慢性阻塞性肺疾病患者氧化應(yīng)激和抗氧化治療的研究進(jìn)展

劉云龍，景麗玲，譚美春

慢性阻塞性肺疾病(簡稱慢阻肺)的特征是氣流受限不完全可逆，并且呈進(jìn)行性進(jìn)展。慢阻肺的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，與氣道和肺部慢性炎癥、氧化應(yīng)激(氧化/抗氧化失衡)、蛋白酶/抗蛋白酶失衡等有關(guān)，其中氧化應(yīng)激直接損傷氣道和肺組織，導(dǎo)致蛋白酶-抗蛋白酶失衡，促進(jìn)炎癥反應(yīng)，在慢阻肺的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮極其重要作用[1]。目前抗氧化治療在臨床應(yīng)用中取得了一定進(jìn)展，但需對(duì)氧化應(yīng)激在慢阻肺發(fā)病中的作用機(jī)制進(jìn)行更深層次探討,從而為抗氧化治療藥物的研制提供新的方向。

1 氧化/抗氧化系統(tǒng)

1.1 氧化應(yīng)激 正常狀態(tài)下機(jī)體可產(chǎn)生少量活性氧(reactive oxygen species，ROS)參與代謝,同時(shí)體內(nèi)抗氧化體系能清除過多自由基、抑制自由基反應(yīng),保持自由基的產(chǎn)生和清除平衡。常見的ROS包括超氧陰離子(O2-)、羥自由基(·OH)和過氧化氫(H2O2)等。但某些病理狀態(tài)下,由于內(nèi)源性和(或)外源性刺激使機(jī)體代謝異常，機(jī)體內(nèi)高活性分子產(chǎn)生過多，或機(jī)體抗氧化物質(zhì)不足，氧化劑/抗氧化劑動(dòng)態(tài)平衡失衡，而發(fā)生氧化應(yīng)激，導(dǎo)致DNA、脂質(zhì)及蛋白質(zhì)的氧化損傷，進(jìn)一步引起細(xì)胞死亡和組織損傷[2]。

1.2 氧化物來源

1.2.1 外源性氧化劑 吸煙是目前最常見導(dǎo)致慢阻肺的危險(xiǎn)因素，約90%的慢阻肺患者有吸煙史。香煙煙霧包含較高濃度的自由基和氧化產(chǎn)物。污染的空氣可促使自由基產(chǎn)生,引起氣道炎癥反應(yīng)和上皮細(xì)胞損傷,這些都與慢阻肺的發(fā)病及急性加重相關(guān)[3]。

1.2.2 內(nèi)源性氧化劑 炎癥細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞是重要的內(nèi)源性氧化劑來源。吸煙或吸入污染空氣通過不同途徑刺激肺內(nèi)炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致氣道和肺泡中活化中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞數(shù)量增加，這些細(xì)胞在煙草煙霧刺激下可釋放大量ROS[4]。線粒體是氧化磷酸化過程中產(chǎn)生ROS的主要部位之一，雖然電子從電子傳遞鏈中泄漏并形成ROS是線粒體的生理功能，但各種細(xì)胞內(nèi)外因素可導(dǎo)致ROS的數(shù)量增加，引起氧化/抗氧化失衡[5]。氧化應(yīng)激通過改變線粒體的結(jié)構(gòu)和形態(tài)以及影響一系列線粒體蛋白而影響線粒體功能。過量線粒體ROS會(huì)引起氧化損傷，線粒體中受損的蛋白質(zhì)、DNA和脂質(zhì)含量以及細(xì)胞內(nèi)的炎癥標(biāo)志物顯著增加[6]。

1.3 抗氧化酶的缺乏 吸煙者和慢阻肺患者隨著疾病的進(jìn)展和急性加重，氧化負(fù)荷使抗氧化劑大量消耗，導(dǎo)致抗氧化劑減少，抗氧化能力降低，主要表現(xiàn)為血漿抗氧化劑和蛋白質(zhì)巰基的缺乏[7]。Nicks等[8]報(bào)道吸煙者中尿酸、谷胱甘肽、維生素E和抗壞血酸等抗氧化劑降低，并且與慢阻肺急性加重嚴(yán)重程度相關(guān)聯(lián)。

2 氧化/抗氧化失衡

2.1 直接或間接損傷氣道和肺部 氣道和肺部增加的ROS通過氧化蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA直接損傷氣道和肺泡上皮細(xì)胞。ROS和細(xì)胞膜磷脂發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，使細(xì)胞膜的流動(dòng)性降低，通透性增高，溶酶體酶釋放，導(dǎo)致細(xì)胞溶解[9]。慢阻肺患者氣道和肺組織中細(xì)胞凋亡增加，肺泡細(xì)胞凋亡與肺氣腫的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)[10]。氧化應(yīng)激導(dǎo)致氣道中甘露糖結(jié)合凝集素水平下降，從而影響肺泡巨噬細(xì)胞吞噬凋亡細(xì)胞和病原體的能力[11]。氣道和肺泡上皮細(xì)胞損傷使對(duì)外界刺激的防御能力降低，易引發(fā)炎癥和感染。

