細(xì)胞凋亡與慢性阻塞性肺疾病的相關(guān)性研究

梁玉麗 劉 華

廣東藥學(xué)院附屬第一醫(yī)院，廣東廣州 510080

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種以氣道阻塞為特點(diǎn)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(huì)負(fù)擔(dān)重，死亡率高，已成為一個(gè)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(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)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?。–OPD）的發(fā)病機(jī)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(xì)胞凋亡是在COPD的發(fā)生、發(fā)展過程中又一個(gè)應(yīng)當(dāng)引起相當(dāng)重視的機(jī)制。

細(xì)胞凋亡是一種由一系列相互關(guān)聯(lián)的基因控制的主動(dòng)程序性的細(xì)胞死亡過程，是機(jī)體清除損傷、衰老細(xì)胞的“自殺式”死亡，凋亡及壞死作為細(xì)胞死亡的兩種主要方式，最重要的相異之處是凋亡的細(xì)胞DNA發(fā)生片段化形成很多凋亡小體，被巨噬細(xì)胞和鄰近的細(xì)胞吞噬而不引起炎癥反應(yīng)。細(xì)胞凋亡在維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、多個(gè)系統(tǒng)的發(fā)育中起非常重要的作用，該系統(tǒng)異常表達(dá)（過度表達(dá)或表達(dá)不足）將導(dǎo)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(xì)胞凋亡異常研究也已成為一大熱點(diǎn)，許多研究表明，COPD患者一方面存在肺內(nèi)實(shí)質(zhì)細(xì)胞及間質(zhì)細(xì)胞凋亡表達(dá)過度，導(dǎo)致肺部的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，肺氣腫形成；另一方面，肺內(nèi)炎癥細(xì)胞凋亡不足使炎癥細(xì)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(dòng)脈，最終可導(dǎo)致氣道阻塞及肺動(dòng)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(diào)節(jié)凋亡的途徑有3種[5]：第一種途徑為受體介導(dǎo)的外在途徑，是由腫瘤壞死因子家族 （如Fas-L、TNF-α）與細(xì)胞表面的死亡受體（如 Fas、TNFR）結(jié)合經(jīng)過一系列反應(yīng)促使caspase-8酶原的激活，導(dǎo)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(nèi)在途徑，由線粒體釋放細(xì)胞色素C與凋亡蛋白酶激活因子-1和caspase-9結(jié)合，活化了caspase-9和caspase-3，然后啟動(dòng)凋亡[8]。第三種是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑，應(yīng)激信號活化caspase-12[9-10]。也有報(bào)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(xì)胞的異常凋亡

COPD患者慢性的炎癥細(xì)胞浸潤主要包括中性粒細(xì)胞、吞噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等。中性粒細(xì)胞（PMN）的適度清除可控制炎癥的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸，中性粒細(xì)胞凋亡不足在引起炎癥狀態(tài)持續(xù)的同時(shí)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(xì)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(xì)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(xì)胞（PMN）凋亡明顯減少，導(dǎo)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(jié)合，抑制凋亡途徑Fas/FasL的活化，從而使中性粒細(xì)胞凋亡減少。還有研究表明，凋亡蛋白調(diào)控PMN的凋亡與細(xì)胞色素C相關(guān)[15]。有報(bào)道稱吸煙導(dǎo)致的肺氣腫患者的肺組織，肺泡巨噬細(xì)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(xì)胞增加、CD4+T淋巴細(xì)胞減少[16-17]。因此，一方面CD4+T淋巴細(xì)胞減少使細(xì)胞免疫功能低下，對病原處理的能力下降；另一方面，CD8+細(xì)胞增加不利于抗體產(chǎn)生、炎癥的控制，導(dǎo)致肺部炎癥反應(yīng)遷延不愈，造成器官的損傷。高越等[18]報(bào)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(xì)胞凋亡水平低下的原因可能為Fas/FasL凋亡系統(tǒng)表達(dá)不足有關(guān)。而卓宋明等[19]研究表明，COPD患者外周血中CD4+細(xì)胞減少、CD8+細(xì)胞增加，且COPD患者CD4+細(xì)胞凋亡增加，與凋亡途徑Fas/FasL的表達(dá)正相關(guān)及與抗凋亡因子Bcl-2表達(dá)負(fù)相關(guān)，提示凋亡途徑Fas/FasL的表達(dá)增多及Bcl-2的表達(dá)下降對CD4+細(xì)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(dá)無相關(guān)性，故考慮CD8+凋亡可能與其他因素有關(guān)。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(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)COPD患者呼吸道 CD8+T細(xì)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(dá)穿透素（perforin）相關(guān)。故細(xì)胞凋亡機(jī)制影響COPD患者慢性炎癥細(xì)胞中性粒細(xì)胞、吞噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞的凋亡數(shù)目的減少或功能的變化，導(dǎo)致炎癥細(xì)胞過多的聚集、激活，釋放炎性介質(zhì)，加劇慢性炎癥的損傷，促進(jìn)病情的發(fā)展。

