N-乙酰半胱氨酸對氣道NO的影響及其在慢阻肺患者中的應用

李鵬飛 張建華 李浩闖 劉利凱 李陽 于紅艷

乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine，NAC)是合成還原型谷胱甘肽的底物-半胱氨酸的N-乙酰化衍生物，作為前體藥物，其在維持機體細胞正常生理功能方面發揮著重要作用。至今，NAC用于臨床已有60年的歷史，隨著研究進展，其應用領域不斷拓寬。目前，NAC常被作為解毒劑、粘液溶解劑和抗氧化劑使用，但是，它同時具有抗炎活性。以往和新近的研究表明NAC可通過相關途徑抑制炎癥狀態下一氧化氮(Nitric Oxide，NO)的產生，以使氣道、肺組織炎癥反應減輕，這一機制可能為它作為抗炎藥物治療慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD，簡稱慢阻肺)增加了新的依據，為此，有必要對其進行全面的再認識和進一步研究。本綜述主要闡述NAC抑制氣道、肺組織NO產生的有關研究內容及進展情況，以期為慢阻肺的抗炎治療尋找新的途徑，同時，探討了利用呼出氣一氧化氮(Fractional exhaled nitric oxide，FeNO)評價NAC對慢阻肺患者氣道NO水平影響的可行性，為開展進一步的臨床研究提供借鑒。

當前，NAC粘液溶解和抗氧化活性已得到了廣泛研究和證實，但其抗炎活性方面的研究顯得有限，尤其是直接與慢阻肺抗炎治療相關的研究。國內大部分研究主要集中在探討NAC對慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD，簡稱慢阻肺急性加重)患者抗氧化應激標志物、氧合和細胞因子等方面的影響。為數不多的研究報道了NAC抗炎活性對慢阻肺的影響，其中一項動物實驗發現，在煙草煙霧的誘導下，缺乏誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的小鼠，其慢阻肺的發病率顯著下降[1]；另外，在慢阻肺急性加重患者離體支氣管中的實驗也顯示，氣道炎癥水平與NO濃度相關[2]；此外，Lázár等的研究顯示，慢阻肺急性加重期間，患者FeNO值較穩定期患者顯著增加[3]。這些研究均表明NO參與了慢阻肺的發病，因此，抑制和調節炎癥狀態下NO的過度產生，可能是慢阻肺抗炎治療的又一新途徑。但是，作為調節NO產生的藥物-選擇性iNOS抑制劑，在臨床實驗中并未顯示出有益效果[4]。最近幾項研究顯示，NAC可下調炎癥小鼠肺組織iNOS表達，并減少慢阻肺患者氣道NO的產生，這使得我們對其成為慢阻肺抗炎治療的主要藥物充滿期待。

NAC抗炎活性在氣道、肺組織和慢阻肺中的研究現況

NAC作為一含巰基化合物，最初用于慢阻肺，是由于其活性巰基能夠分解粘液蛋白中的二硫鍵，以此發揮粘液溶解作用。之后的研究發現，NAC還可對抗氧化應激，并且在呼吸道組織細胞中也能發揮抗氧化作用，而進一步的研究顯示，它具有直接和間接的抗氧化活性[5]，其抗氧化活性可減少慢阻肺急性加重[6]。但是，相對于NAC粘液溶解和抗氧化活性在慢阻肺的治療中已得到廣泛研究的情況下，其抗炎活性對慢阻肺的影響進展較慢，筆者總結既往該領域取得的研究成果，以2018年為界點，這之前，Sadowska和Radomska-Lesniewska提出了NAC調節炎癥反應的可能途徑[7-8]：首先，高劑量NAC通過對信號傳導途徑的直接影響(如p38MAPK和NF-κB)，發揮抗炎作用；其次，NAC可通過對細胞內巰基濃度的持續作用，引發細胞內氧化還原狀態改變，進而調節氧化還原敏感轉錄因子的激活，以調節炎癥反應。2018年以后的研究揭示了一些新發現的抗炎途徑，這些抗炎途徑可以獨立于NAC抗氧化途徑之外而發揮作用。比如，Calzetta等在人離體支氣管(一種慢阻肺急性加重的驗證模型)為研究標本的試驗中，證實了NAC可經調節神經源性炎癥途徑抑制IL-6的表達[9]；此后，在慢阻肺患者肺組織和小鼠肺組織的研究中，NAC可分別作用于miR-29b-BRD4軸和瘦素以抑制IL-8表達和白細胞募集的抗炎作用也被相繼報道[10-11]。由此可見，NAC具有獨立、確鑿的抗炎活性，在這些研究之中，NAC通過抑制炎癥狀態下NO的產生來發揮抗炎活性的研究也從未間斷，對于這一特殊的抗炎路徑如今也越來越受到人們關注。

