許時(shí)麗，周玉生，李 榮，盤 捷

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是以咳嗽、咳痰和喘息為臨床表現(xiàn)，具有氣流阻塞特征的慢性支氣管炎和/或肺氣腫，肺功能檢查出現(xiàn)氣流受限，即吸入支氣管舒張劑后，第一秒用力呼氣末容積占用力肺活量的百分比(FEV1/FVC%)<70%，且不能完全可逆[1]。近20年來，COPD的發(fā)病率與死亡率呈逐年上升趨勢，現(xiàn)已成為全世界主要的慢性疾病，每年約600萬人死于COPD，位于死亡原因的第4位，預(yù)計(jì)到2020年，COPD將成為全球第3大死亡原因[2]。COPD的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜且尚未完全闡明，目前較為認(rèn)可的發(fā)病機(jī)制有肺部慢性炎癥、氧化/抗氧化失衡、蛋白酶/抗蛋白酶失衡等，其中氧化/抗氧化失衡是造成肺組織慢性損傷的重要原因[3]，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。現(xiàn)就氧化/抗氧化失衡導(dǎo)致的DNA氧化損傷與COPD關(guān)系的研究進(jìn)展作一綜述。

1 氧化應(yīng)激

1.1 氧化應(yīng)激的分子基礎(chǔ) 氧化應(yīng)激是指機(jī)體內(nèi)高活性分子如活性氧簇(ROS)和活性氮簇(RNS)產(chǎn)生過多或消除減少，從而導(dǎo)致組織損傷，是引起COPD發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制之一。ROS包括超氧陰離子(O2-)、羥自由基(OH-)、單線態(tài)氧(1O2)、過氧化氫(H2O2)、脂質(zhì)過氧化物(RO·、ROO·、ROOH)等；RNS包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、過氧亞硝酸基陰離子(ONOO-)。氧化應(yīng)激不僅直接損傷肺組織，還可使炎前遞質(zhì)基因表達(dá)增加、炎性細(xì)胞滲出、抗蛋白酶氧化失活，促進(jìn)COPD的發(fā)生發(fā)展。

活性氧物質(zhì)可激活核因子kappa-B(NF-κB)和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)等信號通路，上調(diào)炎癥基因的表達(dá)，引起肺內(nèi)炎性反應(yīng)[2,4]。肺內(nèi)慢性炎性反應(yīng)和各種炎性因子及前炎性蛋白密切相關(guān)，趨化因子如白三烯B4(LTB4)、白介素8(IL-8)可吸引和激活炎性細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞等，使其變形，游走，釋放大量活性物質(zhì)，導(dǎo)致或加重機(jī)體局部炎性反應(yīng)。前炎性遞質(zhì)如腫瘤壞死因子α(TNF-α)可引起中性粒細(xì)胞脫顆粒伴蛋白酶釋放，引起溶酶體破壞并釋放溶酶體酶，造成肺泡細(xì)胞損傷，且誘導(dǎo)各種炎性因子的產(chǎn)生，介導(dǎo)炎性反應(yīng)。此外，炎性反應(yīng)產(chǎn)生大量活性氧，加重肺的氧化損傷[5-6]。

文獻(xiàn)來源：

所引文獻(xiàn)均來源于外文數(shù)據(jù)庫PubMed，檢索關(guān)鍵詞為“COPD”“oxidative stress”“DNA damage”“DNA repair”,優(yōu)先選用近5年發(fā)表的文獻(xiàn)，把檢索到的文獻(xiàn)歸結(jié)起來，通過閱讀文題、摘要排除重復(fù)和不符合要求的文獻(xiàn)。

中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶(NE)、組織蛋白酶和巨噬細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)是COPD發(fā)病過程中重要的蛋白酶?；钚匝跷镔|(zhì)活化炎性細(xì)胞，促進(jìn)細(xì)胞彈性蛋白酶和MMP等的釋放，抑制抗蛋白酶(如α1-抗胰蛋白酶)的活性。此外，各種類型蛋白酶之間可以相互影響，降低彼此抗蛋白酶活性，從而導(dǎo)致蛋白酶/抗蛋白酶失衡，過量的蛋白酶可以降解細(xì)胞外基質(zhì)和活化細(xì)胞因子，引起肺泡融合、氣道炎癥、杯狀細(xì)胞化生和氣道重塑等加劇肺損害的反應(yīng)[7]。

