支氣管哮喘的表型

杜文，劉春濤

“表型(phenotype)”被定義為“由基因和環(huán)境相互作用引起的機(jī)體可見(jiàn)的特征”[1]。支氣管哮喘是一種包含多種臨床表型的異質(zhì)性氣道疾病[2]，這種異質(zhì)性在臨床、病理、生理等方面均有所體現(xiàn)。2014(Global Initiative for Asthma，GINA)指南全球哮喘防治創(chuàng)議對(duì)哮喘的定義做了重要的更新，強(qiáng)調(diào)哮喘是一種以慢性炎癥為主要特征的異質(zhì)性疾病，其呼吸系統(tǒng)癥狀如喘息、氣緊、胸悶、咳嗽等隨時(shí)間不斷變化，同時(shí)具有可變的呼氣性氣流受限；對(duì)嚴(yán)重哮喘患者，以表型指導(dǎo)治療是一種有效的策略[3]。了解哮喘的不同表型有助于理解疾病的發(fā)病機(jī)制、選擇最優(yōu)的個(gè)體化治療方案，具有重要的臨床意義[1]。近年來(lái)關(guān)于哮喘表型的研究已成為引人矚目的熱點(diǎn)，本文對(duì)相關(guān)研究進(jìn)展作一綜述。

1 傳統(tǒng)哮喘表型分類(lèi)法

早期，哮喘被分為內(nèi)源性(非過(guò)敏性)和外源性(過(guò)敏性)兩種表型[4]，兩者最顯著的不同在于過(guò)敏性哮喘發(fā)病高峰是在兒童時(shí)期，而非過(guò)敏性哮喘首次發(fā)作常在成年時(shí)期。當(dāng)遇到變應(yīng)原刺激時(shí)，外源性哮喘易于急性發(fā)作、具有更強(qiáng)的氣道高反應(yīng)性，脫離變應(yīng)原后外源性哮喘對(duì)吸入性糖皮質(zhì)激素(inhaled corticosteroid，ICS)的治療反應(yīng)也比內(nèi)源性哮喘好[5]。另外非過(guò)敏性哮喘的氣道炎癥反應(yīng)表現(xiàn)出更強(qiáng)的異質(zhì)性，大多數(shù)非嗜酸性粒細(xì)胞型哮喘都是非過(guò)敏性的[5]。鑒于內(nèi)源性和外源性哮喘的概念并不準(zhǔn)確，特別是所謂內(nèi)源性因素(如慢性感染)與哮喘的關(guān)系并不清楚，這一分類(lèi)方法基本上已被棄用，但臨床上仍然使用過(guò)敏性(變應(yīng)性)和非過(guò)敏性哮喘的概念。此后更多的臨床指標(biāo)被用于哮喘表型的分類(lèi)，如病情的嚴(yán)重程度、急性加重的頻率、慢性氣流受限的出現(xiàn)、哮喘發(fā)病年齡、治療反應(yīng)(是否出現(xiàn)激素抵抗)等。另外一些臨床特點(diǎn)也用于哮喘的分類(lèi)，如運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)哮喘、經(jīng)期前哮喘、季節(jié)性哮喘、職業(yè)性哮喘、阿司匹林誘導(dǎo)型哮喘。這樣分類(lèi)方法雖然不能完全確定明確的病理學(xué)機(jī)制和治療反應(yīng)，但有助于為臨床醫(yī)生提示哮喘發(fā)作的誘因。

根據(jù)氣道炎癥反應(yīng)類(lèi)型進(jìn)行表型分類(lèi)仍然是目前研究的熱點(diǎn)，通過(guò)痰細(xì)胞學(xué)來(lái)研究哮喘表型更有助于了解疾病發(fā)病機(jī)制、預(yù)測(cè)治療反應(yīng)和未來(lái)風(fēng)險(xiǎn)[6- 7]，研究顯示哮喘患者的炎癥類(lèi)型可分為嗜酸粒細(xì)胞型、中性粒細(xì)胞型、混合細(xì)胞型和寡細(xì)胞型。但一項(xiàng)關(guān)于中重度哮喘患者誘導(dǎo)痰炎癥表型的研究發(fā)現(xiàn)，僅有三分之一的患者的炎癥表型是穩(wěn)定不變的[8]。不同年齡的哮喘患者可能有不同的炎癥表型，嗜酸粒細(xì)胞性炎癥在兒童哮喘患者中更為普遍，而中性粒細(xì)胞性炎癥則更易于出現(xiàn)在老年哮喘[9]。

