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吸烟对慢性阻塞性肺疾病患者气道局部炎症的影响

[日期:2014-04-30] 来源:作者投稿  作者:熊安洲 陈菁 徐清 刘梦琳 聂红 孙洁民 [字体: ]

吸烟对慢性阻塞性肺疾病患者气道局部炎症的影响


430022  湖北 湖北省武汉市第一医院 熊安洲

430022  湖北 湖北省武汉市第一医院 陈菁

430022  湖北 湖北省武汉市第一医院 徐清

430022  湖北 湖北省武汉市第一医院 刘梦琳

430022  湖北 湖北省武汉市第一医院 聂红

430022  湖北 湖北省武汉市第一医院 孙洁民

 

摘要 目的 评价吸烟对慢性阻塞性肺疾病chronic obstructive pulmonary diseaseCOPD患者急性加重期和稳定期气道局部炎症的影响。方法 根据吸烟史将患者分为无吸烟史的对照组(A组)、无吸烟史COPD组(B组)、持续吸烟的COPD组(C组)和已戒烟的COPD组(D组);分别在急性加重期和稳定期收集支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF);流式细胞术检测各组患者BALF中CD3+、CD4+、CD8+T淋巴细胞数,ELISA法检测BALF中肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α及干扰素(nterferon,IFN)-γ水平,并计算CD4+/CD8+T细胞比例。结果 1.与非吸烟对照组比较,急性加重期和稳定期各组COPD患者BALF中CD4+细胞减少,而CD8+T细胞增加,因此CD4+/CD8+T细胞比例下降;同时TNF-α和IFN-γ水平均明显上升;2.在急性加重期,与非吸烟和已戒烟COPD患者比较,持续吸烟COPD患者BALF中CD4+T细胞下降,而CD8+T细胞比例上升,因而CD4+/CD8+T细胞比例下降,而TNF-α和IFN-γ水平显著升高;3.在稳定期,与非吸烟和已戒烟COPD患者比较,持续吸烟COPD患者BALF中CD4+和CD8+T细胞数无明显差异,但CD4+/CD8+比例稍下降,而TNF-α和IFN-γ水平显著升高。 结论 持续吸烟的COPD患者在急性加重期和稳定期气道局部炎症存在差异,主要是CD8+T细胞的反应差异。

 

[关键词] 吸烟;慢性阻塞性肺疾病;支气管肺泡灌洗液;T细胞;TNF-α;FN-γ

 

The Effects of Smoking on airway inflammation of patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD).

Abstract Objective To investigate the effects of smoking on airway inflammation of patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD during their acute exacerbation and stable period. Methods According to the smoking history, we divided the patients into 4 groups:

GroupA: nonsmokers without COPD; Group B: nonsmokers with COPD; Group C: current smokers with COPD; Group D: ex-smokers with COPD (quitted at least 10 years). Bronchoalveolar lavage fluid (BALF) were collected during acute exacerbation and stable period respectively in all patients, and BALF was subjected to determine the numbers of CD3+ˉ,CD4+ˉ, CD8+ˉT cells with flow cytometry and ratio of  CD4+ˉ/CD8+ˉT cells; the concentrations of TNF-α and IFN-γ in BALF were determined with ELISA. ResultsCOPD patients had lower CD3+, CD4+ and CD4+/CD8+ ratios, and had higher numbers of CD8+, levels of TNF-α and IFN-γ than nonsmokers without COPD. During acute exacerbation of COPD patients, current smokers had lower numbers of CD4+ cells and ratios of CD4+/CD8+T cells, and higher  numbers of CD8+T cells and levels of TNF-α and IFN-γ than nonsmokers and ex-smokers with COPD. During stable phase of COPD patients, current smokers had significant higher CD8+ T cells and IFN-γ levels than nonsmokers and ex-smoker, whereas the ratios of CD4+/CD8+T of current smokers were slightly lower than nonsmokers and ex-smokers.

ConclusionsCurrent smokers with COPD had different patterns of localized airway inflammation during acute exacerbation and stable phase. Especially the CD8+ T cells responses that may contribute to this difference.

Key words Somking; Chronic Obstructive Pulmonary Disease; bronchoalveolar lavage fluid; T Lymphocyte

COPD是呼吸系统的常见病和多发病,临床主要表现为气流受限,肺功能呈进行性减退,导致咳嗽、咳痰、喘气、活动耐力下降,常常严重影响患者的劳动力和生活质量。吸烟被认为是COPD最重要的发病因素。国内外大量研究发现,COPD患者气道、肺实质、肺血管中均存在着慢性炎症,巨噬细胞、T细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞以及大量细胞因子,如TNF-α及IFN-γ等均参与了慢性炎症过程,但它们各自在COPD发展过程中的确切功能目前尚未完全明了。本研究观察了吸烟COPD患者和非吸烟成人气道炎症的差异,以及急性加重期和稳定期持续吸烟COPD患者和和戒烟的COPD患者气道中炎症细胞及相关细胞因子的水平,探讨吸烟与急性加重期和稳定期气道炎症的相关性。

