張永紅，和 平，劉 原，吳媛媛，李鳳娟，孫秀珍(西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院呼吸科,西安 710004; 通訊作者,E-mail:doc-ly@sohu.com)

8-異前列腺素F2α是慢性阻塞性肺疾病的潛在生物學(xué)標(biāo)志

張永紅，和 平，劉 原，吳媛媛，李鳳娟，孫秀珍*
(西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院呼吸科,西安 710004;*通訊作者,E-mail:doc-ly@sohu.com)

目的 探討血漿8-異前列腺素F2α是否是評(píng)價(jià)慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary diseases,COPD)疾病狀態(tài)的生物標(biāo)志物。 方法 檢測血漿8-異前列腺素F2α在慢性阻塞性肺疾病急性加重期(acute exacerbation of COPD,AECOPD)(n=41),慢性阻塞性肺疾病穩(wěn)定期(stable COPD,SCOPD)(n=49)和健康對(duì)照(n=36)三組研究對(duì)象的水平,分析吸煙對(duì)血漿8-異前列腺素F2α的影響以及AECOPD患者治療前后血漿8-異前列腺素F2α的變化。 結(jié)果 SCOPD組的血漿8-異前列腺素F2α水平較健康對(duì)照組明顯升高(P<0.05),AECOPD組血漿8-異前列腺素F2α水平較SCOPD組進(jìn)一步增高(P<0.05)。在SCOPD組和健康對(duì)照組中,吸煙組的血漿8-異前列腺素F2α水平較不吸煙組高(P<0.05);在AECOPD組,吸煙與非吸煙之間8-異前列腺素F2α水平并沒有顯著差異(P=0.07),AECOPD經(jīng)住院治療后患者血漿8-異前列腺素F2α水平顯著下降(P<0.05)。 結(jié)論 血漿8-異前列腺素F2α可能是慢性阻塞性肺疾病的潛在生物學(xué)標(biāo)志,有助于療效判斷。

慢性阻塞性肺疾??； 8-異前列腺素F2α； 氧化應(yīng)激

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是有害顆粒和有害氣體引起的肺部慢性炎癥,導(dǎo)致肺部結(jié)構(gòu)重塑性疾病,其特征為不完全可逆的氣流受限[1]。流行病學(xué)資料提示COPD已位居世界死亡原因的第4位,世界衛(wèi)生組織預(yù)測至2020年COPD將成為世界疾病經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的第5位[2]。目前,COPD的發(fā)病機(jī)制尚未完全清楚,研究表明過度炎癥反應(yīng),蛋白酶與抗蛋白酶失衡,氧化應(yīng)激反應(yīng)是COPD 重要的發(fā)病機(jī)制[3]。氧化和抗氧化失衡是導(dǎo)致COPD肺部損傷的重要原因之一,過量的氧自由基可從多個(gè)方面參與COPD病理生理過程,如破壞蛋白酶抑制劑,增強(qiáng)蛋白酶的活性,刺激炎癥因子的表達(dá),氧化細(xì)胞膜不飽和脂肪酸等[4,5]。因此,氧自由基可作為COPD患者病情程度、進(jìn)展及急性發(fā)作的生物學(xué)標(biāo)志物。

8-異前列腺素F2α是氧自由基介導(dǎo)的磷脂酶A2原位裂解細(xì)胞膜磷脂花生四烯酸產(chǎn)生并釋放的前列腺素類似物。廣泛分布于體液和尿液中,其水平不受飲食等因素的影響,是評(píng)估體內(nèi)氧化應(yīng)激最主要的生物標(biāo)志物之一[6,7]。研究表明8-異前列腺素F2α是冠心病[8]、糖尿病[9,10]、自身免疫性疾病[11]以及惡性腫瘤[12]的重要生物學(xué)標(biāo)志。本研究擬探討血漿8-異前列腺素F2α是否是評(píng)價(jià)COPD的潛在生物標(biāo)志物。

