氣道壓力對(duì)氣道重塑相關(guān)因子表達(dá)的影響及糖皮質(zhì)激素的干預(yù)作用*

劉蘭香，余 倩，吳曉娟，王 靜，李敏超（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，重慶400010）

慢性阻塞性肺?。–OPD）是以持續(xù)氣流受限為特征的常見呼吸系統(tǒng)疾病。氣道重塑是導(dǎo)致氣流受限的重要病理學(xué)改變，也是COPD患者病情無(wú)法緩解的原因之一，其發(fā)生涉及多種炎癥因子，如：轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1（TGF-β1）、白細(xì)胞介素?13（IL?13）、粒細(xì)胞?巨噬細(xì)胞集落刺激因子（GM?CSF）等[1]。既往動(dòng)物研究已經(jīng)證明，TGF-β1、IL?13，GM?CSF 等炎癥因子的基因表達(dá)及調(diào)控均涉及 Ca2+的參與[2?4]。

瞬時(shí)感受器電位C（TRPC）通道，有7種亞型，即TRPC1～TRPC7[5]，其中 TRPC1 在肺泡巨噬細(xì)胞、氣道平滑肌細(xì)胞等均有表達(dá)，是一類可被機(jī)械壓力激活的跨膜通道蛋白，其被激活后可導(dǎo)致胞內(nèi)第二信使Ca2+濃度變化[6?8]。COPD患者由于氣道重塑、支氣管管腔內(nèi)黏液增多、支氣管平滑肌痙攣等多種因素，使小氣道內(nèi)存在持續(xù)異常增高的氣道內(nèi)壓力。而小氣道內(nèi)高壓環(huán)境可激活胞膜TRPC1通道進(jìn)而誘導(dǎo)Ca2+入胞。氣道重塑相關(guān)因子 TGF-β1、IL?13、GM?CSF 的表達(dá)與 Ca2+密切相關(guān)，而氣道內(nèi)壓力可作用TRPC1通路，導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流。因此，臨床推測(cè)上述細(xì)胞因子的表達(dá)與氣道內(nèi)壓力密切相關(guān)。已有體外實(shí)驗(yàn)表明，糖皮質(zhì)激素的使用可減輕氣道炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、氣管管壁增厚，減少膠原沉積、血管生成，從而抑制氣道重塑[9?10]。本研究依據(jù)有創(chuàng)機(jī)械通氣時(shí)不同的平均氣道壓（Pmean）水平，將受試者分為不同壓力水平組，觀察不同水平壓力作用后各組氣道內(nèi)分泌物（ETAs）的氣道重塑相關(guān)因子表達(dá)水平，探討氣道內(nèi)壓力與氣道重塑相關(guān)因子表達(dá)水平之間的關(guān)系，并明確糖皮質(zhì)激素在此環(huán)節(jié)中所起的作用。

表1 2組一般資料比較

1 資料與方法

1.1 資料

1.1.1 一般資料 選取2016年6月至2017年8月本院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科及重癥監(jiān)護(hù)室行有創(chuàng)機(jī)械通氣大于或等于3 d的COPD患者30例（COPD組），按通氣期間氣道內(nèi)或全身是否使用糖皮質(zhì)激素治療進(jìn)一步分為激素治療組（n=13）和非激素治療組（n=17），同時(shí)選取無(wú)氣道慢性炎癥疾病患者13例作為對(duì)照組。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）根據(jù)中華醫(yī)學(xué)會(huì)2013診斷指南診斷為COPD的患者；（2）患者未合并肺部腫瘤、肺結(jié)核或免疫功能缺陷等，對(duì)照組未合并肺部感染，均未氣道內(nèi)及全身使用激素。COPD組和對(duì)照組年齡、性別、吸煙史等比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見表1。根據(jù)每小時(shí)護(hù)理記錄中Pmean值得到3 d通氣時(shí)間的Pmean平均值，進(jìn)一步根據(jù)Pmean平均值將患者分為高壓力組4例（＞15 mm Hg，1 mm Hg=0.133 kPa），中壓力組 4例（10～15 mm Hg）和低壓力組 5例（＜10 mm Hg）。所有患者及家屬均被告知研究項(xiàng)目?jī)?nèi)容并簽字同意參與本研究，研究經(jīng)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)后執(zhí)行。