在正常狀態(tài)下，機(jī)體產(chǎn)生少量ROS參與新陳代謝，同時(shí)體內(nèi)存在清除自由基、抑制自由基反應(yīng)體系，保持自由基的清除和產(chǎn)生平衡。當(dāng)呼吸道暴露于各種香煙煙霧、粉塵、細(xì)菌、病毒等有害環(huán)境時(shí)，導(dǎo)致抗氧化系統(tǒng)平衡打破，氧化劑過多，抗氧化劑減少或抗氧化能力減弱，造成肺部組織的損傷[8]。香煙煙霧中有成千上萬種化學(xué)物質(zhì)通過不同途徑刺激肺內(nèi)炎性反應(yīng)，募集、活化肺部炎性細(xì)胞和免疫細(xì)胞，進(jìn)一步加重氧化/抗氧化失衡。

1.2 氧化應(yīng)激與DNA損傷 自由基對生物體的損傷主要通過脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)損傷、DNA損傷和改變信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等途徑實(shí)現(xiàn)。COPD患者肺的氧化應(yīng)激表現(xiàn)在肺部脂質(zhì)膜過氧化，線粒體功能障礙，抗蛋白酶和表面活性劑的氧化失活，黏液分泌過多，肺泡上皮細(xì)胞損傷，細(xì)胞外基質(zhì)重建，細(xì)胞凋亡和DNA損傷[9-10]。DNA是氧化應(yīng)激最常見的靶分子，DNA損傷包括鏈內(nèi)堿基-堿基和堿基-糖交聯(lián)物損傷、DNA鏈斷裂[11]。自由基破壞脫氧核糖和染色體，導(dǎo)致磷酸二酯鍵斷裂、堿基破壞與脫落、DNA鏈斷裂、染色體畸變或斷裂。DNA的氧化損傷對其復(fù)制和轉(zhuǎn)錄有阻斷作用，影響蛋白質(zhì)的合成，引起細(xì)胞功能喪失或凋亡，組織變性，可能在急性期COPD的發(fā)生發(fā)展中起一定作用[12]。

2 DNA氧化損傷

2.1 DNA敏感序列及氧化產(chǎn)物 基因組序列對氧化劑攻擊有不同敏感性，修復(fù)時(shí)有優(yōu)先順序，這決定了氧化損傷的分布。非編碼的DNA序列包括微衛(wèi)星序列(MS)、端粒、啟動(dòng)子和甲基化的位點(diǎn)，其堿基組成特別容易受到氧化損傷，尤其是鳥嘌呤最容易發(fā)生氧化修飾，8-羥基-鳥嘌呤(8-OH-Gua)、2′-脫氧核苷、8-羥基-2′-脫氧鳥苷(8-OH-dG)是鳥嘌呤最常見的氧化產(chǎn)物。8-OH-dG在DNA損傷修復(fù)過程中被核酸外切酶排出細(xì)胞外，是氧化劑誘導(dǎo)DNA損傷的標(biāo)志。COPD患者外周血細(xì)胞和肺上皮細(xì)胞8-OH-dG明顯升高時(shí)，提示肺組織存在DNA氧化損傷[13-14]。

2.2 吸煙與DNA損傷 香煙煙霧可以直接損傷DNA，也可以通過產(chǎn)生ROS對DNA造成損傷。研究表明，香煙煙霧依賴ROS導(dǎo)致肺泡成纖維細(xì)胞核酸氧化，是肺氣腫的發(fā)病機(jī)制之一[15]。吸煙者與非吸煙者相比，肺外周組織中8-OH-dG表達(dá)顯著增加，這意味著吸煙可引起DNA損傷/修復(fù)失衡[14]。在香煙煙霧所致肺氣腫小鼠模型中，細(xì)支氣管上皮細(xì)胞和肺泡上皮細(xì)胞(特別是Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞)8-OH-dG明顯增多[16]。

2.3 DNA氧化損傷分布 阻抑蛋白1(PHB1)和阻抑蛋白2(PHB2)是線粒體內(nèi)膜蛋白，與還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)脫氫酶蛋白復(fù)合物相互作用，形成的產(chǎn)物對細(xì)胞內(nèi)氧化還原酶活性起決定性作用。吸煙可促進(jìn)活性氧的產(chǎn)生，損傷線粒體呼吸機(jī)制，影響機(jī)體的抗氧化能力。研究發(fā)現(xiàn)，從非吸煙者至非COPD吸煙者至COPD患者，PHB1及其mRNA水平呈線性減少，反映了線粒體呼吸功能下降，引起抗氧化能力降低[17]。

COPD患者肺部DNA氧化損傷是血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)啟動(dòng)子的主要缺氧反應(yīng)元件(HRE)，引起細(xì)胞轉(zhuǎn)錄反常、細(xì)胞變性[18]。