1 研究對(duì)象和方法

1.1 研究對(duì)象

按自愿參與的原則，收集2010-06～2012-06西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科慢性阻塞性肺疾病急性加重住院患者和門診隨診的慢性阻塞性肺疾病穩(wěn)定期患者以及體檢中心健康體檢者。收集并記錄研究對(duì)象的主診斷、次要診斷、病史、吸煙史。慢性阻塞性肺疾病的診斷標(biāo)準(zhǔn):吸入200 μg沙丁胺醇支氣管舒張劑后FEV1/FVC<70%，并排除支氣管哮喘、支氣管擴(kuò)張等其他呼吸系統(tǒng)疾病,慢性阻塞性肺疾病合并心血管疾病、惡性腫瘤、高脂血癥、糖尿病、自身免疫性疾病的患者，以及近2周全身使用過糖皮質(zhì)激素以及免疫抑制劑影響氧化應(yīng)激的疾病患者均除外。全部患者均同意參加本研究，并簽署知情同意書。慢性阻塞性肺疾病急性加重根據(jù)2010年COPD GOLD指南定義為:在慢性阻塞性肺疾病過程中，呼吸系統(tǒng)癥狀(咳嗽咳痰氣短和或喘息)急劇惡化，變化超出日常的變異，需要調(diào)整藥物治療方案。臨床緩解標(biāo)準(zhǔn)為:咳嗽、咳痰、呼吸困難癥狀明顯好轉(zhuǎn)，肺部干、濕啰音消失,運(yùn)動(dòng)耐量增加，經(jīng)評(píng)估達(dá)到出院標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 血樣采集

慢性阻塞性肺疾病穩(wěn)定期患者以及健康研究對(duì)象采血一次。慢性阻塞性肺疾病急性加重患者采血兩次,患者入院第2天采晨起靜脈血,經(jīng)治療病情緩解出院前晨起再次采靜脈血。采取的血樣于乙二胺四乙酸抗凝試管,4 ℃,2 500g離心15 min,取上清血漿,加入終濃度為5 mmol/L二丁基羥基甲苯保存于-80 ℃冰箱待檢測。

1.3 血漿8-異前列腺素F2α檢測

血漿8-異前列腺素F2α采用雙抗體夾心酶聯(lián)免疫法(ELISA) 測定其水平,嚴(yán)格按照說明書操作,試劑盒購置于美國Cayman公司。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS13.0軟件,正態(tài)分布資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,非正態(tài)分布資料以中位數(shù)(最小值-最大值)表示。兩組均數(shù)比較采用獨(dú)立樣t檢驗(yàn)或Mann-WhitneyU檢驗(yàn),AECOPD治療前后比較用配對(duì)t檢驗(yàn); 多組比較用方差分析或Kruskal-WallisH檢驗(yàn);計(jì)數(shù)資料用χ2檢查,P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 研究對(duì)象的一般情況

AECOPD組,SCOPD組和健康對(duì)照組的年齡分布無顯著差異。健康對(duì)照者的BMI較SCOPD組和AECOPD組略高。AECOPD組和 SCOPD組的男性比例較健康對(duì)照組高,AECOPD組的吸煙暴露最高,其次是SCOPD組,最后是健康對(duì)照。SCOPD組和AECOPD組的肺功能的參數(shù)較健康對(duì)照組差(見表1)。

表1 三組研究對(duì)象的基本資料

Table 1 The basic information about the study subjects

組別性別(男/女)年齡(歲)體重指數(shù)(kg/m2)吸煙狀態(tài)(吸煙/戒煙/不吸煙)FEV1(%)FEV1/FVC健康對(duì)照組36(19/17)61(46-82)26 1(15 3-47 6)8/2/26107 2±19 979 2(70 1-98 1)SCOPD組49(37/12)?65(36-78)23 8(15 4-37 9)?16/4/29?72 1±23 7?61 7(26 8-69 8)?AECOPD組41(34/7)?#65(44-81)24 0(13 1-34 6)?20/4/17?#51 0±20 0?#44．6(24．3-65．8)?#

FEV1(forced expiratory volume in one second):1 s用力呼氣容積;FVC(forced vital capacity):用力肺活量；與健康對(duì)照組比較,*P< 0.05,;與 SCOPD組比較,#P< 0.05

