文摘
目前尚不清楚痰弹性蛋白酶、金属蛋白酶(MMP) 9和tissue-inhibitor金属蛋白酶1 (TIMP)相关航空公司的结构性变化,评估的高分辨率ct (HRCT)扫描。
这些标记之间的关系和结构变化的大小的航空公司在哮喘和慢性阻塞性肺疾病(COPD)进行了评估。在30哮喘患者诱导痰,HRCT扫描进行温和(14和16个严重)和慢性阻塞性肺病患者在12。
更大程度上的HRCT扫描异常被发现在慢性阻塞性肺病严重和轻微的哮喘患者。HRCT扫描异常与COPD气道阻塞的程度和严重的哮喘。HRCT扫描异常也与痰弹性蛋白酶的水平在慢性阻塞性肺病和严重的哮喘。HRCT扫描异常与痰MMP-9 / TIMP-1比率在轻度哮喘,严重哮喘和慢性阻塞性肺病。
总之,这项研究表明痰弹性蛋白酶和metalloproteinase-9 / tissue-inhibitor metalloproteinase-1比率的大小与高分辨率计算机断层扫描异常在哮喘和慢性阻塞性肺疾病气道,并表明这些标记物的水平反映了航空结构变化的程度。
哮喘和慢性阻塞性肺疾病(COPD)分享慢性气道炎症的一个条件,就是,不同程度地和不同的特性,可能导致气道重塑的愈合过程。虽然改造的机制似乎异构,异常细胞外基质(ECM)退化和沉积可能发挥重要作用的结构改变航空公司的发展,导致气道刚度和不可逆气流阻塞1。这种气道壁内的改造主要是由ECM蛋白质的定性和定量的变化,导致蛋白酶及其抑制剂之间的不平衡。
炎症在哮喘和慢性阻塞性肺病是增加生产弹性蛋白酶的活跃,可以通过ECM促进纤维母细胞迁移,以及弹性纤维的降解2,3。ECM内稳态也受到金属蛋白酶之间的平衡(MMP)和其特定tissue-inhibitor金属蛋白酶(TIMP),这样TIMP的MMP(或增加反之亦然)可以导致胶原蛋白沉积或退化4,5。在哮喘和慢性阻塞性肺病,多项研究表明,有一个增长TIMP-1 MMP-9水平在支气管肺泡灌洗和痰,这可能是负责在气道壁胶原沉积的趋势,以及夸张的气道狭窄的发展4,6- - - - - -10。这个证据导致的假设,在哮喘和慢性阻塞性肺病,弹性蛋白酶在anti-elastase之间的不平衡,并在TIMP-1 MMP-9之间,可能导致结构性变化的航空公司和功能障碍;虽然有吸引力,这个假设从来没有测试,主要是由于学习的困难气道重构非侵入性的方式。
然而,由于肺部成像领域的进步,我们能够无创theairways量化结构变化已经显著提高哮喘和慢性阻塞性肺病11- - - - - -15,从而能够建立一个结构和功能异常之间的密切关系。事实上,在哮喘、使用高分辨率计算机断层扫描(HRCT)使得示范几个气道壁的异常,其程度与临床疾病的严重程度密切相关12,13,16肺功能的损害和支气管高反应性的大小11,17三个参数,可能是由于气道重塑。
为了评估,通过一个集成的方式,生物化学,结构和功能参数在同一组哮喘和慢性阻塞性肺病主题,本研究进行测试的假设,在哮喘和慢性阻塞性肺病患者,活动弹性蛋白酶的水平上升,MMP-9 TIMP-1可能占HRCT扫描异常和功能变化。这些疾病的标志。
材料和方法
主题
总共30哮喘受试者选择根据美国胸科学会的标准18。哮喘严重程度评估根据全球倡议为哮喘(吉娜)标准19。所有的受试者参与研究当前是吸烟者。受试者的上或下呼吸道感染在月前测试,或者经历过严重的哮喘恶化导致住院,被排除在研究之外。为目的的研究中,受试者分为两组。第一组包括14 corticosteroid-naive科目(八个男性,29岁- 69岁)和轻度持续性哮喘,参加当前作者的门诊(部门的呼吸道疾病,楚蒙彼利埃蒙彼利埃法国)第一次。这组被定义为mildasthmatics。第二组包括16严重哮喘病人(九个男性,26岁- 66岁),选择如前所述20.。他们需要持续哮喘q.d。剂量吸入激素(2000µg丙酸)或口服强的松,长效β2和短效β受体激动剂(100µg氟替卡松加沙美特罗)2受体激动剂。这些患者都认为是皮质类固醇依赖,因为在过去的2年,试图让他们全身治疗一直失败(后续≤3岁)。他们研究了在稳定的临床条件下,根据控制哮喘的问卷21。