2.4 DNA甲基化與COPD 表觀遺傳是指受煙霧和交通尾氣等環(huán)境因素的影響造成的可遺傳的非編碼DNA改變。表觀遺傳能引起全基因組DNA甲基化改變和特異基因的DNA甲基化改變[19]。全基因組DNA低甲基化和啟動(dòng)子區(qū)域的DNA過甲基化，是COPD重要的參與機(jī)制[20]。在COPD的發(fā)展過程中，發(fā)現(xiàn)DNA甲基化調(diào)節(jié)促炎基因的表達(dá)，提高炎性因子水平[21-22]。COPD的DNA甲基化狀態(tài)類似于癌癥組織中觀察到的變化，伴隨著特定啟動(dòng)子的甲基化[23-24]。

2.5 DNA端?？s短與COPD DNA端?？s短是細(xì)胞衰老的特征，端粒長度和COPD之間的關(guān)系尚不清楚。有研究已發(fā)現(xiàn)，COPD患者的循環(huán)白細(xì)胞端粒長度比健康對照組更短，可能是由于系統(tǒng)性氧化應(yīng)激增加[25]。

3 DNA修復(fù)

3.1 DNA修復(fù)方式及效率 DNA修復(fù)方式包括直接修復(fù)、堿基切除修復(fù)、核苷酸切除修復(fù)、雙鏈斷裂修復(fù)和交聯(lián)修復(fù)。損傷的核酸需多個(gè)修復(fù)機(jī)制共同作用完成，如堿基切除途徑組件8-OH-Gua-DNA糖苷酶1(OGG1)、核酸內(nèi)切酶III的同系物1(NTH1)、單鏈選擇性單功能尿嘧啶-DNA糖基化酶1(SMUG1)、核酸結(jié)合蛋白和Y-box結(jié)合蛋白1(YB1)。COPD患者的DNA修復(fù)效率普遍較低，可能是支氣管上皮和結(jié)締組織DNA修復(fù)機(jī)制受到遺傳基因多態(tài)性的影響[26]。

3.2 組蛋白在DNA修復(fù)中的作用 研究顯示，組蛋白H3的賴氨酸56(H3-K56)乙?；贒NA損傷和修復(fù)過程中起關(guān)鍵作用，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，組蛋白去乙?；?HDAC)則對H3-K56去乙?；鹬匾淖饔肹27]。COPD患者HDAC和SIRT1(依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的組蛋白脫乙酰酶)的表達(dá)減少，對DNA保護(hù)和修復(fù)能力降低。

4 DNA損傷可能是COPD的重要發(fā)病機(jī)制

細(xì)胞受到刺激后引起DNA損傷，隨即作出DNA損傷反應(yīng)(DDR)，即DNA損傷檢測、DNA損傷信號和DNA損傷修復(fù)反應(yīng)。有研究顯示，由于衰老相關(guān)分泌表型(SASP)的顯著改變，繼而破壞細(xì)胞的正常組織結(jié)構(gòu)和功能而造成的DNA氧化性損傷可誘導(dǎo)DDR，DDR又能促進(jìn)肺的慢性炎癥過程[28-30]。當(dāng)肺泡上皮細(xì)胞達(dá)到衰老階段，受損的肺泡再生，出現(xiàn)嚴(yán)重的肺泡炎，從而促進(jìn)COPD的發(fā)病過程[31]。

COPD患者細(xì)胞存在氧化應(yīng)激反應(yīng)，證實(shí)了HDAC活性降低與抗氧化劑轉(zhuǎn)錄因子核呼吸因子2(NRF-2)的乙酰化增加有關(guān)。氧化應(yīng)激降低NRF-2活性，并上調(diào)抗氧化酶的表達(dá)[32]。此外，NRF-2介導(dǎo)的抗氧化防御系統(tǒng)損傷，伴隨ROS引起表觀遺傳變化(組蛋白修飾)和線粒體功能障礙，似乎延長了氧化應(yīng)激的過程。

5 總結(jié)

總之，DNA氧化損傷是COPD發(fā)病的分子基礎(chǔ)，COPD患者 8-OH-dG表達(dá)的增加和線粒體抗氧化能力的降低是DNA修復(fù)機(jī)制低效的結(jié)果。此外，SASP很大程度上是基因組損傷的一個(gè)響應(yīng)，既可以傳遞組織內(nèi)的損傷信號又可以傳遞組織間的損傷信號，考慮到COPD是與年齡相關(guān)的退行性疾病，因此這些損傷信號可能導(dǎo)致COPD。個(gè)體間DNA修復(fù)效率不同，是個(gè)體COPD易感性不同的一個(gè)潛在決定因素。

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