呼出气一氧化氮在慢性阻塞性肺疾病中的应用进展

李静雯 胡系伟 董敏 李天楠

(贵州医科大学，贵州 贵阳 550004)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease)简称慢阻肺，是一种常见的以持续性呼吸道症状和气流受限为主要特征的可防可治的疾病[1]。慢阻肺的发病机制主要是慢性炎症反应、蛋白酶和抗蛋白酶失衡、氧化抗氧化失衡及气道重塑等，其中慢性气道炎症起着重要作用。慢阻肺患者周期性地伴有急性加重，会导致肺功能进行性下降，该病不仅影响肺，也可以引起显著的全身反应，最终发展为呼吸衰竭和慢性肺源性心脏病[2]。因此，快速准确的确定气道炎症的严重程度，控制慢阻肺急性加重是管理慢阻肺最关健的一环。2017年《慢性阻塞性肺疾病全球倡议》(GOLD)一大重要变化就是明确了关于急性加重风险的生物标志物—一嗜酸性粒细胞计数[1]。以往确定气道炎症的方法有支气管黏膜活检及支气管肺泡灌洗，但由于这两种方法为有创性操作，在病人接受程度、操作性及重复性方面都难以普遍实施[3]。后又出现诱导痰细胞学检查及呼出气冷凝液等方法，其中前者虽操作过程简单，但费时耗工，缺少标准流程，操作过程不容易进行治疗控制；后者由于介质浓度很低，且不稳定，需要采用特殊的检测设备[4]。综上所述，限制了两项技术在临床上的广泛应用。近年来有研究表明，呼出气一氧化氮(fractional exhaled nitric oxide，FeNO)与气道嗜酸性粒细胞正相关[5-6]。FeNO是一种新型、无创、检测方便的生物标志物，目前已在支气管哮喘的诊断、评估和治疗中推广应用[4]。但FeNO在慢阻肺中的研究仍然较少，本文对FeNO在慢阻肺中的应用进行综述。

1 FeNO相关知识

(1)FeNO来源：1980年，Fruchgott和Zawadzk[7]首先提出一氧化氮的作用，并发表在《自然》杂志上。并于1998年因此项研究获得诺贝尔医学奖。一氧化氮(nitric oxide，NO)作为一种气体分子，因其表达于气道而受到广泛关注。一氧化氮是一种机体产生的内源性生物调节因子，具有舒张支气管、参与神经传递、扩张血管和调节炎症介质等许多生物活性[4]。一氧化氮是巨噬细胞和上皮细胞在一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)的作用下，以左旋精氨酸为底物氧化合成。人体NOS按其来源可分为来源于内皮细胞的内皮型NOS(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)，来源于神经元的神经元型NOS(neurogenic nitric oxide synthase，nNOS)，以及来源于巨噬细胞、中性粒细胞的诱导型NOS(inducible nitric oxide synthase，iNOS)。在气道炎症中，iNOS起主要作用，iNOS的生成只有在各种炎性因子的刺激下才会缓慢大量表达[8-9]。内源性一氧化氮主要来源于呼吸系统，包括传导性气道、鼻腔、口腔及肺脏等，这些组织中包含呼吸道中能够生成一氧化氮的肺组织、细胞，支气管上皮、血管内皮、肺泡和肺间质巨噬细胞，甚至支气管分支内的细菌也能产生极少的一氧化氮。研究人员曾报道，在对支气管哮喘患者行支气管镜或气管插管时，发现大量NO来源于小气道。虽然FeNO的来源尚有争议，但可以肯定的是，FeNO最有可能由上皮细胞而不是内皮细胞产生，由气道上皮细胞而非肺泡细胞产生[10]。(2)FeNO测定及评价指标：可以通过多种方法检测生物体中的FeNO，包括化学发光法、分光光度法(Griess法)、荧光法(DNA法)及电化学法，其中电化学法操作简便、误差小，是目前最常用的测量方法。受检者采取坐位，检查前安静休息5 min后，尽量呼出肺部气体，吸气后用嘴含紧一氧化氮测量仪的口器，以恒定流速度约(50±2.5) mL/s，用力呼气达肺总量，测量结果以ppb表示[4]。2005年美国胸科协会与欧洲呼吸学会联合制定了FeNO的检测标准及哮喘诊治指南。2011年美国胸科协会指南推荐FeNO作为气道嗜酸性粒细胞炎症的标志物。2014年FeNO欧洲共识指出：基于目前已有数据，建议诊断使用的判断切点为：高水平>35～50 ppb，低水平<15～25 ppb[11]。2015年《全球哮喘防治创议》(GINA)[12]指出，包括中国人在内的FeNO正常值范围为2～200 ppb，但90%是5～25 ppb。指南推荐基于FeNO切点与变化率，并非正常值的规范化诊疗。常见呼吸病炎症分成非嗜酸性与嗜酸性炎症两个切点，其中非嗜酸性炎症(成人<25 ppb，低值)，嗜酸性炎症(成人：25～50 ppb或>50 ppb，高值)。在慢阻肺患者中，FeNO水平尚存在争议，但多数研究结果显示稳定期慢阻肺患者FeNO水平不升高[13]或轻到重度升高[14]。(3)FeNO影响因素：FeNO受多种个人因素的影响，Olin等[15]研究发现64岁以上人群比35～44岁人群的FeNO值高40%，有学者[16]也证实60岁以上的年龄对FeNO的影响更大。而另一项针对不吸烟的健康成年人的研究发现FeNO值存在性别差异[17]。此外，FeNO值与身高有一定的相关性[15，18]。除个人因素外，解读FeNO时还应考虑多种外在因素，包括吸烟、病毒感染、剧烈运动、摄入含氮食物、空气污染、接触过敏原，其中前三项对FeNO影响较大[19]。2014年呼出气一氧化氮欧洲共识指出：吸烟使FeNO降低30%～60%下降值，取决于吸烟量；病毒感染使FeNO增加50%～150%；摄入含氮食物(例如生菜、菠菜等)，使FeNO增加40～60%。其他大多数外在因素对临床影响较小[11]。因此受试者需在检测前4 h内禁酒，2 h内禁食含硝酸盐食物，1 h内禁水、禁食、禁止吸烟、避免剧烈运动，以免影响检测结果[4]。