根據(jù)哮喘的臨床、生理及炎癥特點(diǎn)，2006年Wenzel[1]提出了較為系統(tǒng)的表型分類(lèi)方法。臨床生理表型：重癥哮喘、易于加重型哮喘、慢性氣流受限型哮喘、治療抵抗型哮喘、早發(fā)/晚發(fā)型哮喘；觸發(fā)因素相關(guān)表型：阿司匹林或甾體抗炎藥物誘導(dǎo)型哮喘、環(huán)境變應(yīng)原誘導(dǎo)型哮喘、職業(yè)性過(guò)敏物或刺激物誘導(dǎo)型哮喘、運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)型哮喘、經(jīng)期誘導(dǎo)型哮喘；炎癥表型：嗜酸粒細(xì)胞型哮喘、中性粒細(xì)胞型哮喘、寡細(xì)胞型哮喘。2009年Handoyo等[10]對(duì)針對(duì)哮喘表型提出了新的分類(lèi)方法：過(guò)敏/非過(guò)敏性哮喘、哮喘前喘息、炎癥介質(zhì)為主型哮喘、阿司匹林敏感型哮喘、運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)型哮喘、重癥哮喘、易發(fā)作型哮喘?？梢钥闯鲞@兩種分類(lèi)系統(tǒng)有一定的重疊。我國(guó)研究者根據(jù)中國(guó)人群的特點(diǎn)，提出了幾種新的類(lèi)型包括：青少年主動(dòng)吸煙/被動(dòng)吸煙型哮喘、廚房油煙引起的哮喘、營(yíng)養(yǎng)不良/營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩型哮喘(包括維生素D缺乏型哮喘)、伴發(fā)鼻息肉型哮喘[11]。

2 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在哮喘表型中的應(yīng)用

多種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和數(shù)學(xué)模型被用于哮喘表型的研究，采用聚類(lèi)分析(cluster analysis)、主成分分析(principal components analysis) 等統(tǒng)計(jì)方法在兒童和成人哮喘發(fā)現(xiàn)了一些新的表型[12-13]。

2.1 主成分分析與哮喘表型

1999年Rosi等[14]對(duì)99例哮喘患者行用力通氣測(cè)試、誘導(dǎo)痰分類(lèi)計(jì)數(shù)和組胺激發(fā)試驗(yàn)，獲得的數(shù)據(jù)采用主成分分析的方法進(jìn)行提取，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣道阻塞、嗜酸粒細(xì)胞性炎癥、氣道高反應(yīng)性是哮喘表型分類(lèi)的重要指標(biāo)。2013年P(guān)rosperi等[15]納入382名兒童哮喘患者，選取人口統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)、哮喘癥狀、用藥情況、肺功能、氣道高反應(yīng)性、舒張?jiān)囼?yàn)、過(guò)敏狀態(tài)等多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，按特征根的值≥1提取出五個(gè)主成分，其中第1個(gè)主成分包括第1秒用力呼氣容積(FEV1)和以往哮喘急性加重情況；第2個(gè)主成分包含年齡、IgE、誘導(dǎo)痰嗜酸粒細(xì)胞百分比、長(zhǎng)效β激動(dòng)劑(long acting beta-agonist，LABA)的使用、第1秒用力呼氣量占用力肺活量的比值(FEV1/FVC)；第3個(gè)主成分包含鼻炎和環(huán)境暴露(煙草、寵物)；第4個(gè)主成分包括父母過(guò)敏狀態(tài)和煙草暴露；第5個(gè)主成分包含除短效β激動(dòng)劑(short acting beta-agonist，SABA)和ICS之外的所有藥物使用情況、肺功能、年齡和發(fā)病年齡；以上變量可作為哮喘表型分類(lèi)的重要指標(biāo)。

