2018, Vol. 44扩展功能
文章信息
- 李星, 井弘宇, 陈立婷, 李丹, 钱东华
- LI Xing, JING Hongyu, CHEN Liting, LI Dan, QIAN Donghua
- 慢性咳嗽患者血清中IL-17、IL-33水平和FeNO浓度检测及其临床意义
- Detection of levels of serum interleukin-17, interleukin-33 and concentration of fractional exhaled nitric oxide in patients with chronic cough and its clinical significance
- 吉林大学学报(医学版), 2018, 44(01): 126-130
- Journal of Jilin University (Medicine Edition), 2018, 44(01): 126-130
- 10.13481/j.1671-587x.20180124
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文章历史
- 收稿日期: 2017-07-14
咳嗽是人体的一种自我防御反射，其主要生理作用是清除呼吸道内异常的分泌物、防止有害物质吸入，但长期咳嗽常提示伴随某些疾病。咳嗽的发生可能存在于人体各个系统疾病，其中呼吸系统疾病为咳嗽发生的最常见病因。咳嗽按照其持续时间通常可分为3类[1]：急性咳嗽(病程 < 3周)、亚急性咳嗽(病程3~8周)和慢性咳嗽(病程>8周)。急性及亚急性咳嗽多由感染性因素引起，其病程多呈自限性，经过简单治疗即可好转，而慢性咳嗽由于其症状较单一，病因复杂，经一般治疗后症状缓解程度不佳[2]，有时也会出现严重的并发症，如气胸、晕厥和心律失常。因此对慢性咳嗽的研究越来越受到重视。慢性咳嗽的发病机制复杂，现多认为免疫学机制与神经机制共同参与疾病的发生，且研究发现上述2种机制均离不开气道炎症，因此气道炎症可能是这些病因不同的咳嗽发病的相同病理基础。气道炎症的形成多与各种炎性细胞释放出的炎症性介质、细胞因子、趋化因子有密切关联。本研究旨在检测慢性咳嗽患者血清中白细胞介素17(interleukin-17, IL-17)和白细胞介素33(interleukin-33, IL-33)水平，探讨IL-17和IL-33在慢性咳嗽发病中的作用，并研究其与慢性咳嗽患者肺功能、呼出气一氧化氮(fractional exhaled nitric oxide, FeNO)浓度的关系，探讨其对慢性咳嗽气道炎症类型的预测价值。
1 资料与方法 1.1 临床资料① 慢性咳嗽组：选择在2016年1月—2017年1月就诊于吉林大学第一医院呼吸科门诊的160例患者，其中男性70例，女性90例，年龄(42.83±5.48)岁。慢性咳嗽的诊断均符合中华医学会呼吸病学分会哮喘学组制订的《咳嗽的诊断与治疗指南》[1]，患者以咳嗽为唯一或主要症状，病程大于8周，胸部X线或胸部CT检查未见明显异常；②健康对照组：随机选取2016年1月—2017年1月于本院体检中心体检的健康者60名，其中男性20名，女性40名，年龄(43.00±5.30)岁。
所有被选定患者均符合以下排除标准：①有吸烟史；②有特殊职业或粉尘等环境接触史；③胸部X线或胸部CT检查有明确病变者，有上气道咳嗽综合征和胃食管反流性咳嗽病史者；④过去4周内曾应用糖皮质激素者；⑤不能配合FeNO浓度测定或肺功能检查者；⑥患有心理疾病者，服用血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI)类药物者；⑦近6个月出现心脑血管意外、接受大手术治疗和大创伤等应激因素，已明确患有其他疾病者；⑧检查当天剧烈运动，检查前饮用酒精、咖啡等饮料，服用高硝酸盐食物者。
