慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary diseases,COPD)是一种呼吸系统中的常见病和多发病,以持续存在的气流受限为特征,气流受限不完全可逆,并进行性发展,是一种可预防和治疗的疾病。COPD主要累及肺部,但常合并肺外损害,为系统性炎症疾病。目前COPD的机制的相关研究表明:巨噬细胞、中性粒细胞、上皮细胞以及淋巴细胞等多种炎症细胞参与COPD的形成过程,激活的炎症细胞释放炎症介质和细胞因子,包括IL-17、IL-8、TNF-α等[1-2]。多种炎症细胞和炎症介质相互作用共同参与炎症过程,导致疾病的发生。IL-21作为一种重要的炎症因子,在COPD稳定期的发展中可能发挥重要作用[1]。研究表明CXCR5在其配体CXCL13的趋化作用下可促使炎症细胞分泌IL-21,并可有效地刺激B细胞分化为抗体形成细胞,进一步介导B细胞的体液免疫[3-4]。在COPD稳定期的发展过程中,IL-21与抑炎性细胞因子如IL-10、TGF-β1等共同作用,通过自身调节使抑炎性细胞因子数量增加,从而减少组织损伤,起到抗炎作用。因此,可推测IL-21与CXCL13在COPD的发生过程中发挥重要作用[1, 5]。但IL-21及CXCL13在COPD急性加重期(acute exacerbation of COPD, AECOPD)的作用尚不清楚。本研究对COPD稳定期患者进行分级研究,进一步探讨在COPD的不同发展时期及疾病状态下炎症因子的表达情况,探讨IL-21、CXCL13在COPD炎症反应中的作用,为COPD的临床抗炎治疗积累资料。
1 资料与方法 1.1 一般资料收集2015年12月至2016年5月于第三军医大学新桥医院呼吸内科门诊就诊的31例COPD稳定期患者(诊断标准参照2015版GOLD指南)[6]。纳入标准:① 年龄 > 40岁;② 长期慢性吸烟( > 10包/d×年)或从不吸烟;③ 有长期慢性咳嗽、咳痰、活动后呼吸困难的症状;④ 胸片及胸部CT检查无器质性病变,肺部可以有透光度增强和桶状胸改变;⑤ 行肺功能检查,使用支气管舒张剂后,FEV1/FVC < 70%。排除标准:① 2个月内有发热、咳嗽、咳痰、呼吸困难等症状的急性加重;② 近2个月使用过全身激素(口服及静脉给药);③ 有严重心脑血管及其他急性或慢性合并疾病。同期纳入30例本科住院的AECOPD患者(咳嗽、咯痰、呼吸困难症状加重,变化超过正常的每日变异率,需要调整药物治疗或入院治疗)。纳入同期我院体检中心20例健康非吸烟体检者和20例健康吸烟体检者。研究对象均被告知研究内容,并签署知情同意书。本研究经第三军医大学新桥医院伦理委员会审批通过(2015年11月)。
1.2 方法 1.2.1 一般临床资料收集研究对象的姓名、性别、年龄、职业、吸烟史、家族史、改良英国MRC呼吸困难指数(modified british medical research council, mMRC)、急性加重情况、影像学、既往肺功能等相关资料。
1.2.2 外周血采集研究对象均为早上空腹(住院患者为入院当日治疗前),用红头管(含促凝剂)抽取肘部静脉血约4 mL,室温静置自凝30 min后,使用离心机离心(3 000 r/min,10 min),取上清后于-80 ℃冰箱保存,检测前所有标本于4 ℃冰箱融化后再放置室温完全溶解,检测IL-21和CXCL13水平[7]。
1.2.3 IL-21和CXCL13检测采用ELISA法检测IL-21和CXCL13的水平。试剂盒由上海安迪生物科技有限公司生产,按试剂盒操作说明书进行操作。
1.2.4 肺功能检测标准及操作流程均按照2004年美国胸科学会与欧洲呼吸学会指南[8],COPD稳定期患者均于新桥医院呼吸内科肺功能室使用Jaeger肺功能仪行肺通气功能检测,由同一位熟练的技术人员操作,进行肺通气功能及肺功能舒张实验的检测包括FEV1、FEV1/FVC及FEV1%及各个指标使用支气管舒张剂后的检测。
1.3 统计学分析采用SPSS 21.0统计软件。计量资料以x±s的形式表示,应用单因素方差分析;计数资料应用χ2检验进行分析,各观察指标的相关性采用Pearson相关分析,检验水准:α=0.05。
2 结果 2.1 各组研究对象一般情况健康非吸烟者组与其他研究组间年龄、性别及mMRC评分差异无统计学意义(P > 0.05)。吸烟史比较,健康吸烟组、COPD稳定组、AECOPD组较健康非吸烟组差异有统计学意义(P < 0.05),但3组组间差异并无统计学意义。研究组家族史、影像学表现(桶状胸或肺气肿)比例均高于健康非吸烟组,差异具有统计学意义(P < 0.05,表 1)。
组别 |
n | 年龄(岁,x±s) | 男/女[例(%)] | 吸烟史 (包/d×年) |
