慢性阻塞性肺疾病患者氧化应激和抗氧化治疗的研究进展

刘云龙，景丽玲，谭美春

慢性阻塞性肺疾病(简称慢阻肺)的特征是气流受限不完全可逆，并且呈进行性进展。慢阻肺的发病机制十分复杂，与气道和肺部慢性炎症、氧化应激(氧化/抗氧化失衡)、蛋白酶/抗蛋白酶失衡等有关，其中氧化应激直接损伤气道和肺组织，导致蛋白酶-抗蛋白酶失衡，促进炎症反应，在慢阻肺的发生和发展中发挥极其重要作用[1]。目前抗氧化治疗在临床应用中取得了一定进展，但需对氧化应激在慢阻肺发病中的作用机制进行更深层次探讨,从而为抗氧化治疗药物的研制提供新的方向。

1 氧化/抗氧化系统

1.1 氧化应激 正常状态下机体可产生少量活性氧(reactive oxygen species，ROS)参与代谢,同时体内抗氧化体系能清除过多自由基、抑制自由基反应,保持自由基的产生和清除平衡。常见的ROS包括超氧阴离子(O2-)、羟自由基(·OH)和过氧化氢(H2O2)等。但某些病理状态下,由于内源性和(或)外源性刺激使机体代谢异常，机体内高活性分子产生过多，或机体抗氧化物质不足，氧化剂/抗氧化剂动态平衡失衡，而发生氧化应激，导致DNA、脂质及蛋白质的氧化损伤，进一步引起细胞死亡和组织损伤[2]。

1.2 氧化物来源

1.2.1 外源性氧化剂 吸烟是目前最常见导致慢阻肺的危险因素，约90%的慢阻肺患者有吸烟史。香烟烟雾包含较高浓度的自由基和氧化产物。污染的空气可促使自由基产生,引起气道炎症反应和上皮细胞损伤,这些都与慢阻肺的发病及急性加重相关[3]。

1.2.2 内源性氧化剂 炎症细胞如巨噬细胞、中性粒细胞是重要的内源性氧化剂来源。吸烟或吸入污染空气通过不同途径刺激肺内炎症反应，导致气道和肺泡中活化中性粒细胞和巨噬细胞数量增加，这些细胞在烟草烟雾刺激下可释放大量ROS[4]。线粒体是氧化磷酸化过程中产生ROS的主要部位之一，虽然电子从电子传递链中泄漏并形成ROS是线粒体的生理功能，但各种细胞内外因素可导致ROS的数量增加，引起氧化/抗氧化失衡[5]。氧化应激通过改变线粒体的结构和形态以及影响一系列线粒体蛋白而影响线粒体功能。过量线粒体ROS会引起氧化损伤，线粒体中受损的蛋白质、DNA和脂质含量以及细胞内的炎症标志物显著增加[6]。

1.3 抗氧化酶的缺乏 吸烟者和慢阻肺患者随着疾病的进展和急性加重，氧化负荷使抗氧化剂大量消耗，导致抗氧化剂减少，抗氧化能力降低，主要表现为血浆抗氧化剂和蛋白质巯基的缺乏[7]。Nicks等[8]报道吸烟者中尿酸、谷胱甘肽、维生素E和抗坏血酸等抗氧化剂降低，并且与慢阻肺急性加重严重程度相关联。

2 氧化/抗氧化失衡

2.1 直接或间接损伤气道和肺部 气道和肺部增加的ROS通过氧化蛋白质、脂质和DNA直接损伤气道和肺泡上皮细胞。ROS和细胞膜磷脂发生脂质过氧化反应，使细胞膜的流动性降低，通透性增高，溶酶体酶释放，导致细胞溶解[9]。慢阻肺患者气道和肺组织中细胞凋亡增加，肺泡细胞凋亡与肺气肿的发生和发展密切相关[10]。氧化应激导致气道中甘露糖结合凝集素水平下降，从而影响肺泡巨噬细胞吞噬凋亡细胞和病原体的能力[11]。气道和肺泡上皮细胞损伤使对外界刺激的防御能力降低，易引发炎症和感染。

2.2 促进肺部炎性反应 气管和肺部慢性炎症是慢阻肺的重要特征，慢阻肺患者气道和肺泡中炎症细胞及炎症介质增多[12]。氧化应激可诱导炎症细胞在肺微循环中滞留、募集和活化，释放大量ROS和蛋白水解酶,加重炎症反应和氧化损伤。组蛋白去乙酰化酶使组蛋白去乙酰化，与DNA紧密结合，抑制基因转录。ROS通过降低组蛋白去乙酰化酶活性和增加组蛋白乙酰转移酶活性，同时活化NF-κB，增加促炎基因的转录，导致促炎因子增多[13-14]。氧化应激还可以诱导Rtp801上调，其通过增强炎症反应提高烟草烟雾所致损伤的易感性[15]。

3 抗氧化剂治疗

包括慢阻肺在内的许多肺部疾病普遍存在ROS导致的组织损伤和炎症的病理变化，通过减少和(或)中和ROS，从而提供了一个独特的抗氧化剂治疗的方法。这可以通过2种方式来实现：①增加内源性抗氧化酶的防御；②通过饮食或药物手段增强非酶的防御。抗氧化剂有谷胱甘肽、N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine，NAC)和麦角硫因等。

