抽象的
哮喘吸烟者症状控制差,肺功能下降差。哮喘患者中非蛋白酶酶(Timps)中的基质金属蛋白酶(MMP)-9 /组织抑制剂的减少比例涉及气道重塑。我们测试了吸烟者中痰MMP-9活性/ TIMPS比率的假设,与哮喘的从未吸烟者相比,与肺功能降低的肺功能造影(CT)的气道壁尺寸有关。
在81个哮喘学和43名健康受试者(吸烟者和从未吸烟)中,测量了MMP-9和-2的CT的肺功道,气道尺寸和诱导的痰浓度(以及活性)和-2。呼吸上皮MMP9.和TIMP.对31例重度哮喘患者和32例健康对照者的mRNA进行了定量分析。
痰液MMP-9活性/TIMP-1和TIMP-2比值,鼻上皮细胞MMP9 / TIMP1.和mmp9 / timp2.在哮喘的吸烟者中减少了表达比率与哮喘从不吸烟的吸烟者减少。哮喘吸烟者中的低痰比与1 s(FEV)的支气管扩张剂强制呼气量减少有关1), FEV1/强迫肺活量比和节段性气道管腔面积。
低痰MMP-9活性/ TIMP-1与哮喘吸烟者中CT气道腔区域的关联的关联可能表明MMP-9和TIMPS的不平衡有助于该组的气道的结构变化.
抽象的
在哮喘的吸烟者,低痰MMP-9活性/ TIMP-1与肺功能和CT气道变窄相关联http://ow.ly/wnbAh
介绍
哮喘患者中,有相当比例的特别是那些有严重的疾病[1,或吸烟的人[2]哮喘较差,可与皮质类固醇抵抗有关[3.,气道炎症模式改变[4[气道重塑[4]及持续气流阻塞[5].导致哮喘皮质类固醇不敏感和重塑的机制尚不清楚[3.,4].
基质金属蛋白酶(MMPs)是锌依赖的中性内肽酶,形成一个家族的细胞外基质(ECM)蛋白水解酶。金属蛋白酶的活性是由一种叫做金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)的特定蛋白酶抑制剂调控的。几种基质金属蛋白酶(包括MMP-9)的不恰当表达和活性,以及MMP-9/TIMP比值的失衡,已被认为与哮喘的发病机制有关[6- - - - - -12.].在具有哮喘的非疗法中,降低的痰MMP-9 / TIMP比率与更严重的气道阻塞有关[13.,14.[计算断层扫描(CT)增加气道墙壁区域和厚度的尺度[14.以及增加CT肺扫描异常[15.].基于这些发现提出,高浓度的TIMP-1与MMP-9会导致增加ECM沉积和增加myofibroblast增殖,通过TIMP-1诱导细胞生长,低痰MMP-9 / TIMP比可能的生物标志物在哮喘气道重构的10.- - - - - -12.].对哮喘的研究主要招募了非吸烟者;更少的是关于MMP-9活性和哮喘吸烟者的TIMP。从哮喘患者到卷烟烟雾的支气管上皮细胞的急性暴露在体外降低MMP-9/TIMP-1比值,表明哮喘和吸烟之间的相互作用可能会增强气道的结构变化[16.].我们测试了假设,即与哮喘的吸烟者的吸烟者与哮喘的吸烟者减少了MMP-9活性/ TIMP比率,并且与哮喘的胃部不具有降低的肺功能和呼吸道壁尺寸的CT措施改变了CT措施。
材料和方法
主题
参与者被招募为轻度、中度和重度持续性哮喘(全球哮喘分类倡议)[17.];与会者哮喘既包括吸烟者和不吸烟者和健康吸烟者和不吸烟者。所有受试者都是在稳定的药物,并没有疾病的恶化,持续4周。吸烟者定义为≥10包年个人谁目前每天吸烟五个或更多的香烟。哮喘受试者以证明在1秒(FEV用力呼气量的任可逆性1)或气道高反应。西格拉斯哥研究伦理委员会批准了该研究,所有患者均给予书面知情同意。
研究设计
该研究旨在研究吸烟者和不吸烟者哮喘患者的痰液MMP-9活性/TIMP-1和TIMP-2比值以及MMP-9/TIMP-1和MMP-9/TIMP-2表达与痰液细胞学、肺功能和气道尺寸的CT测量之间的关系。这是一项横断面研究,以哮喘和健康对照组为对象,作为慢性阻塞性肺病和哮喘生物标志物研究的一部分[18.].
