閆曉紅, 薄建萍
(山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科,山西 太原 030001)
下氣道慢性炎癥疾病是一類常見的呼吸系統(tǒng)疾病,以氣道炎癥、氣道阻塞及氣道重塑為主要特征,主要包括支氣管哮喘(bronchial asthma)、慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)、支氣管擴(kuò)張(bronchiectasis)、慢性咳嗽(cough)、彌漫性泛細(xì)支氣管炎(diffuse panbronchiolitis,DPB)等。長期以來人們一直致力于尋找能夠反映氣道慢性炎癥的生物學(xué)標(biāo)志物和檢測技術(shù),現(xiàn)有的氣道炎癥無創(chuàng)檢測技術(shù)主要包括氣道反應(yīng)性測定、支氣管激發(fā)試驗(yàn)、誘導(dǎo)痰細(xì)胞計(jì)數(shù)、外周血炎性指標(biāo)測定,已在臨床上應(yīng)用多年。呼出氣一氧化氮(fractional exhaled nitric oxide,F(xiàn)eNO)是非侵入性且易于獲得的生物標(biāo)志物,其測定是近年來呼吸專業(yè)開展的一項(xiàng)新型檢查,是一種定量、無創(chuàng)、安全的氣道炎癥測定方法。近年來圍繞FeNO的研究始終是哮喘領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。但有研究表明,F(xiàn)eNO對其他慢性氣道炎癥疾病也有檢測價(jià)值。
氣道NO主要產(chǎn)生于氣道上皮細(xì)胞,由NO合酶(nitric oxide synthase,NOS)催化L-精氨酸氧化脫氨基產(chǎn)生[1]。NOS分為組成型和誘導(dǎo)型,均已在氣道中檢測到。組成型NOS(constitutive NOS,cNOS)包括神經(jīng)元型NOS(neuronalnitric NOS,nNOS)和內(nèi)皮型NOS(endothelial NOS,eNOS),主要表達(dá)于神經(jīng)細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞,eNOS主要參與調(diào)節(jié)機(jī)體的生理活動。誘導(dǎo)型NOS(inducible NOS,iNOS)被各種刺激物上調(diào),如炎性細(xì)胞因子。iNOS主要在上皮細(xì)胞表達(dá),另外還有一些炎癥細(xì)胞,包括巨噬細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞(eosinophils,EOS)。正常情況下iNOS很少表達(dá),僅產(chǎn)生低水平的NO,氣道炎癥情況下iNOS表達(dá)增加,氣道上皮產(chǎn)生的NO也明顯增加[2]。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)iNOS催化生成的NO在炎癥調(diào)節(jié)中起核心作用[3]。NO最初被描述為內(nèi)皮衍生松弛因子(endothelium derived relaxing factor,EDRF),在動脈張力中起重要作用[4],但現(xiàn)在被認(rèn)為是呼吸系統(tǒng)疾病的重要生物標(biāo)志物[5],在呼吸系統(tǒng)中具有許多生物學(xué)功能。主要包括[6]:①作為呼吸系統(tǒng)非膽堿非腎上腺神經(jīng)遞質(zhì),舒張氣道平滑肌,擴(kuò)張氣道;②在宿主防御方面,當(dāng)巨噬細(xì)胞被內(nèi)毒素或T細(xì)胞激活時(shí),產(chǎn)生大量NO及其他炎性介質(zhì),殺傷細(xì)菌及腫瘤細(xì)胞;③抑制中性粒細(xì)胞聚集,減少黏附分子表達(dá),發(fā)揮其抗炎作用;④介導(dǎo)炎癥細(xì)胞凋亡及促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生,調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的方向。