2.2 三組血漿8-異前列腺素F2α的水平比較

AECOPD組的血漿8-異前列腺素F2α水平最高為(113.8±20.3)pg/ml,其次是SCOPD為(71.4±15.1)pg/ml,最后是健康對(duì)照組為(43.9±11.3)pg/ml,三組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,見圖2)。

2.3 三組研究對(duì)象中吸煙與不吸煙者血漿8-異前列腺素F2α的水平比較

AECOPD組吸煙者較非吸煙者血漿8-異前列腺素F2α無明顯差異,健康組和SCOPD組表現(xiàn)為吸煙者較非吸煙者的8-異前列腺素F2α顯著升高(見表2)。

2.4 AECOPD患者治療前后8-異前列腺素F2α水平變化

AECOPD 治療前血漿8-異前列腺素F2α水平為(113.8±20.3)pg/ml,經(jīng)吸氧、抗感染、化痰、平喘等常規(guī)治療后,臨床癥狀緩解,血漿8-異前列腺素F2α降低為(86.3±18.4)pg/ml,AECOPD患者治療后血漿8-異前列腺素F2α水平下降明顯,具有顯著差異 (P<0.05，見圖2)。

與健康對(duì)照組比較,*P< 0.05,;與 SCOPD組比較,#P<0.05圖1 三組研究對(duì)象血漿8-異前列腺素F2α的水平Figure 1 Plasma 8-iso-prostaglandin F2α levels in three groups

表2 在三組研究對(duì)象中吸煙和不吸煙組8-異前列腺素F2α (pg/ml)

Table 2 Comparison of plasma 8-iso-prostaglandin F2α levels between smoking group and non-smoking group (pg/ml)

分組健康對(duì)照SCOPD組AECOPD組n8-異前列腺素F2αn8-異前列腺素F2αn8-異前列腺素F2α非吸煙1034 1±12 72063 5±14 924108 1±18 2吸煙2651 6±15 1?2984 7±16 3?17121 2±23 1

與非吸煙組比較,*P< 0.05

與治療前比較,*P<0.05圖2 AECOPD 患者治療前后血漿8-異前列腺素F2α的變化Figure 2 The change of plasma 8-iso-prostaglandin F2α levels in AECOPD patients before and after treatment

3 討論

COPD是多種因素參與并導(dǎo)致小氣道慢性炎癥以及狹窄和肺泡壁破壞(肺氣腫)。COPD的具體發(fā)病機(jī)制仍不完全清楚,其主要發(fā)病機(jī)制包括肺部慢性炎癥、氧化應(yīng)激以及酶-抗酶失衡。其中氧化應(yīng)激在發(fā)病機(jī)制起重要作用,氧化應(yīng)激不僅直接參與COPD的發(fā)生,而且可進(jìn)一步促進(jìn)炎癥反應(yīng)以及酶-抗酶失衡,參與COPD的發(fā)生發(fā)展[13]。自由基催化細(xì)胞膜上的花生四烯酸發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng),損傷細(xì)胞的穩(wěn)定性,產(chǎn)生多種過氧化分子,其中8-異前列腺素F2α結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,不受食物脂質(zhì)含量的影響,特異性強(qiáng),能靈敏地反映體內(nèi)氧化應(yīng)激水平,是評(píng)價(jià)氧化應(yīng)激和脂質(zhì)過氧化反應(yīng)理想的生物指標(biāo)。

本研究發(fā)現(xiàn),SCOPD患者血漿8-異前列腺素F2α水平較健康對(duì)照組明顯升高,AECOPD患者的血漿8-異前列腺素F2α水平較SCOPD患者進(jìn)一步升高。研究證實(shí)氧化應(yīng)激參與慢性阻塞性肺疾病的病理生理學(xué)過程,COPD患者血液過氧化產(chǎn)物較健康對(duì)照人群明顯升高,并隨疾病的嚴(yán)重程度而升高。8-異前列腺素F2α是氧自由基以非酶促的方式氧化細(xì)胞膜上的花生四烯酸的產(chǎn)物,其生成不依賴于環(huán)氧合酶,而是通過脂質(zhì)過氧化的方式,在體內(nèi)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且特異性強(qiáng),可靈敏地反映體內(nèi)氧化應(yīng)激水平。研究表明COPD患者尿液以及呼出氣冷凝液8-異前列腺素F2α的水平較健康對(duì)照組明顯升高,AECOPD患者的8-異前列腺素F2α水平進(jìn)一步升高[14,15]。血漿8-異前列腺素F2α可能是COPD病情分級(jí)、疾病的進(jìn)展及急性發(fā)作的重要生物學(xué)標(biāo)志物。