2.2 促進(jìn)肺部炎性反應(yīng) 氣管和肺部慢性炎癥是慢阻肺的重要特征，慢阻肺患者氣道和肺泡中炎癥細(xì)胞及炎癥介質(zhì)增多[12]。氧化應(yīng)激可誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞在肺微循環(huán)中滯留、募集和活化，釋放大量ROS和蛋白水解酶,加重炎癥反應(yīng)和氧化損傷。組蛋白去乙酰化酶使組蛋白去乙酰化，與DNA緊密結(jié)合，抑制基因轉(zhuǎn)錄。ROS通過降低組蛋白去乙酰化酶活性和增加組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性，同時(shí)活化NF-κB，增加促炎基因的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致促炎因子增多[13-14]。氧化應(yīng)激還可以誘導(dǎo)Rtp801上調(diào)，其通過增強(qiáng)炎癥反應(yīng)提高煙草煙霧所致?lián)p傷的易感性[15]。

3 抗氧化劑治療

包括慢阻肺在內(nèi)的許多肺部疾病普遍存在ROS導(dǎo)致的組織損傷和炎癥的病理變化，通過減少和(或)中和ROS，從而提供了一個(gè)獨(dú)特的抗氧化劑治療的方法。這可以通過2種方式來實(shí)現(xiàn)：①增加內(nèi)源性抗氧化酶的防御；②通過飲食或藥物手段增強(qiáng)非酶的防御。抗氧化劑有谷胱甘肽、N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine，NAC)和麥角硫因等。

3.1 N-乙酰半胱氨酸 NAC含有巰基，是細(xì)胞內(nèi)半胱氨酸的供體和谷胱甘肽的前體，它是還原劑，可以中和氧化劑[16]。NAC可能在慢阻肺加重過程中調(diào)節(jié)細(xì)菌脂多糖所致的有害效應(yīng)。在高濃度給藥時(shí)，會(huì)產(chǎn)生抗氧化和抗炎作用[17]。Zheng等[18]研究結(jié)果顯示，中國中度至重度慢阻肺患者，長期使用NAC(每次600 mg，2/d)可以防止病情加重，急性加重率明顯降低。另有小規(guī)模臨床研究表明,連續(xù)口服NAC (1 800 mg/d，3個(gè)月),可以使中度慢阻肺患者獲益[19]。一項(xiàng)隨機(jī)、雙盲、安慰劑對(duì)照的Ⅱ期臨床試驗(yàn)，口服NAC(每次600 mg，2/d，6個(gè)月)，發(fā)現(xiàn)吸煙者血漿和支氣管肺泡灌洗液氧化生物標(biāo)志物顯著降低[20]。另一項(xiàng)研究證實(shí)：NAC口服(每次600 mg，2/d，2個(gè)月)可迅速降低慢阻肺穩(wěn)定期患者呼吸道氧化負(fù)荷，并且與支氣管粘液分泌、急性加重降低相關(guān)[21]。而且大劑量NAC(1 800 mg/d)可以影響慢阻肺患者氣道的形狀，炎癥和氧化應(yīng)激水平[19]。NAC通過增加細(xì)胞內(nèi)的谷胱甘肽水平和溶解粘液在慢阻肺中發(fā)揮作用。因此，NAC更可能有益于粘液分泌過多患者，這需要作進(jìn)一步的臨床研究。

3.2 羧甲司坦 羧甲司坦是一種具有抗炎和抗氧化特性的痰液溶解劑。羧甲司坦可清除自由基和抗炎癥介質(zhì)，并且影響粘液分泌，促進(jìn)唾液粘蛋白的生成，而唾液粘蛋白通過抑制激肽影響粘液流變學(xué)，從而減少或預(yù)防支氣管炎癥和支氣管痙攣的發(fā)生[22]。PEACE臨床研究[23]證實(shí)：羧甲司坦可顯著降低慢阻肺急性加重發(fā)生率，大劑量羧甲司坦耐受性良好，具有粘液溶解作用，還可以減少細(xì)菌的粘附性。因此，長期使用羧甲司坦可能更有益于預(yù)防慢阻肺患者急性加重。羧甲司坦減少ROS的產(chǎn)生，并在香煙煙霧提取物刺激細(xì)胞增加谷胱甘肽、血紅素加氧酶-1、Nrf2、HDAC2表達(dá)和活性，從而表明其可應(yīng)用于皮質(zhì)類固醇抵抗相關(guān)的疾病[24]。