3.1 N-乙酰半胱氨酸 NAC含有巯基，是细胞内半胱氨酸的供体和谷胱甘肽的前体，它是还原剂，可以中和氧化剂[16]。NAC可能在慢阻肺加重过程中调节细菌脂多糖所致的有害效应。在高浓度给药时，会产生抗氧化和抗炎作用[17]。Zheng等[18]研究结果显示，中国中度至重度慢阻肺患者，长期使用NAC(每次600 mg，2/d)可以防止病情加重，急性加重率明显降低。另有小规模临床研究表明,连续口服NAC (1 800 mg/d，3个月),可以使中度慢阻肺患者获益[19]。一项随机、双盲、安慰剂对照的Ⅱ期临床试验，口服NAC(每次600 mg，2/d，6个月)，发现吸烟者血浆和支气管肺泡灌洗液氧化生物标志物显著降低[20]。另一项研究证实：NAC口服(每次600 mg，2/d，2个月)可迅速降低慢阻肺稳定期患者呼吸道氧化负荷，并且与支气管粘液分泌、急性加重降低相关[21]。而且大剂量NAC(1 800 mg/d)可以影响慢阻肺患者气道的形状，炎症和氧化应激水平[19]。NAC通过增加细胞内的谷胱甘肽水平和溶解粘液在慢阻肺中发挥作用。因此，NAC更可能有益于粘液分泌过多患者，这需要作进一步的临床研究。

3.2 羧甲司坦 羧甲司坦是一种具有抗炎和抗氧化特性的痰液溶解剂。羧甲司坦可清除自由基和抗炎症介质，并且影响粘液分泌，促进唾液粘蛋白的生成，而唾液粘蛋白通过抑制激肽影响粘液流变学，从而减少或预防支气管炎症和支气管痉挛的发生[22]。PEACE临床研究[23]证实：羧甲司坦可显著降低慢阻肺急性加重发生率，大剂量羧甲司坦耐受性良好，具有粘液溶解作用，还可以减少细菌的粘附性。因此，长期使用羧甲司坦可能更有益于预防慢阻肺患者急性加重。羧甲司坦减少ROS的产生，并在香烟烟雾提取物刺激细胞增加谷胱甘肽、血红素加氧酶-1、Nrf2、HDAC2表达和活性，从而表明其可应用于皮质类固醇抵抗相关的疾病[24]。

3.3 Nrf2激动剂 Nrf2在吸烟人群避免ROS损伤中发挥重要作用，它调节许多抗氧化剂和第二阶段的细胞保护基因。萝卜硫素是Nrf2激动剂，慢阻肺患者中发现其通过谷胱甘肽依赖机制发挥作用，并可恢复糖皮质激素的敏感性[25]。即使对皮质激素不敏感者，白藜芦醇也具有抗氧化和抗炎症的性能，在慢阻肺肺泡巨噬细胞中也可显著降低细菌内毒素诱导的细胞因子[26]。白藜芦醇可通过SIRT1及ORP150通路发挥对抗香烟烟雾提取物所致气道上皮细胞凋亡的作用[27]。白藜芦醇对大鼠慢阻肺模型有一定的治疗作用，其作用机制与抑制慢性阻塞性肺疾病大鼠氧化应激和炎症反应的发生有关[28]。

3.4 饮食 Tabak等[29]发现总的儿茶酸、黄酮醇和黄酮的摄入量与第一秒用力呼气容积(forced expiratory volume in one second，FEV1)正相关[beta(Q5-Q1)=44 mL,95%CI=(18～69)]，与慢性咳嗽负相关[OR(Q5-Q1)=0.80,95%CI=(0.66～0.97)]，呼吸困难负相关[OR(Q5-Q1)=0.74,95%CI=(0.58～0.94)]。因此，对于慢阻肺患者，摄入水果可显著获益。持续吸烟者摄入更高的维生素C和水果、蔬菜与低摄入量相比可减慢FEV1下降率(分别为每年18 mL、24 mL)；非吸烟患者FEV1下降率和饮食无相关性。对于暴露于香烟烟雾的老年人，具有抗氧化能力营养素的摄取可能延缓肺功能下降[30]。但是也有重度慢阻肺患者参加的临床研究表明,经过12周增加蔬菜及水果的摄入并没有明显改善其氧化应激及气道的炎症[31]。总而言之，这些研究显示富有多酚类黄酮和其他抗氧化剂的水果、蔬菜对于慢阻肺患者的管理极其重要，但也不能忽视均衡营养的重要性。

3.5 中草药 目前发现许多中草药具有抗氧化、清除和抑制自由基的功效，如人参、丹参、黄芪、生脉散等。慢阻肺患者应用人参可以补肺脾气，提高这些器官的功能[32]。桔梗素D已被报道具有抗炎和抗氧化作用。桔梗素D通过激活Nrf2信号通路，抑制炎症和氧化反应，对吸烟诱导的肺部炎症有保护作用[33]。六君子汤通过抑制IκB-α和NF-κB的磷酸化，增强抗氧化酶活性，降低脂质氧化产生，同时显著抑制炎症细胞因子的发生，对吸烟所致的慢阻肺小鼠具有一定的抗炎和抗氧化作用[34]。总之，中草药可以用于慢阻肺的某些方面治疗，并且展现出良好的发展前景，但需要进行大规模高质量的临床研究。

4 结语

氧化/抗氧化机制在慢阻肺发病过程和进展中起着重要作用，并与炎症机制相互影响。抗氧化治疗可增强慢阻肺患者抗氧化能力，降低氧化应激损伤，维持氧化/抗氧化动态平衡。遗憾的是，目前尚未能完全理解慢阻肺的病理生理及表型之间的差别。需对氧化应激在慢阻肺发病中的作用机制进行更深层次探讨,从而为抗氧化治疗药物的研制提供新的方向。慢阻肺是一种复杂的病理过程，没有单一的疗法可以治疗整个疾病，有必要使用联合疗法。