李鑫，曹潔

(天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，天津300052)

呼吸重疊綜合征(respiratory overlap syndrome，OS)是指慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)與阻塞性睡眠呼吸暫停(obstructive sleep apnea，OSA)并存，同時(shí)存在間歇性低氧或持續(xù)性低氧。COPD與OSA均是心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。流行病學(xué)研究提示，明確診斷的OS患者占成年男性的1%［1］，但實(shí)際上無(wú)癥狀的睡眠呼吸障礙與COPD同時(shí)存在的概率更高。OS合并心血管疾病的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前尚不完全清楚。與單純患有COPD或OSA的患者相比，OS患者夜間動(dòng)脈血氧飽和度降低、日間低氧血癥和高碳酸血癥更為顯著，且心血管改變更嚴(yán)重，包括肺動(dòng)脈壓力升高、惡性心律失常和心功能衰竭等［1］。血管內(nèi)皮細(xì)胞功能受損是導(dǎo)致心血管疾病的直接原因，其中循環(huán)血白細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞接觸最多且最直接，而白細(xì)胞的存活情況和功能狀態(tài)是導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙的主要細(xì)胞學(xué)機(jī)制［2］。多形核中性粒細(xì)胞(polymorphonuclear neutrophil，PMN)是人體主要的循環(huán)血白細(xì)胞，在宿主抵御病原體過(guò)程中起重要作用，但其存活時(shí)間延長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生炎癥損傷。研究發(fā)現(xiàn)，PMN存活時(shí)間延長(zhǎng)導(dǎo)致其與血管內(nèi)皮細(xì)胞間的相互作用時(shí)間增加，進(jìn)而加重血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，出現(xiàn)心血管合并癥［3－6］?，F(xiàn)就OS患者PMN凋亡的機(jī)制予以綜述。

1 低氧條件下PMN凋亡的發(fā)生機(jī)制

PMN是一種壽命較短的效應(yīng)細(xì)胞，若其存活時(shí)間延長(zhǎng)則炎癥的消退延遲。PMN可釋放相應(yīng)的酶和活性氧類(reactive oxygen species，ROS)，導(dǎo)致周圍組織受損。為了防止衰老的PMN釋放有毒物質(zhì)，在生理?xiàng)l件下，活化的PMN會(huì)迅速凋亡，即出現(xiàn)細(xì)胞膜斑點(diǎn)化、細(xì)胞體收縮、細(xì)胞質(zhì)致密化、核染色質(zhì)凝結(jié)、基因組被內(nèi)切酶切割等一系列特征性的形態(tài)學(xué)變化;然后，凋亡的細(xì)胞被特異性的吞噬細(xì)胞(如組織巨噬細(xì)胞)識(shí)別、吞噬、清除，這種安全清除的機(jī)制可以維持PMN數(shù)量的穩(wěn)定，減少其釋放有害酶和ROS，因此PMN凋亡是調(diào)節(jié)其數(shù)量和功能的重要細(xì)胞過(guò)程，在維持PMN穩(wěn)態(tài)和減少炎癥損傷中發(fā)揮重要作用［7］。

PMN有內(nèi)源性和外源性兩條凋亡途徑，即線粒體凋亡途徑和死亡受體凋亡途徑。在內(nèi)源性凋亡途徑中，線粒體外膜通透性是凋亡的關(guān)鍵觸發(fā)因素［4］。B細(xì)胞淋巴瘤/白血病－2(B－cell lymphoma/leukemia－2，Bcl－2)家族是一組與細(xì)胞凋亡調(diào)控密切相關(guān)的基因。Bcl－2基因家族包括促凋亡基因和抗凋亡基因，而促凋亡基因與抗凋亡基因的表達(dá)水平?jīng)Q定了細(xì)胞的存活，Bcl－2家族中的兩個(gè)促凋亡蛋白Bcl－2相關(guān)X蛋白和Bcl－2同源拮抗物均可介導(dǎo)線粒體膜的通透性，參與凋亡小體的形成，誘導(dǎo)下游胱天蛋白酶(caspase)相關(guān)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，啟動(dòng)PMN內(nèi)源性凋亡程序［8］。在外源性途徑中，PMN凋亡是由細(xì)胞死亡受體復(fù)合物(包括Fas受體、腫瘤壞死因子受體Ⅰ和腫瘤壞死因子受體Ⅱ等)的交聯(lián)啟動(dòng)。死亡受體與死亡相關(guān)蛋白結(jié)合后可以進(jìn)一步結(jié)合初始caspase，形成凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物;初始caspase與死亡受體結(jié)合導(dǎo)致caspase－8前體分子聚集水解，進(jìn)一步激活下游的caspase－3，caspase－3是細(xì)胞凋亡的末端效應(yīng)器，可啟動(dòng)促凋亡程序;而腫瘤壞死因子受體Ⅰ可通過(guò)激活核因子κB(nuclear factor－κB，NF－κB)通路調(diào)控PMN凋亡，促進(jìn)PMN存活［4］。

