血2 mL，注入非抗凝管中，低速離心(速度：3500 r/mim；半徑：8 cm)，留取清液，采用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)檢測(cè)其中HIF-1α的含量，試劑盒購(gòu)自南京森貝伽生物科技有限公司。

1.2.2 血清氣道重塑相關(guān)指標(biāo)含量檢測(cè) 同上述方法制備血清，采用放射免疫法測(cè)定血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、基質(zhì)金屬蛋白酶抑制因子-1(TIMP-1)、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(b-FGF)、神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)、基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)等含量，試劑盒購(gòu)自南京森貝伽生物科技有限公司。

1.2.3 血清炎癥因子含量檢測(cè) 同上述方法制備血清，采用ELISA檢測(cè)其中IL-17、IL-33、脂聯(lián)素(APN)等含量，試劑盒購(gòu)自南京森貝伽生物科技有限公司。

2 結(jié)果

2.1 研究對(duì)象一般資料的比較 所有研究對(duì)象均未發(fā)生脫落，3組性別、年齡、BMI等一般資料比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.2 3組HIF-1α水平比較 加重組HIF-1α水平(195.50±20.26)和穩(wěn)定組HIF-1α水平(149.26±15.58)明顯高于對(duì)照組(50.17±5.80)(t=48.70、44.91，均P<0.01)；加重組HIF-1α水平明顯高于穩(wěn)定組(t=21.81，P<0.01)，見(jiàn)圖1。

圖1 3組HIF-1α水平比較

2.3 3組氣道重塑相關(guān)指標(biāo)水平比較 加重組NGF、b-FGF、TIMP-1、MMP-9、VEGF水平明顯高于對(duì)照組(t=15.59、38.77、46.73、40.38、33.09，均P<0.01)；穩(wěn)定組MMP-9、TIMP-1、VEGF、NGF、b-FGF水平明顯高于對(duì)照組(t=10.40、26.99、42.23、27.84、19.49，均P<0.01)；加重組MMP-9、TIMP-1、VEGF、NGF、b-FGF水平明顯高于穩(wěn)定組(t=18.88、17.77、24.85、17.25、18.21，均P<0.01)，見(jiàn)表2、圖2。

表2 3組氣道重塑相關(guān)指標(biāo)水平比較

圖2 3組氣道重塑相關(guān)指標(biāo)水平比較

2.4 3組炎癥反應(yīng)相關(guān)指標(biāo)比較 加重組APN、IL-17、IL-33水平明顯高于對(duì)照組(t=34.95、31.57、55.47，均P<0.01)；穩(wěn)定組APN、IL-17、IL-33水平明顯高于對(duì)照組(t=22.39、28.28、53.03，均P<0.01)；加重組APN、IL-17、IL-33水平明顯高于穩(wěn)定組(t=37.25、18.09、46.12，P<0.01)，見(jiàn)表3、圖3。

表3 3組炎癥反應(yīng)相關(guān)指標(biāo)比較

圖3 3組炎癥反應(yīng)相關(guān)指標(biāo)水平比較

2.5 慢阻肺患者HIF-1α水平與病情相關(guān)指標(biāo)含量的相關(guān)性 Pearson檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，慢阻肺患者血清中HIF-1α的含量與IL-17、IL-33及NGF、b-FGF、TIMP-1、MMP-9、VEGF的含量均呈顯著正相關(guān)(r=0.526、0.605、0.586、0.698、0.541、0.605、0.748，P<0.01)；與APN呈負(fù)相關(guān)(r=-0.255，P<0.05)，見(jiàn)圖4。