mMRC评分(分,x±s) | 家族史(3代以 内直系亲属) [例(%)] |
影像学表现(桶 状胸或肺气肿) [例(%)] |
健康非吸烟组 | 20 | 56.650±9.320 | 15/5(75/25) | 0 | 0.250±0.444 | 5(25) | 0(0) |
健康吸烟组 | 20 | 58.650±8.616 | 16/4(80/20) | 28.375±7.495 | 1.100±0.718 | 10(50) | 0(0) |
COPD稳定组 | 31 | 63.000±8.660 | 28/3(90/10) | 32.019±8.446 | 2.129±0.718 | 21(68) | 23(74) |
AECOPD组 | 30 | 65.767±6.072 | 28/2(93/7) | 30.710±7.659 | 3.367±0.765 | 20(67) | 22(73) |
P值 | 0.130 | 0.215 | < 0.001 | 0.060 | 0.010 | < 0.001 |
2.2 各组研究对象血清中IL-21和CXCL13水平
4组研究对象血清中的IL-21和CXCL13水平的差异有统计学意义(P < 0.05)。AECOPD组血清IL-21、CXCL13水平均高于COPD稳定期组、健康吸烟组、健康非吸烟组(P < 0.05);COPD稳定期血清IL-21、CXCL13水平与健康吸烟组差异无统计学意义,但高于健康非吸烟组(P < 0.05);健康吸烟组血清IL-21、CXCL13水平高于健康非吸烟组(P < 0.05, 表 2)。
组别 | n | IL-21 | CXCL13 |
健康非吸烟组 | 20 | 203.410±138.358 | 13.652±3.793 |
健康吸烟组 | 20 | 1 282.819±534.837a | 27.840±4.371a |
COPD稳定组 | 31 | 1 590.942±952.858ab | 32.139±9.118ab |
AECOPD组 | 30 | 3 358.180±1 395.144ac | 43.849±17.288ac |
F | 47.148 | 30.724 | |
P | < 0.001 | < 0.001 | |
a: P < 0.05,与健康非吸烟组比较;b: P < 0.05,与健康吸烟组比较;c: P < 0.05,与COPD稳定组比较 |
2.3 COPD稳定期组IL-21、CXCL13水平与肺功能FEV1的相关性分析
通过Pearson相关分析检验发现:COPD患者稳定期血清IL-21、CXCL13水平与肺功能FEV1值呈负相关性关系(r分别为-0.619、-0.505, P < 0.05)。即在COPD稳定期的患者,肺功能情况越差,血清中IL-21和CXCL13水平就越高,患者的全身炎症反应水平就越高;反之,肺功能情况越好,患者的血清中IL-21和CXCL13水平就相对较低,全身炎症反应水平也就相对较轻。
2.4 COPD稳定期组中IL-21、CXCL13水平与GOLD分级的相关性分析采用Pearson相关分析对COPD稳定期患者进行GOLD分级检验结果显示:COPD组血清IL-21、CXCL13水平与GOLD分级之间均呈正相关性关系(r分别为0.901、0.458,P < 0.05)。即在COPD稳定期的患者,GOLD分级等级越高,血清中IL-21和CXCL13水平就越高,患者的全身炎症反应水平就越高;反之,GOLD分级等级越低,患者的血清中IL-21和CXCL13水平就相对较低。
2.5 COPD稳定期组中IL-21和CXCL13水平的相关性分析通过Pearson相关分析检验发现:COPD稳定期组患者血清中IL-21水平与CXCL13呈正相关(r=0.424,P < 0.05)。提示COPD稳定期患者,血清中IL-21水平越高,CXCL13水平越高;反之,CXCL13水平则越低。
3 讨论随着时代经济的发展、环境污染的恶化及人口老龄化等因素,我国COPD患者的数量不断增加,COPD已经逐渐成为一种常见的呼吸系统疾病,危害人类身体健康甚至危及生命。其特征是持续存在的气流受限,且呈进行性发展,伴有气道和肺部对有害颗粒或气体所致慢性炎症反应的增加[9-10]。主要临床表现为长期慢性咳嗽、咯痰、活动后呼吸困难,晚期可并发肺源性心脏病、肺癌及代谢紊乱综合征等多种疾病[11]。目前对COPD炎症机制的研究尚不成熟。根据COPD患者在不同病程阶段的临床表现及肺功能、影像学及常规检测指标推测,炎症细胞及其释放的炎症因子和炎症介质可能在COPD气道炎症的不同阶段发挥重要的调节作用,与疾病的发生、发展有密切的联系[12]。