1  对象与方法

1.1  对象 所有入选对象均来自2006年1月至2009年12月入住我院呼吸科的住院患者,将其分为未吸烟对照组(A组):17例,男13例,女4例,平均年龄66岁,该组患者临床表现为单纯咳嗽,经血液分析、痰液细胞学、胸部X线、肺功能检查均无异常发现,诊断考虑上气道咳嗽综合征。非吸烟的COPD组(B组):21例,男17例,女4例,平均年龄65岁。持续吸烟的COPD组(C组):17例,男14例,女3例,平均年龄63岁。已戒烟的COPD组(D组):19例,男16例,女3例,平均年龄66岁,戒烟10年以上。B、C、D三组诊断符合我国2007年制定的《慢性阻塞性肺疾病诊治指南》的诊断标准,且FEV1>30%预计值,并排除呼吸衰竭、肺源性心脏病、肺结核、肺癌、间质性肺疾病、糖尿病、冠心病、高血压、慢性肾衰竭以及糖皮质激素使用者。COPD患者入院时视为急性加重期,在治疗达临床缓解后4周视为稳定期,分别进行支气管肺泡灌洗采集标本。

1.2方法

1.21  纤维支气管镜行支气管肺泡灌洗术:术前禁食禁水,口服可待因15mg镇咳,签署支气管镜知情同意书。利多卡因及丁卡因局部麻醉,咪达唑仑和芬太尼清醒镇静;所有患者选择右肺中叶为灌洗部位,用37℃灭菌生理盐水进行灌洗,每次20ml,总量60~100ml,2个呼吸周期后用50~100mmHg负压吸引回收灌洗液,回收率15%~30%;所得BALF进行预处理[1]

1.22  流式细胞术:将BALF过滤后,1000rpm离心,收集细胞和上清液,将细胞重悬于PBS中,分别用FITC标记记的抗CD3、抗CD4和抗CD8抗体(eBioscience),用流式细胞仪(Epica Altra, Beckman,美国)计数BALF中CD34+、CD44+、CD84+T细胞。

1.23  ELISA:BALF离心后上清液保存在-20℃,分别用相应试剂盒(Invitrogen,美国)按说明书操作检测BALF中TNF-α及IFN-γ水平。

1.24  数据分析及统计:采用SPSS11.0版统计软件作统计学处理,实验数据均以均数±标准差表示,各组间显著性检验采用方差分析,两两比较用q检验;P<0.05为差异有统计学意义。

2  结果

2.1  患者一般情况比较。四组患者在平均年龄、例数、治疗时间上均无明显差异;三组COPD患者在FEV1%上无明显差异(表1)。

 

 

表1.四组患者一般情况比较

年龄         例 数      COPD病程       FEV1       FEV1/FVC       治疗时间 

 (岁)       (男/女)      (年)        (%)        (%)           (天) 

A组   66.3±3.9        13/4                     89.4±9.2     82.1±6.6          9.9±1.1

B组   65.1±5.0        17/4      13.5±5.8       53.7±7.8      50.9±4.8         10.2±1.2

C组   63.6±3.9        14/3      12.8±8.4       47.8±6.7     49.3±5.0         10.2±1.4

D组   66.4±4.8        16/3      13.1±7.2       51.4±7.3     53.4±7.0          10.6±1.3  

注:*为B、C、D三组比较

2. 急性加重期四组患者BALF中T细胞亚群及细胞因子水平(表2)。

表2. 急性加重期BALF中CD3+、CD4+、CD8+、CD4+/CD8+、TNF-α及IFN-γ水平

CD3+       CD4+         CD8+      CD4+/CD8+   TNF-α(pg/ml)     IFN-γ(pg/ml)

A  0.57±0.11   0.34±0.06     0.22±0.04    1.55±0.17    3.64±1.78       19.12±1.99

B  0.46±0.11*  0.20±0.06*    0.26±0.06*   0.77±0.19*   15.26±1.71*     30.02±2.70*

C  0.43±0.07*  0.12±0.04*   0.31±0.06*  0.39±0.14*  25.96±1.64*    33.10±1.96*

D  0.45±0.08*  0.19±0.04*   0.27±0.04*  0.70±0.10*  15.38±1.44*    29.61±2.26*

注:*与A组比较P<0.05;与B组比较P<0.05;与C组比较P<0.05

 

3. 稳定期四组患者BALF中T细胞亚群及细胞因子水平(表3)

表3. 稳定期BALF中CD3+、CD4+、CD8+、CD4+/CD8+、TNF-α及IFN-水平

CD3+         CD4+         CD8+      CD4+/CD8+   TNF-α(pg/ml)     IFN-γ(pg/ml)