在SCOPD患者和健康對(duì)照組中吸煙者的血漿8-異前列腺素F2α水平較不吸煙者高,在AECOPD組吸煙與非吸煙者之間并沒有顯著變化,AECOPD患者經(jīng)住院治療后血漿8-異前列腺素F2α水平顯著下降。吸煙是COPD的高危因素,煙霧中含有4 000種化學(xué)物質(zhì),其中包括大量的氧自由基,增加肺部氧化應(yīng)激負(fù)荷,吸煙亦可促進(jìn)肺部炎癥細(xì)胞氧自由基的生成和釋放,進(jìn)而促進(jìn)8-異前列腺素F2α的生成和釋放[16]。在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化心臟病患者的研究發(fā)現(xiàn),吸煙提高8-異前列腺素F2α的水平,激活血小板,增加冠心病的不良事件[17]。本研究發(fā)現(xiàn),在SCOPD患者和健康對(duì)照中,吸煙組的血漿8-異前列腺素F2α水平較不吸煙組高,而在AECOPD患者吸煙與非吸煙之間并沒有顯著變化。AECOPD患者主要表現(xiàn)為氣道炎癥反應(yīng)加劇,氧化應(yīng)激增高[18]。COPD患者急性加重期,絕大多數(shù)患者由于病情加重以及住院期間暫停吸煙,吸煙在AECOPD急性加重過程中不是重要因素,肺部感染以及其他因素在AECOPD的發(fā)病過程也起著重要的作用[19]。

[1] Decramer M,Janssens W,Miravitlles M.Chronic obstructive pulmonary disease[J].Lancet,2012,379(9823):1341-1351.

[2] Lopez AD,Murray CC.The global burden of disease,1990-2020[J].Nat Med,1998,4(11):1241-1243.

[3] Fischer BM,Pavlisko E,Voynow JA.Pathogenic triad in copd:oxidative stress,protease-antiprotease imbalance,and inflammation[J].Int J Chron Obstruct Pulmon Dis,2011,6:413-421.

[4] Matera MG,Calzetta L,Cazzola M.Oxidation pathway and exacerbations in copd:the role of nac[J].Expert Rev Respir Med,2016,10(1):89-97.

[5] Antus B,Kardos Z.Oxidative stress in COPD:molecular background and clinical monitoring[J].Curr Med Chem,2015,22(5):627-650.

[6] Van’t Erve TJ,Lih FB,Jelsema C,etal.Reinterpreting the best biomarker of oxidative stress:The 8-Iso-Prostaglandin F2alpha/Prostaglandin F2alpha ratio shows complex origins of lipid peroxidation biomarkers in animal models[J].Free Radic Biol Med,2016,95:65-73.

[7] Zimet Z,Bilban M,Marc Malovrh M,etal.8-Isoprostane as oxidative stress marker in coal mine workers[J].Biomed Environ Sci,2016,29(8):589-593.

[8] Basarici I,Altekin RE,Demir I,etal.Urinary 8-isoprostane levels can indicate the presence,severity and extent of angiographic coronary artery disease[J].Acta Cardiol,2008,63(4):415-422.

[9] Costabile G,Della Pepa G,Bozzetto L,etal.Urine 8-Isoprostane in relation to adiposity and insulin resistance in individuals at high cardiometabolic risk[J].Metab Syndr Relat Disord,2015,13(4):187-191.

[10] Nakhjavani M,Ghazizadeh Z,Nargesi AA,etal.Prostaglandin F2 alpha plasma concentration predicts glycemic control and oxidation status in patients with type 2 diabetes mellitus[J].Clin Lab,2014,60(12):2073-2080.

