研究背景:慢性阻塞性肺疾病(COPD)是气流受限不完全可逆的气道炎症性疾病,其病变不仅局限于肺部,尚具有全身(或称肺外)的不良反应。COPD治疗的目的主要是改善患者的症状、提高生活质量、减少急性加重频率、改善肺功能及降低病死率。COPD的病因及临床表现都存在异质性,究竟积极的治疗是否都具有同一的治疗反应性?是否不同临床特性的COPD病人对治疗具有不同的治疗反应性?气道及全身炎症的生物标记物表达存在差异的COPD患者是否对治疗有着不同的反应性?COPD炎症标记物能否用来预测不同临床特性的COPD患者的治疗反应性?目前尚不清楚。研究目的:探讨COPD炎症标记物对治疗反应性的预测作用,以区别出对治疗有着较好反应性的亚组COPD病人,为个体化治疗提供依据。研究对象和方法:1.研究对象:2009年3月-2010年2月在广州医学院第一附属医院广州呼吸病研究所门诊就诊的稳定期COPD患者和同期于该院体检的年龄、性别匹配的正常对照者。COPD的诊断及分级根据GOLD指南的标准[1]:即COPD是指在接触相关危险因素后出现的咳嗽、咯痰、呼吸困难等症状,经胸部影像学检查排除支气管扩张、肺炎、肺部肿瘤或系统性疾病肺部表现后,行肺通气功能检查,使用支气管舒张剂后FEV1/FVC<70%则临床诊断COPD。所有患者均处于疾病稳定期,为初诊或未规范化治疗者;在入组前四周内无急性加重病史、未使用口服或吸入糖皮质激素治疗。排除标准:除外合并支气管哮喘、支气管扩张等慢性呼吸系统疾病,除外合并其他全身性疾病、过敏性疾病、肿瘤性疾病等。另募集26名健康志愿者作为对照组,入选标准:吸烟或非吸烟者,无呼吸道症状及心肺疾患,肺功能检查显示通气功能正常,入组前4周内无呼吸道感染史。2.方法:对符合要求的初诊或未规范化治疗的COPD患者,给予吸入激素+长效β2受体激动剂(丙酸氟替卡松250μg+沙美特罗50μg,每隔12小时一次,每次一吸),按需使用止咳、化痰药物,必要时给予抗生素治疗,随访时间为一个月。在纳入研究时及治疗一个月后分别测定患者外周静脉血、诱导痰上清炎症标记物(基质金属蛋白酶-9、基质金属蛋白酶组织型抑制剂-1、锁链素、表面活性蛋白-D、Clara细胞分泌蛋白-16)及FEV1、FVC、FEV1/FVC、呼吸困难评分(MRC)、健康相关的生活质量评分(SGRQ评分),根据入组时COPD患者血清及痰上清中炎症标记物表达水平的高低,将其分为高表达组(H)和低表达组(L),以比较两组患者在治疗一月后FEV1、FVC、MRC、SGRQ评分改善情况;然后进行多重逐步回归分析及logistic回归分析筛选出与上述指标改善相关的病理生理学指标。结果:1.一般情况COPD组65例,其中男性61例,女性4例,平均年龄(66.6±8.1)岁;正常对照组26例,其中男性22例,女性4例,平均年龄(66.7±10)岁,两组间性别构成比及年龄差异无统计学差异(P均>0.05);COPD组体重指数(kg/m2)(21.8±3.42)与正常对照组(22.5±2.8)比较无统计学差异(P>0.05);COPD组吸烟指数(包年)为(41.7±19.7),显著高于正常对照组(8.96±15.6);COPD组平均FEV1 (L)、FEV1%pre(%)、FVC(L)、FEV1/FVC(%)分别为(1.08±0.54)、(42.93±18.14)、(2.33±0.76)、(45.65±12.13),均显著低于正常对照组(P均<0.001)。