2.2 聚類(lèi)分析與哮喘表型

在哮喘表型研究中聚類(lèi)分析比起主成分分析應(yīng)用更為廣泛。2008年Haldar等[16]采用k-means聚類(lèi)分析法對(duì)兩組獨(dú)立的哮喘患者進(jìn)行表型分類(lèi)。其中初級(jí)醫(yī)療保健組共納入184名輕至中度哮喘患者，分為三類(lèi)：早發(fā)過(guò)敏性哮喘、肥胖非嗜酸粒細(xì)胞型哮喘、良性哮喘。二級(jí)醫(yī)療保健組共納入187名難治性哮喘患者，分為早發(fā)性特應(yīng)性哮喘、早發(fā)性癥狀為主型哮喘、肥胖性非嗜酸粒細(xì)胞性哮喘、炎癥為主型哮喘。2010年Moore等[17]從628個(gè)臨床變量中篩選出34個(gè)核心變量，同樣采用聚類(lèi)分析的方法對(duì)726例哮喘患者進(jìn)行分類(lèi)，最終將其分為5類(lèi)：輕度特應(yīng)性哮喘、輕-中度特應(yīng)性哮喘、遲發(fā)非特應(yīng)性哮喘、重度特應(yīng)性哮喘和重度固定氣流受限的哮喘。這5類(lèi)患者在年齡、體重指數(shù)、就醫(yī)情況、發(fā)病年齡、病程、肺功能、激素使用量、藥物使用種類(lèi)、氣道反應(yīng)性、誘導(dǎo)痰嗜酸性粒細(xì)胞和中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)等都表現(xiàn)出顯著的差異，而過(guò)敏原陽(yáng)性率、血清IgE濃度、FeNO水平則無(wú)明顯差異。2014年P(guān)ark等[18]研究納入了來(lái)自9個(gè)不同中心的872例65歲以上老年哮喘患者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)4個(gè)表型：病程長(zhǎng)伴顯著氣道阻塞，女性為主且肺功能正常，吸煙男性為主伴肺功能下降，體重指數(shù)高伴輕度肺功能下降。進(jìn)一步采用決策樹(shù)分析發(fā)現(xiàn)FEV1和吸煙指數(shù)可以用來(lái)作為簡(jiǎn)易分類(lèi)的指標(biāo)。不同聚類(lèi)分析結(jié)果[19- 20]提示有無(wú)氣流受限、癥狀嚴(yán)重程度、發(fā)病年齡、肺功能和過(guò)敏狀態(tài)是表型分類(lèi)比較重要的指標(biāo)。

Schatz等[21]對(duì)兒童、青年/成人兩個(gè)年齡層次的難治性哮喘患者進(jìn)行聚類(lèi)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)性別、過(guò)敏狀態(tài)、種族在兒童、青少年/成人組中都能成為分類(lèi)依據(jù)，而阿司匹林敏感僅是青少年/成人的分類(lèi)依據(jù)。這類(lèi)阿司匹林敏感表型主要以白人、女性、成年發(fā)病、過(guò)敏原陽(yáng)性為主，且哮喘急性發(fā)作的次數(shù)更多。

聚類(lèi)分析也揭示了肥胖與哮喘的關(guān)系[22- 23]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)了肥胖伴哮喘控制良好和肥胖伴哮喘未控制兩種表型，這兩種表型在哮喘發(fā)病年齡、哮喘癥狀與控制、FeNO水平和氣道高反應(yīng)方面有所差異，但在肺功能、氣道嗜酸粒細(xì)胞和血清IgE水平方面無(wú)顯著差異[22]。Amelink等[24]對(duì)200例成年發(fā)病的患者進(jìn)行聚類(lèi)分析后分出三種表型，其中一種表型以肥胖女性為主，其急性發(fā)作頻發(fā)，就醫(yī)次數(shù)多，誘導(dǎo)痰嗜酸粒細(xì)胞數(shù)低。

隨著FeNO檢測(cè)和誘導(dǎo)痰檢測(cè)等無(wú)創(chuàng)、微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展，聚類(lèi)分析越來(lái)越多采用哮喘的炎癥表型。Haldar等[16]的聚類(lèi)分析研究中發(fā)現(xiàn)非嗜酸粒細(xì)胞炎癥為主的患者大多是女性、發(fā)病年齡早、癥狀嚴(yán)重、肥胖較為普遍，而以嗜酸粒細(xì)胞炎癥為主的患者大多是男性、癥狀較輕、發(fā)病年齡較晚、鼻竇炎的患病率較高、對(duì)阿司匹林敏感。Moore等[25]通過(guò)聚類(lèi)分析發(fā)現(xiàn)輕中度過(guò)敏性哮喘患者誘導(dǎo)痰細(xì)胞以嗜酸粒細(xì)胞為主，而中重度哮喘患者以中性粒細(xì)胞或混合細(xì)胞為主。