1.2 血清IL-17和IL-33水平检测用EDTA抗凝管采集外周空腹静脉血5mL，3000r·min-1离心30min取上清，冻存于-20℃的冰箱，应用酶联免疫吸附测定(ELISA)试剂盒严格按照操作说明检测血清中IL-17和IL-33水平。
1.3 FeNO浓度测定采用无锡尚沃医疗电子股份有限公司提供的呼出气一氧化氮分析仪测定患者FeNO浓度，严格按照该仪器操作指南进行操作，读取数值。检查前需向患者解释操作方法。
1.4 肺功能检测采用肺功能检测仪(Care Fusion Germany 234 GmbH，Master Screen)进行肺功能检测，由专业技师操作并登记。受试者均测定第一秒用力呼气容积(FEV1)、FEV1占预计值的百分比(FEV1%)。检测前均进行肺功能仪校正。实验中肺功能指标以实测值占预计值百分比(%pred)表示，以此消除年龄、性别、身高和体质量对肺功能值的影响。正常参考值：FEV1占预计值百分比>80%。
1.5 综合过敏原检测采用Germany Allergy Screen(敏筛)过敏源检测仪与阅读仪，由专业技师操作并登记。利用免疫印迹技术定量检测受检者血清中总IgE水平。按血清总IgE将患者分为总IgE < 100IU·mL-1组、总IgE为100~200IU·mL-1组和总IgE > 200IU·mL-1组。
1.6 统计学分析采用GraphPad Prism统计软件进行统计学分析。所有资料行正态检验，符合正态分布的计量资料(年龄、IL-17及IL-33水平和FEV1%)以x±s表示，计数资料(性别)用百分比(%)表示。正态分布的资料中两组间数据分析采用独立样本t检验，多组间数据比较采用单因素方差分析。不符合正态分布的计量资料(FeNO浓度)用中位数(四分位数间距)，即M(QR)来表示集中趋势和离散趋势；不符合正态分布的两个独立样本间比较采用非参数检验Mann-Whitney U检验，多个独立样本比较采用非参数检验Kruskal-wills H检验。用Spearman相关系数行等级相关性分析，用Pearson相关系数行线性相关性分析。以P < 0.05为差异有统计学意义。
2 结果 2.1 2组研究对象一般资料比较慢性咳嗽组与健康对照组研究对象年龄和性别构成比比较差异无统计学意义(P>0.05)；慢性咳嗽组患者血清IL-17和IL-33水平均高于健康对照组(P < 0.05)。见表 1。
| Group | n | Age (year) |
Male (η/%) |
IL-17 [ρB/(ng·L-1)] |
IL-33 [ρB/(ng·L-1)] |
FEV1% (η/%) |
FeNO (ppb) |
| Healthy control | 60 | 43.00± 5.30 | 33.33 | 28.14 ± 2.34 | 31.86 ± 2.66 | 82.30 ± 1.47 | 14(3) |
| Chronic cough | 160 | 42.83± 5.48 | 43.75 | 64.01 ± 4.70 | 58.06 ± 6.02 | 65.13 ± 2.16 | 67(44) |
| FeNO using median(The interquartile range). | |||||||
慢性咳嗽患者血清IL-17和IL-33水平与肺功能的相关性采用Pearson线性相关分析方法，慢性咳嗽患者血清中IL-17和IL-33水平与患者FEV1%均呈负相关关系(r=－0.6245，r=－0.6722，均P < 0.01)。慢性咳嗽患者血清中IL-17和IL-33水平与FeNO浓度相关性采用Spearman等级相关分析方法，慢性咳嗽患者血清IL-33水平与FeNO浓度呈正相关关系，FeNO浓度越高，患者血清IL-33水平越高(rs=0.758，P < 0.05)；而血清IL-17水平与FeNO浓度无相关关系(rs=0.175，P > 0.05)。见表 2。