COPD以持續(xù)氣流受限、肺泡壁破壞、PMN浸潤(rùn)和反復(fù)感染為主要特征。COPD的血管功能障礙可能是炎癥損傷、內(nèi)皮功能障礙和結(jié)締組織退化等因素共同作用的結(jié)果。有證據(jù)表明，氣道炎癥是COPD患者氣道重塑和肺泡實(shí)質(zhì)破壞的核心，PMN釋放ROS和絲氨酸蛋白酶(中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶、組織蛋白酶G以及基質(zhì)金屬蛋白酶等)導(dǎo)致肺泡破壞［9］。在COPD發(fā)病和全身多系統(tǒng)損傷過(guò)程中，慢性持續(xù)低氧起重要作用。在慢性缺氧情況下，NF－κB及其下游炎癥通路、免疫通路被激活，引發(fā)一系列氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)。研究顯示，在COPD患者的外周血中，PMN、血小板、黏附分子、炎癥細(xì)胞因子和ROS的表達(dá)均顯著增加［5］。Saetta等［10］研究發(fā)現(xiàn)，在COPD患者的大、小氣道和肺實(shí)質(zhì)中PMN和CD8+T淋巴細(xì)胞的表達(dá)均增加。另有研究發(fā)現(xiàn)，在COPD穩(wěn)定期和急性加重期，誘導(dǎo)痰液和肺泡灌洗液中的PMN計(jì)數(shù)、PMN衍生酶水平均增加，PMN自發(fā)凋亡的百分率則顯著降低;COPD癥狀的嚴(yán)重程度與肺泡灌洗液中PMN的活化直接相關(guān)，痰液中PMN的百分比與COPD呼吸困難評(píng)分及預(yù)后直接相關(guān)［7］。PMN凋亡減少和PMN功能障礙均與COPD患者預(yù)后不良相關(guān)［11］。COPD患者的PMN和相關(guān)炎癥分子表達(dá)水平升高，進(jìn)一步增加了PMN與內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用，促進(jìn)血管損傷的發(fā)生［12］。

OSA是一種在睡眠過(guò)程中出現(xiàn)吸氣和呼氣容積受限并伴有間歇性低氧的睡眠呼吸障礙性疾病。OSA的血管損傷機(jī)制除交感神經(jīng)興奮、內(nèi)皮功能障礙和代謝失調(diào)外，還包括缺氧、炎癥和氧化應(yīng)激［13］。OSA的缺氧模式是間歇性的，更易誘導(dǎo)ROS生成，進(jìn)一步導(dǎo)致包括NF－κB在內(nèi)的多種氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)信號(hào)通路的激活。NF－κB通路激活導(dǎo)致其下游產(chǎn)物(包括腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素、黏附因子、趨化蛋白等)在組織和細(xì)胞中的生成增加［14］。而趨化蛋白、黏附因子、選擇素和炎癥因子的過(guò)表達(dá)可引起PMN凋亡延遲，并增加PMN與內(nèi)皮細(xì)胞間的相互作用，誘發(fā)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡和損傷［15－16］。Rubinstein［17］發(fā)現(xiàn)，OSA患者鼻黏膜中的PMN百分比增加;Salerno等［18］研究發(fā)現(xiàn)，OSA患者誘導(dǎo)痰液中的PMN數(shù)量增加。

