血清淀粉樣蛋白A與老年COPD患者肺彌散功能及運(yùn)動(dòng)受限的關(guān)聯(lián)性分析

歐 陽(yáng), 鐘粲野, 張樹(shù)堂, 王 衛(wèi)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是世界范圍內(nèi)發(fā)病率和病死率較高的疾病[1],可靠和可重復(fù)的生物標(biāo)志物在COPD的診治中起著關(guān)鍵作用。血清淀粉樣蛋白A(serum amyloid A,SAA)是一種典型的炎癥生物標(biāo)志物,可參與介導(dǎo)多種炎癥反應(yīng)和自身免疫反應(yīng),與COPD頻繁發(fā)作密切相關(guān)[2]。然而,目前尚未發(fā)現(xiàn)SAA與老年COPD表型之間關(guān)系的報(bào)道[3-4]。根據(jù)全球慢性阻塞性肺疾病倡議(Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease,GOLD),支氣管擴(kuò)張后第1秒用力呼氣容量(forced expiratory volume in the first second,FEV1)與用力肺活量(forced vital capacity,FVC)的比值是診斷COPD的關(guān)鍵指標(biāo)[5-6]。然而,該變量對(duì)于氣流受限診斷的特異性受年齡影響,可能存在對(duì)老年COPD過(guò)度診斷,因此根據(jù)肺通氣指標(biāo)校正年齡等相關(guān)因素后的Z評(píng)分(Z-score)確定肺正常下限(lower limit of normal lung,LLN)可能是更可靠的診斷方法[7]。此外,肺功能測(cè)量不足以識(shí)別臨床表現(xiàn)背后的異質(zhì)結(jié)構(gòu)改變,包括氣道疾病、肺氣腫和血管異常等。單次呼吸的肺一氧化碳彌散因子(transfer factor for carbon monoxide,TLCO)是反映肺泡腔氣體交換能力的一種無(wú)創(chuàng)、可重復(fù)的生理測(cè)量指標(biāo),基于TLCO的功能表型分析有助于COPD的治療[5]。勞累時(shí)呼吸困難導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)不耐受是肺氣腫表型的主要表現(xiàn)。通過(guò)心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)(cardiopulmonary exercise testing,CPET)評(píng)估的峰值攝氧量(peak oxygen uptake,VO2peak)是運(yùn)動(dòng)能力的直接衡量指標(biāo),其下降與COPD病死率增加相關(guān)[8]。因此,本研究旨在評(píng)估老年COPD患者SAA水平與肺彌散功能異常及運(yùn)動(dòng)受限的關(guān)系,從而為尋找可靠的老年COPD診治生物標(biāo)志物及研究其發(fā)病機(jī)制提供新思路。

1 對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象 招募2020年1月至2021年7月重慶大學(xué)附屬涪陵醫(yī)院收治的188例老年穩(wěn)定期COPD患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡60～80歲。(2)因運(yùn)動(dòng)不耐受而進(jìn)行肺功能測(cè)試(pulmonary function test,PFT)和CPET評(píng)估。(3)符合Hankinson等[9]提出的COPD診斷標(biāo)準(zhǔn),即支氣管擴(kuò)張劑后FEV1/FVC

1.2臨床資料收集 通過(guò)醫(yī)院電子病歷系統(tǒng)收集研究對(duì)象的臨床資料,包括性別、年齡、身高、體重、體質(zhì)量指數(shù)、種族、目前吸煙情況,以及β受體阻滯劑和支氣管擴(kuò)張劑使用情況。

