呼出气冷凝液在COPD、哮喘、肺癌及间质性肺疾病中应用的研究进展

呼出气冷凝液在COPD、哮喘、肺癌及间质性肺疾病中应用的研究进展呼出气冷凝液（EBC）是一种新兴的呼吸道系统疾病检测方法。通过检测EBC中的实时生物标记物，以评价气道急慢性炎症、氧化应激水平。由于EBC具有无创、实时监测、简便、可重复等优点，具有良好的发展应用前景，因而可作为肺部疾病的诊断、疾病严重程度、药物疗效及预后评估，在COPD、哮喘、肺癌及间质性肺病得到广泛应用。本文对近年来EBC在COPD、哮喘、肺癌及间质性肺病中的研究做简要综述。呼吸道系统疾病是严重危害人类健康的常见病、多发病。COPD发病率和死亡率高，预计到2020年将成为全球死亡原因的第3位；肺癌死亡率高，位居于肿瘤死亡率之首；哮喘、间质性肺病严重影响患者生活质量。目前人们研究出多种下呼吸道检测方法，如纤维支气管镜黏膜组织活检、支气管肺泡灌洗液（Bronchoalveolarlavagefluid，BALF）、诱导痰等，但其有各自缺点。气管黏膜组织活检及肺泡灌洗是一种侵入性检测手段，对呼吸道有损伤，患者依从性较差，尤其是危重患者难以耐受反复有创性检测。诱导痰由于雾化吸入时对支气管有激发作用，检测不能用于重症哮喘及儿童患者，因此上述检测手段在临床上应用受到一定的限制。呼出气冷凝液（exhaledbreathcondensate，EBC）是近年来一种检测呼吸道生化成分的新技术，与传统的检测手段比较，具有安全无创、良好的可重复性、操作简易特点。EBC中主要成分包括呼吸道内衬液气溶胶化而形成的各种生物微粒、水溶性挥发性物质以及呼出气冷凝水，其中前两者占EBC总体积甚少，约为1%，但其成分却包含上千种生物微粒、蛋白物质等。人体气道内衬液中含有多种水溶性活性分子、抗氧化物，是呼吸道的防御屏障之一。一旦气道损伤及结构改变，这些生物活性分子的变化可反映气道、肺组织内微环境的变化。EBC能较好地反映气道、肺组织内衬液变化，并实时反映气道及肺组织的损伤及炎症情况，是一种很有前景的无创的肺部疾病生物标记物的来源[1]。故可用于呼吸道疾病诊断、监测及药物疗效评价。此外，EBC适用范围广，可在各种人群中得以应用，既适用于儿童患者又可用于危重症患者，而且其费用比BALF要更便宜。本文就EBC在COPD、哮喘、肺癌、间质性肺病的检测作一综述。1慢性阻塞性肺疾病慢性阻塞性肺疾病（chronicobstructivepulmonarydisease，COPD）是一种气道不完全可逆、呈进行性发展的气流受限疾病。气道、肺实质及肺血管的慢性炎症为其主要特征。COPD患者气道、肺组织慢性炎症，各种炎症细胞的聚集，并且释放各种肺损伤因子及细胞因子[2]，尤其是COPD急性发作期更明显，国内外众多学者对其EBC进行了研究。COPD患者由于中性粒细胞的趋化作用释放出白三烯B4（Leukotriene-B4，LTB4）导致了EBC中LTB4浓度升高。研究发现，AECOPD患者EBC及诱导痰中LTB4明显升高[3]。最近，Corhay等[4]研究也发现，在COPD患者中，急性加重期EBC中细粒细胞趋化活性升高，而在稳定期时下降，而LTB4在稳定期和急性加重期均发挥作用，但急性加重期是升高更明显，表明LTB4反映体内的炎症水平。α-1-抗胰蛋白酶（α-1-antitrypsin，ATT）是一种急性相关蛋白，是中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂，ATT的缺乏可能会导致早发性呼吸道症状。Koczulla等[5]对35例AECOPD患者EBC研究发现，EBC中ATT在加重期显著升高，并且可作为COPD并且加重的生物标记物。细胞因子常在炎症过程中异常表达。如炎症过程中表达IL-1、IL-4、IL-6、IL-8和TNF-α等可促进炎性细胞趋化及浸润。国外多项研究表明，这些炎性细胞因子在COPD患者EBC中水平中不同程度的升高，如Foschino等[6]发现轻度COPD患者EBC中IL-4、IL-6及TNF-α水平较健康对照显著升高，并且急性加重期较稳定期升高更明显。IL-4、IL-6及TNF-α参与的COPD气道炎症反应。COPD、哮喘等气道炎症疾中肺泡灌洗液的pH呈酸性，认为气道慢性炎症可能导致气道及肺组织呈酸化改变，气道的内源性酸化。MacNee等[7]通过测COPD患者EBC中的pH值，发现COPD急性加重患者气道内酸化明显，并且与气道炎症呈正相关。气道及肺部氧化应激过程，产生过量的氧自由基、活性氮，对气道及肺泡组织的慢性炎症及损伤有重要作用。目前对EBC中的一氧化氮（NO）研究较多，它反映气道炎症特异性较高。Antus等[8]研究发现COPD患者稳定期及急性加重期呼出气一氧化氮（FENO）较健康对照组升高，并且急性加重期升高更显著，FENO值与肺功能呈负相关[9]。