OS患者同時(shí)伴有上、下呼吸道阻塞，且多發(fā)生于肥胖人群。OSA的發(fā)病機(jī)制包括解剖因素(如上氣道塌陷)和非解剖因素(上氣道肌肉反應(yīng)、睡眠中呼吸相關(guān)覺(jué)醒和呼吸中樞抑制)。OS患者中，COPD可通過(guò)多種機(jī)制影響OSA的發(fā)生，導(dǎo)致OS患者與單純OSA、單純CPPD患者在病理生理方面存在差異。OS患者在睡眠呼吸障礙發(fā)作期間也表現(xiàn)為間歇性低氧血癥，但其夜間血氧飽和度降低更顯著［19］。COPD、OSA單獨(dú)存在均可能導(dǎo)致持續(xù)的炎癥狀態(tài)，而相關(guān)研究顯示，OS患者全身和肺部炎癥反應(yīng)更顯著，氣道PMN數(shù)量增多，存在更嚴(yán)重的PMN凋亡延遲［19－20］。

在低氧環(huán)境下，PMN的凋亡在體內(nèi)、外均受到嚴(yán)重抑制。低氧既可激活NF－κB通路，也可活化低氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia－inducible factor－1，HIF－1)通路。研究發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)低氧條件下，PMN凋亡主要通過(guò)HIF－1通路發(fā)揮調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的作用;在間歇性低氧條件下，PMN凋亡主要通過(guò)NF－κB通路發(fā)揮抗細(xì)胞凋亡的作用;COPD與OSA患者均存在低氧，但兩者的低氧模式存在本質(zhì)區(qū)別，故導(dǎo)致PMN凋亡的分子機(jī)制也可能不同，與持續(xù)低氧相比，間歇性低氧對(duì)PMN凋亡的抑制作用更顯著［21］。在OS患者中，間歇性低氧血癥和持續(xù)性低氧血癥均會(huì)出現(xiàn)，因此可同時(shí)激活NF－κB和HIF－1信號(hào)通路，并通過(guò)多種機(jī)制發(fā)生相互作用，進(jìn)一步激活p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen－activated protein kinase，MAPK)通路，導(dǎo)致抗凋亡基因(如髓細(xì)胞白血病基因－1)的活化和PMN凋亡減少［22］。OS模式下，PMN凋亡受到抑制，黏附因子釋放增加，PMN與血管內(nèi)皮細(xì)胞間的相互作用增強(qiáng)，氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)加劇，進(jìn)一步導(dǎo)致凝血因子活性增強(qiáng)、毛細(xì)血管阻塞，引起OS患者血管內(nèi)皮功能障礙，導(dǎo)致心血管合并癥加重［23－25］。因此，OS的不良影響可能是協(xié)同作用而不是疊加作用。

2 低氧條件下參與PMN凋亡調(diào)控的相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子

低氧誘導(dǎo)下，PMN凋亡與多種調(diào)控因子作用密切相關(guān)。通常情況下，PMN同時(shí)暴露于促凋亡和抗凋亡因子中，促凋亡和抗凋亡因子的平衡決定了PMN的存活。但與其他細(xì)胞不同，持續(xù)性低氧和間歇性低氧在體外和體內(nèi)均可顯著抑制PMN凋亡。在低氧條件下，多種信號(hào)通路和調(diào)控分子被激活，參與PMN凋亡過(guò)程的調(diào)控。

2.1 NF－κB NF－κB可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞因子和黏附分子的表達(dá)參與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展。白細(xì)胞介素－8是PMN存活蛋白，可結(jié)合PMN表面的CXC趨化因子受體1和CXC趨化因子受體2，使PMN凋亡延遲［26］。NF－κB可作為基因的調(diào)控者，控制PMN存活基因Bcl－2家族的表達(dá)和白細(xì)胞介素的合成;在靜息細(xì)胞中，NF－κB與其抑制蛋白(inhibitor of nuclear factor－κB，IκB)形成復(fù)合體，以無(wú)活性形式存在于胞質(zhì)中;當(dāng)細(xì)胞受到胞外信號(hào)刺激時(shí)，IκB激酶活化并將IκB磷酸化，使NF－κB暴露核定位位點(diǎn)，而游離的NF－κB迅速移位至細(xì)胞核與應(yīng)答基因DNA的一致位點(diǎn)結(jié)合;PMN中的NF－κB活性調(diào)節(jié)機(jī)制與其他細(xì)胞最重要的區(qū)別為新合成的IκB可進(jìn)入細(xì)胞核，從基因啟動(dòng)子中轉(zhuǎn)運(yùn)NF－κB至胞質(zhì)［27］。研究發(fā)現(xiàn)，NF－κB介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)與動(dòng)脈粥樣硬化、胰島素抵抗、2型糖尿病等疾病的發(fā)生相關(guān)［28］。內(nèi)皮細(xì)胞體外模型顯示，間歇性低氧可激活NF－κB［29］。與單純肥胖者相比，OSA患者的NF－κB活性和PMN表達(dá)水平均顯著升高［30］。而持續(xù)正壓通氣可減少OSA患者腫瘤壞死因子、黏附分子、趨化蛋白等NF－κB靶基因的表達(dá)［31］。

