氧化应激与血液系统疾病

汪海涛，林 洁，朱宏丽

解放军总医院 老年血液科，北京 100853

氧化应激与血液系统疾病

汪海涛，林 洁，朱宏丽

解放军总医院 老年血液科，北京 100853

最新研究发现，氧化应激在造血干细胞稳态的维持和溶血性疾病、免疫性血小板减少症、白血病等多种血液系统疾病的发生发展中起着重要作用。本文对氧化应激与上述血液系统疾病的关系进行综述。

氧化应激；溶血；免疫性血小板减少症；白血病

氧化与抗氧化是人体固有的生理过程，氧化过程中产生的自由基可作为信号分子，参与机体的防御反应、血管生成及生物合成。但在一些病理因素下，氧化与抗氧化系统失衡，就会产生氧化应激，造成细胞凋亡、组织损伤。近几年研究发现氧化应激参与了多种血液系统疾病的发生发展，本文就其研究进展综述如下[1-3]。

1 氧化应激

氧化应激最早由美国Sohal等[4]在1985年提出，它是指机体在感染、缺氧等病理状态下，氧化和抗氧化系统失衡，产生过多的活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)或活性氮自由基(reactive nitrogen species，RNS)，如果机体不能及时清除这些活性分子，就会造成组织损伤，甚至发生疾病，称为氧化应激[5-6]。氧化系统主要由自由基组成，它包括过氧根离子、羟氧自由基、过氧化氢、一氧化氮等。机体的正常代谢会产生一定量的自由基，生理状态下它可作为信号分子，参与机体的防御反应、血管生成及生物合成(如甲状腺素)；但过多的自由基会引起机体产生氧化应激，引起损伤[7]。抗氧化系统可以分为酶促和非酶促抗氧化系统，前者主要催化过氧化物质降解，包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等； 后者为小分子抗氧化剂，包括维生素C、维生素E、还原型谷胱甘肽、血红蛋白、褪黑素等。它们从不同途径清除体内的自由基，相互之间协同作用，达到对细胞和组织的全面保护。

2 氧化应激与造血干细胞稳态的维持

造血干细胞(hematopoietic stem cells，HSC)主要存在于红骨髓中，约占骨髓有核细胞的0.5%，具有自我更新和分化产生各系祖细胞的能力，二者保持动态平衡。若自我更新过度可导致肿瘤(如白血病)发生；若分化增加，会造成干细胞池的过早耗竭。正常情况下，75%的HSC停留在细胞周期的G0期(静止期)，20%处于G1期，而处于分裂期的细胞不足5%[8]。HSC只有处于静止期才能维持自我更新，当受到外界刺激时(如氧化应激、代谢紊乱、DNA损伤等)，HSC离开骨髓中的龛室，进入细胞周期并开始分化，并可能导致骨髓衰竭[9]。近年研究发现氧化应激在造血干细胞自身稳态方面发挥着重要作用[10-12]。HSC生存的龛室ROS水平较一般组织低，所以HSC对氧化应激非常敏感[11]。ROS不仅直接作用于造血干细胞，还能通过N-钙黏蛋白影响龛室的结构，引起造血微环境改变，进而引起HSC衰老或凋亡[12]。敲除氧化应激调节基因Atm的小鼠，其HSC不能维持在静止期，并且失去自我复制能力，使用抗氧化剂(如N-乙酰半胱氨酸)治疗Atm-/-的小鼠，HSC细胞内ROS水平降低，同时自我更新能力恢复，这说明氧化应激和HSC静止期的维持关系密切[2,13]。后来研究发现不同ROS水平对HSC的作用不同： 低剂量时，ROS能调节造血微环境黏附分子表达和活性，使HSC维持在静止期； 中等水平ROS可改变相关分子结构，调控HSC细胞周期和细胞增殖；高水平的ROS引起HSC衰老和凋亡[14]。

3 氧化应激与溶血性疾病

溶血指红细胞遭到破坏，寿命缩短的过程；可以由红细胞自身缺陷、免疫紊乱、感染和理化因素引起。红细胞内有大量含铁血红素，使红细胞具备携氧能力，但氧合血红蛋白和含铁血红素的自我氧化会生成过氧阴离子，这是红细胞内自由基的主要来源。在上述病理因素下，红细胞会产生过剩的活性氧自由基，进一步氧化细胞的蛋白质、脂质和DNA，导致溶血。当溶血超过骨髓的代偿能力时即出现溶血性贫血。