1.3PFT 治療前,采用肺功能測(cè)量?jī)x(HI-801,捷斯特公司,日本)進(jìn)行PFT,收集患者吸入200 μg沙丁胺醇后的肺功能指標(biāo)：FEV1與預(yù)測(cè)值的百分比(FEV1as a percentage of predicted value,ppFEV1)、FVC、FVC與預(yù)測(cè)值的百分比(FVC as a percentage of predicted value,ppFVC)、FEV1/FVC。另外,一次性吸入以體積分?jǐn)?shù)為21% O2、0.3% CO、0.3% C2H2、0.3% CH4及平衡N2混合的氣體,得到肺功能指標(biāo)TLCO、一氧化碳擴(kuò)散常數(shù)(carbon monoxide transfer coefficient,KCO)、肺泡通氣量(alveolar ventilation,VA)。根據(jù)美國(guó)胸科學(xué)會(huì)(American Thoracic Society,ATS)/歐洲呼吸學(xué)會(huì)(European Respiratory Society,ERS)[10]建議,使用全球肺功能倡議(Global Lung Function Initiative,GLI)軟件[11-12]計(jì)算動(dòng)態(tài)肺容量和肺彌散量的預(yù)測(cè)值和Z-score[FEV1Z-score、FVCZ-score、(FEV1/FVC)Z-score、KCOZ-score、VAZ-score、TLCOZ-score]。根據(jù)年齡、性別、身高及種族校正后的Z-score=-1.645[Lambda-Mu-Sigma(LMS)函數(shù)的第5百分位數(shù)]定義為L(zhǎng)LN。將TLCO

1.4CPET PFT檢查完成后1周內(nèi)進(jìn)行CPET。首先,在臥式功率車(chē)(Corival Recumbent,美國(guó)Medical Graphics)上進(jìn)行增量運(yùn)動(dòng)測(cè)試。工作速率增加5～25 W/min,旋轉(zhuǎn)速度保持在60～70 r/min,直到達(dá)到最大運(yùn)動(dòng)負(fù)荷(即由于呼吸困難、腿部不適/疲勞、其他,或速度降至<50 r/min,無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行測(cè)試)。將CPET數(shù)據(jù)按患者每次呼吸進(jìn)行分切,于20 s內(nèi)記錄以下指標(biāo)：(1)氧氣攝取(oxygen consumption,VO2)。(2)二氧化碳排出量(carbon dioxide output,VCO2)的平均值。(3)VO2的最高值通過(guò)體重標(biāo)準(zhǔn)化,稱(chēng)為VO2peak。(4)使用340型手指探頭(美國(guó)Nonin)從靜止到試驗(yàn)終止連續(xù)測(cè)量脈搏血氧飽和度(saturation of pulse oximetry,SpO2),最小值稱(chēng)為SpO2min。(5)最大通氣量(maximum ventilation volume,MVV)=FEV1×40[14]。(6)通氣率(ventilation rate,VR)=1-峰值分鐘通氣量(peak minute ventilation,VEpeak)/MVV[15]。(7)最大心率(maximal heart rate,HRmax)=220-年齡。(8)心率儲(chǔ)備(heart rate reserve,HRR)=1-峰值心率(peak heart rate,HRpeak)/HRmax[15]。(9)運(yùn)動(dòng)峰值呼吸交換率(peak respiratory exchange ratio,RERpeak)。

1.5SAA水平檢測(cè) 在PFT和CPET前,通過(guò)靜脈采血管采集肘靜脈血樣5 mL,以2 500 r/min離心15 min,收集血清,-80 ℃保存?zhèn)錂z。采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)測(cè)定SAA水平,試劑盒購(gòu)自上海晶抗生物工程有限公司,實(shí)驗(yàn)操作嚴(yán)格按照試劑盒說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。所有樣本均重復(fù)測(cè)量3次,取平均值。

2 結(jié)果

2.1兩組臨床資料比較 兩組性別、目前吸煙(人數(shù)比例)、β受體阻滯劑和支氣管擴(kuò)張劑使用情況比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。與彌散功能正常組相比,彌散功能異常組患者年齡較大,體質(zhì)量指數(shù)較低,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見(jiàn)表1。