2.2 HIF－1 HIF－1是一種由HIF－1α和HIF－1β亞基組成的異二聚體復(fù)合物，但主要通過(guò)HIF－1α亞基參與組織細(xì)胞對(duì)低氧環(huán)境的適應(yīng)［32］。研究發(fā)現(xiàn)，HIF－1α在患者血清中的表達(dá)與OSA的發(fā)生、發(fā)展及其并發(fā)癥的發(fā)生均相關(guān)［33］。在低氧環(huán)境下，細(xì)胞可通過(guò)磷脂酰肌醇－3－激酶/蛋白激酶B通路和MAPK通路增加HIF－1α的生成，并與HIF－1β形成穩(wěn)定的異源二聚體結(jié)構(gòu)［34］。作為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的中樞，HIF－1α被激活后可誘導(dǎo)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、內(nèi)皮素、促紅細(xì)胞生成素以及誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的生成，促進(jìn)紅細(xì)胞和循環(huán)系統(tǒng)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖以及血管重塑，通過(guò)調(diào)節(jié)其下游相關(guān)產(chǎn)物的表達(dá)而發(fā)揮效應(yīng)［32］。研究表明，在輕度缺氧時(shí)，HIF－1α發(fā)揮抑制細(xì)胞凋亡的作用;而在長(zhǎng)期重度缺氧時(shí)，HIF－1α發(fā)揮誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用［35］。HIF－1α可能通過(guò)對(duì)p53、Bcl－2家族促凋亡和抗凋亡蛋白的調(diào)節(jié)發(fā)揮作用。caspase－3是死亡受體凋亡途徑和線粒體凋亡途徑中凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和連接點(diǎn)，是細(xì)胞凋亡信號(hào)的執(zhí)行者。HIF－1α通路被抑制后，可增加細(xì)胞凋亡蛋白酶(caspase－9和caspase－3)的生成，進(jìn)一步通過(guò)磷脂酰肌醇－3－激酶/蛋白激酶B通路改變Bcl－2家族促凋亡和抗凋亡基因的表達(dá)［21］。HIF－1α在不同細(xì)胞和組織中誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制也不同。有研究顯示，在低氧環(huán)境中PMN凋亡的抑制取決于HIF－1α的活化［36－37］。Talla等［24］研究發(fā)現(xiàn)，在低氧條件下，人PMN的形態(tài)發(fā)生顯著改變，胞質(zhì)中出現(xiàn)許多新的空泡，其自發(fā)凋亡被抑制，存活時(shí)間延長(zhǎng);PMN凋亡的抑制與磷脂酰絲氨酸表達(dá)減少及caspase－3激活延遲相關(guān)，且伴隨HIF－1α及其目標(biāo)基因表達(dá)水平的升高;HIF－1的激活是調(diào)控PMN凋亡的重要組成部分，而應(yīng)用二甲氧基巰基甘氨酸可以抑制這一過(guò)程，進(jìn)一步延長(zhǎng)PMN在低氧條件下的存活時(shí)間。