测量
测量的更多细节可以在在线补充材料中找到。
肺活量测定根据美国胸部社会指导方针进行[19.测定气道对乙酰胆碱的高反应性。可逆性定义为>12%,FEV改善200 mL1继沙丁胺醇之后。
测量呼出的一氧化氮级分(NiOx Flex; Aerocrine,SoTNA,瑞典)在50mL·s−1(F伊诺50)通过标准化指导方针协调一致[20.].
肺容积和一氧化碳肺的扩散能力(DLCO)采用体盒技术(赞500体容积描记术;nSpire Health Limited, Hertford, UK)。
如前所述进行痰诱导[18.].
胸部CT扫描采用16层Brightspeed和64层Lightspeed (GE Healthcare, Milwaukee, WI, USA)全激励,参数为120 KV, 100 mA·s,准直1 mm,重建层厚度0.65 mm,重建层间距0.5 mm,间距1。用CHEST滤波器重构数据。所有扫描都在爱丁堡大学(爱丁堡,英国)进行集中评估。使用肺部工作站2.0软件(VIDA Diagnostics,爱荷华市,IA,美国)测量气道尺寸,绘制出与气道路径正交的气道剖面。测量右下叶后基底段支气管(标记为RB10)的气道尺寸。得到的气道CT值如下:RB10 %管壁面积;RB10壁厚(mm);RB10管腔面积(mm2).
使用MMP-9酶免疫测定和MMP-9活性试剂盒(分别分别进行编号DMP900和F9M00,进行MMP-9测定; R&D Systems Europ Ltd,Abingdon,UK)。通过使用氟代孔多重测定(LKT003; R&D Systems Europ Ltd)量化Timps。
MMP-9(Affymetrix号203936_S_AT),TIMP-1(201666 _at)和TIMP-2(231579_s_at) mRNA表达水平使用Affymetrix U133+2芯片(Affymetrix, Santa Clara, CA, USA)进行分析,并通过对来自健康的从不吸烟(n=15)、健康吸烟者(n=13)、哮喘吸烟者(n=15)和从不吸烟的哮喘患者(n=15)的痰细胞和鼻呼吸上皮细胞样本进行全球标准化量化。根据哮喘严重程度和RNA质量选择样本。RNA分离和质量的细节包括在在线补充材料中。
分析
连续变量总结为中位数(四分位数范围)。它们在不同患者群之间的比较是通过Wilcoxon试验或Kruskal-Wallis测试。分类变量总结为每类别的频率和百分比,并使用Fisher的确切测试进行比较。线性回归模型用于预测来自疾病组,吸烟状态和额外协变量的每个标记,通过吸烟状态互动对任何群体进行测试。使用Pearson相关系数进行评估对数转化的MMP-9 / TIMP比率与痰液中性粒细胞百分比和CT RB10气道维数测量的关联进行评估,使用Pearson相关系数,具有引导95%置信区间。分析对于假设产生的目的是探索性,如果P <0.05,则接受统计学显着性。所有分析均在R版本2.15.0中进行(统计计算的R项目。www.r-project.org).