也有研究認(rèn)為NO對氣道平滑肌的抗增殖作用可能成為探索未來預(yù)防氣道重構(gòu)策略的重要線索[7]。2017年 歐 洲 呼 吸 協(xié) 會(European Respiratory Society,ERS)在2005年美國胸科協(xié)會(American Thoracic Society,ATS)/ERS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,對呼出氣中的NO測定技術(shù)進(jìn)行了更新[8]。目前,呼吸水平有鼻呼出氣一氧化氮(nasal NO,nNO)、肺泡一氧化氮(alveolar exhaled NO,CaNO)、FeNO 3種,與各種疾病有關(guān)。nNO主要用于過敏性鼻炎,可用來衡量治療效果,但不能評估嚴(yán)重程度;也可用于慢性鼻竇炎,但目前未被用作診斷或預(yù)后指標(biāo)。CaNO是吸入性糖皮質(zhì)激素(inhaled corticosteroids,ICS)有效性的良好預(yù)測因子,但由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的測量技術(shù)[9],很少在普通醫(yī)療機(jī)構(gòu)中使用。FeNO在支氣管哮喘中的應(yīng)用最多,研究證實(shí),與對照組相比,哮喘患者氣道中的FeNO濃度分?jǐn)?shù)升高,是近年來一種新型的無創(chuàng)檢測技術(shù)[9]。此外,F(xiàn)eNO水平與炎癥的存在和水平密切相關(guān),經(jīng)糖皮質(zhì)激素治療后降低[1]。但有研究表明,F(xiàn)eNO對其他慢性氣道炎癥疾病也有檢測價(jià)值,其不僅可作為診斷工具,還可作為評估嚴(yán)重程度、監(jiān)測治療反應(yīng)和控制癥狀的管理工具。
支氣管哮喘是較常見的慢性疾病之一,全球約有3.58億、我國約有3 000萬哮喘患者。我國成人哮喘的患病率為1.24%,且呈逐年上升趨勢[10],已成為全球哮喘病死率較高的國家之一。哮喘會導(dǎo)致醫(yī)療的直接和間接成本大幅增加,以及死亡風(fēng)險(xiǎn)增加和生活質(zhì)量下降,特別是在難以控制的哮喘患者中[11]。哮喘主要的病理學(xué)改變是氣道慢性炎癥,而氣道炎癥水平與氣道高反應(yīng)性密切相關(guān),是出現(xiàn)臨床癥狀的根本原因[12]。
氣道炎癥的評估,特別是無創(chuàng)氣道炎癥評估方法的發(fā)展與臨床應(yīng)用,對于深入了解哮喘的病理生理改變和特征,指導(dǎo)哮喘管理,更好地控制哮喘有重要意義。而當(dāng)前研究哮喘的評估體系側(cè)重于臨床和肺功能檢查,通常用于診斷和描述哮喘,但不能提供準(zhǔn)確反映潛在異質(zhì)性炎癥通路所需的敏感性和特異性[10]。相比之下,F(xiàn)eNO濃度測定簡便易行,技術(shù)要求低,可作為哮喘診斷的補(bǔ)充工具。根據(jù)發(fā)病的免疫學(xué)機(jī)制不同及體內(nèi)輔助性T(T helper,Th)2細(xì)胞因子水平的高低,哮喘被分為2型炎癥和非2型炎癥。2型炎癥常用的生物學(xué)標(biāo)志物有誘導(dǎo)痰和外周血EOS計(jì)數(shù)、FeNO、血清免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)和骨膜素水平等[13]。研究顯示,誘導(dǎo)痰EOS檢測識別2型炎癥的準(zhǔn)確性最高,其次為FeNO和外周血EOS,最差為血清IgE和骨膜素水平[14]。