1.2 肺實(shí)質(zhì)及間質(zhì)細(xì)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(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)COPD患者的內(nèi)皮、上皮及間質(zhì)細(xì)胞細(xì)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(guān)系。Kranenburg AR等[20]觀察患有COPD及非COPD患者的外科手術(shù)后的肺組織中發(fā)現(xiàn)，纖維原細(xì)胞生長因子（FGF，包括FGF-1及FGF-2）及相應(yīng)受體FGFR在COPD患者的血管平滑肌、呼吸道內(nèi)皮細(xì)胞及呼吸道平滑肌中表達(dá)同時(shí)增加，這一變化使血管平滑肌細(xì)胞凋亡能力與增殖能力失衡導(dǎo)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(xué)方法及原位缺口末端DNA碎片標(biāo)記技術(shù)檢測COPD患者及非COPD患者外科術(shù)后的肺組織，發(fā)現(xiàn)COPD患者存在著肺泡上皮細(xì)胞凋亡指數(shù)（AI）顯著增高，增殖指數(shù)/凋亡指數(shù)比值（PI/AI）降低，表明肺泡上皮細(xì)胞主要以凋亡增多為主，使肺實(shí)質(zhì)細(xì)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(dǎo)致血管管腔增厚、堵塞，嚴(yán)重時(shí)引起肺動(dòng)脈高壓。Tang K等[22]通過Gre/Loxp靶向剔除技術(shù)實(shí)驗(yàn)性的去除小鼠抗凋亡VEGF基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些經(jīng)過上述處理的成年小鼠肺部出現(xiàn)了肺泡擴(kuò)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(nèi)肺泡細(xì)胞凋亡增多、肺氣腫形成，但是SU5416不會(huì)抑制肺癌細(xì)胞的增殖，實(shí)驗(yàn)表明VEGF受體信號在維持肺泡結(jié)構(gòu)方面是必需的，進(jìn)一步表明了細(xì)胞凋亡機(jī)制與肺氣腫的重大關(guān)系。Siafakas NM等[24]有報(bào)道說，肺氣腫晚期患者盡管有強(qiáng)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(jī)制有關(guān)系。程燕子等[25]、廖德榮等[26]經(jīng)體外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）可能是通過高表達(dá)抗凋亡因子bcl-2mRNA及低表達(dá)凋亡機(jī)制Fas/FasL中FasmRNA來實(shí)現(xiàn)對內(nèi)皮細(xì)胞凋亡的抑制。