氣道、肺NO的產生與NO和慢阻肺

NO是一種重要的內源性神經遞質和介質，作為一種重要的氣體信號分子，在低濃度水平時，NO維持著機體的正常代謝，對人體的各種生理功能，如炎癥介質、信號轉導、免疫調節和細胞毒性等發揮調節作用[12]。但在病理條件下，NO的濃度會過度升高，并產生細胞毒性，損害機體正常生理功能。目前大多數數據支持高濃度NO主要由iNOS產生[13]，在呼吸道局部炎癥中，iNOS主要在炎癥/免疫(嗜酸性粒細胞、巨噬細胞)、支氣管和肺泡上皮細胞中激活[14]，產生高濃度水平NO[15]，進而通過轉導細胞內信號途徑影響嗜酸粒細胞，誘導嗜酸粒細胞性氣道炎癥，導致疾病發生和臨床癥狀，并且，這種由呼吸道局部NO升高導致的炎癥與全身性NO的產生沒有相關性[16]。已有研究證明，暴露于香煙煙霧中的支氣管上皮細胞和慢阻肺小鼠模型iNOS表達及NO水平均顯著升高[17]，而iNOS缺陷的小鼠，其肺氣腫及肺部炎癥的發生、進展均較輕；一項分析慢阻肺患者人群FeNO分布水平的回顧性研究表明，有相當大比例患者的FeNO高于正常人群[18]。現已認為，iNOS失調導致NO過度產生是慢阻肺發病的一個潛在機制[14]，首先，當NO濃度增加時，其致炎性可促進炎細胞分泌炎癥介質，誘導白細胞聚集、發生炎癥瀑布效應，導致氣道炎癥反應和組織損傷；其次，NO的增加會導致過氧亞硝酸鹽的形成，后者作為一種極不穩定的氧自由基，極易引發氣道氧化應激反應增強，導致炎癥和細胞凋亡[19]。

NAC抑制氣道、肺NO的研究進展

目前關于抑制氣道NO過度產生相關藥物的研究報告較少，雖然iNOS強抑制劑GW274150在肺部炎癥動物模型的試驗中顯示，其可以防止由急性變應原刺激引發的遲發性氣道反應，但是在臨床試驗中，選擇性iNOS抑制劑并未顯示出明顯的有益效果[4]。不可否認，未來尋找能夠有效調節NO過度升高的藥物將成為治療慢性氣道炎癥性疾病的一個突破點，值得注意的是，既往和最近的基礎研究顯示了NAC在這方面的潛力。