| Research data | FEV1% | FeNO | |||
| r | P | rs | P | ||
| IL-17 | －0.6245 | < 0.01 | 0.175 | 0.356 | |
| IL-33 | －0.6722 | < 0.01 | 0.758 | 0.000 | |
通过对入选患者行综合过敏原检测，按照其总IgE水平分为总IgE < 100 IU·mL-1组(35例，21.88%)、总IgE为100~200 IU·mL-1组(45例，28.12%)和总IgE>200 IU·mL-1组(80例，50%)。在慢性咳嗽组患者中，总IgE < 100 IU·mL-1组患者FeNO浓度的几何均数(33ppb)明显低于总IgE>200 IU·mL-1组(78ppb)和总IgE为100~200 U·mL-1组(69ppb)(均P < 0.01)，后2组间比较差异无统计学意义(P=0.0824)。
3 讨论IL-17主要由Th17细胞产生，其与机体IL-17受体结合，使趋化因子表达上调，随后引起集落刺激因子(colony-stimulating factor, CSF)的分泌，同样黏附分子亦被释放，可以召募多种相关的炎性细胞，进而发挥其生物学功能。IL-17可通过丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein, MAPK)和核因子κB(nuclear factor κB, NF-κB)等信号途径，加强炎症相关因子基因的表达[3]，亦可以在炎症部位促进中性粒细胞募集，促进其活化、成熟及抑制其死亡。机体上皮细胞及成纤维母细胞经IL-17刺激后可产生CSF、白细胞介素8(interleukin-8, IL-8)和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)等，进一步表达成纤维母细胞黏附分子1(intercellular cell adhesion molecule，ICAM-1)，引起骨髓中CD34+造血细胞的增殖，进一步诱导造血干细胞分化为成熟的中性粒细胞。
本研究结果显示：慢性咳嗽患者血清IL-17水平高于健康对照组，提示IL-17在慢性咳嗽患者发病中起到一定的作用。慢性咳嗽患者血清IL-17与肺功能的相关性分析结果显示：慢性咳嗽患者血清IL-17水平与患者肺功能FEV1%呈负相关关系，提示IL-17影响患者肺功能。IL-17参与慢性咳嗽患者气道炎症的形成，诱导并促进中性粒细胞炎症趋化因子及生长因子的表达与分泌，使中性粒细胞募集及活化增多[3]；活化的中性粒细胞，一方面可降解弹性蛋白，另一方面还可以释放TNF-α、髓过氧化物酶(myeloperoxidase, MPO)和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)等介质，引起气道黏液分泌增多、气道上皮受损和细胞外基质降解，并引起气道充血水肿。McKinley等[4]研究发现：IL-17可诱导抗原提呈细胞-树突状细胞的成熟，刺激其产生IL-6和TNF，参与气道炎症。有研究[5]显示：IL-17可诱导巨噬细胞和淋巴细胞在肺泡上皮的浸润增加，并使肺泡上皮黏液分泌增多。长期慢性咳嗽导致患者上述损伤持久存在，进而引起气道结构改变，最终造成肺功能受损。
IL-33隶属于IL-1受体家族。IL-33具有广泛生物学功能，其可以表达于多种细胞表面，如Th2细胞、肥大细胞、嗜酸性粒细胞、内皮细胞和B淋巴细胞等[6-7]。在受到各种内源性和外源性因素影响，如炎症刺激、病原体感染、机械创伤、应激、吸烟和空气中变应原等因素引起细胞激活、坏死或损伤时，可出现IL-33的表达增加[8-9]。当机体受到刺激后IL-33可与其特异性受体ST2结合，激活多种炎性细胞，引起Th2类细胞因子的表达增加，加重气道黏膜的破坏及损伤[10]。