哮喘患者FeNO值與痰EOS計(jì)數(shù)、支氣管活檢中EOS浸潤程度與支氣管肺泡灌洗液 (bronchoalveolar lavage fluid,BALF)EOS計(jì)數(shù)呈正相關(guān),其用于糖皮質(zhì)激素反應(yīng)性2型(T2)驅(qū)動的EOS氣道炎癥,在各種哮喘表型中與痰EOS相關(guān)(≥3%)[10]。在哮喘2型炎癥患者氣道中,iNOS通過白介素(interleukin,IL)-4和IL-13啟動的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白(signal transducer and activator of transcription,STAT)-6途徑表達(dá)。炎癥細(xì)胞如EOS和巨噬細(xì)胞也表達(dá)iNOS,導(dǎo)致哮喘2型炎癥患者的FeNO值高于健康人。研究報(bào)道,對哮喘2型炎癥患者使用抗IL-4受體鏈a抗體、抗IL-13抗體或抗IL-5抗體可減少嗜酸性炎癥;然而,盡管抗IL-4受體鏈a抗體和抗IL-13抗體降低了FeNO值,但I(xiàn)L-5抗體并未降低FeNO值[15]。Arnold等[10]研究表明,由于FeNO能夠提高哮喘的準(zhǔn)確診斷、檢測治療反應(yīng)、優(yōu)化ICS劑量和識別患者不依從性,因此其在臨床中使用有效。FeNO也可在接受生物制劑治療方面發(fā)揮作用。哮喘合并過敏性鼻炎時(shí),F(xiàn)eNO值比一般哮喘更高,因此疑診伴過敏性鼻炎的患者為哮喘時(shí),要考慮FeNO增高的因素部分來源于鼻部[16]。目前基于FeNO水平的炎癥分級,ATS推薦成人FeNO<25 ppb為基線水平(兒童20 ppb),25~50 ppb為中度炎性狀態(tài)(兒童20~35 ppb),>50 ppb為高炎性狀態(tài)(兒童>35 ppb)[13]。重癥哮喘指南推薦對于真正難治的重癥哮喘,先鑒別是否為2型炎癥哮喘,其標(biāo)準(zhǔn)為經(jīng)過高劑量ICS或全身激素治療后,F(xiàn)eNO≥20 ppb。有研究顯示,對2型炎癥重癥哮喘的治療,高FeNO水平患者可在抗IgE單抗等治療中獲得比低FeNO水平患者更好的治療反應(yīng)性[16]。在使用抗IL-4R單抗度普利尤單抗(dupilumab)治療中-重度未控制哮喘的臨床研究中,F(xiàn)eNO≥25 ppb的患者獲益顯著大于安慰劑治療,且FeNO水平越高療效越好[17]。因此,F(xiàn)eNO檢測既可作為判斷2型炎癥重癥哮喘的指標(biāo),也可作為選擇靶向治療的參考。
COPD是全球三大死亡原因之一,其中90%的死亡發(fā)生在低收入和中等收入國家[13,18]。2017年,COPD導(dǎo)致320萬人死亡,預(yù)計(jì)到2040年,每年死亡人數(shù)將達(dá)到440萬,全球患病率為10.1%[19]。COPD是一項(xiàng)重要的公共衛(wèi)生挑戰(zhàn),既可預(yù)防又可治療[20]。COPD是一種異質(zhì)性疾病,可分為慢性支氣管炎、肺氣腫和混合型或哮喘-COPD重疊(asthma-COPD overlap,ACO)等臨床表型[20-21]。其特征是外周氣道、肺實(shí)質(zhì)和肺血管中巨噬細(xì)胞增多,激活的中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞增多,包括細(xì)胞毒性T細(xì)胞(cytotoxic T cell,Tc)1、Th1細(xì)胞、Th17細(xì)胞和固有淋巴細(xì)胞(innate lymphoid cell,ILC)3。部分患者也可能有EOS、Th2或ILC2細(xì)胞的增加。這些炎癥細(xì)胞連同上皮細(xì)胞和其他結(jié)構(gòu)細(xì)胞一起釋放多種炎癥[20]。