结果
人口统计学和基线特征
81名哮喘患者(35名吸烟者和46名不吸烟者)和43名健康受试者(19名吸烟者和24名不吸烟者)参与了这项研究。哮喘组和健康对照组的年龄和吸烟史(表格1).没有患者在口腔皮质类固醇或抗白细胞介素-5治疗中。哮喘的哮喘从不吸烟者与哮喘的吸烟者在年龄,哮喘持续时间,体表面积,特应性状态,肺活量测定剂,吸入的皮质类固醇剂量,用孟鲁司雀治疗,诱导痰总细胞计数,嗜酸性粒细胞和中性粒细胞比例和CT测量气道壁厚,但具有更高的DLCO(86%与77%预测,p=0.002)和F伊诺50(23 PPB与9磅,p < 0.001)。
痰MMP-9 / TIMP活动和浓度比
与哮喘的吸烟者与哮喘的吸烟者较低,与哮喘从不吸烟(P = 0.002和p = 0.001),与健康吸烟者相比,痰MMP-1或Sputum Timp-2的比例降低,与健康吸烟者无关- 分别 - 分别(P = 0.018和P = 0.024)(无花果。1和表2.).这些比率的差异是由于吸烟者中升高的痰液浓度升高,而不是吸烟者(哮喘和健康对照)(表2.).根据哮喘严重程度,组之间没有显着差异(表3).
a)哮喘患者和健康对照组的痰基质金属蛋白酶(MMP)-9活性/金属蛋白酶组织抑制剂(TIMP)-1浓度比,b) MMP-9活性/TIMP-2浓度比,c) MMP-9蛋白浓度/TIMP-1浓度比,d) MMP-9蛋白浓度/TIMP-2浓度比。哮喘吸烟者的MMP-9活性与痰液TIMP-1或痰液TIMP-2浓度的比值低于不吸烟的哮喘患者(p=0.002和p=0.001),健康吸烟者的MMP-9活性与痰液TIMP-1或痰液TIMP-2浓度的比值低于健康的不吸烟的哮喘患者(p=0.018和p=0.024)。
痰MMP-9浓度对痰TIMP-1或Sputum TIMP-2的比率在吸烟者之间与哮喘和从未吸烟的吸烟者和哮喘群体和哮喘群之间的吸烟者分别相似,并且分别在哮喘团体和健康的从未吸烟者和吸烟者之间(无花果。1和表2.).根据哮喘严重程度,组之间没有显着差异(表3).
相互作用的线性回归分析表明,无论是年龄还是剂量吸入激素对MMP-9 / TIMP比率有显著的影响,吸烟/ TIMP-1 MMP-9活动有很大的影响(r = -0.738 (95% CI -1.276 - -0.200), p = 0.008)和MMP-9活动/ TIMP-2比率(r = -0.518 (95% CI -0.960 - -0.077), p = 0.022)。
鼻呼吸上皮细胞和痰细胞MMP-9 / TIMP表达比率
中位(四分位数范围)鼻呼吸上皮细胞MMP9 / TIMP1.和mmp9 / timp2.重度哮喘吸烟者的表达率较不吸烟者低(0.01(0.00-0.03))。与0.05(0.04 - -0.09)×10−3相对荧光单位(RFU)中,p <0.001和0.02(0.01-0.06)与0.10(0.05 - -0.14)×10−3RFU,P <0.001分别)。与健康的从未吸烟者相比,健康吸烟者的比率也降低了(两种比率的P <0.001)(在线补充表E1)。痰电池MMP9 / TIMP1.和蒂姆2表达比与不吸烟者患有严重哮喘相比重症哮喘是在吸烟者高(0.19(0.09-0.27)与0.13 (0.06-0.18), p<0.001和0.27 (0.12-0.38)与0.13(0.05-0.18),P = 0.046,分别地)(在线补充表E1)。
痰MMP-9蛋白和酶活性与肺功能百分比和CT扫描测量的相关性和TIMP浓度的相关性
肺功能
哮喘的痰MMP-9蛋白活性/ TIMP-1和吸烟者TIMP-2的比率呈正交的支气管扩张剂FEV相关联1% pred (r=0.359 (95% CI 0.065-0.599)和0.334(0.008-0.587))和FEV1/强迫肺活量(FVC)比(0.365(0.070-0.626)和0.386 (0.105-0.614))(表4.).没有重要的协会DLCO除了痰MMP-9 / TIMP-2的比例在从不吸烟者患有哮喘(-0.344(-0.621- -0.028))。
痰液嗜中性粒细胞百分比
在不吸烟的哮喘患者中,MMP-9活性/TIMP-1和MMP-9浓度/TIMP-1与痰中性粒细胞百分比呈正相关(分别为0.373 (95% CI 0.020-0.697)和0.579 (0.251-0.797))(表4.).在不吸烟的哮喘患者中,MMP-9浓度和活性/TIMP-2的相关性不显著,在吸烟的哮喘患者中,痰中性粒细胞百分比的相关性也不显著。