多项研究表明β血红蛋白血症(包括镰状血红蛋白血症、地中海贫血)、6-磷酸-葡萄糖脱氢酶缺乏症、先天性红细胞生成异常性贫血、遗传性球形红细胞增多症、阵发性睡眠性血红蛋白尿患者均存在一定程度的氧化应激[7,15-17]。有关溶血和氧化应激的关系，研究较多的是镰状细胞贫血(sickle cell disease，SCD)。研究发现SCD患者处于持续的氧化应激状态，这在SCD患者溶血、器官损害等病理生理过程中起着重要的作用，并且发现血清ROS及其终产物水平可作为疾病严重程度的指标，可能成为疾病治疗的靶点[3,18-19]。Amer等[20]发现维生素E缺乏能加重溶血性贫血患者的氧化应激，而给予SCD患者维生素E治疗后，镰状红细胞的比例从25%下降到11%，同时ROS水平下降将近2倍，GSH浓度增加了1.2倍，提示抗氧化治疗可以改善SCD患者病情。

虽然氧化应激不是溶血性贫血的根本原因，但它会导致红细胞寿命缩短，加重溶血；同时血小板和白细胞也会出现氧化应激，导致血栓形成和反复感染，并可能促进慢性溶血性贫血的形成[7]。有关氧化应激如何参与溶血性贫血的发生发展，值得深入研究。

4 氧化应激与免疫性血小板减少症

免疫性血小板减少症(immune thrombocytopenia，ITP)是一种自身免疫性出血综合征，临床上以血小板减少、巨核细胞成熟障碍和血小板生成异常为特点。公认的发病机制主要是机体对自身血小板的免疫失耐受，导致致敏的血小板被细胞或体液免疫破坏[21-22]。最新研究发现ITP患者还存在氧化应激异常[1,23-25]。Zhang等[1]对ITP患者外周血全部基因转录本进行了微点阵分析，发现氧化应激通路与慢性ITP相关性最大；反应上皮细胞氧化应激的指标—血管非炎性蛋白-1(VNN1)基因过表达的急性ITP患者很可能进展为cITP，并且同一ITP患者的急性期和慢性期相比，氧化应激程度增加。Elsalakawy等[26]报道外周血Vanin-1蛋白水平可以作为ITP的鉴别诊断、预测治疗反应的指标，敏感度达100%。此外，有学者发现ITP患者血清MDA、GSSH等氧化指标高于正常人；GSH、抗氧化酶等抗氧化物质的含量较正常人减少[25,27]。应用抗氧化剂治疗ITP也取得了一定疗效，Brox等[28]曾使用维生素C治疗11例ITP患者，有7例患者血小板上升至正常，血小板平均寿命由治疗前的0.5 d延长至3 d。Fan等[29]使用氨磷汀治疗24例ITP患者4 ～ 5周后，所有患者病情均有改善，22例血小板计数达到正常，骨髓穿刺发现患者骨髓产板巨核细胞数量增加。

总之ITP患者体内抗氧化物质减少，而氧化产物增加，给予抗氧化剂治疗后，外周血血小板计数上升、寿命延长，骨髓巨核细胞数量增加，足以说明氧化应激参与了ITP的发生和发展。

5 氧化应激与血液系统肿瘤

研究发现，一些造血系统肿瘤患者包括骨髓增生异常综合征、急性白血病、慢性粒细胞白血病等，均处于慢性氧化应激状态。而肿瘤源性的活性氧可能会促进肿瘤细胞增殖和迁移，并可能引起肿瘤细胞耐药[30-34]。

5.1 氧化应激与MDS/MPN Chung等[35]在动物实验中发现，与野生型小鼠相比，NHD13转基因小鼠(一种MDS模型)骨髓CD71+lin-的幼稚有核细胞内ROS水平升高，DNA双链断裂及基因突变率增加； Rassool等[36]使用另一种MDS模型(NRAS突变模型)，使用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸干预模型，7 d后发现骨髓单个核细胞DNA双链断裂率较模型组下降了30% ～ 50%，说明ROS可能通过影响DNA损伤修复引起癌基因突变，从而促进MDS和AML进展。体内研究发现，MDS患者粒细胞抗氧化应激相关的酶表达升高，并且CD34+细胞中嘌呤和嘧啶的氧化产物较正常人增加，说明MDS患者存在氧化应激，而使用抗氧化应激药物氨磷汀治疗老年MDS患者疗效可观[30,37-38]。Ghoti等[39]认为铁过载是MDS患者氧化应激的主要原因，MDS治疗多依赖输血，会引起铁过载，过量的铁通过Fenton化学反应产生大量ROS，从而引起氧化应激。Indo等[40]认为MDS患者合并多种基因异常，包括线粒体电子传递功能的基因，使线粒体功能受损，引起过多ROS生成。具体机制仍需进一步深入研究。