总共12 COPD患者(11男性,48 - 77岁)参加了这项研究。慢性阻塞性肺病是定义为一个障碍,其特点是异常呼气流量测试22,尽管没有明确的截止限制当时可用的研究中,患者只在一秒用力呼气量(FEV1)< 70%的预测能力值进行了研究。慢性阻塞性肺疾病的全球倡议(黄金)标准没有因为他们没有可用的应用进行了研究。慢性阻塞性肺病患者常年过敏性鼻炎的历史和/或一个积极的诊断immediate-type过敏症23喘息,FEV的改进1从基线能力> 12%或200毫升的绝对值后吸入200µg舒喘灵被排除在外。吸烟习惯是仔细检查,至少20 pack-yrs吸烟是慢性支气管炎组包含所需。没有人有任何上或下呼吸道感染在月前测试,和没有人被允许吸烟的日子。他们病情稳定,他们的肺功能是最好的测量在当前作者的诊所。所有调查都是在同一天进行。该研究从参与者获得知情同意后执行,和医院的伦理委员会批准。
肺功能测试
肺功能测试执行使用Pneumoscreen (e . Jaeger实验室、维尔茨堡、德国),根据努森和正常价值进行分析等。24。肺一氧化碳扩散能力(DL,有限公司)测量使用单一的呼吸技术。肺功能测试的质量控制和过程进行据《欧洲呼吸协会的指导方针188bet官网地址25,26。使用方程预测正常价值确定欧洲共同体对钢铁和煤炭的静息肺功能参数25,26。
胸部计算机断层扫描
计算机断层扫描(CT)扫描的胸部进行螺旋CT扫描仪(LightSpeed 16;通用电气医疗集团,法国巴黎)在高分辨率模式下根据梅奥的方法等。27当前作者,正如前面所使用的12。短暂,只有传统的HRCT扫描期间完整的灵感28。胸部CT扫描的进行使用以下参数:125千伏、310 mAs,矩阵大小为512×512,和一片厚度的1 - 1.25毫米。窗口的−600 Hounsfield单位(胡)被选中,宽度1600 HU,一般推荐的分析支气管和肺实质27,29日。考虑几个HRCT扫描异常,如下:1)支气管异常(支气管扩张)30.,31日和厚度的外围支气管32;2)肺气肿(小叶中心部分的和大疱的)33;和3)外围线性hyperdensities34。由于临时的困难或优先radiographical异常的影响(支气管扩张、肺气肿等)疾病的临床结果35,36,上述每个永久HRCT扫描异常被认为是造成同样的改造过程12,37。因此,总分的HRCT扫描异常计算只要求和,正如前面发表37。
CT测量了盲目的方式由两个观察员(l . Capieu和f . Paganin)。测量执行一次,interobserver重现性很好(κ= 0.7)。
痰诱导
诱导痰是根据销的方法等。38。痰液样本立即处理10% dithiotreitol(σ化学,圣路易斯,密苏里州,美国)和离心机。上层清液立即冻结,以备后续分析。cytocentrifugation (Shandon,道,英国)是细胞颗粒,并使用Diff-Quick细胞被枚举(美国Imeb Inc .,芝加哥,IL)。
总弹性蛋白酶被均匀以痰标本酶免疫分析法具体为人类多形核的弹性蛋白酶(IMAC-Elastase;默克公司,达姆施塔特,德国)使用包插入39如前所述,5。水平> 20µg·L−1可以测量。活跃的中性粒细胞弹性蛋白酶的活性决定根据Fujita的技术等。3如前所述,5。