表1 兩組臨床資料比較

2.2兩組PFT指標(biāo)比較 與彌散功能正常組相比,彌散功能異常組FEV1、FEV1Z-score、ppFEV1、FVC、FVCZ-score、ppFVC、FEV1/FVC、(FEV1/FVC)Z-score、KCO、KCOZ-score、VA、VAZ-score、TLCO、TLCOZ-score較低,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見(jiàn)表2。

表2 兩組PFT指標(biāo)比較

2.3兩組CPET指標(biāo)比較 兩組VR、靜息時(shí)SpO2、CPET停止原因比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。與彌散功能正常組相比,彌散功能異常組VO2peak、RERpeak、HRR、VEpeak、MVV、SpO2min較低,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見(jiàn)表3。

表3 兩組CPET指標(biāo)比較

2.4影響老年COPD患者肺彌散功能的多因素logistic回歸分析結(jié)果 以肺彌散功能情況為因變量(1=異常,0=正常),以表1、表2、表3中有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的指標(biāo)作為自變量納入多因素logistic回歸模型,分析結(jié)果顯示較低的ppFEV1、FVCZ-score、(FEV1/FVC)Z-score是促進(jìn)老年COPD患者肺彌散功能異常的獨(dú)立危險(xiǎn)因素(P<0.05),較高的ppFVC、FEV1/FVC、VAZ-score是抑制老年COPD患者肺彌散功能異常的獨(dú)立保護(hù)因素(P<0.05),見(jiàn)表4。

表4 影響老年COPD患者肺彌散功能的多因素logistic回歸分析結(jié)果

2.5SAA水平預(yù)測(cè)老年COPD患者肺彌散功能異常的效能分析結(jié)果 彌散功能異常組SAA水平顯著高于彌散功能正常組[(135.09±58.05)ng/mL vs (78.10±32.81)ng/mL,t=8.079,P<0.001)。ROC曲線(xiàn)分析結(jié)果顯示,SAA水平具有預(yù)測(cè)老年COPD患者肺彌散功能異常的應(yīng)用價(jià)值[AUC(95%CI)=0.797(0.735～0.860),P<0.001],最佳截?cái)嘀禐?5.07 ng/mL,其對(duì)應(yīng)的靈敏度和特異度分別為77.50%和69.80%,見(jiàn)圖1。

圖1 SAA水平預(yù)測(cè)老年COPD患者肺彌散功能異常的ROC曲線(xiàn)圖

2.6SAA水平與FEV1Z-score、ppFEV1的多元線(xiàn)性回歸分析結(jié)果 校正性別、年齡、體質(zhì)量指數(shù)、吸煙史、β受體阻滯劑和支氣管擴(kuò)張劑使用情況后,發(fā)現(xiàn)全部老年COPD患者的SAA水平與FEV1Z-score、ppFEV1相關(guān)(P<0.05)。進(jìn)一步分層分析發(fā)現(xiàn),FEV1Z-score與ppFEV1每降低一個(gè)單位,彌散功能異常組患者的SAA水平分別升高0.009(95%CI：-0.013～-0.005)ng/mL、0.149(95%CI：-0.210～-0.088)ng/mL,見(jiàn)表5、表6。

表5 SAA水平與FEV1Z-score的多元線(xiàn)性回歸分析結(jié)果

表6 SAA水平與ppFEV1的多元線(xiàn)性回歸分析結(jié)果

2.7老年COPD患者SAA水平與VO2peak的相關(guān)性分析結(jié)果 Pearson相關(guān)分析結(jié)果顯示,老年COPD患者的SAA水平與VO2peak呈負(fù)相關(guān)(r=-0.512,P<0.001),見(jiàn)圖2。