COPD患者的EBC中还可检测到其他许多炎症性相关因子，如8-异前列腺烷、IL-10、H2O2等。2支气管哮喘目前对哮喘EBC中氧化应激及气道过敏性炎症标记物研究中都有所深入，但氧化应激对研究者更具吸引力。Barreto等[10]对运动性支气管痉挛儿童研究，发现氧化应激在气道高反应性起到一定的作用，EBC中8-异前列烷的浓度较健康组升高，其浓度与哮喘严重程度呈正相关，并且与哮喘发作次数及氧化应激呈正相关[11]。EBC中8-异前列烷的浓度呈显著季节性改变，氧化应激与小儿气道炎症密切相关[12]。表明8-异前列烷可以作为哮喘生物标记物，还作为评估病情严重程度的指标之一。但是，最近Sood等[13]的研究却持有不同的观点，通过对哮喘过敏原诱发的支气管激发评价EBC的8-异前列烷的浓度，发现在轻度哮喘患者其浓度改变几乎无明显改变。哮喘气道酸化也是研究热点之一，pH值可反映气道炎症细胞泌酸能力及气道对酸性物质的中和能力。Kostikas等[14]通过检测EBC的pH值哮喘病情控制情况，发现哮喘控制不佳患者pH值降低。Murata等[15]也证实哮喘患者气道pH值降低，气道及肺泡组织呈酸化。哮喘患者EBC中其他生物学指标的检测也有大量研究。如Murata等[15]检测到哮喘患者EBC中H2O2浓度升高，且经治疗后浓度水平下降；Kazani等[16]对不同严重程度的哮喘患者及健康患者研究，发现EBC中脂氧素A4（LXA4）和LTB4均高于健康对照组，并且其与哮喘严重程度呈正相关；Wan等[17]对34名儿童过敏性哮喘FENO研究，发现过敏性哮喘的发病与FENO有相关性，认为FENO在变态反应性疾病机制中发挥了作用。3肺癌肺癌的死亡率仍然较高，并且对早期诊断方法仍然缺乏。EBC被认为是用于获取导致非小细胞肺癌生物信息的可靠潜在工具。研究肺癌患者EBC中肿瘤标志物是近几年的热点。血管内皮生长因子（Vascularendothelialgrowthfactor，VEGF）是一种促血管内皮生长的重要因子，与多种肿瘤的发生、发展及血管的生成有密切关系。Dalaveris等[18]研究发现，肺癌患者血清及EBC中VEGF水平均明显高于健康组，而且血清及EBC中的VEGF水平具有良好的相关性。Brussino等[19]对15例非小细胞肺癌的EBC研究也证实VEGF浓度升高，经治疗后VEGF水平下降，认为检测EBC中VEGF可作为早期肺癌筛查及治疗效果评估的无创方法。细胞间黏附分子1（Intercellularadhesionmolecule1，ICAM-1）和血管细胞黏附分子1（vascularcelladhesionmolecule1，VCAM-1）是免疫球蛋白超家族成员，增加宿主细胞对肿瘤细胞的黏附性。在正常的肺组织，ICAM-1主要表达于支气管和肺泡上皮细胞。然而，ICAM-1能增强恶性肿瘤的转移能力并且高表达于非小细胞肺癌的所有组织类型。VCAM-1是被发现于内皮细胞、树突细胞、巨噬细胞、肾壁层上皮细胞、滑膜衬里细胞和反应间皮细胞。血清中可溶性形VCAM-1水平已被报道在多种恶性肿瘤升高。ICAM1和VCAM-1的信号途径参与GTP酶的活化，靶蛋白的磷酸化，从而引起交界破坏、细胞骨架重塑及细胞膜融合，在肿瘤发生、发展过程起重要作用。Zhou等[20]对肺癌患者EBC中ICAM-1及VCAM-1检测发现，EBC中可溶性ICAM-1水平高于COPD患者及健康对照组，而VCAM-1并未见升高，认为呼出可溶性ICAM-1对肺癌的诊断有一定价值，可能成为肺癌诊断及预后评估的生物标记物。此外，Xiao等[21]发现非小细胞肺癌EBC中检测出甲基化的基因P16升高，在基因分子水平检测中，其敏感性及特异性都很高，对肺癌的筛查有一定应用前景。研究发现EBC中瘦素、IL-2、TNF-α、以及内皮缩血管肽-1（ET-1）的检测均有助于肺癌的早期诊断和药物治疗评估[22-23]。4间质性肺疾病氧化应激病理学机制被认为是与石棉肺、特发性间质性肺纤维化等间质性疾病的发生、发展有一定联系。研究者们发现石棉肺患者EBC中8-异前列烷水平较健康组有明显升高[24]，表明8-异前列烷在石棉肺的发病机制起了一定作用。特发性肺纤维化患者EBC中8-异前列烷、过氧化氢及亚硝酸盐浓度升高，且与其疾病严重程度正相关[25-26]。ET-1作为纤维化标志物在系统性硬化症患者EBC中浓度显著升高，且其浓度水平与肺功能的恶化明显相关。细胞因子IL-2、IL-6、IL-10在系统性硬化症患者EBC中浓度水平升高[27]。5展望EBC作为检测呼吸道疾病生物标记物新技术，具有无创、实时监测、简便、可重复等优点，但是也有局限性，如生物指标选择、收集方法、收集的时间窗没有统一的标准，目前其仅用于研究工作，而尚未广泛应用于临床。