氧自由基对间歇低氧所致细胞凋亡的作用

韩广超 王红阳 禹江涛 张丽丽 王 袁

(河北联合大学附属医院呼吸内科 河北唐山 063000)

1 氧自由基与慢性间歇低氧

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome，OSAHS)是指睡眠时反复发生上气道阻塞，引起呼吸暂停和(或)通气不足，伴打鼾及睡眠结构紊乱，频繁发生血氧饱和度下降，继而引发一系列病理生理变化并导致临床并发症［1］。国外资料显示，OSAHS在40岁以上人群中的患病率为2%～4%，目前已被视为多种全身性疾病的独立危险因素［2］。OSAHS患者睡眠状态下经历反复的低氧和复氧交替，这种间歇性低氧(intermittent hypoxia，IH)类似于缺血再灌注。间歇性低氧不同于其他低氧模式，其对人体产生的影响及伤害甚之于持续低氧，近年来已成为备受关注的研究领域。在低氧阶段，细胞进行自身调整以适应低氧环境，再氧合的过程中产生过多的氧自由基改变了氧的平衡，结果导致氧化应激的发生［3］。

氧化应激是机体氧化能力与抗氧化能力失衡，氧化程度超出氧化物质的清除能力，导致活性氧ROS在细胞内或体内蓄积而引起细胞毒性，最终导致组织损伤的过程［4］。活性氧(ROS)包括超氧阴离子(O2-)、羟基(·OH)、过氧化氢(H2O2)、活性氮(NO·ONOO-)、次氯酸(HOCl)，是具有氧化还原功能的氧衍生物。按照其来源途径不同可分为外源性ROS及内源性ROS，其中内源性ROS主要来源于线粒体有氧呼吸链［5］。目前OSAHS引起氧化应激的机制尚未完全明确，可能与其长期的慢性间歇性低氧导致大量氧自由基生成、交感神经兴奋性增高及睡眠结构紊乱有关［6］。生理情况下，氧化应激处于动态平衡，正常体内存在ROS生成和消除平衡。病理情况下，氧化剂超过抗氧化系统的清除能力，打破动态平衡，造成蛋白质、脂质、DNA及细胞膜的损伤。

2 内质网应激途径与细胞凋亡

内质网(endoplasmic reticulum，ER)是细胞加工蛋白质和储存Ca2+的主要场所，当细胞对内质网功能的需求超过其自身承受能力时出现未折叠或错误折叠蛋白质在腔内堆积以及Ca2+平衡紊乱的状态称为内质网应激(endoplasmic reticulum stress，ERS)。内质网应激途径是近些年来发现的又一新的诱导神经元凋亡的重要途径，它不依赖于线粒体途径和死亡受体途径。ER功能受多种因素影响，如氧化应激、ATP耗竭、钙超载、酸中毒及大量自由基产生均可导致内质网功能紊乱进而诱发ERS［7］。OSAHS患者生成大量氧自由基，机体氧化还原状态被改变，ERS途径被激活，因此，ROS被认为可能作为ERS介导的细胞凋亡途径的上游信号［8］。

GRP78和CHOP是内质网应激的两个经典标志物［9］。相关文献报道［10］葡萄糖调节蛋白 78(glucose regulated protein，GRP78)是热休克蛋白70(Hsp70)家族的成员之一，又名免疫球蛋白重链结合蛋白(the immunoglobulin heavy chain binding protein，Bip)［11］。GRP78作为ER的一种分子伴侣定位于真核细胞的内质网膜上［12］，可参与蛋白质的糖基化修饰、折叠和转运。

C/EBP 同源蛋白(C/EBP homologous protein，CHOP)又名GADDl53(growth arrest and DNA damage)，是 C/EBP(CCAAT/增强子结合蛋白)家族成员之一，由于其能使细胞生长停留在G1/S期或诱导细胞凋亡，因此它也被视为GADD家族中的一员，与能量代谢、分化、增殖及凋亡等各种细胞活动有关。CHOP在生理情况下表达极低，但在ERS存在时其表达上调并转位至细胞核，调控靶基因表达，从而调节细胞分化、促进ROS产生以及介导细胞凋亡等［13］。

