中药调控氧化应激抗特发性肺纤维化研究进展

蒙建华，刘锐，潘玲，覃旭升，崔轩，马毓，李鑫

1 广西中医药大学 广西南宁 530001

2 广西中医药大学附属瑞康医院 广西南宁 530001

IPF是反复肺泡上皮损伤及异常修复导致肌成纤维细胞分化和细胞外基质过度沉积的病理过程。由于肺泡结构破坏，过度的纤维化肺絮乱，气体交换受阻并缺氧，自主呼吸无法得到支持，最终导致呼吸衰竭和死亡[1]。

目前，现代医学针对肺纤维化治疗以肺脏移植及免疫抑制、抗纤维化、抑制细胞因子为主，临床指南中以吡非尼酮和尼达尼布为代表[2]。两种药物虽然能够改善肺功能、降低死亡率，但治疗成本过高且容易造成严重的胃肠道反应及肝功能损害，少部分还会出现呼吸困难[3]。

人体在内环境中处于氧化-抗氧化状态，平衡状态被打破加剧ROS的异常产生、积累，导致氧化应激[4]和IPF中氧化还原信号传导失效，加重IPF进展。因此，限制过度氧化应激，维持氧化-抗氧化平衡是抗肺纤维化重要的治疗靶点。近年来，中医药在IPF的作用机制研究中不断深入，越来越多研究表明中医药防治IPF疗效显著。

调控线粒体功能

1 调控线粒体能量代谢

线粒体内广泛存在电子传输链（ETC），以三羧酸循环（TCA）形式将复合物I（泛醌氧化还原酶）和复合物III向ETC贡献电子并释放细胞色素C，复合物I、III电子过早泄露被认为是ETC产生线粒体ROS（mtROS）的主要途径[5]。在哺乳动物细胞中，80%以上ATP能量代谢由线粒体呼吸链氧化磷酸化（OXPHOS）产生，小部分通过糖酵解将营养物质的厌氧细胞溶质降解而成[6]。MtROS与蛋白质、DNA、脂质等细胞成分相互作用，诱导线粒体功能障碍[7]，降低线粒体编码的OXPHOS表达，抑制细胞能量代谢，推动成纤维细胞激活并增值[8]。研究发现[9]，与应激信号相关的细胞凋亡关键介质丝裂原活化蛋白激酶（P38 MAPK），激活线粒体生物主要调节因子过氧化物酶受体-1α（PGC-1α），能够调控线粒体电子传递链复合物III以抑制mtROS生成，限制氧化应激，提高OXPHOS表达。此外，通过抑制线粒体复合物I激活AMP活化蛋白激酶（AMPK）以加快三羧酸循环，能够提高OXPHOS和有氧糖酵解能量代谢，减弱肌成纤维细胞重编程，阻止肺纤维化进展[10]。莫丽莎[11]对IPF模型大鼠实验中发现温肺化纤汤通过启动AMPK、SIRT1调节因子，激活PGC-1α细胞代谢和抗氧化调节系统，提高线粒体MMP，恢复线粒体细胞代谢功能，增强OXPHOS代谢水平，延缓IPF的发生。进一步研究[12]发现，温肺化纤汤可以改善氧化应激状态下的有氧酵解，显著上调糖酵解HK2（己糖激酶2）、PKM2（丙酮酸相关激酶M2）相关蛋白酶表达，提高有氧酵解过程中葡萄糖摄取率和乳酸水平，恢复ATP释放及细胞代谢功能，抑制间充质干细胞（LMSCs）过度氧化损伤，减少细胞凋亡。