近年來,隨著模擬肺內(nèi)NO氣體交換動力學(xué)模型的構(gòu)建,CaNO、氣道壁組織NO濃度(bronchial wall NO,CawNO)、NO彌散速率(bronchial diffusivity NO,DawNO)以及氣道室NO總通量(JawNO)等更多信息的獲取及研究的深入,F(xiàn)eNO在COPD的臨床應(yīng)用也逐漸被重視[22]。之后Yamaji等[23]證明FeNO可作為生物標(biāo)志物預(yù)測有癥狀的COPD患者接受ICS治療后癥狀和氣流受限的短期改善。FeNO作為臨床上評估氣道是否有炎性EOS出現(xiàn)的標(biāo)志性產(chǎn)物,對診斷COPD有重要作用,并且為臨床治療藥物提供重要參考依據(jù)。其可以用來滴定抗炎藥物,識別有加重風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)體。雖然CaNO是ICS有效性的良好預(yù)測因子,但很少在普通醫(yī)療機(jī)構(gòu)中使用。相比之下,F(xiàn)eNO是一種簡單、無創(chuàng)的評估2型氣道炎癥的方法。研究發(fā)現(xiàn),痰或血EOS增多的COPD患者FeNO水平顯著高于痰或血EOS少的患者,提示FeNO可作為判斷COPD EOS性氣道炎癥的良好指標(biāo)[24-25]。穩(wěn)定期非吸煙COPD患者平均FeNO值顯著高于健康人[26],但低于哮喘患者。如果COPD患者出現(xiàn)高FeNO值,可能與哮喘重疊(通過IL-4/IL-13途徑激活)。ACO患者經(jīng)ICS治療后,F(xiàn)eNO水平和誘導(dǎo)痰EOS計(jì)數(shù)均顯著降低,第1秒用力呼氣容積(forced expiratory volume in one second,F(xiàn)EV1)/用 力 肺 活 量(forced expiratory volume,F(xiàn)VC)比值顯著增加,表明FeNO也可預(yù)測ICS在ACO患者中的療效[27],ICS有望改善肺功能和癥狀。FeNO對ACO患者可能有相當(dāng)大的診斷價(jià)值,與其他哮喘診斷指標(biāo)如血清總IgE相結(jié)合時(shí),較常年吸入抗原的水平或特異性IgE對哮喘并發(fā)癥的診斷率更高[27]。因此,F(xiàn)eNO作為重復(fù)性好、便于檢測的生物指標(biāo),有助于預(yù)測ICS療效,在ACO的鑒別診斷中有重要作用。
支氣管擴(kuò)張是一種復(fù)雜的慢性呼吸系統(tǒng)疾病,我國目前尚無大規(guī)模支氣管擴(kuò)張流行病學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)。據(jù)統(tǒng)計(jì),部分COPD患者合并支氣管擴(kuò)張的比例高達(dá)30%[28]。其特征是經(jīng)常咳嗽和勞力性呼吸困難,原因包括遺傳黏液纖毛缺陷、吸入性氣道損傷、免疫缺陷狀態(tài)和既往的呼吸道感染[29]。Flume等[30]認(rèn)為,感染造成的黏膜纖毛層損傷和氣道微生物菌群的改變導(dǎo)致支氣管上皮反復(fù)或持續(xù)的損傷,使氣道易發(fā)生炎癥、微生物群改變和無法清除促進(jìn)疾病進(jìn)程的病原微生物[30]。氣道炎癥可能是由細(xì)菌、病毒、真菌或分支桿菌引起,其中銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa,Pa)的感染或定植與支氣管擴(kuò)張病情發(fā)生發(fā)展的關(guān)系尤為密切[31],Pa的檢出以及其毒力基因(pldA,exoU)的存在,會影響支氣管擴(kuò)張急性加重的頻率及預(yù)后(如肺功能較差、肺功能下降速度更快、病死率更高等)[32]。
