陳向軍 謝永宏 金發(fā)光

氧化應(yīng)激(oxidative stress,OS)的概念最早源于人類(lèi)對(duì)衰老的認(rèn)識(shí)。1956年英國(guó)學(xué)者Harmna首次提出自由基衰老學(xué)說(shuō)，該學(xué)說(shuō)認(rèn)為自由基(free radical)攻擊生命大分子造成組織和細(xì)胞損傷，它是引起機(jī)體衰老的根本原因，也是誘發(fā)腫瘤等惡性疾病的重要起因。近年來(lái)，在急性肺損傷(acute lung injury,ALI)的機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn)OS在ALI的病理發(fā)展過(guò)程中扮演重要的角色[1]。ALI以其復(fù)雜的機(jī)制和高死亡率一直是科研和臨床上的難點(diǎn)，OS對(duì)于ALI的發(fā)生機(jī)制和治療方法、藥物的研究則具有重要的意義。

一、氧化應(yīng)激的研究進(jìn)展

2013年的H7N9禽流感再次引起人們的高度重視，它所引起的危重的肺部損傷、急性呼吸窘迫綜合癥(acute respiratory distress syndrome,ARDS)和多器官的衰竭再次向人類(lèi)宣戰(zhàn)，對(duì)于它的分析已經(jīng)刊發(fā)在新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志上[6-7]。急性肺損傷(acute lung injury,ALI)是多種致病因素導(dǎo)致的肺部組織結(jié)構(gòu)和功能的損傷[8]。以肺部微血管和肺泡上皮彌漫性損傷、肺水腫及肺間質(zhì)纖維化等為病理特征的臨床綜合征，嚴(yán)重者可發(fā)展為ARDS。ALI/ARDS具有高達(dá)40%～70%的病死率，當(dāng)ARDS合并其他臟器損傷時(shí)病死率會(huì)大大增加。ALI/ARDS發(fā)病率高危害大已經(jīng)是一個(gè)不爭(zhēng)的實(shí)事，對(duì)于ALI/ARDS發(fā)生機(jī)制的研究已經(jīng)成為研究的焦點(diǎn)。在對(duì)其機(jī)制的研究中，炎癥和抗炎平衡失調(diào)，細(xì)胞凋亡、血管緊張素系統(tǒng)參與了氧化抗氧化失衡這些理論已被人們所關(guān)注[9-12]。近年來(lái)，氧化抗氧化失衡參與ALI的發(fā)生和發(fā)展理論受到了廣泛的關(guān)注。

二、ALI的發(fā)生機(jī)制

ALI的發(fā)生機(jī)制研究一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，隨著研究的深入，ALI的病因和病理生理機(jī)制已經(jīng)逐漸被人們所認(rèn)識(shí)。但是，ALI仍然是高病死率的臨床重癥和急癥。因此，ALI機(jī)制的研究對(duì)臨床預(yù)防和治療ALI/ARDS具有重要的意義[13]。

1. 炎癥反應(yīng)失調(diào)：炎癥反應(yīng)是機(jī)體對(duì)于損傷因子做出的調(diào)節(jié)反應(yīng)。抗炎因素和促炎因素的紊亂則引起炎癥平衡的失調(diào)即炎癥反應(yīng)。ALI是以肺部和全身炎癥反應(yīng)為基礎(chǔ)的病理變化。炎癥反應(yīng)中的關(guān)鍵因子是NF-κB，它介導(dǎo)了大量的促炎基因的表達(dá)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的NF-κB磷酸化入核后參與炎癥因子的轉(zhuǎn)錄和激活[14-15]。參與炎癥因子的細(xì)胞有多形核白細(xì)胞(polymorphonuclear，PMN)、巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等，PMN是參與體內(nèi)炎癥反應(yīng)的主要細(xì)胞[16]。PMN細(xì)胞表面的黏附分子作用于肺血管內(nèi)皮細(xì)胞，從而完成炎癥的黏附遷移過(guò)程。活化的PMN還可以引起呼吸爆發(fā)，釋放大量的炎癥因子,如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF-α)、白介素-1β (interleukin-1β，IL-1β)、白介素-8(interleukin-8，IL-8)等從而導(dǎo)致肺內(nèi)的促炎抗炎平衡失調(diào)，引起肺部的炎癥反應(yīng)。