1.1.2 主要試劑 TGF-β1、IL?13、GM?CSF 酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法（ELISA）試劑盒購(gòu)自上海安迪生物公司。

1.2 方法 患者完善術(shù)前相關(guān)檢查后，在纖維支氣管鏡引導(dǎo)下經(jīng)鼻或口行氣管插管，并用封閉式吸痰管行氣道內(nèi)分泌物吸取，抽取痰液作為標(biāo)本，在4℃條件下1000 r/min離心20 min，取上清液用于檢測(cè)。所有受試者分別于機(jī)械通氣24 h內(nèi)及第3天行ETAs吸取，收集前后2次ETAs。采用ELISA檢測(cè)ETAs上清液TGF-β1、IL?13、GM?CSF 水平，操作嚴(yán)格按試劑說(shuō)明書步驟進(jìn)行。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料以表示，組間比較采用t檢驗(yàn)，相關(guān)性分析采用Pearson直線相關(guān)法，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 壓力刺激前后氣道重塑因子表達(dá)水平比較 激素治療組、非激素治療組 24 h 內(nèi) TGF-β1、IL?13、GM?CSF水平均高于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。高、中、低壓力組間 24 h 內(nèi) TGF-β1、IL?13、GM?CSF 水平比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。對(duì)照組第3天GM?CSF 水平及非激素治療組第 3 天 TGF-β1、IL?13、GM?CSF水平顯著高于24 h內(nèi)，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。在對(duì)照組中，低、高壓力組第 3 天 TGF-β1 水平及中、高壓力組第3天IL?13水平顯著高于24 h內(nèi)，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；高壓力組第 3天 TGF-β1、IL?13、GM?CSF 水平顯著高于中、低壓力組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。激素治療組第 3 天 TGF-β1、IL?13、GM?CSF水平顯著低于24 h內(nèi)，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。在非激素治療組中，中、高壓力組GM?CSF水平變化幅度明顯高于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表 2、3。

2.2 相關(guān)性分析 非激素治療組TGF-β1、IL?13、GM?CSF水平變化幅度與壓力呈正相關(guān)（r=0.44、0.49、0.52，P＜0.05）。