3 哮喘的分子表型

通過(guò)臨床和生理學(xué)指標(biāo)對(duì)哮喘患者進(jìn)行表型研究對(duì)臨床工作有重要的指導(dǎo)意義，但是要了解哮喘潛在的病理生理學(xué)機(jī)制，僅通過(guò)臨床表型、炎癥表型的研究是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。Woodruff等[26]采用微芯片和聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction，PCR)技術(shù)，通過(guò)白細(xì)胞介素- 3(interleukin- 3，IL- 3)誘導(dǎo)基因表達(dá)水平的不同將輕-中度哮喘患者分為輔助性T細(xì)胞2(helper T cell 2，Th2)類(lèi)細(xì)胞因子高表達(dá)和Th2低表達(dá)兩種分子表型。Th2高表達(dá)的哮喘患者表現(xiàn)為氣道高反應(yīng)性、血清IgE水平較高、血嗜酸粒細(xì)胞數(shù)較多、氣道粘蛋白基因高表達(dá)[27]、對(duì)ICS治療反應(yīng)性較好，而Th2低表達(dá)的哮喘患者則對(duì)ICS反應(yīng)差。另外有研究發(fā)現(xiàn)嗜酸粒細(xì)胞性哮喘患者中僅有2%的患者為T(mén)h2高表達(dá)，而Th2高表達(dá)的患者中54%的患者誘導(dǎo)痰嗜酸粒細(xì)胞數(shù)增加。Baines等[28]采用全基因組芯片技術(shù)發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)痰中有6組基因序列可用于區(qū)分嗜酸粒細(xì)胞性炎癥和非嗜酸粒細(xì)胞性炎癥表型，進(jìn)而預(yù)測(cè)對(duì)ICS的治療反應(yīng)。

近年有學(xué)者提出了“內(nèi)型(endotype)”的概念[29]，他們認(rèn)為“表型”用來(lái)描述可以觀察到的臨床特點(diǎn)，如病史、誘因和治療反應(yīng)，而“內(nèi)型”則用來(lái)描述內(nèi)在的發(fā)病機(jī)制，如細(xì)胞、分子等。Agache等[29]根據(jù)分子表型的不同將哮喘分為以下幾種類(lèi)型：(1)過(guò)敏性哮喘：主要發(fā)病機(jī)制是Th2介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，從痰、肺泡灌洗液、支氣管活檢可以發(fā)現(xiàn)IL- 4、IL- 5、IL- 9、IL-13、趨化因子受體8 (chemokine receptor 8，CCR8)的表達(dá)；(2)內(nèi)源性(非過(guò)敏性)哮喘：在肺泡灌洗液中可以發(fā)現(xiàn)IL- 2、干擾素γ(interferon γ，IFN-γ)的過(guò)度表達(dá)；(3)非嗜酸粒細(xì)胞型哮喘：主要的炎癥標(biāo)志物有IL- 8、IL-17A、白三烯B4(leukotriene B4，LTB4)；(4)阿司匹林誘導(dǎo)型哮喘；相關(guān)標(biāo)志物有LTB4、半胱氨酰白三烯受體(cysteinyl leukotriene receptor，CysLT；(5)廣泛氣道重構(gòu)型哮喘：相關(guān)蛋白有血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子 (vascular endothelial growth factor，VEGF)、基質(zhì)金屬蛋白酶(metalloprotease，MMPs)、基質(zhì)金屬蛋白酶抑制因子(tissue inhibitor of metalloproteinases TIMP)、解整合素-金屬蛋白酶33(a disintegrin and metalloproteinase domain，ADAM33)等。

4 不同哮喘表型治療

不同表型的患者對(duì)ICS、LABA、LTRA的反應(yīng)性存在差異。就FEV1治療后改善情況而言，一部分輕-中度哮喘患者對(duì)中等劑量的ICS反應(yīng)不佳[30]。誘導(dǎo)痰中性粒細(xì)胞數(shù)增加、吸煙、肥胖常常預(yù)示對(duì)ICS治療不敏感[31- 32]。Wysocki等[33]研究發(fā)現(xiàn)，需使用全身糖皮質(zhì)激素治療的重癥哮喘患者可以視為對(duì)激素治療不敏感，這類(lèi)患者的特征是為FEV1%≤60%、FeNO水平較高、常伴復(fù)發(fā)性支氣管炎。Hall等[34]研究顯示β2腎上腺素能受體(ADRB2)基因多態(tài)性可以預(yù)測(cè)LABA治療的長(zhǎng)期預(yù)后。國(guó)內(nèi)的研究顯示白三烯C4合成酶(LTC4 synthase，LTC4S)基因多態(tài)性與抗白三烯治療反應(yīng)相關(guān)，AC/CC基因型患者對(duì)抗白三烯治療的反應(yīng)性優(yōu)于AA型[35]。Simpson等[36]對(duì)45例難治性哮喘患者進(jìn)行隨機(jī)雙盲試驗(yàn)，其中一組給予克拉霉素(500mg，Bid)治療8周，另一組給予同等劑量安慰劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)克拉霉素治療組患者誘導(dǎo)痰IL- 8和中性粒細(xì)胞數(shù)顯著降低，癥狀改善，在非嗜酸粒細(xì)胞性哮喘患者中療效更加明顯。