2. 細(xì)胞凋亡紊亂：細(xì)胞的程序性死亡稱(chēng)為細(xì)胞的凋亡。細(xì)胞凋亡過(guò)度、過(guò)快或者凋亡緩慢和延遲都是細(xì)胞凋亡紊亂，機(jī)體自身功能低下的表現(xiàn)。有研究表明在脂多糖誘導(dǎo)的大鼠ALI中，過(guò)度凋亡和Fas/FasL系統(tǒng)起到重要作用，地塞米松可通過(guò)抑制炎癥介質(zhì)釋放和抑制Fas/FasL系統(tǒng)的活化，從而阻斷、調(diào)控肺組織靶細(xì)胞凋亡，減輕肺組織損傷[17]。PMN等炎癥細(xì)胞的凋亡延遲導(dǎo)致炎癥細(xì)胞在體內(nèi)的過(guò)度表達(dá)，從而促進(jìn)炎癥的發(fā)生[18-19]。Fas/FasL是腫瘤壞死因子超家族成員及其配體，亦有文獻(xiàn)報(bào)道過(guò)度凋亡和Fas/FasL 系統(tǒng)在海水淹溺誘導(dǎo)的ALI中通過(guò)調(diào)節(jié)caspase-3和caspase-8參與急性肺損傷[17]。

3. 氧化應(yīng)激：氧化應(yīng)激過(guò)程中ROS增多，體內(nèi)抗氧化能力相對(duì)減弱是機(jī)體處于過(guò)度氧化的狀態(tài)中。有研究表明內(nèi)毒素脂多糖等損傷性因素造成的“呼吸爆發(fā)”可產(chǎn)生大量的ROS，而ROS可以進(jìn)一步激活PMN加重肺損傷[17]。對(duì)用抗氧化藥物治療ALI已成為治療ALI/ARDS的新方向[20]。氧化應(yīng)激在疾病中的作用機(jī)制主要是以下幾個(gè)方面。

(1)氧化系統(tǒng)的主要成分ROS是氧的自由基狀態(tài)，具有較高的活性。 ROS主要包括O2-、H2O2、·OH等，這些氧有較高的活性，因此ROS能對(duì)于機(jī)體或器官起到過(guò)度氧化的作用。首先，生物膜和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中存在大量的不飽和脂肪酸，ROS會(huì)攻擊這些易被氧化的位置，從而導(dǎo)致生物膜的結(jié)構(gòu)和功能損傷。此過(guò)程中脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)生丙二醛(malonaldehyde,MDA)會(huì)對(duì)機(jī)體和組織產(chǎn)生極大的危害[21]。

(2)ROS對(duì)核酸及轉(zhuǎn)錄因子的影響。大量的ROS在線(xiàn)粒體中殘生，損傷線(xiàn)粒體。降低ROS可以減少DNA損傷[22]。當(dāng)DNA發(fā)生難以修復(fù)的斷裂時(shí)，會(huì)影響基因水平的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程，嚴(yán)重者可以導(dǎo)致細(xì)胞的死亡。Shimizu和Nishanth等[23- 24]報(bào)道，ROS可以激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB，增強(qiáng)COX-2、TNF-α和IL-6的敏感性。ROS還可以在巨噬細(xì)胞中激活細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)，氨基末端激酶(Jun N-terminal,JNK)，NF-κB和AP-1，成為炎癥早起的始動(dòng)因素[25]。大量的NO與ROS中的超氧陰離子自由基反應(yīng)生成ONOO-，從而加重體內(nèi)和肺內(nèi)的氧化應(yīng)激。

(3)機(jī)體發(fā)生氧化應(yīng)激時(shí)，一是機(jī)體產(chǎn)生氧化物質(zhì)過(guò)多，另一個(gè)重要的因素就是抗氧化系統(tǒng)的相對(duì)減弱，無(wú)法發(fā)揮抗氧化及清除氧化物質(zhì)的作用。體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)包括：抗氧化酶類(lèi)、和抗氧化非酶類(lèi)(蛋白類(lèi)、水溶性、脂溶性等)。當(dāng)基因敲除抗氧化蛋白的細(xì)胞可能無(wú)法生存，對(duì)于敲除抗氧化蛋白Trx2的細(xì)胞在10 mM H2O2中僅有3%的細(xì)胞能存活60 min[26]，還增加了對(duì)H2O2的抗性。對(duì)這種現(xiàn)象的解釋是，抗氧化蛋白Trx的缺失會(huì)破壞氧化還原平衡，使其向氧化方向傾斜，激發(fā)細(xì)胞的氧化應(yīng)激，體內(nèi)的抗氧化應(yīng)激酶類(lèi)會(huì)代償性增高，這些酶類(lèi)的增高反而會(huì)增加對(duì)H2O2的抗性。對(duì)于H2O2的抗性增高，是否是由于過(guò)度修復(fù)或者細(xì)胞敏感性增加引起的仍然沒(méi)有準(zhǔn)確而可靠的證據(jù)。