圖2 老年COPD患者的SAA水平與VO2peak的Pearson相關(guān)分析結(jié)果圖

3 討論

3.1本研究顯示,SAA水平對(duì)老年COPD患者肺彌散功能異常有良好的鑒別診斷效能。此外,FEV1Z-score、ppFEV1與SAA水平呈負(fù)相關(guān),且這種相關(guān)性?xún)H表現(xiàn)在彌散功能異常組患者中,而在彌散功能正常組患者中未觀(guān)察到有相關(guān)性。VO2peak是運(yùn)動(dòng)能力的直接衡量指標(biāo),本研究中老年COPD患者SAA水平與VO2peak呈負(fù)相關(guān),同時(shí)彌散功能異常(降低)患者的運(yùn)動(dòng)能力弱于彌散功能正?；颊?說(shuō)明SAA水平升高可導(dǎo)致肺功能下降和呼吸困難,進(jìn)而導(dǎo)致老年COPD肺彌散功能異?；颊哌\(yùn)動(dòng)受限。

3.2根據(jù)GOLD[6],COPD最常使用支氣管擴(kuò)張劑后肺活量測(cè)定來(lái)確定氣流受限程度,并將FEV1/FVC<70%作為診斷標(biāo)準(zhǔn),然而其是否為定義氣流受限的最佳方法仍存在爭(zhēng)議。先前的報(bào)道[16-19]稱(chēng),在多器官系統(tǒng)和病理生理機(jī)制相互作用下導(dǎo)致的個(gè)體患者運(yùn)動(dòng)受限的異質(zhì)性疾病中,FEV1和VO2peak之間可能存在弱正相關(guān)性。然而,使用預(yù)測(cè)百分比對(duì)FEV1進(jìn)行歸一化也可能削弱與VO2peak的關(guān)聯(lián),尤其是在性別、年齡和身高不同的研究人群中。因此,本研究選取ATS/ERS推薦使用的Z-score作為診斷及評(píng)估依據(jù),LLN為校正年齡、種族、性別和身高后得出,可避免對(duì)老年COPD的過(guò)度診斷。計(jì)算動(dòng)態(tài)肺容量Z-score的參考方程很容易獲得,ATS和ERS都認(rèn)可將肺功能測(cè)量的LLN下限定義為L(zhǎng)ambda-Mu-Sigma(LMS)函數(shù)的第5百分位數(shù)(Z-score=-1.645)。這也是本研究的主要優(yōu)勢(shì)之一：在報(bào)告FEV1與VO2peak的關(guān)聯(lián)時(shí)使用了肺功能測(cè)量的Z-score。這種方法是新穎的,考慮到個(gè)體間性別、年齡和身高的差異,TLCOZ-score比TLCO能更正確地識(shí)別COPD肺彌散功能狀況。

3.3本研究結(jié)果顯示,彌散功能異常組患者SAA水平高于彌散功能正常組,而且SAA水平與VO2peak呈負(fù)相關(guān),這提示SAA可能在肺彌散功能異常的病理機(jī)制中起重要作用。SAA為一類(lèi)高度保守的急性期蛋白家族成員,在急性感染性疾病的進(jìn)展與診斷方面得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái),SAA在慢性炎性疾病發(fā)病過(guò)程中的作用也被廣泛研究[20-21]。SAA水平在細(xì)菌感染、病毒感染、自身免疫性疾病、自身炎性疾病和轉(zhuǎn)移性癌癥中均發(fā)現(xiàn)異常升高[22]。SAA活性受其脂質(zhì)結(jié)合的調(diào)節(jié),已被研究證明會(huì)影響動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展[23]。一項(xiàng)Meta分析顯示,SAA診斷成人膿毒癥的靈敏度和特異度分別為0.72和0.69,可作為診斷成人膿毒癥的生物標(biāo)志物[24]。此外,高SAA水平與腎細(xì)胞癌、肺癌、黑色素瘤、胃癌等癌癥患者的總生存期縮短相關(guān)[25]。COPD是一種以呼吸道、肺實(shí)質(zhì)和肺血管的慢性炎癥為特征的疾病,常表現(xiàn)出循環(huán)細(xì)胞因子、趨化因子和急性期蛋白增加或表達(dá)異常。急性期反應(yīng)物是目前研究最多的COPD相關(guān)的生物標(biāo)志物之一,SAA在COPD患者中表現(xiàn)為普遍高水平狀態(tài)[26-27]。有研究發(fā)現(xiàn),SAA通過(guò)白細(xì)胞介素-17A依賴(lài)性機(jī)制促進(jìn)中性粒細(xì)胞性炎癥[28]。據(jù)報(bào)道,中性粒細(xì)胞,特別是3型先天淋巴細(xì)胞,與吸煙誘導(dǎo)的COPD相關(guān)肺氣腫的發(fā)生發(fā)展有關(guān)[29]。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí),在肺氣腫模型Rag1-/-小鼠中,肺組織和痰液樣本中SAA mRNA表達(dá)水平普遍升高,而單核細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞是肺氣腫誘導(dǎo)肺中SAA分泌的主要細(xì)胞來(lái)源[30]。該作用機(jī)制可以解釋本研究中肺彌散功能異?；颊逨EV1Z-score評(píng)分、ppFEV1與SAA水平呈負(fù)相關(guān)性。

