梁玉麗 劉 華

廣東藥學院附屬第一醫(yī)院，廣東廣州 510080

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種以氣道阻塞為特點的慢性呼吸道疾病，是一種可防可治的疾病。它是目前患病率最高的慢性呼吸系統(tǒng)疾病，社會負擔重，死亡率高，已成為一個重要的公共衛(wèi)生問題。2002年世界衛(wèi)生組織（WHO）將COPD列為世界疾病經濟負擔的第四位，并且其患病率及致死率有逐年上升之勢[1]。慢性阻塞性肺疾病（COPD）的發(fā)病機制至今仍尚未非常清楚，除了肺部的慢性炎癥、蛋白酶失衡、氧化與抗氧化失衡等在COPD發(fā)病中起重要作用以外，越來越多的研究[2-4]表明，細胞凋亡是在COPD的發(fā)生、發(fā)展過程中又一個應當引起相當重視的機制。

細胞凋亡是一種由一系列相互關聯(lián)的基因控制的主動程序性的細胞死亡過程，是機體清除損傷、衰老細胞的“自殺式”死亡，凋亡及壞死作為細胞死亡的兩種主要方式，最重要的相異之處是凋亡的細胞DNA發(fā)生片段化形成很多凋亡小體，被巨噬細胞和鄰近的細胞吞噬而不引起炎癥反應。細胞凋亡在維持機體內環(huán)境穩(wěn)定、多個系統(tǒng)的發(fā)育中起非常重要的作用，該系統(tǒng)異常表達（過度表達或表達不足）將導致許多疾?。ㄈ缒[瘤、艾滋病、自身免疫性疾?。┑陌l(fā)生。近年來，COPD患者的細胞凋亡異常研究也已成為一大熱點，許多研究表明，COPD患者一方面存在肺內實質細胞及間質細胞凋亡表達過度，導致肺部的結構發(fā)生改變，肺氣腫形成；另一方面，肺內炎癥細胞凋亡不足使炎癥細胞過多的聚集、激活，慢性肺部炎癥持續(xù)加劇作用于氣道及肺動脈，最終可導致氣道阻塞及肺動脈高壓。目前，依賴天冬氨酸特異性半胱天冬蛋白酶（caspase）家族參與的調節(jié)凋亡的途徑有3種[5]：第一種途徑為受體介導的外在途徑，是由腫瘤壞死因子家族 （如Fas-L、TNF-α）與細胞表面的死亡受體（如 Fas、TNFR）結合經過一系列反應促使caspase-8酶原的激活，導致Caspase-8激活，而Caspase-8又激活caspase-3[6]，最終通過釋放 caspase活化的DNA酶完成凋亡[7]。第二種，線粒體內在途徑，由線粒體釋放細胞色素C與凋亡蛋白酶激活因子-1和caspase-9結合，活化了caspase-9和caspase-3，然后啟動凋亡[8]。第三種是內質網途徑，應激信號活化caspase-12[9-10]。也有報道無須caspase蛋白酶可以直接激活caspase[l1]。

1 COPD患者存在的異常凋亡

1.1 炎癥細胞的異常凋亡

COPD患者慢性的炎癥細胞浸潤主要包括中性粒細胞、吞噬細胞、淋巴細胞等。中性粒細胞（PMN）的適度清除可控制炎癥的發(fā)生、發(fā)展和轉歸，中性粒細胞凋亡不足在引起炎癥狀態(tài)持續(xù)的同時加劇免疫損傷。許多研究表明，COPD尤其是急性期的患者中性粒細胞凋亡異常[12-13]。Pletz MW等[14]通過檢測36例急性加重期COPD住院患者及10名健康志愿者中性粒細胞的凋亡情況，表明了急性加重期COPD患者較健康志愿者中性粒細胞（PMN）凋亡明顯減少，導致大量激活的PMN加劇肺部損傷。許多研究證明，COPD的患者存在sFas升高，sFas可以競爭性地與FasL結合，抑制凋亡途徑Fas/FasL的活化，從而使中性粒細胞凋亡減少。還有研究表明，凋亡蛋白調控PMN的凋亡與細胞色素C相關[15]。有報道稱吸煙導致的肺氣腫患者的肺組織，肺泡巨噬細胞（AM）凋亡率很低，僅約0.3%。

