氧化應(yīng)激在系統(tǒng)性硬皮病發(fā)病中的作用

陸曉鳳 羅婧瑩

氧化應(yīng)激在系統(tǒng)性硬皮病發(fā)病中的作用

陸曉鳳 羅婧瑩

系統(tǒng)性硬皮病是一種自身免疫性疾病，其確切病因不明，可能與微血管病變、免疫反應(yīng)、細(xì)胞外基質(zhì)合成過多相關(guān)。近年來，有證據(jù)表明，氧化應(yīng)激可能在系統(tǒng)性硬皮病的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用。一些學(xué)者提出，在系統(tǒng)性硬皮病發(fā)生的初始階段，患者體內(nèi)激活的成纖維細(xì)胞能產(chǎn)生大量的活性氧，使機(jī)體處于一種過度的氧化應(yīng)激狀態(tài)，在這一狀態(tài)下，大量產(chǎn)生膠原蛋白Ⅰ，促使組織纖維化。將圍繞氧化應(yīng)激、氧化應(yīng)激產(chǎn)物及其如何通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子表達(dá)、介導(dǎo)免疫反應(yīng)等方面參與皮膚和各器官纖維化的過程進(jìn)行概述。

硬皮病，系統(tǒng)性；氧化性應(yīng)激；細(xì)胞因子類；纖維化；成纖維細(xì)胞

系統(tǒng)性硬皮病（SSc）是一種以皮膚和內(nèi)臟纖維化為特征的疾病，常累及食管、肺、腎、心臟等內(nèi)臟器官，疾病發(fā)展到晚期病情常較重，危及患者生命。目前發(fā)病原因尚不明。Murrell等提出活性氧（ROS）過量產(chǎn)生與SSc發(fā)病機(jī)制有關(guān)，此觀點(diǎn)后來得到其他研究者的支持。他們指出，SSc患者體內(nèi)存在異常的氧化還原狀態(tài)，即氧化和抗氧化狀態(tài)失衡，這種失衡最終會使體內(nèi)ROS等活性產(chǎn)物增多，大量研究表明，這些活性產(chǎn)物可能是導(dǎo)致SSc發(fā)生發(fā)展的重要因素。

1 氧化應(yīng)激的概念

氧化應(yīng)激由ROS介導(dǎo)。氧在機(jī)體組織正常代謝過程中，可以形成自由基，包括O2-、OH-和H2O2等有害的中間產(chǎn)物，通常將O2-、OH-和H2O2這3種自由基稱為ROS。生理?xiàng)l件下機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生的ROS能被抗氧化防御體系清除，從而保持ROS產(chǎn)生與清除平衡，限制其對細(xì)胞的損害。防御體系包括各種自由基清除酶如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化氫酶等，此外還有小分子抗氧化劑如，還原型谷胱甘肽、β胡蘿卜素、維生素E及維生素C等。任何原因引起體內(nèi)ROS過量生成和（或）機(jī)體抗氧化系統(tǒng)受損，進(jìn)而導(dǎo)致活性氧及其相關(guān)代謝產(chǎn)物過量聚集、引起組織損傷的過程，即為氧化應(yīng)激。

2 SSc中過度氧化應(yīng)激存在的證據(jù)

近年來，有文獻(xiàn)報(bào)道，氧化應(yīng)激標(biāo)志物8異前列腺素F2α，為自由基催化的花生四烯酸過氧化產(chǎn)物在SSc患者體液中升高。研究發(fā)現(xiàn)，8異前列腺素F2α與SSc微血管損傷嚴(yán)重性正相關(guān)，與一氧化碳彌散功能負(fù)相關(guān)，并隨著肺損害的加重而增加Avouac 等［1］發(fā)現(xiàn)，DNA 氧化損傷標(biāo)志物 8－羥基－2′脫氧鳥嘌呤核苷在SSc患者尿液中顯著增加，與肺纖維化有關(guān)，與用力肺活量呈負(fù)相關(guān)，且與8異前列腺素 F2α 呈正相關(guān)。Cruz-Domínguez等［2］研究了28例彌漫性系統(tǒng)性硬皮病患者，發(fā)現(xiàn)他們體內(nèi)的蛋白質(zhì)和脂肪氧化產(chǎn)物明顯高于對照組，并且與體內(nèi)尿酸濃度成正相關(guān)。尿酸是嘌呤代謝的最終產(chǎn)物，而嘌呤是核酸氧化分解的產(chǎn)物，這也從側(cè)面反應(yīng)了SSc患者體內(nèi)氧化應(yīng)激的存在。