3 討 論

COPD是呼吸系統(tǒng)中以持續(xù)氣流受限為特征的疾病，其主要的病理特點(diǎn)為氣道重塑。氣道重塑主要指氣道壁的結(jié)構(gòu)變化，是慢性炎癥反復(fù)刺激引起炎癥細(xì)胞和結(jié)構(gòu)細(xì)胞相互作用的結(jié)果。TGF-β1、IL?13、GM?CSF在此過(guò)程中起重要作用，其表達(dá)與胞內(nèi)Ca2+內(nèi)流密切相關(guān)[2?4]。TGF-β1 是一種多效應(yīng)性細(xì)胞因子，可被氣道上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞合成，是公認(rèn)的致氣道重塑的炎癥介質(zhì)[11?12]。TGF-β1 主要涉及調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和分化，參與組織損傷修復(fù)，此外還可刺激細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的合成和沉積，使成纖維細(xì)胞增殖并發(fā)展為肌成纖維細(xì)胞，使平滑肌細(xì)胞表型可由收縮型向合成型轉(zhuǎn)變；而ECM過(guò)度合成則使ECM及纖維產(chǎn)生增加，加重氣道纖維化[13]。以上作用共同參與了氣道重塑。IL?13主要由活化T細(xì)胞、肥大細(xì)胞、嗜堿粒細(xì)胞和單核細(xì)胞產(chǎn)生，其過(guò)度表達(dá)可使黏液腺化生，黏液分泌增多，加重大小氣道管壁及周圍炎性反應(yīng)，通過(guò)氣道壁結(jié)構(gòu)重建等多種機(jī)制參與COPD的發(fā)生、發(fā)展[14]。GM?CSF在慢性支氣管炎患者的上皮中表達(dá)[15]，可直接損傷肺組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)促進(jìn)炎癥細(xì)胞，如中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等炎癥細(xì)胞的趨化、黏附、聚集、激活及脫顆粒作用。由于反復(fù)的慢性炎癥的損傷及不全性的修復(fù)導(dǎo)致肺泡壁的持續(xù)破壞、纖維化及中小氣道壁的進(jìn)行性增厚、管腔進(jìn)行性狹窄及彈性進(jìn)行性減弱，最終導(dǎo)致進(jìn)行性氣流阻力增加，從而參與氣道重塑[16?17]。COPD患者由于多種因素的相互作用，使小氣道內(nèi)的氣道內(nèi)壓力持續(xù)異常增高。因此，持續(xù)異常的氣道高壓貫穿于慢性阻塞性肺疾病始終，與疾病的病情進(jìn)展密切相關(guān)。TRPC家族包括7種亞型（TRPC1～TRPC7），TRPC可以被人體多種內(nèi)分泌激素、炎癥因子、鈣池的衰竭和牽張刺激等激活[18]，而TRPC1為主要的牽拉激活的鈣通道，在細(xì)胞膜感受壓力的過(guò)程中發(fā)揮重要作用，可介導(dǎo)胞外Ca2+入胞；而TGF-β1、GM?CSF、IL?13等炎癥因子的表達(dá)與 Ca2+內(nèi)流有關(guān)，故推測(cè)氣道內(nèi)壓可促進(jìn)氣道重塑因子生成。本研究中，對(duì)照組予以機(jī)械通氣治療后第3天TGF-β1、IL?13、GM?CSF水平較24 h內(nèi)水平呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。本研究團(tuán)隊(duì)前期研究也發(fā)現(xiàn)，健康人氣道重塑相關(guān)因子在氣道高壓力水平干預(yù)下呈升高趨勢(shì)[19]。由于TRP通道可能在氣道保護(hù)機(jī)制中發(fā)揮重要作用，對(duì)健康人來(lái)說(shuō)，壓力刺激后激活TRPC1導(dǎo)致氣道重塑因子生成系機(jī)體的保護(hù)性反應(yīng)，因此推測(cè)機(jī)體可以通過(guò)一系列負(fù)反饋機(jī)制使氣道微環(huán)境達(dá)到一個(gè)生理性的平衡，但具體機(jī)制尚有待進(jìn)一步明確。本研究中，在非激素治療組中3種因子的變化水平更為明顯，可能與COPD患者在慢性炎性反應(yīng)中TRPC1的表達(dá)顯著增加有關(guān)。TRPC1的高水平表達(dá)使氣道對(duì)壓力的升高處于高敏狀態(tài)，氣道壓一旦高于生理壓力，氣道重塑相關(guān)因子即呈爆發(fā)式釋放，導(dǎo)致病理性結(jié)果。提示氣道內(nèi)高壓可能通過(guò)改變氣道重塑相關(guān)因子的表達(dá)，參與氣道重塑。在對(duì)照組及非激素治療組中，高壓力組氣道重塑相關(guān)因子的表達(dá)水平及升高幅度均較中、低氣壓組高，非激素治療組TGF-β1、IL?13、GM?CSF水平變化幅度與壓力呈正相關(guān)，因此推測(cè)隨著氣道內(nèi)壓力增高，可能使活化的TRPC1通道增多，Ca2+內(nèi)流增加，從而介導(dǎo) TGF-β1、GM?CSF、IL?13 水平表達(dá)升高。本實(shí)驗(yàn)間接證實(shí)COPD患者本身存在的氣道內(nèi)持續(xù)高壓力可以上調(diào)氣道重塑相關(guān)因子的合成，氣道內(nèi)高壓力加重氣道重塑，而氣道重塑是形成慢性氣道炎性疾病氣道內(nèi)高壓原因之一，二者間形成惡性循環(huán)，導(dǎo)致疾病的發(fā)展及惡化?，F(xiàn)已經(jīng)證實(shí)糖皮質(zhì)激素的使用能夠逆轉(zhuǎn)已建立的炎癥和氣道高反應(yīng)性，并通過(guò)減少基質(zhì)沉積和黏液產(chǎn)生來(lái)改善氣道重塑[20]。本研究結(jié)果顯示，激素治療組在激素干預(yù)后，各個(gè)壓力組中氣道重塑相關(guān)因子表達(dá)水平均下降，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。前期實(shí)驗(yàn)表明，糖皮質(zhì)激素可在一定程度上通過(guò)下調(diào)TRPC1表達(dá)干預(yù)氣道重塑演變[21]。