許多研究表明，COPD患者外周血中CD8+T淋巴細胞增加、CD4+T淋巴細胞減少[16-17]。因此，一方面CD4+T淋巴細胞減少使細胞免疫功能低下，對病原處理的能力下降；另一方面，CD8+細胞增加不利于抗體產生、炎癥的控制，導致肺部炎癥反應遷延不愈，造成器官的損傷。高越等[18]報道COPD急性加重期外周血CD95（Fas）減少，提示COPD患者急性加重期T淋巴細胞凋亡水平低下的原因可能為Fas/FasL凋亡系統(tǒng)表達不足有關。而卓宋明等[19]研究表明，COPD患者外周血中CD4+細胞減少、CD8+細胞增加，且COPD患者CD4+細胞凋亡增加，與凋亡途徑Fas/FasL的表達正相關及與抗凋亡因子Bcl-2表達負相關，提示凋亡途徑Fas/FasL的表達增多及Bcl-2的表達下降對CD4+細胞凋亡起重要作用；相反的是COPD患者CD8+凋亡減少與上述因子的表達無相關性，故考慮CD8+凋亡可能與其他因素有關。Chrysofakis等對36例吸煙者并伴有COPD的患者、25名慢性吸煙不伴有COPD的男性及10名健康不吸煙者進行研究，發(fā)現(xiàn)COPD患者呼吸道 CD8+T細胞，尤其是抑制性 C（suppressTc，Ts）凋亡延遲，其原因并不清楚，可能與高表達穿透素（perforin）相關。故細胞凋亡機制影響COPD患者慢性炎癥細胞中性粒細胞、吞噬細胞、淋巴細胞的凋亡數目的減少或功能的變化，導致炎癥細胞過多的聚集、激活，釋放炎性介質，加劇慢性炎癥的損傷，促進病情的發(fā)展。

1.2 肺實質及間質細胞的異常凋亡

Segura-Valdez等對10例COPD的患者及5名正常對照組的離體肺組織進行研究，發(fā)現(xiàn)COPD患者的內皮、上皮及間質細胞細胞凋亡較正常對照組增高，其原因考慮與其金屬蛋白酶的變化存在重大關系。Kranenburg AR等[20]觀察患有COPD及非COPD患者的外科手術后的肺組織中發(fā)現(xiàn)，纖維原細胞生長因子（FGF，包括FGF-1及FGF-2）及相應受體FGFR在COPD患者的血管平滑肌、呼吸道內皮細胞及呼吸道平滑肌中表達同時增加，這一變化使血管平滑肌細胞凋亡能力與增殖能力失衡導致COPD患者肺功能的損傷。楊中飛等[21]也有類似的研究，通過免疫組織化學方法及原位缺口末端DNA碎片標記技術檢測COPD患者及非COPD患者外科術后的肺組織，發(fā)現(xiàn)COPD患者存在著肺泡上皮細胞凋亡指數（AI）顯著增高，增殖指數/凋亡指數比值（PI/AI）降低，表明肺泡上皮細胞主要以凋亡增多為主，使肺實質細胞損傷加劇，甚至形成肺氣腫；而血管平滑肌PI顯著增高、AI降低，PI/AI比值顯著增高，這表明血管平滑肌主要以增殖為主，導致血管管腔增厚、堵塞，嚴重時引起肺動脈高壓。Tang K等[22]通過Gre/Loxp靶向剔除技術實驗性的去除小鼠抗凋亡VEGF基因，結果發(fā)現(xiàn)這些經過上述處理的成年小鼠肺部出現(xiàn)了肺泡擴大、肺氣腫樣改變。Kasahara Y等[23]將VEGF受體KDR抑制劑SU5416給小鼠皮下注射3周后，小鼠肺內肺泡細胞凋亡增多、肺氣腫形成，但是SU5416不會抑制肺癌細胞的增殖，實驗表明VEGF受體信號在維持肺泡結構方面是必需的，進一步表明了細胞凋亡機制與肺氣腫的重大關系。Siafakas NM等[24]有報道說，肺氣腫晚期患者盡管有強烈的血管重塑，但是檢測其血漿的VEGF很低甚至測不到，表明VEGF可能與肺氣腫的凋亡機制有關系。程燕子等[25]、廖德榮等[26]經體外實驗研究發(fā)現(xiàn)，血管內皮生長因子（VEGF）可能是通過高表達抗凋亡因子bcl-2mRNA及低表達凋亡機制Fas/FasL中FasmRNA來實現(xiàn)對內皮細胞凋亡的抑制。