國內一項探討核轉錄因子-κB(NF-κB)、iNOS及NO在脂多糖(LPS)誘導大鼠急性肺損傷(ALI)所起的作用的試驗中，發現LPS誘導的ALI大鼠(LPS組)肺組織NF-κB、iNOS表達及NO的合成較正常對照組明顯增加(P<0.05)，當預先給予ALI大鼠NF-κB活化抑制劑NAC或地塞米松(DXM)進行干預(NAC干預組或DXM干預組)后，結果見該兩組大鼠肺部NF-κB、iNOS表達及NO合成均較LPS組明顯降低(P<0.05)，同時肺組織病理較LPS組明顯改善；而預先給予ALI大鼠生理鹽水，則未見上述變化。他們推測NAC可通過抑制肺部iNOS的表達，進而減少NO生成，來發揮抗炎作用[20]。失重會使肺功能受到影響，并可導致一定程度肺組織損傷，國內另一項研究藥物干預對模擬失重后大鼠肺組織蛋白組學變化影響的研究，研究者將健康雄性S-D大鼠隨機分為模擬失重7天(懸吊)、正常對照、NAC干預和銀杏葉提取物干預4組，結果顯示其中懸吊組大鼠肺組織iNOS表達水平明顯高于對照組(P<0.05)，而NAC干預組大鼠肺組織iNOS表達水平明顯低于7天懸吊組(P<0.05)，并且大鼠肺組織iNOS mRNA表達也有相應的變化(P<0.05)，同樣說明NAC可能會通過降低失重大鼠肺組織iNOS的表達以減輕肺組織損傷[21]。管東波等[22]直接在甲醛暴露后人支氣管上皮細胞中，研究了NAC對NO生成的抑制作用，他們發現低劑量甲醛暴露組人支氣管上皮細胞內還原型谷胱甘肽(GSH)/氧化型谷胱甘肽(GSSG)值低于對照(無菌空氣)組，低劑量甲醛暴露組+NAC(0.01 mol/L)保護組GSH/GSSG值高于低劑量甲醛暴露組，并且低劑量甲醛暴露組+NAC組細胞培養上清中NO濃度和細胞內iNOS活力均低于低劑量甲醛暴露組，差異均有統計學意義(P<0.05)，低劑量甲醛暴露組+NAC組與對照組的上述各指標間差異均無統計學意義。由于高濃度NO的產生直接依賴iNOS的活性，而iNOS的表達受細胞內巰基狀態的調節，還原型谷胱甘肽(GSH)或谷胱甘肽(GSSG)可以增加或抑制iNOS的表達，因此，該研究表明NAC可能通過對GSH/GSSG值的調節抑制炎癥刺激下人支氣管上皮細胞iNOS的活力和NO的產生，這也與Sadowska等提出的NAC在高濃度時可通過調節GSSG/GSH狀態影響iNOS的假設相符。國外學者Bernareggi等[16]在探索高壓氧(HBO)暴露對大鼠氣管組織微血管通透性變化影響的研究中發現，暴露于HBO大鼠(實驗組)與暴露于環境空氣大鼠(對照組)相比，實驗組小鼠氣管組織微血管血漿滲出量顯著增加、氣管勻漿中iNOS蛋白水平也顯著升高，但是，測定兩組間空氣中FeNO水平的差異卻無統計學意義(P>0.05)，作者在討論中指出，后一結果與他們期望的實驗組大鼠FeNO會明顯升高的預測相悖，Bernareggi 解釋這個“無意義”結果可能與呼吸道內膜生化環境變化及NO在呼吸道被局部滅活有關。此外，當分別給予氟尼縮松(Flunisolide)和NAC治療實驗組小鼠后，其氣管組織血漿外滲量均有減輕，目前已知氟尼縮松治療的有益作用可能與糖皮質激素抑制iNOS表達有關，但對于NAC的治療作用，Bernareggi指出，雖然他們在NAC治療的大鼠中沒有測量iNOS蛋白的表達，但是鑒于氧化應激已被證明可以誘導肺泡上皮細胞iNOS表達[23]，所以，仍然可以推斷NAC會降低HBO處理大鼠氣管勻漿中iNOS的表達。Rota等[24]在LPS處理后的動物模型中，研究了NAC對NO生成的調節，并與iNOS抑制劑 N-[3-(氨基甲基)芐基]乙脒(1400W)進行了比較。結果顯示二者均可抑制NO的產生，在討論NO生成減少的機制時，他指出這并不是由于iNOS的活性被NAC直接抑制，而可能是其在轉錄水平上產生了一些作用，抑制了NF-κB激活上游的一些步驟，最終抑制了iNOS的表達，進而導致NO生成減少。同樣來自國外的一項旨在探討抗結晶二氧化硅(CS)誘導肺纖維化的作用以及觀察NAC對CS所誘導的肺纖維化和炎癥影響的研究中，研究者發現與對照組相比，CS處理組小鼠(實驗組)肺組織中NOX2，iNOS，SOD2和XO mRNA的表達呈時間依賴性增加，而在應用NAC處理后，與矽肺小鼠模型相比，NAC處理小鼠肺組織中NOX2，iNOS，SOD2和XO mRNA的表達出現下降，并且肺組織損傷也有減輕[25]。綜上所述，可以看出NAC減少NO的生成是通過抑制iNOS的活性實現的。