2.3 p38 MAPK p38 MAPK是另一個(gè)與PMN死亡相關(guān)的存活信號(hào)。p38 MAPK的激活可介導(dǎo)PMN凋亡，并參與低氧誘導(dǎo)的NF－κB活化，導(dǎo)致Bcl－2家族和白細(xì)胞介素－8過(guò)表達(dá)［38－39］。因此，應(yīng)用p38 MAPK抑制劑可抑制NF－κB的活性。另外，p38 MAPK可降低細(xì)胞凋亡蛋白酶活性，導(dǎo)致其磷酸化，延緩PMN凋亡;同時(shí)，低氧條件下激活的p38 MAPK也可通過(guò)誘導(dǎo)Bcl－2家族抗凋亡基因髓細(xì)胞白血病基因－1的活化，延緩PMN凋亡［39］。在持續(xù)性低氧或間歇性低氧條件下，p38 MAPK通路均可發(fā)揮延緩細(xì)胞凋亡的作用，降低p38 MAPK活性則可下調(diào)低氧條件下PMN的存活率，故應(yīng)用相關(guān)p38 MAPK抑制劑可促進(jìn)PMN凋亡，達(dá)到治療的目的［40］。

2.4 ROS ROS由過(guò)氧化氫、羥基自由基、單態(tài)氧等一系列不穩(wěn)定分子組成。ROS是線粒體呼吸過(guò)程中產(chǎn)生的高活性分子，可作為信號(hào)分子在維持細(xì)胞功能和穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。但ROS產(chǎn)生過(guò)多也會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸造成損傷，可引起氧化損傷或誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。ROS介導(dǎo)的氧化還原信號(hào)通路受各種分子和翻譯后修飾的嚴(yán)格調(diào)控，而ROS信號(hào)失調(diào)可導(dǎo)致細(xì)胞功能失調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致各種病變(如腫瘤、炎癥性疾病和神經(jīng)退行性變)的發(fā)生［41－42］。有研究發(fā)現(xiàn)，COPD和OSA的氧化應(yīng)激損傷均與ROS的產(chǎn)生密切相關(guān)［43］。ROS活化的靶點(diǎn)為caspase、磷脂酰肌醇－3－激酶/蛋白激酶B通路分子和NF－κB，同時(shí)ROS也能介導(dǎo)死亡受體的聚集，并快速活化p38 MAPK通路［44］。目前有文獻(xiàn)證實(shí)，ROS可直接引起PMN凋亡［44－45］，但ROS參與PMN凋亡的確切信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路目前尚不明確。ROS可能通過(guò)直接氧化DNA、修飾蛋白質(zhì)和酶等途徑調(diào)節(jié)PMN凋亡的過(guò)程［46］。過(guò)氧化氫是ROS調(diào)節(jié)生物活性的主要氧化還原介質(zhì)，也是PMN凋亡機(jī)制的中間介質(zhì)，其氧化產(chǎn)物羥基自由基可能在PMN凋亡中起關(guān)鍵作用［47］。研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)氧化氫的濃度與PMN的凋亡率相關(guān)，過(guò)氧化氫表達(dá)減少可抑制PMN凋亡，同時(shí)增加白細(xì)胞介素的表達(dá)［22，47］?？寡趸瘎┛赏ㄟ^(guò)抑制ROS的累積以及結(jié)合NF－κB通路的下游產(chǎn)物，促進(jìn)PMN凋亡。ROS還與生存信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)，NF－κB激活可能參與PMN生存信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，提高PMN中過(guò)氧化氫含量可導(dǎo)致NF－κB活化，而PMN暴露于過(guò)氧化氫中可抑制NF－κB的核易位;此外，ROS的分子類型對(duì)PMN凋亡也有一定影響［48］。

3 小 結(jié)

恢復(fù)PMN正常的凋亡節(jié)律可減少PMN與血管內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用以及由于存活時(shí)間延長(zhǎng)而導(dǎo)致的有害酶和炎癥因子的釋放，減輕OS患者的全身氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，減少心血管合并癥的損害。因此，更好地理解PMN凋亡的分子機(jī)制對(duì)于尋找新的治療靶點(diǎn)至關(guān)重要。阻斷或削弱NF－κB、HIF－1通路可促進(jìn)PMN凋亡、抑制白細(xì)胞介素－8等前炎癥因子的產(chǎn)生，從而對(duì)COPD、OSA以及OS患者產(chǎn)生保護(hù)作用。在OS患者中，低氧誘導(dǎo)PMN凋亡的機(jī)制可能更復(fù)雜，未來(lái)需開(kāi)展更多關(guān)于OS患者低氧導(dǎo)致PMN凋亡延遲的相關(guān)分子機(jī)制的研究，為減少OS患者的心血管損害提供新思路。