2 FeNO与慢阻肺

(1)FeNO与慢阻肺的诊断及鉴别诊断：GOLD(2017版)[1]中指出慢阻肺的诊断标准为：任何存在呼吸困难、慢性咳嗽或咳痰并伴有/或具有微信因素暴露史的患者，都应考虑慢阻肺的诊断。确诊需要通过肺通气功能检测(吸入支气管舒张剂后第1 s用力呼气量(forced expiratory volume in first second，FEV1)/用力肺活量(forced vital capacity，FVC)<0.7)。针对这个标准，中国学者[20]提出如果长期危险因素暴露史(如吸烟、使用生物燃料烹调、长期暴露于炎症空气污染的环境下)，其通气功能检验符合慢阻肺的标准，无论有无症状，都应该诊断为慢阻肺。但是在临床上，部分患者有合并症存在，诊断及鉴别诊断就会出现困难。哮喘和慢阻肺是常见的慢性气道炎症性疾病，流行病学显示约20%的慢阻肺患者同时合并哮喘，2017GINA指南[21]推荐描述具有哮喘和慢阻肺共同疾病为哮喘-慢阻肺重叠(Asthma-COPD Overlap ACO)。由于上述两种疾病症状相似，互相重叠，单用肺功能检查不易鉴别，而且ACO尚无明确定义和诊断标准。Ding等[22]研究指出：FeNO大于50 ppb，诊断为哮喘；FeNO在25～50 ppb之间，诊断为ACO；FeNO小于25 ppb，诊断为慢阻肺；但此研究结果尚未得到一致认可。有学者[23]通过测量FeNO来评估慢阻肺患者中ACO患病率，其中FeNO>25 ppb的患者占36.9%，FeNO>50 ppb的患者占5.1%，以=35 ppb为切点评估ACO患者患病率为16.3%。有学者[24]研究结果表明，FeNO检测可辅助鉴别慢阻肺患者表型，该研究将慢阻肺患者分为非频繁急性加重，频繁急性加重肺气肿型，频繁急性加重支气管炎型，以及ACOS四型，其中ACOS组FeNO水平显著高于其余三型，且以FeNO大于50 ppb为切点。因此，对于诊断不明的慢性气道炎症性疾病，可辅助测定FeNO加以鉴别。(2)FeNO与慢阻肺并发症：慢阻肺是一种慢性全身性炎症性疾病，随病情进展，慢阻肺可能出现多种并发症，其中最常见的并发症为肺动脉高压、慢性肺源性心脏病及呼吸衰竭。慢阻肺的病理生理改变，导致阻塞性通气功能障碍、限制性通气功能障碍、通气/血流失调，肺换气功能障碍，进一步出现低氧血症和高碳酸血症，发生呼吸衰竭。其中低氧作用于肺血管平滑肌细胞膜，使内皮衍生的收缩因子如内皮素I合成增加，而内皮衍生的舒张因子如一氧化氮和降钙素产生和释放减少。加上二氧化碳潴留，使血中的氢离子增高，均可加重肺动脉高压。肺血管结构重建，使肺血管顺应性下降，管腔变窄，血管阻力增加。慢性炎症使肺血管重构，肺血管数量减少，肺微动脉中原位血栓形成，均可加重肺动脉高压[25]。血管舒张因子一氧化碳的生物利用度降低、信号通路受损在肺动脉高压发病机制中起重要作用。研究显示在一定呼气流速情况下，慢阻肺合并肺动脉高压患者FeNO水平较对照组的降低[26-27]。另有研究[28]表明，支气管肺泡灌洗液及尿液排出的一氧化氮产物也相应减少，可能由于血管内皮细胞血管和支气管平滑肌，气道上皮细胞等释放，一氧化氮逐渐减少所致。针对一氧化氮减少，许多在学者在治疗肺动脉高压方面，进行多种尝试及探索。