2. COPD治疗前后MRC、SGRQ、肺功能、炎症介质变化情况纳入研究的COPD患者治疗一月后,重复测量其肺功能、MRC评分、SGRQ评分及血清及诱导痰上清中炎症介质的表达,发现:治疗可以明显改善患者肺功能(FEV1(L):1.03±0.46 Vs 1.15±0.48,FVC(L):2.32±0.74 Vs 2.51±0.60)、MRC评分(2.49±1.22 Vs 1.59±1.19)、SGRQ评分(52.62±17.47 Vs 35.38±18.10);且可以降低血清TIMP-1(595.13±163.03 Vs 300.55±166.40 ng/ml)、增加血清CC-16的表达(5.94±1.77 Vs 7.22±1.87 ng/ml)(P值均<0.05),但诱导痰细胞学分类及其他血清及痰上清中的生物标记物无明显变化(P均>0.05)。3.对舒张试验的反应性3.1舒张试验阳性率纳入研究的65例COPD患者,完成肺通气功能检查+支气管舒张试验者63例,其中支气管舒张试验阳性10例(15.87%),支气管舒张试验阴性53例(84.13%)。3.2舒张试验反应与临床特征的关系按支气管舒张试验结果将纳入研究的COPD患者分为支气管舒张试验阳性组(简称舒张阳性组)和支气管舒张试验阴性组(简称舒张阴性组),对比两组患者的临床特征发现:阳性组病程(y)较阴性组短(5.67±2.95 Vs 8.92±7.04;t=-3.563, P=0.001),其FEV1(1.15±0.33)、FVC(2.88±0.60)绝对值均较阴性组高(后者FEV1、FVC分别为0.96±0.46、2.30±0.71;t值分别为2.032、3.863, P值分别为0.044、<0.001)。其他指标如性别构成比、年龄、BMI、MRC、SGRQ评分、气道炎症特征(诱导痰细胞学分类)等在两组间均无统计学差异(P均>0.05)。3.3舒张试验反应与治疗反应性的关系舒张阳性组与舒张阴性组比较,治疗一月后舒张阳性组SGRQ总分改善(27.00±16.92)较舒张阴性组(14.52±12.56)明显(t=2.047, P=0.050);舒张阳性组影响评分改善(29.00±23.13)较舒张阴性组(12.92±13.28)明显(t=2.292, P=0.029),FEV1等其余各指标改善在两组间差异无统计学意义(P均>0.05)。4.诱导痰试验4.1一般情况COPD组共有57例成功诱导出痰液,其中合格痰液标本51份;正常对照组共诱导痰液22份,其中合格痰液标本18份。平均痰液重量(g):COPD组(0.51±0.08),正常对照组(0.46±0.13),差异有统计学意义(t=2.202, P=0.031);中性粒细胞(Neu)、巨噬细胞(Mac)、嗜酸性粒细胞(Eos)、淋巴细胞(Lym)分类比例(%)在COPD组分别为86.24±15.04、5.75±6.96、4.71±4.79、1.30±1.09,正常对照组分别为88.41±10.99、9.59±11.13、1.26±1.20、0.74±0.56,其中前两者差异无统计学意义(t值分别为-0.547、-1.336,P值分别为0.586、0.196),后两者有统计学差异(t值分别为4.677、2.747,P值分别为<0.001、0.008);Eos增高比例(Eos≥2.5%)在COPD组为60.78%,正常对照组为0%,差异有统计学意义(F=19.867,P<0.001)。4.2 Eos%与COPD疾病严重程度的相关性分析Eos%与FEV1/FVC呈负相关(r=-0.399 ,P=0.004),Eos%与肺功能其余各指标及MRC、SGRQ评分等均无明显相关性(P均>0.05)。4.3 COPD诱导痰Eos与治疗反应性的关系按治疗前Eos分类比例将COPD患者分为高Eos组(Eos≥2.5%)和低Eos组(Eos<2.5%),治疗后高Eos组对比低Eos组:FEV1改善(0.16±0.18 Vs 0.05±0.09)及SGRQ症状评分改善(21.50±17.24 Vs 10.93±9.94)均有统计学差异(t值分别为2.603、2.331,P值分别为0.014、0.026),其余各指标改善在两组间无显著性差异(P均>0.05)。