最近一項在LPS誘導的慢阻肺急性加重人離體支氣管模型中進行的試驗，進一步增加了NAC作為慢性氣道疾病主要抗炎藥物的潛力。實驗中用LPS(100ng/mL)過夜孵育顯著增加了人離體支氣管產生的NO濃度(NO: +46.59±10.01%；相對于對照，P<0.001)，當予以≥1μM 濃度的NAC處理后，NO的濃度顯著降低(NO：-24.06±1.79%;相對于LPS培養的支氣管，P<0.05)[2]。正如這些基礎研究的結果，從動物到支氣管細胞再到人離體支氣管試驗均證明NAC可有效抑制炎癥狀態下NO的產生，從而減輕了炎癥反應對組織細胞造成的損傷。這些試驗成果為在臨床實踐中進一步探討NAC對慢阻肺患者氣道NO水平的影響奠定了基礎。

NAC治療慢阻肺價值的評估(FeNO的應用)

FeNO即測定的呼氣中一氧化氮的濃度，可反應氣道內一氧化氮的水平[26]。其作為一種簡單無痛苦、易于操作的檢查，相比于傳統炎癥指標及血液炎癥因子等能夠更好地反映氣道嗜酸性炎癥，被認為是氣道Th2炎癥的標志物[27]，目前多應用于支氣管哮喘的診治和評估預后。盡管大多數研究表明中性粒細胞、巨噬細胞以及Th1細胞因子的表達增加是慢阻肺氣道炎癥的主要特征，但最近的一些研究顯示，部分(20%～40%的慢阻肺患者出現嗜酸性粒細胞炎癥[28])慢阻肺患者傾向于Th2型炎癥，表明Th2炎癥也參與了慢阻肺的進展[27]。因此，近年來，隨著對慢阻肺病理、發病機制認識的加深，FeNO在慢阻肺診斷及治療指導中的應用逐漸增多[29]。已有的研究表明，FeNO水平變化與慢阻肺的嚴重程度[27]和急性加重相關；FeNO≥20ppb持續12個月的慢阻肺患者將有更大的急性加重風險[30]，同時，在慢阻肺急性加重患者中也觀察到FeNO水平的升高[31]。由此可見，FeNO水平的升高與慢阻肺的嚴重程度及急性加重具有良好的相關性。在臨床治療方面，糖皮質激素可有效抑制氣道嗜酸性炎癥反應、下調FeNO水平，使慢阻肺患者收益的研究已有較多報道[28]，而對于應用FeNO評估NAC對氣道炎癥影響的報道極少，鑒于NAC在基礎試驗中顯示了對氣道、肺組織NO過度生成的有效調節，關于它在臨床真實世界中對慢阻肺患者氣道NO產生的影響值得探討，以進一步確定其治療慢性氣道疾病的臨床價值，同時為臨床應用增添新的證據支持。

展 望

炎癥狀態下NO過度產生與慢阻肺急性加重有關，有效調節NO異常升高可能是慢阻肺抗炎治療的又一途徑，基礎研究已表明NAC可調節炎癥氣道NO的生成而發揮抗炎作用。縱觀目前NAC在慢阻肺中的研究，多是側重于關注對患者癥狀、氧合等指標的改善情況，而對患者氣道NO水平的影響，仍有待于進一步的臨床研究。得益于慢阻肺發病機制和FeNO應用的研究進展，為臨床開展相關研究提供了可能，相信隨著這一領域的研究進展，將會有助于推動慢阻肺個體化治療方向的發展。