支氣管擴(kuò)張患者癥狀的非特異性可能導(dǎo)致慢性支氣管炎、哮喘或慢性咳嗽。因此,胸部X線片是鑒別慢性咳嗽、控制不良的哮喘或反復(fù)發(fā)作的下呼吸道感染癥狀,并將其與支氣管擴(kuò)張區(qū)分開來有用的初始步驟。然而胸片有局限性,診斷靈敏度為37%~87%[29],可能無法識別支氣管擴(kuò)張的早期形式。此外,胸部計(jì)算機(jī)斷層掃描主要表現(xiàn)為支氣管內(nèi)徑與其伴行肺動脈直徑比例的變化,提供了更多關(guān)于疾病分布和程度的細(xì)節(jié),被認(rèn)為是“金標(biāo)準(zhǔn)”。研究顯示,高達(dá)1/3的支氣管擴(kuò)張患者表現(xiàn)出主要的嗜酸性而非嗜中性氣道炎癥。支氣管擴(kuò)張中高水平的FeNO與血液EOS增多、IL-13引起的炎癥和肺功能降低有關(guān)[33]。當(dāng)支氣管擴(kuò)張患者合并原發(fā)性纖毛運(yùn)動障礙(primary ciliary dyskinesia,PCD)的臨床特征時(shí),建議行FeNO測定對PCD進(jìn)行篩查,但是FeNO不能單獨(dú)用作篩查試驗(yàn),因?yàn)槟承㏄CD患者將被遺漏,需與鼻黏膜活檢、高速視頻顯微分析測定纖毛擺動頻率、投射電子顯微鏡評估纖毛超微結(jié)構(gòu)、免疫熒光檢測和基因檢測(例如動 力 臂 基 因DNAH5、DNAI1、DNAH11,輻 射 絲 頭 端 基 因RSPH4A和RHPH9)等聯(lián)合用作篩查試驗(yàn)[34]。
咳嗽是清除呼吸道分泌物、滲出物或異物的一種生理防御機(jī)制,也是常見的呼吸道癥狀。成人慢性咳嗽指咳嗽持續(xù)8周以上[35],沒有明顯的臨床和影像學(xué)證據(jù)表明存在肺部疾病的咳嗽,最常見于中年婦女。30%~50%的慢性咳嗽患者有嗜酸性氣道炎癥,咳嗽變應(yīng)性哮喘(cough variant asthma,CVA)、EOS性支氣管炎(eosinophilic bronchitis,EB)和部分過敏性鼻炎導(dǎo)致的上氣道咳嗽綜合征(upper airway cough syndrome,UACS)是其較常見的病因。其機(jī)制主要是在存在共激活因子(如上皮衍生胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素)的樹突狀細(xì)胞致敏和隨后刺激適應(yīng)性Th2細(xì)胞后,Th2細(xì)胞產(chǎn)生特征性細(xì)胞因子IL-4、IL-5和IL-13。IL-5可以促進(jìn)EOS存活和成熟,而IL-4和IL-13上調(diào)整合素、黏附因子P-選擇素和血管黏附分子-1,參與EOS的優(yōu)先內(nèi)皮黏附EOS,EOS產(chǎn)物直接導(dǎo)致上皮損傷。IL-4驅(qū)動B細(xì)胞亞型轉(zhuǎn)換和IgE合成,后者與主要有肥大細(xì)胞表達(dá)的高親和力IgE受體結(jié)合。在IgE依賴性和非依賴性激活后,肥大細(xì)胞釋放重要的效應(yīng)介質(zhì),如組胺和類胰蛋白酶,并合成類二十烷酸白三烯和前列腺素(parental guidance,PG),然后是細(xì)胞因子和趨化因子。PGD2通過激活PGD2型受體(原Th2細(xì)胞上表達(dá)的趨化劑受體同源分子)促進(jìn)T2免疫。在沒有過敏的情況下,通過激活2型ILC也會發(fā)生嗜酸性氣道炎癥。這些細(xì)胞產(chǎn)生IL-5和IL-13以響應(yīng)PGD2,上皮衍生的“警報(bào)素”IL-33、IL-25和胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素被釋放以響應(yīng)污染物和微生物對上皮的損傷[36],從而觸發(fā)咳嗽感受器。