CT测量气道壁尺寸
哮喘吸烟者的痰MMP-9活性/TIMP-1和TIMP-2以及痰MMP-9蛋白浓度/TIMP-1和TIMP-2比值与RB10气道腔面积呈正相关(r分别为0.450 (95% CI 0.138-0.717)、0.410(0.102-0.668)、0.499(0.189-0.728)和0.320 (0.000-0.579))(无花果。2和表4.).痰MMP-9 / TIMP比率与RB10气道壁增厚没有显着相关。在哮喘的非吸烟者中的比率和RB10 CT措施中没有重大协会。RB10气道在吸烟者中有哮喘和哮喘从不吸烟的人与体表面积没有相关(r = 0.208,p = 0.170和r = 0.066,p = 0.680)。
一个之间的关联)痰基质金属蛋白酶(MMP)-9活性/金属蛋白酶组织抑制剂(TIMP)-1浓度比,B)MMP-9活性/ TIMP-2浓度比,c)中MMP-9蛋白浓度/ TIMP-1浓度比,以及d)MMP-9蛋白浓度/ TIMP-2浓度比,与计算机断层摄影(CT)气道内腔哮喘吸烟者区域。痰MMP-9活性/ TIMP-1浓度,MMP-9活性/ TIMP-2浓度的比率,痰MMP-9蛋白浓度/ TIMP-1浓度,和MMP-9蛋白浓度/ TIMP-2浓度与权利相关支气管分10(RB10)气道管腔面积在吸烟者与哮喘相关(r = 0.450(95%CI 0.138-0.717)中,r = 0.410(0.102-0.668)中,r = 0.499(0.189-0.728)和r = 0.320(0.000-0.579),分别地)。
讨论
MMP-9 /抑制物的哮喘不吸烟者减小的比率已牵涉气道重塑[8,10.- - - - - -12.].我们试图确定吸烟者和不吸烟者哮喘患者的痰MMP-9/TIMPs比值是否与肺功能或气道尺寸的CT测量有关。我们研究的特别优势是招募了患有哮喘的吸烟者,他们占所有哮喘成年人的三分之一,但在他们中,描述MMP-9和TIMPs之间的平衡(或评估气道壁尺寸的CT成像)的公开数据有限。我们还描述了MMP-9活性的功能分析的使用,它增加了有关被激活的酶的比例的信息。
我们的主要新发现是痰MMP-9活性/ TIMP比率减少了哮喘的吸烟者,与哮喘从不吸烟,吸烟者的减少与哮喘的吸烟者有关的患者患者患者减少的患者1/FVC比率和减少的气道管腔面积通过CT测量。这些发现表明,气道狭窄受到MMP-9及其抑制剂之间的功能平衡的影响,这在哮喘气道重塑和胶原沉积的动态过程中显得至关重要[8,9,21.].我们还发现MMP9 / TIMP1.和mmp9 / timp2.鼻腔呼吸上皮细胞中的mRNA表达水平,具有严重哮喘的吸烟者副本中,表明这些变化发生在子上皮隔间中,其中必须激活MMP,并且它们与TIMP的相互作用是局部调节的[22.以及哮喘中气道重塑最具破坏性的部位。
从哮喘患者到卷烟烟雾的支气管上皮细胞的急性暴露在体外降低MMP-9/TIMP-1比值[16.].基于这一发现,假设MMP-9 / TIMP比率的降低可能导致由于ECM和气道壁厚的沉积增加而导致哮喘的吸烟者进行重塑[16.].然而,我们的研究结果不支持这个假说,因为我们不能证明MMP-9 / TIMP比例之间有任何关联,并在吸烟者患有哮喘的增加CT气道壁增厚。取而代之的是,在与哮喘组吸烟者一个重要的发现是痰MMP-9活性/ TIMP-1和TIMP-2,MMP-9浓度/ TIMP-1和TIMP-2的比率之间和节段性气道CT测量的正相关,管腔面积。在吸烟者哮喘减少MMP-9 / TIMP比和减小的气道内腔之间的链路不是由我们的数据说明。下痰MMP-9活性/ TIMP-1和TIMP-2比值降低FEV相关联1%哮喘吸烟者预解码,协会哮喘的非吸烟者报告人[13.,14.,23.].此外,我们发现较低的比值与支气管扩张剂后FEV降低有关1/FVC,提示低比例受试者持续气流阻塞。低MMP-9/TIMP可能与香烟烟雾、分泌物增加或上皮炎症的支气管收缩作用有关,尽管后者也可能增加气道壁厚度。体表面积可影响气道尺寸,但与气道管腔面积无相关性。TIMP高于MMP-9可能是过度试图保护支气管免受金属蛋白酶降解活性的影响,导致细胞外基质沉积增加[12.].
