慢性阻塞性肺疾病氧化应激机制及中医药治疗进展

陈锴 张蓝熙 田燕歌，3 金凡力 李建生

(1河南中医药大学呼吸疾病中医药防治省部共建协同创新中心，河南 郑州 450046；2河南省中医药防治呼吸病重点实验室；3河南中医药科学院)

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一种以持续性呼吸道症状和气流受限为特征的可预防和治疗的疾病〔1〕。COPD的高发病率、高致残率和高死亡率，使其成为一个亟待解决的公共卫生问题。全球范围内约有3.28亿人罹患COPD〔2〕，其中有1亿在我国〔3〕。截至2017年，COPD每年造成约319.78万人死亡，已成为全球死亡原因的第三位〔4〕。氧化应激在COPD发生发展中起关键作用。近年来，中医药治疗COPD稳定期取得了较大进展，在减轻氧化应激方面也颇具成效。本文基于近几年相关文献，对氧化应激在COPD中作用机制及中医药治疗进展做一综述，为进一步机制研究及临床应用提供理论依据。

1 COPD氧化应激机制研究进展

1.1内外源性氧化剂积累是COPD氧化应激的主要原因 香烟烟雾和空气颗粒物是外源性活性氧(ROS)的主要来源〔5〕，而炎症反应和缺氧是内源性ROS产生的重要因素。香烟烟雾由高浓度的自由基物质和其他氧化物组成，在进入气道后会溶解在气道上皮内衬液中，这些ROS在肺部聚积，长期刺激肺部，使炎症持续存在，促进COPD发展〔6〕。PM2.5是大气主要颗粒物之一，携带强氧化性的臭氧(O3)分子和多种重金属离子。重金属离子扰乱细胞内氧化还原反应，使肺泡上皮细胞与微血管内皮细胞内ROS产生增多〔7，8〕。香烟烟雾和大气颗粒物损伤了COPD患者气道自净能力，病原体不能被及时清除，反复诱发炎症反应，活化吞噬细胞内NADPH氧化酶、一氧化氮(NO)合酶和髓过氧化物酶，产生包括超氧阴离子(O2-)、羟自由基(·OH)和过氧化氢(H2O2)、NO、次氯酸(HOCl)和脂质过氧化物等在内的一系列内源性ROS〔9〕，造成肺组织内源性氧化剂的积累。随着病程发展，患者呼吸功能障碍，细胞出现缺氧并造成线粒体损伤〔10〕，使位于线粒体内膜上的呼吸链电子传递受阻。未得到足够电子的氧分子(O2)持续转化为O2-，导致细胞内ROS激增〔11〕。无论内源性或外源性ROS的增多，都会破坏氧化/抗氧化平衡，导致COPD患者的肺部或全身氧化应激反应。

1.2氧化应激促进COPD发生发展 在COPD氧化应激过程中，ROS能造成气道上皮细胞损伤，诱导气道平滑肌细胞增生，促进气道壁增厚，增加肺功能下降速率〔12〕。此外，氧化应激还可通过产生蛋白质和脂质氧化物激活多条炎症通路，促进大量炎症细胞因子释放并进一步加重炎症反应。炎症活化的中性粒细胞和巨噬细胞分泌蛋白酶增多，导致蛋白酶/抗蛋白酶失衡并破坏肺泡结构，促进肺气肿的发生。因此，氧化应激不仅能直接损伤肺组织，还可通过参与炎症反应、蛋白酶/抗蛋白酶失衡，促进COPD发生发展〔13〕。

1.2.1氧化应激直接损伤肺组织 香烟烟雾是诱发气道内氧化应激的主要因素。香烟中的氧化剂不仅直接损伤肺内基质蛋白，还能降低弹性蛋白的合成和修复能力，导致肺泡支架结构破坏，出现肺气肿〔14〕。氧化剂还可作用于气道上皮细胞，通过渗透至呼吸道黏膜液的保护层与抗氧化剂发生毒性反应，损伤气道上皮细胞，最终激活炎症——免疫途径介导上皮细胞损伤〔15〕。

1.2.2氧化应激参与炎症反应 氧化应激通过激活Toll样受体(TLR)和抑制沉默信息调节因子2相关酶(SIRT)1两种方式活化核因子(NF)-κB炎症通路〔16〕，引起肿瘤坏死因子α、白细胞介素-1、6、8等细胞因子的释放〔17〕，促进聚集于肺微循环的中性粒细胞渗透毛细血管膜，转移到肺间质和肺泡〔18〕，加重炎症反应，促进COPD的发生发展〔19〕。聚集在肺内的中性粒细胞和巨噬细胞受到炎症介质的激活，大量释放ROS，进一步加重肺内的氧化/抗氧化失衡〔20〕，限制自由基清除剂和抗蛋白酶的生成，最终可导致肺泡壁断裂融合，形成肺气肿。

1.2.3氧化应激促进蛋白酶/抗蛋白酶失衡 蛋白酶/抗蛋白酶失衡是蛋白酶分泌过多或抗蛋白酶不足引起的蛋白酶功能亢进，肺泡壁基质蛋白被水解引起肺泡结构坍塌，促进肺气肿形成。蛋白酶水解功能受α1-抗胰蛋白酶的制约，保护正常组织不受蛋白酶损伤〔21〕。氧化应激能够降低α1-抗胰蛋白酶活性，促进蛋白酶/抗蛋白酶失衡发生〔22〕。研究发现，α1-抗胰蛋白酶极易被香烟烟雾中的ROS氧化，从而丧失活性。吸烟人群中，COPD患者血清α1-抗胰蛋白酶水平较非COPD患者下降并伴有中性粒细胞弹性蛋白酶水平升高，形成蛋白酶/抗蛋白酶失衡〔23〕。另一方面，α1-抗胰蛋白酶失活导致诱导型一氧化氮合酶的活性失去抑制〔24〕，使NO和过氧亚硝酸根(ONOO-)等氧化剂增多，加重氧化应激。