2 蛋白酶失衡學說與細胞凋亡

蛋白水解酶對組織有損傷、破壞的作用，而抗蛋白酶能拮抗上述作用。蛋白酶的增多或活性增強及抗蛋白酶的減少均可以導致肺部結構的異常、肺實質的破壞、肺氣腫的形成。研究表明[27]，蛋白酶增加可使肺實質細胞發(fā)生凋亡，原因可能是肺內蛋白酶增加，破壞了肺實質細胞賴以存活的環(huán)境細胞外基質成分，這些細胞外基質成分的破壞可使其在氧化劑、炎癥因子等促凋亡因子的作用下發(fā)生凋亡。有報道稱，基質金屬蛋白酶-7可以使上皮細胞產生的FasL激活，與細胞表面的死亡受體Fas結合進而激活caspase-3，從而介導細胞的凋亡。另外有報道稱中性粒細胞彈性蛋白酶可以通過剪切巨噬細胞表面的Fas受體，產生sFas，sFas可以競爭性的抑制Fas受體與Fas受體配體結合，抑制凋亡細胞的識別，導致巨噬細胞吞噬能力下降，逃脫的凋亡細胞引起肺部炎癥的加劇。Odaka C等[28]在體外的小鼠實驗中發(fā)現(xiàn)巨噬細胞可自分泌白細胞蛋白酶抑制劑（SLPI）。蛋白酶抑制劑可以抑制蛋白酶的活性，可以減輕局部炎癥的損傷。COPD患者中巨噬細胞的吞噬功能下降也許可以導致其產生蛋白酶抑制酶的能力也下降，從而使蛋白酶的對抗能力減少，引起組織的損傷。α1-抗胰蛋白酶（ATT）在香煙誘導內皮細胞凋亡中起到保護作用[29]。

3 氧化應激與細胞凋亡

有許多的研究表明，COPD患者的氧化應激增加。羥自由基、過氧化氫、一氧化氮、活性氧（ROS）等多種氧化物可以直接作用并破壞許多生化大分子如蛋白質，導致細胞功能障礙或細胞死亡，還可以破壞細胞外基質，引起蛋白酶-抗蛋白酶失衡，促進炎癥反應等最終導致COPD的發(fā)生。許多研究證明，氧化應激與細胞凋亡機制存在相互促進的關系。Teramoto等研究證實，低濃度香煙提取物（CSE為10%～25%）導致細胞凋亡，而高濃度（CSE為50%～100%）則引起明顯的細胞壞死，抗氧化酶谷胱甘肽轉硫酶可對抗香煙提取物（CSE）引起的細胞凋亡，這一現(xiàn)象表明抗氧化劑或抗氧化基因可以抑制由CSE導致的細胞毒作用，使肺泡細胞凋亡減少，緩解肺氣腫的形成。Kanazawa H等[30]最近研究表明，COPD患者誘導痰氧化應激水平增高，VEGF相應的減少，這些改變與疾病的嚴重程度呈線性關系。Tuder RM等[31]報道，在使用VEGFR阻滯劑的小鼠中，肺泡擴張，肺泡細胞凋亡，并且氧化標志物也增多，而使用了抗氧化劑則可以預防上述表現(xiàn)的發(fā)生，VEGFR阻滯致肺氣腫的小鼠模型中，凋亡在肺部氧化應激的區(qū)域處于主導地位，實驗性的被廣譜的半胱氨酸抑制劑阻滯的凋亡基因可以使氧化應激信號的表達顯著降低，這些提示均凋亡和氧化應激之間的正反饋作用。蔡珊等通過體外培養(yǎng)人臍靜脈內皮細胞株，分別予不同濃度的香煙提取物（Cigarette smoking extract，CSE）干預，發(fā)現(xiàn) CES 能導致內皮細胞氧化/抗氧化失衡及凋亡，并且其致凋亡作用呈時間及濃度依賴性，其氧化/抗氧化失衡與細胞凋亡有關。后來又在經香煙暴露所致的COPD大鼠模型中使用抗氧化物質N-乙酰半胱氨酸導致肺泡間隔細胞的凋亡指數下降，并且證明其是通過防止VEGF分泌減少及VEGFR2表達下調，從而減少肺泡間隔細胞的凋亡。

4 展望

綜上所述，細胞凋亡在COPD的發(fā)病機制中占有非常重要的地位。一起與慢性炎癥、蛋白酶和抗蛋白酶失衡、氧化/抗氧化失衡等機制參與COPD的發(fā)生、發(fā)展。本文已經綜述了細胞凋亡在COPD的重要性，下一步探討促凋亡因子或者抗凋亡因子的異常表達能否反應COPD疾病的嚴重性，以及研究是否可以通過干預細胞凋亡（如外源性注入sFasL治療使炎癥細胞正常凋亡或肺氣腫干細胞療法使肺實質細胞再生）的方法為COPD的治療開辟新的途徑。

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