既往研究表明:IL-21主要由活化的Th17细胞、Tfh细胞(滤泡辅助性T细胞)、NK T细胞分泌,其主要的靶细胞是B细胞,此细胞因子在促进B细胞增殖、抗体类别转换及抗体分泌细胞产生等方面发挥重要的作用[12-13],介导B细胞的主要免疫功能。CXCL13则为滤泡基质细胞产生,在炎症细胞高表达CXCR5,通过与CXCL13结合,在其趋化作用下迁移到淋巴滤泡,参与生发中心的形成、维持[14-15],并且在可诱导共刺激分子ICOS与CD40L共同作用下,促使炎症细胞分泌IL-21,在自身免疫系统疾病及肿瘤相关的炎性反应中发挥重要作用[4-5]。此外,文献[3-5]报道过IL-21和CXCL13也在其他疾病如系统红斑狼疮、蠕虫感染、感染性肠病、糖尿病等多种疾病中起着趋化炎症因子、诱导及介导免疫反应的作用。然而,在COPD这一系统性炎症疾病中,IL-21和CXCL13在气道、肺实质及肺血管的慢性炎症改变中是否起重要的作用尚未知晓,既往研究并未对COPD稳定期患者进行细化分级以及在COPD急性加重期的不同疾病状态下进行研究。在病程不同发展阶段,IL-21及CXCL13的表达是否也起到相关的作用,尚有待探讨。
本研究通过检测、比较AECOPD组、COPD组、健康吸烟组及健康非吸烟组的血清IL-21、CXCL13水平,显示COPD稳定期组和AECOPD组IL-21和CXCR-13的水平显著高于健康非吸烟组,表明IL-21和CXCL13水平可能与COPD的发生、发展相关。这与吴莹莹等[1]的研究结果一致。同时,本研究结果显示AECOPD组患者的IL-21、CXCL13水平显著高于COPD稳定期组、健康吸烟组及健康非吸烟组,提示在COPD患者出现急性加重的时候,细胞炎症因子大量释放,血清炎症水平明显升高,该结果对患者病情变化的判断及临床诊断有提示性作用。此外,吸烟健康人群的IL-21、CXCL13水平与COPD组差异无统计学意义,但均高于非吸烟健康人群,此结果预示:长期大量吸烟可导致血清炎症因子水平维持在较高水平,从而诱导长期的气道炎症产生,最终造成COPD发病的风险,该结果为疾病的预防提供了理论依据。另外,本研究还发现COPD稳定期患者血清IL-21、CXCL13水平与肺功能严重程度呈负相关,与GOLD分级呈正相关,提示其与COPD严重程度和预后密切相关。因此,本研究结果提示IL-21及CXCL13可能通过其强大的促炎能力,在COPD的疾病发生、发展过程中发挥重要作用[16]。
综上所述,CXCL13对炎症细胞分泌的细胞因子进行趋化并介导分泌IL-21,从而调控B细胞调节免疫反应,在COPD急性加重期发挥了强大的促炎作用,并维持吸烟患者血清炎症持续高水平。对于临床的诊疗、判断疾病的状态及严重程度均有一定的意义。但其可分泌炎症细胞较广,具体的作用机制还需进一步的研究。
[1] |
吴莹莹, 许浦生. 慢性阻塞性肺病患者IL-21表达及其与其他细胞因子的相关性[J].
检验医学与临床, 2015, 12(11): 1501–1503.
Wu Y Y, Xu P S. The level of IL-21 in serum of patients with stable copd and its correlation with IL-6, IL-10, IL-17, IL-21, TGF-β1[J]. Lab Med Clin, 2015, 12(11): 1501–1503. DOI:10.3969/j.issn.1672-9455.2015.11.002 |
[2] |
周丽荣, 孙宝华. 外周血炎症介质水平对COPD疾病状态的预测价值[J].
临床肺科杂志, 2011, 16(12): 1877–1878.
Zhou L R, Sun B H. Effectiveness of serum inflammatory mediators in prognosis for chronic obstructive pulmonary disease[J]. J Clin Pul Med, 2011, 16(12): 1877–1878. DOI:10.3969/j.issn.1009-6663.2011.12.025 |
[3] |
赵敏, 张俊美, 李静. 滤泡辅助性T细胞的研究进展[J].
中国免疫学杂志, 2014, 30(5): 700–703.
Zhao M, Zhang J M, Li J. Research progress of follicular helper T cells[J]. Chin J Immunol, 2014, 30(5): 700–703. DOI:10.3969/j.issn.1000-484X.2014.05.030 |
[4] |
刘艳, 万岁桂. 滤泡辅助性T细胞与自身免疫性疾病的研究进展[J].
首都医科大学学报, 2014, 35(4): 507–510.