决定MMP-9的绝对值和TIMP-1诱导痰是由ELISA (MMP9-BIOTRAK ELISA和TIMP1-BIOTRAK ELISA;国际公司Amersham小都,英国),如前所述5。这些化验测量每个各自的蛋白质的总量(MMP-9和TIMP-1),是否免费或复杂或矩阵。检测的极限是4 - 128 ng·毫升−1MMP-9和3.13 -50 ng·毫升−1TIMP-1。
统计分析
结果给出了中位数(四分位范围)。非参数Kruskall-Wallis测试是用来比较研究的结果在三组。的Mann-Whitney紫外线测试被用于学习小组之间的两两比较。生物的结果来评估是否存在关联和结构变化描述与HRCT扫描,非参数相关分析(斯皮尔曼等级测试)。为多个比较,Bonferroni调整应用。假定值≤0.05的被认为是具有统计学意义。
结果
人口特征的病人被发表在表1⇓。慢性阻塞性肺病患者显著超过两组的哮喘患者。气流阻塞在慢性阻塞性肺病和严重的哮喘病患者显著大于轻度哮喘患者(p < 0.001)。正如所料,DL,有限公司相比显著减少慢性阻塞性肺病有轻微(p < 0.0003)和严重哮喘患者(p < 0.007)。动脉氧张力(P啊,一个2)在慢性阻塞性肺病比显著降低严重和轻微的哮喘(分别为p < 0.016和p < 0.001)和严重的哮喘病患者相比有轻度哮喘患者(p < 0.016)。
高分辨率计算机断层扫描
14岁的轻度哮喘患者HRCT扫描显示异常的最大比分5(图。1⇓)。最相关的异常支气管树,并没有观察到肺肺气肿。
三个严重的哮喘病患者正常HRCT扫描。在其他患者,支气管异常主要是相关,而肺气肿被记录在三个科目。病变的数量明显高于在温和的哮喘病患者(平均评分的差异:7;p < 0.003)。
所有慢性阻塞性肺病患者HRCT扫描异常,主要是相关的实质(肺气肿),但支气管扩张也观察到。病变的总数也显著大于在慢性阻塞性肺病的人而温和的(平均评分的差异:19;p < 0.0001)和严重哮喘患者(平均分数的区别:12个;p < 0.003)。
有趣的是,HRCT发现与气道阻塞的程度,FEV的评估1严重哮喘患者(ρ=−0.78,p = 0.003)和慢性阻塞性肺病科目(ρ=−0.70,p = 0.02),但不是在轻度哮喘组(ρ=−0.03,p = 0.92;图2⇓)。同时,COPD组和严重的哮喘组,HRCT扫描得分显著相关DL,有限公司值(ρ=−0.53,p = 0.04,ρ=−0.74,p = 0.01)。
在诱导痰细胞的内容
细胞内容发表在表2⇓。在轻度哮喘患者巨噬细胞的比例高于慢性阻塞性肺病或严重哮喘患者(分别为p < 0.001和p < 0.0004)。中性粒细胞的百分比大于轻度哮喘患者的严重哮喘患者(p < 0.003)。嗜酸性粒细胞的百分比增加严重哮喘与轻度哮喘相比(p < 0.009)。之间没有显著相关细胞的数字或百分比和FEV1水平或HRCT扫描分数。
诱导痰中介的水平
表3⇓显示中介水平诱导痰。总弹性蛋白酶的水平在COPD受试者高于严重(p < 0.001)和轻度哮喘患者(p < 0.001)。痰的COPD受试者也以更高水平的活跃弹性蛋白酶比用其他两个学习小组(p = 0.01, p = 0.003严重和轻微的哮喘患者,分别)。
MMP-9的水平没有显著不同的三组。相反,TIMP-1增加慢性阻塞性肺病和明显高于轻度哮喘患者(p < 0.0007)。MMP-9 / TIMP-1比率在慢性阻塞性肺病而严重减少,轻度哮喘,但是差异没有达到统计学意义。
非参数的相关性在每个研究小组表明,主动弹性蛋白酶水平与HRCT扫描得分显著相关的严重哮喘和慢性阻塞性肺病(ρ=−0.9,p < 0.008,ρ=−0.9,p < 0.005,分别;图3⇓),但不是轻度哮喘组(ρ=−0.3,p = 0.19)。此外,在慢性阻塞性肺病和严重的哮喘,活跃的弹性蛋白酶的水平被发现是反向和气道阻塞显著相关,FEV的评估1值(ρ=−0.6,p < 0.03,ρ=−0.7,p < 0.003,分别)。HRCT扫描之间的显著相关性被发现分数和MMP-9 / TIMP-1比率(轻度哮喘:ρ=−0.8,p < 0.003;严重哮喘:ρ=−0.7,p < 0.004;慢性阻塞性肺病:ρ=−0.6,p < 0.04),尽管这种相关性似乎受到一个观察(图。4⇓)。