2 调控线粒体膜通透性

核因子E2相关因子2（NRF2）是一种抗氧化、抗细胞凋亡相关转录因子，通常与细胞质中的负调节因子Keap1结合并通过泛素蛋白酶体系统组成型降解[13]。在氧化应激状态时，Nrf2从Keap1释放并转移到细胞核中以促进抗氧化反应元件 （ARE）反应基因的转录，受ARE的影响，细胞内血红素水平受限，血红素加氧酶-1（HO-1）被分解为强抗氧化性的胆红素[14]。胆红素是调节抗氧化酶转录和线粒体动力学的重要调节剂，能够促进胱氨酸的摄取和内源性抗氧化剂谷胱甘肽（GSH）代谢，能够增强氧化应激抵抗力[15]。阻断NRF2信号途径催生大量ROS活性，引发线粒体磷脂双分子层自由基遭到攻击，导致线粒体膜去极化和线粒体膜电位（MMP）丢失，有助于线粒体参与的细胞凋亡[16]。张喆等人[17]研究发现，补阳还五汤可促使Nrf2细胞核转移并激活HO-1表达，抑制下游因子血清丙二醛（MDA），上调超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶表达，限制氧自由基产生，有效抑制氧化应激，提高线粒体膜通透性，改善大鼠氧化损伤和细胞凋亡，增强抗纤维化敏感性，缓解IPF的作用。Yung等人[18]通过反式肉桂醛（tCA）对IPF仓鼠研究影响，发现tCA激活Nrf2介导的HO-1极大减少了ROS的产生，抑制氧化应激，提高线粒体膜通透性，上调线粒体MMP和抑制细胞色素C的释放，有助于保护线粒体功能，恢复抗凋亡因子Bcl-2并下调促凋亡因子Bax、半胱天冬酶3（caspase3）和半胱天冬酶9（caspase9），达到阻断肺泡上皮胞凋亡，有效治疗IPF。

抑制炎症因子释放

IPF的一个重要特征是肺泡上皮细胞和肺实质性损伤，不可避免产生炎症反应和广泛性纤维化增生[19]。核因子κB（NF-κB）是转录因子家族中氧化还原高度敏感的重要一员，具有炎症、细胞分化及存活作用[20]。经典的NF-κB途径通常由促炎性细胞肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白介素1β（IL-1β）诱导[21]，ROS作为TNF-α及IL-1β的上游因子，能够直接或间接激活其表达[22-23]。TNF-α激活途径[24]往往需要与TNF-α1受体结合，a释放TNF-α相关死亡域蛋白（TRADD蛋白）。IL-1β与血浆IL-1R1受体结合，诱导髓系分化因子88（MyD88）效应蛋白募集TNF受体相关因子6（TRAF6）[25]。MyD88效应蛋白活化需要Toll样受体4（TLR4）参与，已知TLR4的激活通过增强细胞内ROS的产生而引起氧化应激[26]。彭艳芳等人研究[27-28]中发现，紫檀芪通过降低ROS水平调节氧化应激，上调GSH、SOD和总抗氧化能力（T-AOC）水平，提高抗氧化能力，下调肺组织中TLR4表达，抑制炎症因子TNF-α、IL-1β、NF-κB p65等表达，阻止NF-κB信号传导，调控TGF-β1对Smad2和Smad3磷酸化，防止肺成纤维细胞过度分化。李楠楠[29]发现黄芪甲苷IV能够提高肺组织中抗氧化剂GSH-px、SOD表达，显著降低高水平的ROS，下调炎症相关因子TNF-α、IL-1β、IL-6，阻止炎症级联刺激，阻断TGF-β信号传导，抑制Smad2和Smad3磷酸化，减少成纤维细胞募集及肌成纤维细胞分化，减轻肺组织纤维化程度。

IKKg复合物和TRAF6均参与了激活IκB激酶（IKK）及磷酸化相关复合物（IKKα、IKKβ、IKKγ）过程，进一步转运至蛋白-蛋白酶体系统降解IκB分子，释放NF-κB p65因子进入细胞核内，完成激活靶基因转录[30]。NF-κB炎症因子释放后，受制于转化生长因子β1（TGF-β1）的成纤维细胞产生异常损伤及修复，激活TGF-β1受体并促使Smad2和Smad3磷酸化，启动与纤维化相关的转录机制[31]。Ok-joo等人[32]发现，槲皮素通过下调肺泡上皮细胞中NADPH氧化酶，减少LPS诱导的细胞内ROS产生水平，降低炎症细胞因子TNF-α、IL-1β对NF-κB诱导，抑制IκB降解及NF-κB因子移位至细胞核，减轻氧化应激对肺泡上皮细胞的炎症损伤，提高大鼠抗肺纤维化能力。刘娜等人[33]研究中，当归补血汤通过调控的酪氨酸磷酸化，降低氧自由基的产生，能够阻止细胞中的信号传导，抑制NF-κB信号通路并下调下游因子锰超氧化物歧化酶（MnSOD）表达，减轻氧化损伤，促使抗氧化剂GSH-Px及CAT大量产生，消耗脂质过氧化产物MDA和多余的H2O2，恢复机体抗氧化能力，抑制细胞过度凋亡，改善肺纤维化。