ERS被激活初期，ER通过激活未折叠蛋白反应(unfolded protein response，UPR)［14］来抵制 ERS 引起的细胞损害，恢复正常细胞功能。UPR是由3个ER应激感受蛋白和GRP78所介导的保护性应激反应。这3个感受蛋白分别是激活转录因子(activating transcription factor 6，ATF6)、需肌醇酶 -l(inositol-requiring enzymel，IRE-1)和RNA依赖的蛋白激酶样内质网激酶(PKR-like ER kinase，PERK)，它们均具有一个与BIP作用的氨基末端［15］。生理情况下，ATF6、IRE-1、PERK 分别与 GRP78结合，处于无活性状态;当 ERS存在时，堆积未折叠蛋白使GRP78与3种感受蛋白解离，GRP78表达上调，并结合未折叠及错误折叠蛋白，恢复蛋白质的正确构象，使蛋白质能在应激状态下继续正确合成，稳定内质网功能，从而减少ERS影响，使内环境趋于稳定［16］，这是一个细胞自我保护的促生存效应过程。然而过强的ERS则通过ATF6、IRE-1、PERK 3条通路激活CHOP从而诱导细胞凋亡［17］。目前CHOP诱导细胞凋亡的机制尚未完全明确，相关资料显示CHOP可能是通过诱导哺乳动物tribbles家族成员TRB3的表达进而抑制抗凋亡信号分子AKT的活性，促进细胞凋亡［18］;CHOP还可以上调促凋亡基因Bax/Bak，下调抗凋亡基因Bcl-2。另外，CHOP过表达会导致胞质内Bax/Bak向线粒体转移，并引起内质网膜上的Bax/Bak构象改变，最终使内质网膜完整性破坏，Ca2+向胞质外流从而引起细胞凋亡［13］。

3 氧自由基清除剂与活性氧ROS

活性氧ROS是在细胞有氧代谢过程中产生的化学性质活泼的氧自由基和能转化为自由基的物质。研究显示中低浓度的ROS参与机体免疫过程，抵抗外源微生物的损害［19］，同时，ROS作为第二信使［20］，控制基因表达和蛋白质翻译后的修饰及调节信号转导途径，在细胞的生理活动中具有举足轻重的作用。然而在慢性间歇低氧、缺血再灌注、炎症等刺激下，ROS产生增加，氧化剂与抗氧化系统之间的平衡被打破，导致氧化应激，通过ERS途径进一步诱导细胞凋亡。然而ROS本身对细胞亦具有损害作用，表现在:①降低线粒体跨膜电势，细胞色素C过表达而诱导细胞凋亡［21，22］。②发生脂质过氧化反应并通过共价修改重要生物大分子，使蛋白质和DNA发生交联［23］。③作用于含半胱氨酸蛋白的活性中心，使其失活。④与DNA发生氧化反应，损害DNA分子。氧自由基清除剂不仅可以有效的清除大脑海马组织的自由基成分，阻断脂质过氧化反应，还可能存在减少兴奋性氨基酸释放的机制，从而减轻氧自由基造成的原发性及继发性损害。

4 小结

目前国内外研究较多的是缺血再灌注条件下内质网应激途径诱导的细胞凋亡，慢性间歇低氧引发细胞凋亡的机制研究有限。OSAHS患者因持续的低氧-复氧导致体内大量氧自由基生成，进而引发内质网应激效应促导细胞凋亡，这可能是OSAHS患者出现记忆、学习、认知等功能障碍的病理生理基础之一。间歇低氧环境下，氧化应激也可能经其他相关通路引起细胞损伤，而ERS途径在OSAHS患者引起认知障碍过程中是否发挥作用有待实验进一步证实。尽管ERS通路介导细胞凋亡的下游机制尚未完全明确，但氧自由基在内质网应激引起神经损伤过程中扮演了关键角色，氧自由基清除剂可通过抑制氧自由基过表达从而减少慢性间歇低氧所致细胞凋亡，为防治睡眠呼吸暂停综合征患者认知障碍提供了新的落脚点。

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