表2 壓力刺激前后氣道重塑因子表達(dá)水平（±s，pg/L）

表2 壓力刺激前后氣道重塑因子表達(dá)水平（±s，pg/L）

組別對(duì)照組（n=13）非激素治療組（n=17）激素治療組（n=13）時(shí)間24 h內(nèi)第3天24 h內(nèi)第3天24 h內(nèi)第3天TGF-β1 GM-CSF IL-13高壓力組30.1±11.973.1±12.554.5±21.7110.6±47.457.7±12.737.8±8.6中壓力組178.0±102.3300.3±88.1371.3±196.7568.9±179.0419.8±190.0204.7±95.1高壓力組275.4±110.8623.0±55.9372.9±172.0800.3±90.3441.8±104.8282.0±73.9低壓力組21.1±9.833.9±14.729.6±17.956.3±23.123.2±11.810.4±4.8中壓力組22.4±10.136.8±6.426.8±13.370.7±30.133.5±16.115.7±6.7高壓力組21.8±6.669.1±32.431.3±8.8137.1±51.639.9±4.327.6±6.6低壓力組32.3±17.744.7±20.349.1±29.660.6±33.444.7±24.912.8±4.3中壓力組25.4±12.650.7±8.951.1±23.177.4±24.047.1±19.920.0±11.1低壓力組255.4±158.4359.4±203.8321.6±157.0486.5±118.4330.9±182.2162.0±78.1

表3 對(duì)照組及非激素治療組壓力刺激前后TGF-β1、GM-CSF、IL-13變化幅度（±s，pg/L）

表3 對(duì)照組及非激素治療組壓力刺激前后TGF-β1、GM-CSF、IL-13變化幅度（±s，pg/L）

注：與對(duì)照組比較，aP＜0.05

組別對(duì)照組（n=13）非激素治療組（n=17）TGF-β1 GM-CSF IL-13高壓力組43.0±17.756.0±32.3低壓力組104.0±72.1164.9±141.4中壓力組122.3±122.9197.6±145.8高壓力組347.6±142.1427.4±149.3低壓力組12.8±6.226.8±24.1中壓力組14.3±11.243.9±31.6a高壓力組47.3±30.0105.8±49.3a低壓力組12.5±10.411.5±11.4中壓力組25.3±11.626.3±13.1

綜上所述，COPD患者持續(xù)的氣道高壓力環(huán)境會(huì)影響氣道重塑相關(guān)因子的合成，參與氣道重塑過(guò)程，且糖皮質(zhì)激素降低了氣道壓力對(duì)氣道重塑因子水平的影響，據(jù)此可進(jìn)一步通過(guò)抑制或阻斷信號(hào)通路來(lái)治療及防止COPD發(fā)生和發(fā)展。