圖4 慢阻肺患者HIF-1α水平與病情相關(guān)指標(biāo)含量的相關(guān)性

3 討論

在穩(wěn)定期慢阻肺中，患者換氣功能長(zhǎng)期處于下降狀態(tài)，使肺功能進(jìn)行性下降，而慢阻肺急性加重是疾病臨床過(guò)程中的重要事件，會(huì)導(dǎo)致呼吸道癥狀加重，肺功能受到損傷，是導(dǎo)致患者死亡的重要因素。近年來(lái)慢阻肺發(fā)病率逐漸升高，且大量研究報(bào)道[8-9]證實(shí)氣道炎癥、氣道重塑是引起氣流受限的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，貫穿疾病發(fā)展過(guò)程。本研究結(jié)果顯示，慢阻肺患者存在HIF-1α異常高表達(dá)，即HIF-1α的高表達(dá)參與疾病發(fā)生及病情進(jìn)展，且其表達(dá)量與氣流受限程度密切相關(guān)?，F(xiàn)階段，臨床上關(guān)于HIF-1α與慢阻肺病情具體嚴(yán)重程度的相關(guān)性研究目前臨床涉及較少，為今后的臨床應(yīng)用研究提供理論基礎(chǔ)，基于此背景，本研究在將進(jìn)一步從炎癥反應(yīng)、氣道重塑兩方面展開論述。

炎癥機(jī)制是目前較為公認(rèn)的慢阻肺最主要的發(fā)病機(jī)制，反復(fù)急性炎癥發(fā)作可造成氣道上皮損傷發(fā)生損傷，誘發(fā)肺實(shí)質(zhì)的破壞，導(dǎo)致氣體陷閉和進(jìn)行性氣流受限，亦是慢阻肺發(fā)病的起始原因[10-11]。張曉慧等[12]報(bào)道證實(shí)，自噬與炎癥是導(dǎo)致慢阻肺病情持續(xù)進(jìn)展的兩大因素。Kim等[13]通過(guò)對(duì)鎘誘導(dǎo)人支氣管上皮細(xì)胞進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，炎癥細(xì)胞、炎癥介質(zhì)及多種細(xì)胞因子共同作用及參與是導(dǎo)致慢阻肺患者氣道損傷的直接原因之一。這提示炎癥在慢阻肺病情演進(jìn)過(guò)程中的重要性，其反應(yīng)程度也可間接反映慢阻肺患者病情嚴(yán)重程度。APN在慢阻肺的發(fā)病過(guò)程中具有重要的抗炎作用，可以降低單核細(xì)胞的粘附作用，同時(shí)抑制炎癥趨化因子的分泌，以發(fā)揮抗炎作用。IL-17由CD4+T細(xì)胞的一個(gè)獨(dú)立亞群Th17細(xì)胞產(chǎn)生，是存在于炎癥早期具影響力的啟動(dòng)因子，其可通過(guò)MAPK途徑和NF-κB途徑誘導(dǎo)細(xì)胞因子的分泌，以影響氣道纖維結(jié)締組織的構(gòu)建和平滑肌的增生，進(jìn)一步引起血管異常收縮、甚至重塑[14]。IL-23主要由樹突狀細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞等固有免疫細(xì)胞分泌產(chǎn)生，可激活NK細(xì)胞和氣道上皮間淋巴細(xì)胞，促使致炎細(xì)胞因子釋放[15]。本研究結(jié)果顯示，與同期于我院進(jìn)行體檢的健康人群比較，加重組和穩(wěn)定組APN、IL-17、IL-33水平顯著上調(diào)，其中急性加重期患者上調(diào)更明顯，這也證明了炎癥機(jī)制在慢阻肺患者中發(fā)揮了重要作用。進(jìn)一步分析慢阻肺患者與上述炎癥因子水平的相關(guān)性，其結(jié)果示，慢阻肺患者血清中HIF-1α水平與IL-17、IL-33水平均呈顯著正相關(guān)(P<0.01)，而與APN呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)。這可能是隨病情進(jìn)展，患者缺氧現(xiàn)象逐漸加重，HIF-1α表達(dá)亦隨之升高，這使糖酵解作用增強(qiáng)，可為主要依賴氧化磷酸化代謝獲取能量的髓細(xì)胞充分供能，以發(fā)揮聚集、粘附、浸潤(rùn)、吞噬等作用啟動(dòng)炎癥反應(yīng)并使炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子的進(jìn)一步浸潤(rùn)。