A  0.60±0.06    0.31±0.03    0.27±0.03    1.13±0.13     1.21±0.21      11.89±1.68

B  0.54±0.05    0.25±0.03*   0.30±0.03*   0.81±0.09*   10.55±1.85*  19.23±2.50*

C  0.56±0.05    0.23±0.04*   0.34±0.03*   0.67±0.13*    13.71±1.94*  23.51±2.38*

D  0.56±0.06    0.23±0.02*   0.30±0.04*  0.75±0.11*   12.70±1.32*   18.44±1.69*

注:与*A组比较P<0.05;与C组比较P<0.05,

 

 

 

 

 

3 讨论

吸烟是COPD的重要危险因素,即使是肺功能正常、无症状的吸烟者,在中央气道、外周气道、肺泡以及肺血管都能看到有别于非吸烟者的病理改变。Niewohener等[2]首次发现气道无气流受限的吸烟者,在整个支气管树均存在炎症反应。大量研究已证实T淋巴细胞在COPD的发展过程中的重要作用[3],但对其具体功能的报道缺乏一致性[4,5,6,7]

在COPD患者的肺泡壁中,T淋巴细胞是数量最多的炎症细胞,而且,它的数量与疾病严重程度相关[8,9]。动物实验研究显示,将小鼠体内T淋巴细胞或CD4+T细胞和CD8+T细胞分别清空,均可以抑制香烟烟雾诱导的肺泡结构破坏和扩大,提示T细胞免疫在COPD发病中的重要作用[10]。本研究中,COPD患者的急性发作期和稳定期,BALF中CD4+T细胞下降,而CD8+T细胞上升,同时伴有TNF-α和IFN-分泌增加,提示存在持续的气道炎症,这一结果与既往研究一致,再次证实了COPD是一慢性气道炎症性疾病的观点。

我们的结果还显示,相比于已戒烟的COPD患者与无吸烟史的COPD患者,持续吸烟COPD患者急性加重期的CD4+T明显下降,而CD8+T细胞,和TNF-α及IFN-水平明显上升;而在稳定期,CD4+T和CD8+T细胞的比例在三组COPD患者中无显著差异,但CD4+/CD8+比例在持续吸烟组仍然下降。无论在急性加重期还是稳定期,持续吸烟COPD组BALF中TNF-α及IFN-水平无均高于未吸烟COPD组和已戒烟COPD组。因此,无论是在急性期还是稳定期,COPD患者BALF中T细胞的功能异常主要表现在CD4+/CD8+的下降,并且这种改变在持续吸烟的COPD患者中最为突出。

上述结果说明,CD8+T细胞可能是参与COPD发病的最重要的淋巴细胞亚群。而吸烟可能是导致CD8+T细胞增加的重要因素。对与CD8+细胞有关的炎症因子的研究表明,CD8+细胞在COPD发病中的作用可能与分泌IFN-γ和TNF-有关,这些细胞因子产生的细胞溶解作用与COPD病情严重程度相关[11]。研究显示,鼻病毒感染可以增加COPD患者CD8+T细胞从外周血至肺部的迁移,表现为外周血CD8+T细胞减少而BALF中CD8+T细胞增加[12]。Siena L等研究指出,COPD患者气道CD8+T细胞的持续活化可能与吸烟导致的CD8+T细胞凋亡下降有关[13]。而另一项研究显示,香烟烟雾提取物可以通过树突状细胞促进CD8+T细胞的增殖[14]。持续吸烟的COPD患者,CD8+细胞在气道内过度聚集,使IFN-γ和TNF-异常升高,对自身组织起到过度的溶解和破坏作用,造成对肺组织的异常过度损伤。戒烟的COPD患者,BALF中的CD8+细胞明显下降,解除了对CD4+细胞正常免疫反应的抑制作用,同时也减少了异常的自身免疫反应所导致的组织破坏。COPD患者戒烟后持续存在的炎性反应可能是一个综合性部分维修过程,炎性介质及炎性细胞的增多可能起到运输和消除炎性反应的作用。这一结果解释了戒烟的COPD患者急性加重频率下降,同时肺功能的下降减缓的现象。

综上所述,COPD患者存在T细胞介导的慢性气道炎症,这种炎症与CD8+T细胞的异常活化有关,而戒烟可以明显减少这一炎症过程。

 

参考文献

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11 Freeman CM, Han MK, Martinez FJ, et al. Cytotoxic potential of lung CD8+ T cells increases with chronic obstructive pulmonary disease severity and with in vitro stimulation by IL-18 or IL-15. J Immunol 2010 ;184(11):6504-6513

12 Mallia P, Message SD, Contoli M, Gray K, Telcian A, Laza-Stanca V, Papi A, Stanciu LA, Elkin S, Kon OM, Johnson M, Johnston SL. Lymphocyte subsets in experimental rhinovirus infection in chronic obstructive pulmonary disease.Respir Med. 2013 Sep 22. doi:pii: S0954-6111(13)00375-2. 10.1016/j. rmed.2013.09.010

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