2 蛋白酶失衡學(xué)說與細(xì)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(qiáng)及抗蛋白酶的減少均可以導(dǎo)致肺部結(jié)構(gòu)的異常、肺實(shí)質(zhì)的破壞、肺氣腫的形成。研究表明[27]，蛋白酶增加可使肺實(shí)質(zhì)細(xì)胞發(fā)生凋亡，原因可能是肺內(nèi)蛋白酶增加，破壞了肺實(shí)質(zhì)細(xì)胞賴以存活的環(huán)境細(xì)胞外基質(zhì)成分，這些細(xì)胞外基質(zhì)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(bào)道稱，基質(zhì)金屬蛋白酶-7可以使上皮細(xì)胞產(chǎn)生的FasL激活，與細(xì)胞表面的死亡受體Fas結(jié)合進(jìn)而激活caspase-3，從而介導(dǎo)細(xì)胞的凋亡。另外有報(bào)道稱中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶可以通過剪切巨噬細(xì)胞表面的Fas受體，產(chǎn)生sFas，sFas可以競爭性的抑制Fas受體與Fas受體配體結(jié)合，抑制凋亡細(xì)胞的識別，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞吞噬能力下降，逃脫的凋亡細(xì)胞引起肺部炎癥的加劇。Odaka C等[28]在體外的小鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞可自分泌白細(xì)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(xì)胞的吞噬功能下降也許可以導(dǎo)致其產(chǎn)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(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡中起到保護(hù)作用[29]。

3 氧化應(yīng)激與細(xì)胞凋亡

有許多的研究表明，COPD患者的氧化應(yīng)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(zhì)，導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙或細(xì)胞死亡，還可以破壞細(xì)胞外基質(zhì)，引起蛋白酶-抗蛋白酶失衡，促進(jìn)炎癥反應(yīng)等最終導(dǎo)致COPD的發(fā)生。許多研究證明，氧化應(yīng)激與細(xì)胞凋亡機(jī)制存在相互促進(jìn)的關(guān)系。Teramoto等研究證實(shí)，低濃度香煙提取物（CSE為10%～25%）導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，而高濃度（CSE為50%～100%）則引起明顯的細(xì)胞壞死，抗氧化酶谷胱甘肽轉(zhuǎn)硫酶可對抗香煙提取物（CSE）引起的細(xì)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(dǎo)致的細(xì)胞毒作用，使肺泡細(xì)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(dǎo)痰氧化應(yīng)激水平增高，VEGF相應(yīng)的減少，這些改變與疾病的嚴(yán)重程度呈線性關(guān)系。Tuder RM等[31]報(bào)道，在使用VEGFR阻滯劑的小鼠中，肺泡擴(kuò)張，肺泡細(xì)胞凋亡，并且氧化標(biāo)志物也增多，而使用了抗氧化劑則可以預(yù)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(yīng)激的區(qū)域處于主導(dǎo)地位，實(shí)驗(yàn)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(yīng)激信號的表達(dá)顯著降低，這些提示均凋亡和氧化應(yīng)激之間的正反饋?zhàn)饔?。蔡珊等通過體外培養(yǎng)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞株，分別予不同濃度的香煙提取物（Cigarette smoking extract，CSE）干預(yù)，發(fā)現(xiàn) CES 能導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞氧化/抗氧化失衡及凋亡，并且其致凋亡作用呈時(shí)間及濃度依賴性，其氧化/抗氧化失衡與細(xì)胞凋亡有關(guān)。后來又在經(jīng)香煙暴露所致的COPD大鼠模型中使用抗氧化物質(zhì)N-乙酰半胱氨酸導(dǎo)致肺泡間隔細(xì)胞的凋亡指數(shù)下降，并且證明其是通過防止VEGF分泌減少及VEGFR2表達(dá)下調(diào)，從而減少肺泡間隔細(xì)胞的凋亡。

4 展望

綜上所述，細(xì)胞凋亡在COPD的發(fā)病機(jī)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(jī)制參與COPD的發(fā)生、發(fā)展。本文已經(jīng)綜述了細(xì)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(dá)能否反應(yīng)COPD疾病的嚴(yán)重性，以及研究是否可以通過干預(yù)細(xì)胞凋亡（如外源性注入sFasL治療使炎癥細(xì)胞正常凋亡或肺氣腫干細(xì)胞療法使肺實(shí)質(zhì)細(xì)胞再生）的方法為COPD的治療開辟新的途徑。

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