本研究通过对慢性咳嗽患者血清中IL-33的定量检测显示：慢性咳嗽患者血清中IL-33水平高于健康对照组，提示IL-33可能参与慢性咳嗽的发生。本研究还显示：IL-33与慢性咳嗽患者肺功能中FEV1%呈负相关关系，提示IL-33影响患者肺功能。有研究[11]显示：IL-33是Th2细胞的一种有效的催化剂，可促进Th2细胞分泌细胞因子和趋化因子。IL-33可促进IL-4、IL-5和IL-13等Th2细胞因子的表达，加重气道黏膜破坏[12]。IL-4是变应原炎症反应的主要参与因子，其可刺激和促进B淋巴细胞合成IgE[13]。IL-5的主要靶细胞是嗜酸性粒细胞，其可通过引起嗜酸性粒细胞浸润和聚集，使其增殖及活化能力加强，参与慢性炎症发生发展。Schmitz等[12]研究发现：给予小鼠注射IL-33可见气道黏膜存在明显的嗜酸性粒细胞浸润。反复持续的嗜酸性粒细胞性气道炎症可引起气管壁结构发生重塑性改变，导致气流阻塞，引起肺功能异常。IL-13能够增加气道黏液的分泌，诱导杯状细胞分泌黏蛋白及化生，引起上皮损伤，参与气道结构改变及高反应性的形成。因此考虑IL-33的作用机制为通过调节Th2细胞的分化，进而促进细胞因子及趋化因子的释放，长期作用加重气道炎症及气道阻力，导致患者肺功能下降[14]。
本研究结果显示：慢性咳嗽患者中FeNO浓度高的患者血清IL-33水平高于FeNO浓度低的患者，且呈正相关关系。FeNO作为新型的气道炎症检测方法，可简单、快捷和直接地评价呼吸系统疾病气道炎性反应，多项研究[15-18]提示其与支气管镜下黏膜活检及肺泡灌洗的炎性物质水平及诱导痰嗜酸性粒细胞水平存在良好的相关性。FeNO浓度的升高在临床上多提示气道存在嗜酸性粒细胞浸润引起的炎症反应，因此提示IL-33水平升高可能预测嗜酸粒细胞性气道炎症及反映其严重程度。这可能与IL-33可通过促进Th2细胞因子活化引起IL-5的释放增加有关，IL-5的主要作用是调控着嗜酸性粒细胞的产生、聚集与活化，增强嗜酸性粒细胞髓细胞复制能力，IL-33亦可诱导嗜酸性粒细胞趋化因子的表达，进而加强气道内嗜酸性粒细胞浸润的气道炎性反应。
变应原通过抗原呈递细胞引起Th2细胞的激活，激活B淋巴细胞产生特异性抗体IgE。IgE通过与肥大细胞表面的IgE受体结合，一方面引起炎性细胞释放炎性因子，导致气道炎性反应的发生；另一方面引起气道结构损伤，影响患者肺功能。总IgE水平升高反映机体呈一种特应质状态及致敏状态，本研究对入组患者行综合过敏原检测总IgE水平结果显示：慢性咳嗽患者中125例患者总IgE水平>100IU·mL-1，考虑此类患者为过敏性体质。本研究结果显示：在慢性咳嗽患者中，总IgE> 200IU·mL-1组和总IgE为100~200IU·mL-1组患者FeNO浓度的几何均数明显高于总IgE < 100IU·mL-1组患者，提示总IgE水平升高的患者其FeNO浓度也升高，进一步提示FeNO可初步反映过敏原致敏程度。慢性咳嗽患者长期咳嗽引起气道炎症及气道结构改变，本研究结果显示：慢性咳嗽组患者FeNO浓度升高，提示慢性咳嗽组患者可能均存在不同程度的嗜酸粒细胞性气道炎症。
综上所述，慢性咳嗽的发病机制多为内外源因素引起气道内浸润的多种炎性细胞释放炎症介质引起气道炎症及气道损伤，血清IL-17和IL-33可能作为一种促炎细胞因子参与慢性咳嗽患者气道炎症的形成，并加重气道阻塞。通过IL-33与FeNO联合检测可初步评价患者气道炎症类型，然而是否可通过阻断IL-17和IL-33的作用来减轻慢性咳嗽患者症状，尚有待深入研究。
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