抵抗脂质过氧化

线粒体膜中含有较多不饱和脂肪酸，在OH·及ROS自由基攻击中最先受到破坏引起脂质过氧化[34]。谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）是一种直接参与抵制磷脂过氧化过程的抗氧化酶，具有保护细胞损伤和抗脂质过氧化功能[35]。GSH是GPX4的必要辅助因子，其产生主要依靠胱氨酸-谷氨酸逆转运蛋白（SLC7A11）活性[36]，GPX4缺失导致以脂质过氧化物积累为主要特征的铁死亡[37]。研究表明，GPX4、脂质过氧化、铁死亡共同参与了氧化应激下的肺纤维化进程[38]。GSH耗竭和GPX4失活，能够降低清除氧自由基能力，促使H2O2与Fe2+发生Fenton强氧化反应[39]，催生脂质ROS和羟基自由基大量积累，上调不饱和脂肪酸羟基十八碳二烯酸（HODE）及羟基二十碳四烯酸（HETE）水平，破坏细胞膜结构并抑制无毒脂肪醇分解，促使脂质过氧化产物四羟基壬烯（4-HNE）及MDA过度增加，导致铁死亡发生，刺激肺成纤维细胞分化，有助于IPF的发生[40-41]。陈悦琪等人[42]研究发现，安五脂素能够通过促进GSH合成提高GPX4抗氧化活性，有效上调SOD、GSH-Px、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化剂表达，限制ROS的过度产生，提高SLC7A11和转铁蛋白（TF）表达，抑制脂质过氧化产物MDA生成，阻止脂质过氧化和铁死亡。李琦[43]发现异甘草素能够通过提高GPX4活性，抑制Fe2+发生Fenton反应激活氧化应激机制，提高抗脂质过氧化能力，保护肺泡上皮细胞完整性，下调TGF-β促纤维因子，对于预防IPF的进展十分重要。Sana Bahri等人[44]研究发现，百里香提取物对氧化应激诱导的IPF大鼠有明显改善作用，降低氧自由基对细胞的毒性作用，抑制不饱和脂肪酸分解MDA以保护细胞膜。此外，在进行实验药物对肝肾功能影响中发现，百里香提取物对肝肾组织不会造成明显损伤及紊乱，对于临床上肝肾功能受损的IPF患者提供了新的选择。Ridha Ben等人[45]对BLM诱导的肺纤维化大鼠实验中，丹参提取物中含有较强抗氧化性的酚类化合物，极大提高SOD、CAT抗氧化能力，有效清除氧自由基和脂质过氧化产物MDA，HE染色中肺损伤、细胞胶原沉积及炎症浸润减少，大鼠食欲增强，体重显著增加，纤维化程度得到改善，有效减少氧化应激对肺组织纤维化损伤。

问题与展望

肺纤维化具体发病机制仍未揭示，氧化应激作为与肺纤维化密不可分的调控机制，通过线粒体功能障碍、炎症、脂质过氧化作用参与到抗氧化失衡有关的肺泡上皮细胞凋亡及胶原沉积中，最终进展为特发性肺纤维化。目前，现代医学治疗IPF药物有限，作用靶点单一，不良反应明显。而中医理论强调整体观念，往往在调控作用中形成多靶点，多方向治疗的特点。但关于IPF的研究仍为缺乏：①氧化应激对肺纤维化的具体机制仍不明确，在治疗过程中缺乏药物精准靶向调控。②中药复方在机制调控中经常发挥多靶点、多途径等特点，但关于肺纤维化的中药复方基础研究数量有限，存在剂量把控及药物变量影响疗效等困难，具体作用成分难以明确，缺乏深入推广的依据。③中药单体或有效成分作用范围局限，但有效成分及靶点调控准确，或许成为IPF的主要基础研究方向。④目前临床研究中寻求治疗IPF的数据仍然不足，缺乏可靠的临床依据。为此，还需中医药更进一步深入研究，为IPF治疗提供更为客观的循证依据。