1.3抗氧化因子在COPD氧化应激中的保护作用 核因子红系2相关因子(Nrf)2通路是COPD氧化应激的主要防御机制〔25，26〕，氧化应激发生时，Nrf2脱离被氧化失活的Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白(Keap)-1并易位至细胞核内，同抗氧化反应元件(ARE)结合，促进超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)等一系列抗氧化酶的表达〔27〕。SOD能够将超氧阴离子转化为H2O2，H2O2又可经CAT或GPx完全清除，达到抗氧化的目的〔28～30〕。

叉头框转录因子(FOX)O3a是另一种与COPD相关的抗氧化因子，氧化应激通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路或SIRT1激活FOXO3a，促使其增强SOD、CAT、过氧化物酶(Prx)等抗氧化酶表达，保护肺组织免受氧化应激损伤〔31～34〕。

过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)γ通过识别氧化磷脂和硝基烯烃等脂质氧化产物以感受氧化应激。PPARγ激活后进入细胞核，与维甲酸X受体形成异源二聚体，结合在过氧化物酶体增殖物特异反应元件(PPRE)上，促进SOD、CAT、GPx、解耦联蛋白(UCP)和血红素加氧酶(HO)-1等蛋白的转录，延缓COPD患者肺气肿进展〔35～38〕。

2 中医药治疗COPD的研究进展

中医药治疗COPD取得较大进展，包括中药和中医康复。与单纯的西医相比，中医药在减少急性加重次数，调理患者体质等方面更具优势。近年来，中医药在抗氧化治疗COPD方面的研究取得了一定进展。

2.1中药的抗氧化作用 《伤寒论》经典方剂小青龙汤被用于治疗COPD急性加重期，能够纠正氧化/抗氧化失衡，具有潜在抗氧化活性〔39〕。Li等〔40〕发现理肺汤通过抑制MAPK/AP-1信号通路调节γ-GCS的表达水平，减轻肺组织氧化应激。胡涛等〔41〕观察到加味四君子汤可控制ROS引起的线粒体损伤，具有改善能量代谢和抗氧化应激的作用。曹鸿舜〔42〕发现化瘀理肺汤可减轻COPD患者氧化/抗氧化失衡和炎症反应，提高血清GPx、SOD，降低丙二醛(MDA)。李秀娟等〔43〕发现全真一气汤可通过调控Nrf2-Akt-P38/ERK1/2通路改善COPD氧化/抗氧化失衡，对肺组织有较好保护作用。方庭正等〔44〕发现益肺活血汤降低细胞内缺氧诱导因子(HIF)-1α表达和ROS水平，减轻肺泡及气道病理改变。课题组前期研究发现，调补肺肾三方(补肺益肾方、补肺健脾方、益气滋肾方)可增加大鼠肺组织p-PPARγ蛋白和SOD3基因表达，不同程度地改善大鼠氧化应激状态，且具有较好的远后效应〔45〕。

2.2中医康复抗氧化作用 针刺、灸法、穴位敷贴等中医康复疗法具有副作用少，安全有效，操作方便等优势，近年来广泛用于COPD患者治疗〔46〕。针刺和灸法能够改善COPD患者肺功能，缓解症状体征，提高生活质量，不仅疗效确切，还能减轻线粒体损伤，提高抗氧化酶含量及活性、降低脂质过氧化物含量、抑制自由基生成，是治疗COPD氧化应激的新手段〔47～49〕。李志同等〔50〕观察到电针刺激不同穴位引起大鼠不同脏器中谷胱甘肽(GSH)水平改变，提示针刺或可调节脏腑氧化应激水平。姚青平等〔51〕研究发现针药并用治疗能改善COPD缓解期患者肺功能，改善血清SOD、丙二醛(MDA)等氧化应激指标，有良好的抗氧化作用。课题组前期研究显示，舒肺贴、补肺益肾颗粒及其联合通过激活PPARγ通路提高COPD大鼠血清、肺泡灌洗液及肺组织中SOD活性，并降低MDA水平，表现出较好的抗氧化应激作用，与单独使用舒肺贴相比，舒肺贴联合补肺益肾颗粒疗效更加显著〔52〕。太极拳和八段锦等中医传统功法是治疗COPD稳定期的有效疗法，不仅可改善患者症状，提高其生活质量〔53〕，还能改善患者抗氧化应激能力。研究表明，太极拳能够减少血清脂质过氧化物的生成，增强抗氧化酶活性〔54〕。八段锦可下调机体血清MDA水平，提升总抗氧化能力〔55〕。

综上，氧化应激在COPD的发生发展中发挥着关键作用，它不仅能直接损伤肺组织，还参与全身或肺组织炎症反应、促进蛋白酶/抗蛋白酶失衡，机制复杂。中医药治疗逐渐受到关注且取得了一定进展，但目前仍缺乏对于中医药抗氧化治疗COPD的作用机制的深入研究。基于此，拟定进一步研究方向：①加强临床中医药及康复疗法的疗效观察，进一步证实其抗氧化疗效；②基于前期建立的COPD动物模型及细胞模型，多层次地深入探讨中医药及康复技术的抗氧化机制，为临床应用提供依据。