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血清IL-21、CXCL13水平与慢性阻塞性肺疾病的相关性研究
游雅婷, 赵静, 秦显莉, 李涛, 胡明冬, 范晔     
400037 重庆,第三军医大学新桥医院呼吸内科,全军呼吸内科研究所,全军呼吸病研究重点实验室
[摘要] 目的 探讨患者血清中IL-21、CXCL13水平与慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)不同疾病状态的相关性及其临床意义。 方法 收集20例健康非吸烟者、20例健康吸烟者、31例COPD稳定期患者和30例COPD急性加重期(acute exacerbation of COPD, AECOPD)患者的静脉血,经离心后取上清采用ELISA法检测血清中IL-21、CXCL13的水平,应用SPSS 21.0统计软件,采用单因素方差分析以及Pearson相关分析等方法,分析比较4组间IL-21、CXCL13水平的差异及相关性,并同时检测COPD稳定期组患者的肺功能及GOLD分级,分析肺功能、GOLD分级分别与IL-21、CXCL13水平的相关性。 结果 AECOPD组患者血清中IL-21、CXCL13水平均明显高于COPD稳定期组、健康吸烟组、健康非吸烟组(P < 0.05);COPD稳定期组患者血清IL-21、CXCL13水平与健康吸烟组差异无统计学意义(P > 0.05),但明显高于健康非吸烟组(P < 0.05);健康吸烟组血清中IL-21、CXCL13水平显著高于健康非吸烟组(P < 0.05)。COPD稳定期组血清IL-21、CXCL13水平与患者肺功能中FEV1值呈负相关(r分别为-0.619、-0.505, P < 0.05),并与患者GOLD分级呈正相关(r分别为0.901、0.458,P < 0.05)。COPD稳定期患者血清中IL-21水平与CXCL13水平呈正相关(r=0.424,P < 0.05)。 结论 健康吸烟人群、COPD稳定期和急性加重期患者血清中IL-21、CXCL13水平显著上升;COPD稳定期患者血清中IL-21、CXCL13水平与肺功能和疾病严重程度相关;IL-21、CXCL13可能在COPD进程中发挥促炎作用。
[关键词] 慢性阻塞性肺疾病     白细胞介素-21     趋化因子CXCL13    
Correlation of serum interleukin-21 and CXCL13 levels with chronic obstructive pulmonary disease
You Yating , Zhao Jing , Qin Xianli , Li Tao , Hu Mingdong , Fan Ye     
Department of Respiratory Diseases, Institute of Respiratory Diseases, Key Laboratory of Respiratory Diseases, Xinqiao Hospital, Third Military Medical University, Chongqing, 400037, China
Supported by the General Program of National Natural Science Foundation of China (81570051)
Corresponding author: Fan Ye, E-mail: fygan2007@163.com
[Abstract] Objective To investigate the correlation of serum interleukin-21 (IL-21) and CXCL13 levels with different chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Methods Venous blood samples were collected from 20 healthy non-smokers, 20 healthy smokers, 31 patients with stable COPD (COPD group) and 30 patients with acute exacerbation of COPD (AECOPD group) for detecting serum levels of IL-21 and CXCL13 using enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). ANOVA and Pearson correlation analysis were used to analyze the differences in the levels of IL-21 and CXCL13 among the 4 groups and the correlation of IL-21 and CXCL13 levels with lung function and the grade of the Global Initiative for COPD (GOLD). Results The serum levels of IL-21 and CXCL13 were significantly higher in AECOPD group than in COPD group, healthy smoking group and healthy non-smoking group (P < 0.05). The serum levels of IL-21 and CXCL13 in the COPD group were similar with those in the healthy smoking group (P > 0.05), but significantly higher than those in the healthy non-smoking group (P < 0.05). The serum levels of IL-21 and CXCL13 in the healthy smoking group were significantly higher than those in healthy non-smoking group (P < 0.05). The serum levels of IL-21 and CXCL13 were negatively correlated with FEV1 (r=-0.619, r=-0.505, P < 0.05) and positively correlated with GOLD grade in COPD group (r=0.901, r=0.458, P < 0.05).Apositive correlation was found between serum IL-21 with CXCL13 levels in COPD patients (r=0.424, P < 0.05). Conclusion The serum levels of IL-21 and CXCL13, which are significantly increased in healthy smokers and patients with stable COPD and AECOPD, are correlated with lung function and severity of stable COPD. IL-21 and CXCL13 may play pro-inflammatory roles in the development of COPD.
[Key words] chronic obstructive pulmonary disease     interleukin-21     chemokine CXCL13    

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)。

表 1 各组研究对象一般临床资料

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 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)。

表 2 各组研究对象血清中IL-21、CXCL13水平比较(pg/mL,x±s)
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。

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http://dx.doi.org/10.16016/j.1000-5404.201703111
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游雅婷, 赵静, 秦显莉, 李涛, 胡明冬, 范晔.
You Yating, Zhao Jing, Qin Xianli, Li Tao, Hu Mingdong, Fan Ye.
血清IL-21、CXCL13水平与慢性阻塞性肺疾病的相关性研究
Correlation of serum interleukin-21 and CXCL13 levels with chronic obstructive pulmonary disease
第三军医大学学报, 2017, 39(12): 1251-1255
Journal of Third Military Medical University, 2017, 39(12): 1251-1255
http://dx.doi.org/10.16016/j.1000-5404.201703111

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收稿: 2017-03-19
修回: 2017-04-26

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