Liu Y, Wan S G. Progress in T follicular helper cells and their related immune disease studies[J]. J Capital Medi Univ, 2014, 35(4): 507–510. DOI:10.3969/j.issn.1006-7795.2014.04.025 |
[5] |
冯俊燕, 牛俊奇, 姜艳芳. 滤泡性辅助性T细胞(Tfh)的研究进展[J].
中国免疫学杂志, 2010, 26(8): 754–757.
Feng J Y, Niu J Q, Jiang Y F. Research progress of follicular helper T cells(Tfh)[J]. Chin J Immunol, 2010, 26(8): 754–757. DOI:10.3969/j.issn.1000-484X.2010.08.019 |
[6] |
陈亚红, 王辰. 2015年更新版GOLD慢性阻塞性肺疾病诊断、治疗和预防的全球策略简介[J].
中国医学前沿杂志(电子版), 2015, 7(2): 34–38.
Chen Y H, Wang C. Introduction of global strategy for diagnosis, management, and prevention of COPD-2015[J]. Chin J Fronti Med Sci (Electronic Version), 2015, 7(2): 34–38. |
[7] |
熊畅, 戢艳琼. 慢性阻塞性肺疾病患者血sICAM-1、炎症介质的检测及临床意义[J].
中国实验诊断学, 2014, 18(11): 1850–1852.
Xiong C, Ji Y Q. Detection and its clinical significance of serum sICAM-1 and inflammatory mediators in patients with chronic obstructive pulmonary disease[J]. Chin J Lab Diagn, 2014, 18(11): 1850–1852. |
[8] |
彭敏, 蔡柏蔷. 美国胸科协会和欧洲呼吸协会对慢性阻塞性肺疾病诊治指南的修订[J].
中华内科杂志, 2005, 44(5): 394–397.
Peng M, Cai B Q. Modification for guidelines for the diagnosis and treatment of COPD (chronic obstructive pulmonary disease)by the American Thoracic Society (ATS) and the european respiratory society (ERS)[J]. Chin J Intern Med, 2005, 44(5): 394–397. |
[9] |
路东明, 宋晓福, 张文娟. 血清炎症因子与慢阻肺急性加重期肺功能的相关性[J].
临床肺科杂志, 2015, 20(11): 2067–2069.
Lu D M, Song X F, Zhang W J. Correlation between pulmonary function and serum inflammatory factors in patients with AECOPD[J]. J Clin Pul Med, 2015, 20(11): 2067–2069. DOI:10.3969/j.issn.1009-6663.2015.11.041 |
[10] | Zhang J, Wang X, Chen Y, et al. Exhaled hydrogen sulfide predicts airway inflammation phenotype in COPD[J]. Respir Care, 2015, 60(2): 251–258. DOI:10.4187/respcare.03519 |
[11] | Kearley J, Silver J S, Sanden C, et al. Cigarette smoke silences innate lymphoid cell function and facilitates all exacerbated type Ⅰ interleukin-33-dependent response to infection[J]. Immunity, 2015, 42(3): 566–579. DOI:10.1016/j.immuni.2015.02.011 |
[12] | Kuchen S, Robbins R, Sims G P, et al. Essential role of IL-21 in B cell activation, expansion, and plasma cell generation during CD4+ T cell-B cell collaboration[J]. J Immunol, 2007, 179(9): 5886–5896. DOI:10.4049/jimmunol.179.9.5886 |
[13] | Yoon S O, Zhang X, Berner P, et al. IL-21 and IL-10 have redundant roles but differential capacities at different stages of Plasma Cell generation from human Germinal Center B cells[J]. J Leukoc Biol, 2009, 86(6): 1311–1318. DOI:10.1189/jlb.0409268 |
[14] |
曹宝森, 李霞, 常茂叶, 等. CXCL13及其受体CXCR5表达与非小细胞肺癌淋巴结转移的关系[J].
山东医药, 2013, 53(1): 59–61.
Cao B S, Li X, Chang M Y, et al. Expression of CXCL13 and its receptor CXCR5 in lymph node metastasis of non -small cell lung cancer[J]. Shandong Med J, 2013, 53(1): 59–61. DOI:10.3969/j.issn.1002-266X.2013.01.024 |
[15] | Eide H A, Halvorsen A R, Sandhu V, et al. Non-small cell lung cancer is characterised by a distinct inflammatory signature in serum compared with chronic obstructive pulmonary disease[J]. Clin Transl Immunology, 2016, 5(11): e109. DOI:10.1038/cti.2016.65 |
[16] |
俞敬, 何宋兵, 朱新国. 滤泡辅助T细胞与肿瘤的研究进展[J].
医学研究生学报, 2014, 27(4): 418–422.
Yu J, He S B, Zhu X G. Recent progress in studies on T follicular helper cells with tumor[J]. J Med Postgrad, 2014, 27(4): 418–422. |