[11] Sciascia S,Roccatello D,Bertero MT,etal.8-isoprostane,prostaglandin E2,C-Reactive protein and serum amyloid a as markers of inflammation and oxidative stress in antiphospholipid syndrome:a pilot study[J].Inflamm Res,2012,61(8):809-816.

[12] Barocas DA,Motley S,Cookson MS,etal.Oxidative stress mea-sured by urine F2-isoprostane level is associated with prostate cancer [J].J Urol.2011,185(6):2102-2107.

[13] Rahman I,Macnee W.Antioxidant pharmacologial therapies for COPD[J].Curr Opin Pharmacol,2012,12(3):256-265.

[14] Biernacki W,Kharitonov S,Barnes P.Increased leukotriene B4 and 8-isoprostane in exhaled breath condensate of patients with exacerbations of copd[J].Thorax,2003,58(4):294-298.

[15] Pratico D,Basili S,Vieri M,etal.Chronic obstructive pulmonary disease is associated with an increase in urinary levels of isoprostane F2alpha-Iii,an index of oxidant stress[J].Am J Respir Crit Care Med,1998,158(6):1709-1714.

[16] Kammerl IE,Dann A,Mossina A,etal.Impairment of immunoproteasome function by cigarette smoke and in chronic obstructive pulmonary disease[J].Am J Respir Crit Care Med,2016,193(11):1230-1241.

[17] Ludicke F,Magnette J,Baker G,etal.A Japanese cross-sectional multicentre study of biomarkers associated with cardiovascular disease in smokers and non-smokers[J].Biomarkers,2015,20(6-7):411-421.

[18] Faner R,Sobradillo P,Noguera A,etal.The inflammasome pathway in stable copd and acute exacerbations[J].ERJ Open Res,2016,2(3):2-11.

[19] Zeng G,Sun B,Zhong N.Non-smoking-related chronic obstructive pulmonary disease:a neglected entity?[J].Respirology,2012,17(6):908-912.

The plasma 8-iso-prostaglandin F2α is a potential biomarker for the evaluation of COPD

ZHANG Yonghong，HE Ping，LIU Yuan，WU Yuanyuan，LI Fengjuan，SUN Xiuzhen*
(DepartmentofRespiratoryMedicine,SecondAffiliatedHospitalofMedicalCollege,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710004,China;*Correspondingauthor,E-mail:doc-ly@sohu.com)

ObjectiveTo explore the value of 8-iso-prostaglandin F2α as a potential biomarker in the assessment of chronic obstructive pulmonary diseases(COPD).MethodsPlasma 8-iso-prostaglandin F2α levels were detected in 41 cases of acute exacerbation of COPD(AECOPD),49 cases of stable COPD(SCOPD) and 36 healthy controls.Effect of smoking on plasma 8-iso-prostaglandinF2α levels was observed,and changes of plasma 8-iso-prostaglandin F2α were detected in patients with AECOPD before and after treatment.ResultsPlasma 8-iso-prostaglandin F2α level was significantly higher in COPD patients than that of healthy controls(P<0.05).Plasma 8-iso-prostaglandin F2α level was higher in AECOPD patients than that of SCOPD(P<0.05).Level of 8-iso-prostaglandin F2α was higher in smoking group than that of no-smoking group in SCOPD patients and healthy controls(P<0.05),but there was no significant difference of plasma 8-iso-prostaglandin F2α level between smoking group and non-smoking group in AECOPD patients(P=0.07).There was a significant decline of plasma 8-iso-prostaglandin F2α level in AECOPD patients after treatment (P<0.05).ConclusionThe 8-iso-prostaglandin F2α may be a potential biomarker of COPD,which can contribute to the therapeutic evaluation.

chronic obstructive pulmonary disease； 8-iso-prostaglandin F2α； oxidative stress

張永紅,男,1981-03生,博士,助理研究員,E-mail:zyh420989344@126.com

2016-11-21

R563

A

1007-6611(2017)05-0450-04

10.13753/j.issn.1007-6611.2017.05.010