讨论
本研究的主要结果是,水平的提高之间存在关系活跃的弹性蛋白酶和生产过剩的TIMP-1 MMP-9与HRCT异常严重的哮喘病患者和慢性阻塞性肺病的科目。这个观察进一步支持这一概念,这些改造的生物标记物的水平可能反映在航空公司发生结构性变化的程度。目前的研究也提供了证据支持的有用性的HRCT扫描技术来评估气道结构改变。
HRCT扫描已被建议作为一个额外的工具来评估肺改变长期的疾病,如哮喘和慢性阻塞性肺病40- - - - - -42。此外,微分气道重塑的实质改变,HRCT影像可以提供对区分哮喘和慢性阻塞性肺病。解剖肺的变化,包括支气管壁增厚、肺气肿、支气管扩张、HRCT扫描在一些研究已经证明了11- - - - - -13,37。因此,这种技术可以提供相关信息在气道重塑与气道的慢性炎症。HRCT扫描之前被用来量化异常的航空公司由于气道重构,它已经发现,HRCT扫描评分与哮喘和气流阻塞的严重程度相关12,43;相反,冲突的结果取得了HRCT-documented气道壁厚度和高反应性之间的关系17,44,从这些结果可以导出,气道反应的问题可能是一个更复杂的比气道阻塞现象。最合理的解释不同的结果在研究可能取决于采用的方法来评估和量化的结构改变肺。在最近的研究中,HRCT的结果是由计算得到的最后得分是观察到病变的数量。虽然现在可以使用大量的定量方法,当前作者任意选择这种方法,因为它避免了风险的低估程度的肺参与。事实上,这种方法的优点相结合的信息从航空公司和实质。在Nakano COPD受试者进行的一项研究等。45评估气道壁厚和低衰减的肺的面积(评估的严重性肺气肿)改善肺功能异常的评估。最近的优势技术,使用新的摘要多层CT扫描仪,一起使用更客观和直接测量气道的维度和实质异常,如评估肺密度的密度面具或直方图肺气肿程度的评估,由所有雇佣人员,应该增加评估的准确性和减少差异研究。
在当前的研究中,证明HRCT扫描异常比轻度哮喘相关的严重,这表明严重哮喘的特点是更大程度上气道壁结构异常。此外,在严重的哮喘病患者,结果表明,大部分的HRCT扫描异常是由于支气管病变,可能扮演一个角色的发展严重的呼气流量限制。支气管异常也被检测到的CT扫描在COPD组。观察慢性阻塞性肺病患者的支气管扩张并无争议。肺气肿、支气管扩张之间的联系频繁,相关流程的牵引和cicatrisation反映peri-bronchial纤维化的过程46和异常ECM的合成和降解蛋白质,如胶原蛋白和弹性蛋白。在慢性阻塞性肺病的背景下,当前作者还可以评估实质参与,主要是肺气肿。从功能的角度来看,这是非常重要的,因为它可能占HRCT扫描之间的显著相关性变化和损伤的程度DL,有限公司。综上所述,定量评估气道壁维度和实质改变与HRCT可以提供一个有价值的工具,用于研究和慢性气道疾病的分化,正如前面提出的其他调查人员42。
当前研究的主要发现记录之间的关系结构的变化与HRCT和改造的生物标志物在严重哮喘患者和慢性阻塞性肺病;换句话说,更多的弹性蛋白酶水平提高和TIMP-1克服MMP-9,更大的结构性变化的大小。这一观点可能有一些含义理解的哮喘和慢性阻塞性肺病的病理生理过程,说明改造的一个共同特征可以发现肺部结构影响,至少在这些人群。到目前为止,证据积累信息的潜在作用,增加蛋白水解负担结构和功能异常的发病机制与慢性炎性疾病相关的航空公司47,48。蛋白水解酶有可能破坏肺结构和负责的建筑破坏出现在慢性阻塞性肺病48。增加elastolytic活动似乎也发生在哮喘,如图所示的弹性纤维破坏轻度到中度哮喘患者的支气管49。