3.4本研究通過(guò)CPET評(píng)估,分析了COPD患者運(yùn)動(dòng)能力的直接衡量指標(biāo)VO2peak與SAA水平的相關(guān)性。Farkhooy等[31]發(fā)現(xiàn),在不同嚴(yán)重程度的COPD患者中,通過(guò)峰值負(fù)荷評(píng)估TLCO是患者運(yùn)動(dòng)能力的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。這與本研究結(jié)果一致,本研究發(fā)現(xiàn)基于TLCO分層,肺彌散功能異常患者的VO2peak低于LLN,而且COPD患者的SAA水平與VO2peak呈負(fù)相關(guān),SAA水平升高反映了老年COPD患者肺通氣功能降低,而彌散功能異常組患者和彌散功能正常組患者之間的SAA水平差異也間接地說(shuō)明了肺通氣功能降低可能是肺彌散功能異?；颊哌\(yùn)動(dòng)能力降低的主要原因,在一定程度上也解釋了肺彌散功能與運(yùn)動(dòng)能力之間的潛在病理生理關(guān)系。

3.5本研究的優(yōu)勢(shì)是使用了PFT參數(shù)的Z-score,考慮了患者的性別、年齡和身高等差異,從而盡量避免了抽樣誤差。但本研究也有一定的局限性,缺少胸部CT進(jìn)行影像學(xué)定性和定量確認(rèn)肺功能、肺部病變(如肺氣腫、支氣管病變等)、血管面積等。另外,運(yùn)動(dòng)能力的評(píng)估可能會(huì)引入系統(tǒng)誤差使結(jié)果產(chǎn)生偏倚。本研究只能測(cè)試指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性,數(shù)據(jù)的性質(zhì)不允許對(duì)觀(guān)察結(jié)果背后涉及的病理生理機(jī)制進(jìn)行因果推斷或得出明確結(jié)論。因此,本研究支持的COPD表型分化的臨床價(jià)值不能擴(kuò)展到對(duì)個(gè)體患者提出具體治療建議。

綜上所述,在老年COPD患者中,SAA水平與FEV1Z-score有關(guān),且這種相關(guān)性?xún)H表現(xiàn)在彌散功能異常組患者中,檢測(cè)SAA水平有助于鑒別老年COPD肺彌散功能異常表型。此外,SAA水平與VO2peak呈負(fù)相關(guān),說(shuō)明導(dǎo)致FEV1降低的機(jī)制可能有助于解釋老年COPD肺彌散功能異?；颊哌\(yùn)動(dòng)受限的原因,對(duì)未來(lái)研究潛在病理生理機(jī)制具有一定臨床意義。