随着科技进步，上述问题等到进一步解决，EBC技术将会在呼吸系统疾病的早期诊断、病情评估及药物疗效评价等有良好的发展应用前景。参考文献[1]MontuschiP.Review：analysisofexhaledbreathcondensateinrespiratorymedicine：methodologicalaspectsandpotentialclinicalapplications[J].TherapeuticAdvancesinRespiratoryDisease，2007，1（1）：5-23.[2]StolzD，BreidthardtT，Christ-CrainM，etal.UseofB-typenatriureticpeptideintheriskstratificationofacuteexacerbationsofCOPD[J].CHESTJournal，2008，133（5）：1088-1094.[3]KoFWS，LeungTF，WongGWK，etal.Measurementoftumornecrosisfactor-α，leukotrieneB4，andinterleukin8intheexhaledbreathcondensateinpatientswithacuteexacerbationsofchronicobstructivepulmonarydisease[J].InternationalJournalofChronicObstructivePulmonaryDisease，2009，4（14）：79.[4]CorhayJL，MoermansC，HenketM，etal.IncreasedofexhaledbreathcondensateneutrophilchemotaxisinacuteexacerbationofCOPD[J].RespiratoryResearch，2014，15（1）：115.[5]KoczullaAR，NoeskeS，HerrC，etal.Alpha-1antitrypsiniselevatedinexhaledbreathcondensateandseruminexacerbatedCOPDpatients[J].RespiratoryMedicine，2012，106（1）：120-126.[6]FoschinoBMP，CarpagnanoGE，SpanevelloA，etal.Inflammation，oxidativestressandsystemiceffectsinmildchronicobstructivepulmonarydisease[J].InternationalJournalofImmunopathologyandPharmacology，2006，20（4）：753-763.[7]MacNeeW，RennardSI，HuntJF，etal.EvaluationofexhaledbreathcondensatepHasabiomarkerforCOPD[J].RespiratoryMedicine，2011，105（7）：1037-1045.[8]AntusB，BartaI，HorvathI，etal.RelationshipbetweenexhalednitricoxideandtreatmentresponseinCOPDpatientswithexacerbations[J].Respirology，2010，15（3）：472-477.[9]KimSY，KIMSA，SuhC，etal.0440Asystemicreviewandmeta-analysisofexhalednitricoxideinchronicobstructivepulmonarydisease：relationshiptopulmonaryfunction[J].OccupationalandEnvironmentalMedicine，2014，71（Suppl1）：A118-A119.[10]BarretoM，VillaMP，OlitaC，etal.8-Isoprostaneinexhaledbreathcondensateandexercise-inducedbronchoconstrictioninasthmaticchildrenandadolescents[J].CHESTJournal，2009，135（1）：66-73.[11]KeskinO，BalabanS，KeskinM，etal.Relationshipbetweenexhaledleukotrieneand8-isoprostanelevelsandasthmaseverity，asthmacontrollevel，andasthmacontroltestscore[J].AllergolImmunopathol，2014，42（3）：191-197.