增加在哮喘患者的气道可能诱发elastolytic活动,不同程度地丧失弹性反冲,增加中央航空公司的崩散性,缺乏膨胀性的航空公司,和恶性通货膨胀,从而不定地导致气道重塑的发病机制和夸张的气道狭窄的发展。同样重要的是要考虑到介质的释放,如弹性蛋白酶,在哮喘可能反映了细胞的激活。当前作者相信,这并不一定意味着放射性的肺气肿的存在。透射电子显微镜研究表明一个elastolytic过程中也观察到致命的哮喘、弹性纤维的分散在中央航空公司50。此外,pseudophysiological肺气肿被发现在慢性持续性哮喘51,这可能取决于elastolysis增加。
胶原蛋白体内平衡也受的蛋白水解活性基质金属蛋白酶,TIMPs所抵消4,52。之前它已经证明了MMP-9 / TIMP-1比率降低哮喘和COPD受试者与正常人相比,与气道阻塞是显著相关2,5。因此,它被认为异常增长TIMP-1 MMP-9水平可能气道重塑的一个标志5,8,反映出组织纤维化的趋势在这些科目的航空公司。目前的研究证实了这一假设证明MMP-9之间的不平衡和TIMP-1一起活跃的弹性蛋白酶的水平,在那些患者HRCT扫描更高分数增加。还支持这一假说的逆MMP-9 / TIMP-1比率与HRCT扫描评分之间的相关性,表明TIMP-1生产过剩参与慢性阻塞性肺病严重哮喘患者气道重构的发生和发展的主题。抗胰蛋白酶也是衡量评估这个因素之间是否存在关系和气道重塑的HRCT扫描特性,特别是,这些相关的肺实质的破坏。然而,这种分析没有产生任何重大的关系。缺乏这种关系表明,抗胰蛋白酶是一个不敏感的标记来检测肺的结构改变。
当前研究的结果也表明,气道结构改变和评估的实质与HRCT与肺功能变化,证明FEV之间的显著相关性1价值观和活跃的弹性蛋白酶的水平;,这是合理的弹性蛋白酶,通过弹性纤维的破坏在中央和周边航空网络,可能是负责减少气道开放和弹性反冲在呼吸53。这一发现进一步表明,气流限制在这些科目可以不仅归功于气道改变,而且实质破坏,并提供了一个模型,其中包括成像和功能异常与生物标记。
值得注意的是,三个严重的哮喘病患者显示实质变化暗示了肺气肿。这可能影响研究结果,需要被考虑。患者的临床描述本研究的关键。虽然很难清楚地分开一些COPD患者的哮喘患者永久气流限制54,55支持适当的诊断缺乏应对吸入β-adrenergic代理,以及低DL,有限公司和P啊,一个2COPD组的测量值。
年龄对弹性蛋白酶的影响和α1-antitrypsin尚未评估在当前的研究中。然而,时代的角色似乎排除了当前作者最近的观察,在哮喘患者,变更所涉及的机制不增强弹性蛋白的降解老化的过程56。蛋白酶及其抑制剂之间的不平衡也被报道患有慢性阻塞性肺病,支持这一概念,这种机制是慢性支气管炎的特性。因此,作者相信疾病现状的主要因素是酶活性的不平衡。目前作者也意识到,肺的结构改变可能与衰老有关的过程。事实上,are-arrangement弹性纤维网络的肺部ofelderly个人已经证明47。然而,肺实质的老年人的特点是一个齐次增大空域没有破坏57。因此,老年肺可以区别气性肺、空域的增大有一个不规则的分布与毁灭。因此,疾病状态(哮喘或慢性阻塞性肺病)负责放射性异常,从而克服任何可能与年龄相关的结构改变的影响。
总之,目前的研究表明高分辨率ct扫描变化之间的关系和变化水平气道重塑的标记,表明生物标记可能反映了结构性变化发生在航空公司。使用高分辨率计算机断层扫描来量化的程度在活的有机体内改造鼓励改变。
确认
工作得益于欧洲共同体计划GA2LEN经验,全球过敏和哮喘的欧洲网络。
脚注
↵社论评论见893页。
- 收到了2003年3月22日。
- 接受8月2日,2004年。
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