5.基质金属蛋白酶9(MMP-9)及其抑制剂(TIMP-1)与COPD5.1 COPD稳定期患者血清MMP-9、TIMP-1表达(分别为318.24±158.22ng/ml、493.64±116.77ng/ml)较对照组(分别为255.93±104.66ng/ml、422.30±73.73ng/ml)高(t值分别为2.103、3.019,P值分别为0.039、0.003), MMP-9/TIMP-1比值在两组间差异无统计学意义(t=0.45,P=0.654)。5.2血清MMP-9、TIMP-1、MMP-9/TIMP-1比值与疾病严重程度的相关性COPD组血清MMP-9、TIMP-1、MMP-9/TIMP-1比值均与肺功能各指标无相关性(P均>0.05)。TIMP-1与MRC、SGRQ总分、活动评分、影响评分呈正相关(r值分别为0.384、0.384、0.272、0.425,P值分别为0.005、0.005、0.049、0.002)。5.3 COPD血清MMP-9、TIMP-1、MMP-9/TIMP-1比值与治疗反应性根据治疗前COPD患者血清MMP-9、TIMP-1、MMP-9/TIMP-1比值各自的均值,分别将患者分为高表达组(H)、低表达组(L),比较两组患者治疗后肺功能、MRC、SGRQ改善情况,发现: MMP-9、MMP-9/TIMP-1比值低表达组,治疗后FVC(ml)改善(分别为318±407、346±453)较高表达组明显(FVC改善分别为41±197、97±246,P均<0.05),TIMP-1低表达组,治疗后其FEV1(ml)改善(137±189)、MRC改善(1.00±1.00)较高表达组明显(后者FEV1、MRC改善分别为83±103、0.64±1.01,P均<0.05)。MMP-9、TIMP-1、MMP-9/TIMP-1表达与SGRQ改善情况无关(P均>0.05)。6.锁链素与COPD6.1 COPD诱导痰上清锁链素的表达明显高于正常对照组(1062.2±945.22ng/ml Vs 443.49±501.72ng/ml,t=2.254,P=0.028);血清锁链素的表达与正常对照组差异无统计学意义(1.00±1.12ng/ml Vs 0.84±0.80ng/ml,t=0.636,P=0.0527)。6.2 COPD锁链素的表达与疾病严重程度的关系COPD血清锁链素的表达与肺功能各指标无相关性(r值略,P均>0.05);诱导痰锁链素浓度与FEV1、FVC呈负相关(r值分别为-0.357、-0.479,P值分别为0.02、0.001),与FEV1%pre、FEV1/FVC无相关性(r值略,P均>0.05)。血清及诱导痰锁链素与MRC、SGRQ评分均无相关性(r值略,P均>0.05)。6.3 COPD锁链素的表达与治疗反应性的相关性分析根据治疗前COPD患者血清及诱导痰锁链素各自的均值,分别将患者分为高表达组(H)、低表达组(L),比较两组患者治疗后肺功能、MRC、SGRQ评分改善情况,发现:血清锁链素表达情况与患者肺功能及症状改善无关;而诱导痰锁链素低表达组MRC改善(1.24±1.15)较高表达组(0.40±0.52)明显(t=-2.589,P=0.016),其余各指标改善在低表达组均较高表达组明显,但差异无统计学意义(P均>0.05)。7.表面活性蛋白D(SP-D)与COPD7.1 COPD血清及诱导痰上清中SP-D的表达(分别为45.46±37.78ng/ml、173.23±186.93ng/ml)较对照组(分别为31.68±12.04 ng/ml、89.59±70.29 ng/ml)增高(t值分别为2.236、2.578,P值分别为0.021、0.012)。