除了炎癥反應(yīng)，氣道重塑是慢阻肺進(jìn)行性發(fā)展的關(guān)鍵所在[16-17]。Nayak等[18]通過(guò)一項(xiàng)回顧性隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，慢阻肺患者均存在氣道重塑，且伴隨著氣道上皮細(xì)胞的增殖、血管再生。Boulet等[19]的研究同樣證實(shí)了慢阻肺患者肺部組織伴隨著大量血管生長(zhǎng)和重塑，進(jìn)一步加劇組織增厚，誘導(dǎo)刺激發(fā)生氣道壁的結(jié)構(gòu)變化。NGF是生長(zhǎng)因子家族成員在調(diào)控支氣管肺泡巨噬細(xì)胞增殖分化中扮演重要角色。b-FGF是一種細(xì)胞有絲分裂原，在生物體內(nèi)和體外均可表現(xiàn)出有效的血管生成作用，已有研究證實(shí)其通過(guò)促進(jìn)肥大細(xì)胞增殖而參與氣道重塑[20]。另外，氣道平滑肌內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)的降解與合成過(guò)程失衡、肺內(nèi)彈性酶活力異常升高等因素均為氣道重塑的關(guān)鍵病理因素，而多種蛋白酶參與其中[21]。TIMP-1是MMPs分子的抑制劑，可抑制細(xì)胞外基質(zhì)過(guò)度降解[22]。MMP-9作為基質(zhì)金屬蛋白酶的一種，可以分解呼吸道和肺內(nèi)的結(jié)構(gòu)復(fù)合物如細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜，有助于氣道平滑肌細(xì)胞增殖，參與呼吸道和肺的重建[23]。VEGF是一種高度特異性的促血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子，參與許多血管生成依賴性疾病的發(fā)病及其進(jìn)展，其通過(guò)與受體結(jié)合可促進(jìn)巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞等合成，以加快氣道重塑進(jìn)程[24]。本研究結(jié)果顯示，與正常對(duì)照組相比，加重組和穩(wěn)定組MMP-9、TIMP-1、VEGF、NGF、b-FGF水平顯著上調(diào)，其中急性加重期患者上調(diào)更為明顯，這也證明了氣道在外界環(huán)境中受到刺激因子的誘導(dǎo)發(fā)生氣道壁的結(jié)構(gòu)變化，且隨著患者病程的進(jìn)展，其氣道重塑程度越為嚴(yán)重。進(jìn)一步分析慢阻肺患者與氣道重塑相關(guān)指標(biāo)水平的相關(guān)性，結(jié)果顯示，慢阻肺患者血清中HIF-1α水平與NGF、b-FGF、TIMP-1、MMP-9、VEGF水平均呈顯著正相關(guān)(P<0.01)。這表明HIF-1α能夠促進(jìn)慢阻肺患者的氣道重塑進(jìn)展，其可能機(jī)制為HIF-1α是低氧誘導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄信息傳遞的主要途徑，可通過(guò)調(diào)控下游眾多基因發(fā)揮降解細(xì)胞外基質(zhì)、損傷肺泡及氣管壁結(jié)構(gòu)等作用，同時(shí)能夠與VEGF5′端增強(qiáng)子結(jié)合，增強(qiáng)VEGF轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，促進(jìn)毛細(xì)血管生成，增加其密度，進(jìn)一步促進(jìn)氣道重塑進(jìn)程。然而HIF-1α對(duì)MMP-9、TIMP-1、VEGF、NGF、b-FGF等氣道重塑相關(guān)因子的具體調(diào)控機(jī)制還有待深入探究。然而，本研究尚存在不足之處，如所納入的樣本量相對(duì)較少，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)存在部分偏倚，不足以代表所有病患情況，期待更深入、更大樣本的研究。

4 結(jié)論

相較于正常健康人，慢阻肺病者外周血中HIF-1α表達(dá)顯著偏高，并與病情急性加重、炎癥反應(yīng)激活、氣道重塑加劇密切相關(guān)。