慢性咳嗽的氣道炎癥分為EOS性氣道炎癥和非EOS性炎癥(包括中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等),前者見于CVA、EB。FeNO作為反映下氣道炎癥的新型生物標(biāo)志物,與誘導(dǎo)痰中EOS比例呈正相關(guān),近年來已逐漸應(yīng)用于CVA、EB等慢性咳嗽的病因輔助診斷和治療指導(dǎo)[16]。薈萃分析表明FeNO對預(yù)測慢性咳嗽患者CVA具有中等診斷價(jià)值,曲線下面積(area under curve,AUC)為0.87,診斷特異度為85%,靈敏度為72%[16]。在多數(shù)研究中發(fā)現(xiàn),CVA患者FeNO水平(41~61 ppb)高于EB患者(31~35 ppb),表明兩者氣道炎癥程度有一定差異,可能與下氣道上皮受累的范圍相關(guān)[37]。當(dāng)CVA合并過敏性鼻炎時(shí),F(xiàn)eNO水平會更高[38]。此外,慢性咳嗽常見病因中CVA、EB、變應(yīng)性咳嗽對ICS治療反應(yīng)性好,統(tǒng)稱為激素敏感性咳嗽。在不同研究中,F(xiàn)eNO用于診斷激素敏感性咳嗽的臨界值差異從22~58 ppb不等[39],因此FeNO值正常也不能完全排除患者對ICS或白三烯受體拮抗劑治療有效。在慢性咳嗽中,F(xiàn)eNO值超過30/10億提示嗜酸性氣道炎癥,F(xiàn)eNO是一種簡單、快速的檢測,不需要實(shí)驗(yàn)室支持,因此比誘導(dǎo)痰細(xì)胞分析更廣泛地被采用[40]。
DPB于20世紀(jì)60年代中期首次在日本發(fā)現(xiàn),被稱為進(jìn)行性、最終致命性、病因不明的呼吸系統(tǒng)疾病。DPB是罕見的復(fù)雜遺傳病,主要影響東亞人,與特異性人類白細(xì)胞抗原(human leukocyte antigen,HLA)密切相關(guān),在日本和韓國患者中單倍型與該病的發(fā)展有關(guān)[41]。其特征是呼吸性細(xì)支氣管炎和竇道支氣管感染,80%以上患者患有慢性鼻竇炎,通常比下呼吸道癥狀早幾年出現(xiàn),如果不及時(shí)治療,DPB將發(fā)展為支氣管擴(kuò)張、呼吸衰竭并最終死亡[42]。研究表明,日本人DPB與HLA-B54相關(guān),韓國人DPB與HLA-A11相關(guān),這種不均勻分布考慮可能與位于HLA-A和HLA-B位點(diǎn)之間的遺傳易感性高度相關(guān)[42],但其發(fā)病機(jī)制仍不明確。在組織病理學(xué)中,該病唯一的特點(diǎn)是累及呼吸細(xì)支氣管的CD8+淋巴漿細(xì)胞性炎癥和濾泡巨噬細(xì)胞在肺泡間質(zhì)積聚。DPB通常與銅綠假單胞菌、流感嗜血桿菌、肺炎克雷伯菌等感染有關(guān)。其中銅綠假單胞菌可引起強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng),導(dǎo)致持續(xù)的氣道炎癥和氣道結(jié)構(gòu)損傷[43]。
DPB是以Th1細(xì)胞為主的氣道慢性炎癥性疾病,影響遠(yuǎn)端氣道,主要是呼吸性細(xì)支氣管和肺泡之間的過渡區(qū)[44]。其常用的輔助檢查為胸部計(jì)算機(jī)斷層掃描及肺功能檢查。DPB易與COPD、支氣管哮喘、支氣管擴(kuò)張等慢性氣道疾病相混淆,容易在臨床診斷中誤診或漏診[42]。且DPB可與支氣管擴(kuò)張同時(shí)發(fā)生,或進(jìn)展為晚期支氣管擴(kuò)張,被認(rèn)為是更嚴(yán)重的綜合征[44]。據(jù)一病例分析報(bào)道,低劑量大環(huán)內(nèi)酯類藥物可迅速減輕癥狀,改善影像學(xué)表現(xiàn)和肺功能,然而會導(dǎo)致嗜酸性氣道炎癥短暫惡化,使FeNO水平升高[45]。因此,F(xiàn)eNO濃度變化有助于在臨床診療中與其他慢性氣道疾病加以鑒別。
綜上所述,F(xiàn)eNO濃度測定在慢性氣道炎癥性疾病的診斷、治療及預(yù)后判斷中具有重要作用,可以考慮通過測定患者FeNO濃度變化,以明確診斷或鑒別診斷慢性氣道炎癥性疾病,并有助于后期制定診療方案。但是,部分慢性氣道疾病病因及發(fā)病機(jī)制仍不明確,尚需進(jìn)一步研究以證實(shí)FeNO在此類疾病中的作用。