7.2 SP-D与COPD疾病严重程度的相关性COPD组血清及诱导痰SP-D与肺功能各指标、MRC、SGRQ总分及各部分评分均无相关性(r值略,P均>0.05)。7.3 COPD组SP-D的表达与治疗反应性的相关性分析根据治疗前COPD患者血清及诱导痰SP-D各自的均值,分别将患者分为高表达组(H)、低表达组(L),比较两组患者治疗后肺功能、MRC、SGRQ改善情况,发现:两组间上述指标改善差异无统计学意义(P均>0.05)。8. Clara细胞分泌蛋白-16(CC-16)与COPD治疗8.1 COPD组血清CC-16的表达(6.20±2.7ng/ml)较对照组(7.83±2.15ng/ml)减低(t=-2.752,P=0.007),但诱导痰CC-16的表达在两组间差异无统计学意义(t=1.460,P=0.149)。8.2 CC-16与COPD疾病严重程度的相关性COPD组血清及诱导痰CC-16与肺功能各指标、MRC、SGRQ总分及各部分评分均无相关性(r值略,P均>0.05)。8.3 COPD组CC-16的表达与治疗反应性的相关性分析根据治疗前COPD患者血清及诱导痰CC-16各自的均值,分别将患者分为高表达组(H)、低表达组(L),比较两组患者治疗后肺功能、MRC、SGRQ改善情况,发现:两组间上述指标改善差异无统计学意义(P均>0.05);但分别以FEV1、FVC、MRC、SGRQ总分及各部分评分改善值为因变量,包括血清CC-16改善值在内的其他指标为自变量进行多重逐步回归分析,发现:血清CC-16浓度变化与MRC改善正相关。9.分别以FEV1、FVC、MRC、SGRQ总分及各部分评分改善值为因变量,治疗前患者各项病理生理学指标为自变量,进行多重逐步回归分析,发现:与治疗后FVC改善有关的指标为基础FVC%pre、MMP-9/TIMP-1、痰CC-16浓度;与治疗后MRC改善有关的指标为吸烟指数、基础MRC、基础痰锁链素浓度;与SGRQ总分改善相关指标为吸烟指数、基础影响评分;与治疗后活动评分改善相关指标为吸烟指数、基础活动评分;与治疗后影响评分改善相关指标为吸烟指数、基础活动评分、基础FVC;与治疗后症状评分改善相关指标为基础症状评分(P均<0.05);未筛选出与FEV1改善相关的自变量。10.以FEV1改善率≥5%和/或FVC改善率≥10%作为疗效评价指标进行Logistic回归分析,发现:与治疗较好反应性有关的指标为基础FEV1、FVC、血清MMP-9表达。结论:本研究探讨未经治疗的中度-极重度稳定期COPD患者治疗前后肺功能、MRC评分、SGRQ评分变化及与之相关的病理生理学指标,主要的研究结果如下:1. 15.87%的患者存在支气管舒张试验阳性。尽管支气管舒张试验阳性组症状的改善优于阴性组,但舒张试验阳性不能预测COPD患者治疗后的肺功能变化;2. 60.78%的患者存在诱导痰嗜酸性粒细胞增高。增高的嗜酸性粒细胞与COPD患者气流受限有关,且该部分病人对治疗有着较好的反应性;3. COPD患者血清MMP-9、TIMP-1表达较正常对照组增高。高表达的TIMP-1与患者呼吸困难及生活质量负相关;MMP-9、TIMP-1、MMP-9/TIMP-1的表达与患者治疗反应性有一定关系,低表达者疗效较好;4. COPD患者血清及诱导痰上清中表面活性蛋白D(SP-D)表达较正常对照组增高,但增高的SP-D与患者肺功能、MRC、SGRQ无关,与治疗反应性无关;5. COPD患者血清中Clara细胞分泌蛋白16(CC-16)较正常对照组表达减低,CC-16反映呼吸道上皮功能损害,其浓度变化与MRC改善正相关。6. COPD患者治疗后MRC改善与吸烟指数、基础MRC正相关,与痰锁链素浓度负相关;患者症状改善仅与吸烟指数有正相关性,而与其他指标无显著相关;7. COPD患者较好的治疗反应性(FEV1改善率≥5%和/或FVC改善率≥10%)与患者基础FEV1、FVC有关。