5.2 氧化应激与急性髓系白血病(acute myeloid leukemia，

AML) 氧化应激在AML患者也存在，并可能与AML的复发有关[31,41]。Zhou等[31]对102例AML患者进行研究，发现复发患者血清晚期氧化蛋白产物、丙二醛、8-羟基鸟嘌呤等增加； 线性回归分析发现氧化应激水平和疾病复发的关联性很强，认为氧化应激与AML的复发有关，可以指导预后。AML的动物模型也得到了类似结果，Rassool等[36]发现，

随着N-RAS合并BCL-2突变的AML小鼠模型疾病进展，体内ROS水平及氧化应激导致的DNA损伤增加，并进一步证明了氧化应激由RAS下游蛋白RAC1激活所致。Hole等[42]则认为AML的氧化应激的原因是突变的RAS基因激活了NOX2，进而产生过量的ROS。有关AML氧化应激的机制有待阐明。5.3 氧化应激与慢性粒细胞白血病(chronic myeloid leukemia，CML) CML的主要分子生物学特征是表达BCR-ABL融合基因，研究发现，BCR-ABL可通过激活NOX4来增加细胞内ROS水平；而ROS水平升高可通过抑制PP1alpha的活性，激活PI3k/Akt细胞增殖通路，使BCR-ABL阳性细胞永生化[43-44]。越来越多的证据表明，氧化应激和CML的预后相关： Ahmad等[32]发现CML加速期患者体内氧化应激水平较CML慢性期患者明显升高； Rodrigues等[34]发现体内ROS水平高的患者，BCR-ABl基因容易突变，从而容易对格列卫耐药，疾病预后差。而Sailaja等[45]发现GSTP1(对DNA过氧化的产物起解毒作用)活性低的人，容易发展成CML，并且容易急性变。

6 结语

氧化应激和血液系统疾病关系密切，它参与造血干细胞稳态的维持和溶血性贫血、免疫性血小板减少症及血液系统恶性肿瘤的发生发展。持续的氧化应激可促进溶血性贫血、ITP等疾病进入慢性期，还能促进骨髓增生异常综合征、慢性粒细胞白血病的进展；机体的氧化还原状态可能成为预测上述疾病转归指标，也可能成为治疗疾病的靶点。虽然抗氧化治疗在MDS、ITP取得了一定疗效，但其治疗效果尚缺乏多中心的前瞻性研究来证实。寻找安全有效的抗氧化制剂，开展更多的临床研究评估抗氧化治疗在上述疾病中的价值，深入研究氧化应激的作用机制，可能是以后的研究目标。

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Oxidative stress and hematological diseases

WANG Hai-tao, LIN Jie, ZHU Hong-li
Department of Geriatric Hematology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China

ZHU Hong-li. Email: bjzhl202_cn@sina.com

Recent studies show that oxidative stress plays an important role in maintaining the stability of hematopoietic stem cells,and in the pathogenesis and progression of hematological diseases, such as hemolytic diseases, immune thrombocytopenia, and leukemia. Following is a review of the relation between oxidative stress and hematological diseases.

oxidative stress; hemolysis; immune thrombocytopenia; leukemia

R 34

A

2095-5227(2014)05-0512-04

10.3969/j.issn.2095-5227.2014.05.032

时间：2014-02-24 17:40

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3275.R.20140224.1740.005.html

2013-10-28

科技部“新药创制”重大专项(2008ZXJ09001-019)；保健专项课题(13BJ247)

Supported by the State Project For Essential Drug Research and Development(2008ZXJ09001-019); Special Funds for Health Protection(13BJ247)

汪海涛，男，在读硕士。Email: ws_ht@126.com

朱宏丽，女，主任医师，硕士生导师。Email: bjzhl202_cn@sina.com