有学者[28]用内皮素受体拮抗剂波生坦，可逆转上述病理改变，表明内皮素可能具有抑制内源性一氧化氮活性的作用。有学者[29]经前列环素及内皮素受体拮抗剂等血管舒张因子治疗后，慢阻肺合并肺动脉高压患者的FeNO水平升高。有学者[30]研究发现肺动脉高压患者血液和唾液中的亚硝酸盐含量高于正常水平，作为一氧化氮代谢产物的亚硝酸盐，被认为是一氧化氮血管内的储存形式，在缺氧条件下，可重新转化为一氧化氮，弥补内源性的一氧化氮不足，亚硝酸盐治疗肺动脉高压已在动物试验和早期的临床试验中得到证实。有学者[31]的报道，发现吸入低流量一氧化氮可使肺血管阻力和循环总阻力明显降低，进而使右心功能得到明显改善。(3)FeNO与慢阻肺的防治：慢阻肺的病程可分为：(1)急性加重期和稳定期[32]。慢阻肺患者每年平均发生约0.5～3.5次的急性加重，急性加重是慢阻肺患者死亡的重要原因也是慢阻肺患者医疗费用的主要支出部分，因此治疗慢阻肺主要是控制和预防慢阻肺急性加重[33]，如何预测并及早干预慢阻肺的急性加重，一直是慢阻肺管理的难点和重度。国外最新的一项大样本随访研究显示[34]，无论慢阻肺患者既往使用ICS、吸烟史或既往慢阻肺急性加重史如何，FeNO持续升高的患者慢阻肺急性加重的风险都更高，尤其是发生需要住院的严重慢阻肺急性加重。此研究提示，在临床上可以通过检测FeNO水平预测患者慢阻肺急性加重风险。另相关文献指出，不推荐症状结合肺功能的慢性气道疾病防治策略，因为长期以来这种管理方案并没有降低发病率与致死率，反而逐年上升，提出气道炎症结合肺功能的精准医疗管理，从气道炎症与气流受限两个维度对慢性呼吸道疾病进行精准诊疗[35-36]。多项研究证实，在慢阻肺急性加重患者中，FeNO较稳定期患者升高，经治疗后，FeNO水平下降，但需数月才能恢复至健康对照者水平[37]。FeNO不仅能反映疾病的急性加重状态，还与慢阻肺炎症分型及治疗相关。近年来有研究提出，根据慢阻肺患者诱导痰细胞的计数，可将慢阻肺分为4类，嗜酸性粒细胞型、中性粒细胞型、混合细胞型及粒细胞缺乏型，其中嗜酸性细胞型慢阻肺对糖皮质激素治疗反应较好[38]。有研究证实，FeNO与气道嗜酸性粒细胞有较好的相关性[6]。可用于预测慢阻肺对激素的治疗反应，Kunisaki等[39]研究发现当FeNO<25*10-9mmol/L时，患者对激素治疗不敏感。文献中指出，FeNO低提示气道炎症反应低，按需使用抗炎药物或维持抗炎药物剂量，FeNO高提示哮喘急性发作或慢阻肺急性加重风险高，需高剂量吸入糖皮质激素或口服激素治疗[35-40]。但目前尚无规范化指南，需进一步研究。

3 总 结

FeNO作为一种重复性好、便于检测的无创性生物标志物，可以反映慢阻肺患者的气道炎症情况、区分慢阻肺的表型、鉴别慢性气道疾病、防治慢阻肺急性加重、预测慢阻治疗反应及预后。基于气道炎症结合肺功能的综合管理，可作为管理慢阻肺患者的一个探索方向，其可行性需进一步临床试验研究。FeNO是对现有的慢阻肺检测技术的一个较好的补充，可望成为慢阻肺诊疗检测中的一项具有指导意义的临床辅助工具。但由于上述研究结果缺乏大规模临床试验，而且FeNO在个体中存在较大差异、易受诸多因素影响、目前尚未有统一标准等一系列问题，从而限制了FeNO在临床上的使用，还需要继续探索。