与V的结果不同ignola等等。[8]在温和的,类固醇Naïve哮喘学中,与健康对照相比,哮喘的非莫克者的差异,可能随着实验室技术不同,我们的大多数受试者都在吸入皮质类固醇上。已显示吸入的皮质类固醇降低MMP-9的表达,并增加哮喘患者的支气管活检组织中TIMP-1的表达[24.].在本研究中,吸入的皮质类固醇剂量对痰中的MMP-9或TIMP测量没有显着影响。
我们发现,在不吸烟的哮喘患者中,痰中性粒细胞比例与痰MMP-9活性/TIMP-1和MMP-9浓度/TIMP-1比值呈正相关,而在吸烟的哮喘患者中则不相关。先前使用痰液和支气管肺泡灌洗样本的研究也报道了非吸烟者与哮喘之间的类似关联[13.,14.,25.].众所周知,MMP-9和TIMP-1是由多种细胞分泌的,包括支气管上皮细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞和肺泡巨噬细胞,相对于中性粒细胞,这些细胞可能在调节哮喘吸烟者MMP-9和TIMP-1水平的变化中发挥了更大的作用。
我们认识到该研究有局限性,例如我们没有进行支气管活组织检查以确认痰,鼻和CT结果,并且横截面研究设计排除了对纵向变化的集合对平衡的纵向变化Sputum MMP-9和Timps。包含不同的哮喘症状减少了结论性统计分析的数量;然而,它提供了有用的试验数据,用于哮喘严重程度的效果的更大研究。
总之,这些结果首次显示MMP-9和TIMPS的平衡与哮喘的吸烟者较低,而与哮喘从不吸烟的吸烟者。降低的痰MMP-9活性/ TIMP比率与较差的支气管扩张器FEV相关1和FEV1/FVC比值和气道腔亚节段CT测量值的降低。这一结果提示,MMP-9和TIMPs的不平衡可能导致这一组气道的结构改变。
致谢
作者要感谢Joyce Thompson, Jane Lafferty, Maureen Brannigan(格拉斯哥大学,格拉斯哥,英国)和Kathleen Masterson(大格拉斯哥和Clyde NHS)的样本收集,以及Lisa Jolly和Iona Donnelly(格拉斯哥大学)对样本和痰细胞学的处理。
脚注
这篇文章有补充资料可从www.qdcxjkg.com
支持声明:这项工作得到了转化医学研究合作组织(info - gu -090)的资助,该合作组织由格拉斯哥大学、爱丁堡大学、阿伯丁大学和邓迪大学以及四个相关的NHS健康委员会(大格拉斯哥和克莱德、洛锡安、格兰扁和泰赛德)组成,苏格兰企业和辉瑞(原惠氏),并通过苏格兰初级保健研究网络得到苏格兰国民保健服务研究(NRS)的财政支持。
利益冲突:披露可以在本文的在线版本旁边找到www.qdcxjkg.com
- 收到了2013年6月28日。
- 接受2014年4月21日。
- ©2014人队