三、抗氧化劑治療肺部疾病

氧化損傷在肺臟疾病的發(fā)生發(fā)展及病理過(guò)程中發(fā)揮重要的作用?？寡趸瘎┳鳛橐恍┓闻K疾病的治療已經(jīng)成為一種新的治療方向。陳林等[27]臨床試驗(yàn)研究表明對(duì)COPD患者輔以GSH治療，可以增加患者體內(nèi)GSH水平，提高患者氣道和肺的抗氧化能力，降低COPD急性加重發(fā)病率，對(duì)控制疾病發(fā)展可起到重要作用。對(duì)于肺臟的很多疾病用抗氧化的方法治療均有不同程度的療效。

維生素C作為已知的重要抗氧化劑已經(jīng)應(yīng)用于臨床。有通過(guò)臨床實(shí)驗(yàn)觀察患肺炎嬰兒的體溫、咳嗽、喘息、干濕啰音、白細(xì)胞總數(shù)和肺部X線(xiàn)指標(biāo)，判定維生素C對(duì)嬰幼兒肺炎的療效。研究結(jié)果顯示抗氧化劑維生素C與常規(guī)聯(lián)合用藥對(duì)控制癥狀及干濕羅音的消除具有比較明顯的療效，并縮短了病程，有利于疾病的恢復(fù)[28-29]。此外，Nathens等[30]研究表明維生素C具有很強(qiáng)的還原性，能在細(xì)胞外發(fā)揮清除自由基的作用。

N-乙酰半胱氨酸(N-acetyl cysteine，NAC)作為已知的抗氧化劑能減輕出血性休克導(dǎo)致的ALI[31]。早在1996年，Deng等[32]就對(duì)N-乙酰半胱氨酸在氧化損傷的肺疾病中的保護(hù)作用作了研究。2006年又進(jìn)一步證實(shí)N-乙酰半胱氨酸在LPS誘導(dǎo)的ALI中發(fā)揮其減輕ALI的作用[33]。2009年Moradi等[34]就N-乙酰半胱氨酸對(duì)ALI/ARDS治療的作用機(jī)制進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示N-乙酰半胱氨酸與對(duì)照組相比能提高血氧分壓且能顯著降低病死率。

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)以含金屬蛋白的形式存在于各種需氧生物細(xì)胞中，在LPS誘導(dǎo)的豬ARDS模型中給予超氧化物歧化酶的一種復(fù)合物，可以減輕肺水腫、肺低氧血癥和肺組織內(nèi)MDA。5 mg/kg到20 mg/kg重組的超氧化物歧化酶(recombinant human superoxide dismutase，rhSOD)可以防止大鼠ALI的發(fā)生[35]。

一系列的臨床試驗(yàn)研究證明抗氧化治療肺部疾病和肺損傷具有一定的療效，基礎(chǔ)研究也為臨床的抗氧化治療奠定了一定的理論基礎(chǔ)。在今后的臨床和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中更多的是對(duì)于多種類(lèi)的抗氧化劑和抗氧化藥物及其具體機(jī)制的研究。

綜上所述，氧化應(yīng)激對(duì)機(jī)體和器官的損傷作用是較為嚴(yán)重和復(fù)雜的，并且和肺臟疾病的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)歸亦有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。而ALI/ARDS的發(fā)生機(jī)制較為復(fù)雜，是開(kāi)發(fā)臨床治療ALI/ARDS藥物和方法的難點(diǎn)。對(duì)于氧化應(yīng)激和ALI/ARDS的研究將為我們揭開(kāi)ALI發(fā)病機(jī)制的面紗，這能更好的為臨床上預(yù)防和治療ALI/ARDS提供新的思路和方法。

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