[12]WanGH，YanDC，TsengHY，etal.Cysteinylleukotrienelevelscorrelatewith8-isoprostanelevelsinexhaledbreathcondensatesofatopicandhealthychildren[J].PediatricResearch，2013，74（5）：584-591.[13]SoodA，QuallsC，SeagraveJC，etal.Effectofallergeninhalationonairwayoxidantstress，usingexhaledbreathcondensate8-isoprostane，inmildasthma[J].JournalofAsthma，2013，50（5）：449-456.[14]KostikasK，PapaioannouAI，TanouK，etal.ExhaledNOandexhaledbreathcondensatepHintheevaluationofasthmacontrol[J].RespiratoryMedicine，2011，105（4）：526-532.[15]MurataK，FujimotoK，KitaguchiY，etal.HydrogenperoxidecontentandpHofexpiredbreathcondensatefrompatientswithasthmaandCOPD[J].COPD：JournalofChronicObstructivePulmonaryDisease，2014，11（1）：81-87.[16]KazaniS，PlanagumaA，OnoE，etal.Exhaledbreathcondensateeicosanoidlevelsassociatewithasthmaanditsseverity[J].JournalofAllergyandClinicalImmunology，2013，132（3）：547-553.[17]WanGH，YanDC，TungTH，etal.SeasonalchangesinendotoxinexposureanditsrelationshiptoexhalednitricoxideandexhaledbreathcondensatepHlevelsinatopicandhealthychildren[J].PloSOne，2013，8（6）：e66785.[18]DalaverisE，KerenidiT，Katsabeki-KatsafliA，etal.VEGF，TNF-αand8-isoprostanelevelsinexhaledbreathcondensateandserumofpatientswithlungcancer[J].LungCancer，2009，64（2）：219-225.[19]BrussinoL，CullaB，BuccaC，etal.InflammatorycytokinesandVEGFmeasuredinexhaledbreathcondensatearecorrelatedwithtumormassinnon-smallcelllungcancer[J].JournalofBreathResearch，2014，8（2）：027110.[20]ZhouF，ChenJ，TaoG，etal.IncreasedlevelsofexhaledsICAM1，sVCAM1，andsE-selectininpatientswithnon-smallcelllungcancer[J].RespiratoryMedicine，2014，108（11）：1670-1676.[21]XiaoP，ChenJ，ZhouF，etal.MethylationofP16inexhaledbreathcondensatefordiagnosisofnon-smallcelllungcancer[J].LungCancer，2014，83（1）：56-60.[22]CarpagnanoGE，SpanevelloA，CurciC，etal.IL-2，TNF-α，andleptin：localversussystemicconcentrationsinNSCLCpatients[J].OncologyResearchFeaturingPreclinicalandClinicalCancerTherapeutics，2006，16（8）：375-381.[23]CarpagnanoGE，Foschino-BarbaroMP，