近年來(lái)，通過(guò)對(duì)哮喘表型和內(nèi)型的分類(lèi)研究，從病理生理、炎癥分子等多途徑開(kāi)發(fā)了“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”的治療方法，即靶向治療[37]。如抗Th2相關(guān)細(xì)胞因子生物制劑治療嗜酸粒細(xì)胞型哮喘患者時(shí)能取得最好的療效。奧馬珠單抗(omalizumab)是一種人源化的抗IgE單克隆抗體，可以降低急性發(fā)作和急診次數(shù)，提高患者生活質(zhì)量，對(duì)FeNO水平高和嗜酸粒細(xì)胞性哮喘療效更佳[38]。美泊珠單抗(mepolizumab)是一種抗IL- 5單克隆抗體，研究顯示它可以顯著減少難治性哮喘尤其是嗜酸粒細(xì)胞性哮喘的急性發(fā)作，減少嗜酸粒細(xì)胞數(shù)，減少激素依賴患者的口服激素劑量[39]。人源化抗IL-Rα4單克隆抗體(dupilumab)對(duì)痰或血嗜酸粒細(xì)胞升高的中重度哮喘患者的治療有效，可以減少其急性加重的發(fā)生、改善肺功能[40]。另一種抗IL-13單克隆抗體(lebrikizumab)則對(duì)血清骨膜蛋白(periostin)和FeNO水平高的的重度哮喘患者有效，可有效改善其FEV1[41]。同時(shí)，一些新藥如抗胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素(antithymic stromal lymphopoientin，TSLP)，可減輕對(duì)過(guò)敏原的早期和晚期反應(yīng)，鑒于TSLP是支氣管哮喘的關(guān)鍵介質(zhì)，其作為新藥靶點(diǎn)得到越來(lái)越多的關(guān)注[42]。而Th2低表達(dá)的哮喘患者目前尚無(wú)有效的治療方法，茶堿、他汀類(lèi)、大環(huán)類(lèi)脂類(lèi)藥物的治療尚存在爭(zhēng)議[43- 44]。根據(jù)特定表型選擇適宜的治療方法可以使患者最大獲益，尤其是針對(duì)這些昂貴的生物制劑。

綜上所述，近10余年來(lái)哮喘的表型已成為新的研究熱點(diǎn)，對(duì)深入闡明哮喘的發(fā)病機(jī)制、尋找新的治療策略，發(fā)揮了巨大的推動(dòng)作用，其重要性不言而喻。然而，在研究方法學(xué)和及其結(jié)果和解釋方面，尚未取得廣泛的共識(shí)。不同的研究人群、納入?yún)?shù)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法均可能得到不同的結(jié)果。因此，采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在更大的樣本中進(jìn)行研究，才有可能得到最接近于真實(shí)的結(jié)果。同時(shí)，也必須考慮到人種、自然環(huán)境、生活習(xí)慣、文化背景、經(jīng)濟(jì)水平等諸多因素的影響，如此才有可能得到不同國(guó)家不同地區(qū)獨(dú)特的表型譜。

未來(lái)還需要通過(guò)對(duì)表型研究更好地診斷和預(yù)測(cè)個(gè)體或亞群治療反應(yīng)和長(zhǎng)期轉(zhuǎn)歸、制訂更加合理、有效和安全的治療手段、發(fā)展新的靶向治療，對(duì)不同表型的哮喘，應(yīng)當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)化治療的基礎(chǔ)上盡可能做到個(gè)體化治療，使當(dāng)前以哮喘控制水平為基礎(chǔ)的治療模式進(jìn)展到以表型為基礎(chǔ)的新的策略。