3.3 Nrf2激動(dòng)劑 Nrf2在吸煙人群避免ROS損傷中發(fā)揮重要作用，它調(diào)節(jié)許多抗氧化劑和第二階段的細(xì)胞保護(hù)基因。蘿卜硫素是Nrf2激動(dòng)劑，慢阻肺患者中發(fā)現(xiàn)其通過谷胱甘肽依賴機(jī)制發(fā)揮作用，并可恢復(fù)糖皮質(zhì)激素的敏感性[25]。即使對(duì)皮質(zhì)激素不敏感者，白藜蘆醇也具有抗氧化和抗炎癥的性能，在慢阻肺肺泡巨噬細(xì)胞中也可顯著降低細(xì)菌內(nèi)毒素誘導(dǎo)的細(xì)胞因子[26]。白藜蘆醇可通過SIRT1及ORP150通路發(fā)揮對(duì)抗香煙煙霧提取物所致氣道上皮細(xì)胞凋亡的作用[27]。白藜蘆醇對(duì)大鼠慢阻肺模型有一定的治療作用，其作用機(jī)制與抑制慢性阻塞性肺疾病大鼠氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)的發(fā)生有關(guān)[28]。

3.4 飲食 Tabak等[29]發(fā)現(xiàn)總的兒茶酸、黃酮醇和黃酮的攝入量與第一秒用力呼氣容積(forced expiratory volume in one second，F(xiàn)EV1)正相關(guān)[beta(Q5-Q1)=44 mL,95%CI=(18～69)]，與慢性咳嗽負(fù)相關(guān)[OR(Q5-Q1)=0.80,95%CI=(0.66～0.97)]，呼吸困難負(fù)相關(guān)[OR(Q5-Q1)=0.74,95%CI=(0.58～0.94)]。因此，對(duì)于慢阻肺患者，攝入水果可顯著獲益。持續(xù)吸煙者攝入更高的維生素C和水果、蔬菜與低攝入量相比可減慢FEV1下降率(分別為每年18 mL、24 mL)；非吸煙患者FEV1下降率和飲食無相關(guān)性。對(duì)于暴露于香煙煙霧的老年人，具有抗氧化能力營養(yǎng)素的攝取可能延緩肺功能下降[30]。但是也有重度慢阻肺患者參加的臨床研究表明,經(jīng)過12周增加蔬菜及水果的攝入并沒有明顯改善其氧化應(yīng)激及氣道的炎癥[31]。總而言之，這些研究顯示富有多酚類黃酮和其他抗氧化劑的水果、蔬菜對(duì)于慢阻肺患者的管理極其重要，但也不能忽視均衡營養(yǎng)的重要性。

3.5 中草藥 目前發(fā)現(xiàn)許多中草藥具有抗氧化、清除和抑制自由基的功效，如人參、丹參、黃芪、生脈散等。慢阻肺患者應(yīng)用人參可以補(bǔ)肺脾氣，提高這些器官的功能[32]。桔梗素D已被報(bào)道具有抗炎和抗氧化作用。桔梗素D通過激活Nrf2信號(hào)通路，抑制炎癥和氧化反應(yīng)，對(duì)吸煙誘導(dǎo)的肺部炎癥有保護(hù)作用[33]。六君子湯通過抑制IκB-α和NF-κB的磷酸化，增強(qiáng)抗氧化酶活性，降低脂質(zhì)氧化產(chǎn)生，同時(shí)顯著抑制炎癥細(xì)胞因子的發(fā)生，對(duì)吸煙所致的慢阻肺小鼠具有一定的抗炎和抗氧化作用[34]。總之，中草藥可以用于慢阻肺的某些方面治療，并且展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景，但需要進(jìn)行大規(guī)模高質(zhì)量的臨床研究。

4 結(jié)語

氧化/抗氧化機(jī)制在慢阻肺發(fā)病過程和進(jìn)展中起著重要作用，并與炎癥機(jī)制相互影響。抗氧化治療可增強(qiáng)慢阻肺患者抗氧化能力，降低氧化應(yīng)激損傷，維持氧化/抗氧化動(dòng)態(tài)平衡。遺憾的是，目前尚未能完全理解慢阻肺的病理生理及表型之間的差別。需對(duì)氧化應(yīng)激在慢阻肺發(fā)病中的作用機(jī)制進(jìn)行更深層次探討,從而為抗氧化治療藥物的研制提供新的方向。慢阻肺是一種復(fù)雜的病理過程，沒有單一的療法可以治療整個(gè)疾病，有必要使用聯(lián)合療法。