作者單位：541001廣西，桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院皮膚科

有研究表明，抗氧化治療可以改善纖維化。表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）是一種天然抗氧化劑，是茶葉中多酚類物質(zhì)的主要成分，具有非常強(qiáng)的抗氧化活性。Dooley等［3］通過隨機(jī)對照研究發(fā)現(xiàn)，由EGCG處理的成纖維細(xì)胞產(chǎn)生的膠原蛋白Ⅰ、纖連蛋白、轉(zhuǎn)化生長因子β均較對照組低。從硬皮病模型中提取出來的成纖維細(xì)胞在接受不同劑量的EGCG處理后，細(xì)胞培養(yǎng)基中膠原蛋白Ⅰ、纖連蛋白、轉(zhuǎn)化生長因子β的表達(dá)呈劑量依賴性下降。Hassan 等［4］發(fā)現(xiàn)，抗氧化藥物 N-乙酰半胱氨酸（谷胱甘肽的前體）能明顯降低肺纖維化患者肺功能的惡化。

3 SSc中過度氧化應(yīng)激產(chǎn)生的機(jī)制

目前，微血管病變被認(rèn)為是SSc發(fā)病的始動因素之一，亦是SSc發(fā)病機(jī)制的中心環(huán)節(jié)。SSc患者早期可出現(xiàn)雷諾現(xiàn)象，即當(dāng)遇冷或情緒激動時(shí)，手指及腳趾會變白、變紫，最后變紅，長期反復(fù)發(fā)生容易造成指（趾）尖部位的缺血、潰瘍及壞死，其病理改變是肢端小動脈持續(xù)性痙攣導(dǎo)致毛細(xì)血管灌注緩慢，血流減少或缺乏，待痙攣緩解后又出現(xiàn)血流再灌注現(xiàn)象。缺血再灌注是ROS產(chǎn)生并且導(dǎo)致組織損傷的一個(gè)重要原因［5］。在這一過程中，ROS產(chǎn)生主要來源于膜還原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶復(fù)合體，此復(fù)合體定位于吞噬細(xì)胞質(zhì)膜上，由6種亞基組成，其中g(shù)p91phox是主要的功能亞基。在非吞噬細(xì)胞質(zhì)膜上則存在NADPH氧化酶的同源物即NOX蛋白家族。NOX正常時(shí)保持一定的活性，制造一定量的ROS，當(dāng)感受到胞外信息的刺激時(shí)能夠迅速催化生成更高濃度ROS［6］。在SSc中，組織局部缺血再灌注時(shí)，NOX能被大量激活，大量的ATP被消耗，產(chǎn)生嘌呤代謝產(chǎn)物，這些堆積的嘌呤分解代謝產(chǎn)物在氧存在的條件下被氧化酶氧化成大量的超氧化物和過氧化氫物，從而對組織產(chǎn)生影響。最近研究發(fā)現(xiàn)，SSc成纖維細(xì)胞中與NOX活化有關(guān)的一條由Ha-Ras（Ras又名小G蛋白，有3種異構(gòu)體，即Ha-Ras、Ki-Ras和 N-Ras。Ha-Ras誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi) ROS

產(chǎn)生，而Ki-Ras的作用與其相反）、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）1/2及ROS組成的循環(huán)路徑被異常放大。在正常的成纖維細(xì)胞中，這一路徑是由血小板衍生因子啟動的，一旦啟動即脫離血小板衍生因子刺激，而被因NOX活化產(chǎn)生的ROS反饋維持循環(huán)［7］。ROS維持ERK1/2活性，ERK1/2保護(hù)Ha-Ras免受蛋白激酶降解，從而維持Ha-Ras在細(xì)胞中的穩(wěn)定性。

4 氧化應(yīng)激在SSc纖維化過程中的作用

4.1 血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷學(xué)說：血管異常在SSc發(fā)病過程中起重要作用。有學(xué)者認(rèn)為，在SSc發(fā)病過程中，血管調(diào)節(jié)因子通過改變血管構(gòu)造使其重塑，其中作用最顯著的是內(nèi)皮素1［8］。ROS能夠促進(jìn)內(nèi)皮素1的表達(dá)。內(nèi)皮素1有兩個(gè)受體，即內(nèi)皮素A和內(nèi)皮素B。內(nèi)皮素A受體表達(dá)于血管平滑肌細(xì)胞，調(diào)節(jié)血管的收縮，而內(nèi)皮素B受體則表達(dá)于內(nèi)皮細(xì)胞調(diào)節(jié)血管舒張。在SSc患者體內(nèi)，內(nèi)皮素B受體下調(diào)，血管的收縮與舒張功能失調(diào)，收縮多于舒張，進(jìn)而導(dǎo)致纖維化的發(fā)生。Cozzani等［9］通過隨機(jī)對照研究發(fā)現(xiàn)，給予內(nèi)皮素A受體拮抗劑波生坦能有效地減低指端潰瘍的發(fā)生率，并且能夠降低與SSc發(fā)病密切相關(guān)的干擾素γ的水平。

4.2 介導(dǎo)免疫反應(yīng)：Gooshe 等［10］發(fā)現(xiàn)，Toll樣受體（TLR）與SSc的發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系。TLR是參與非特異性免疫（天然免疫）的一類重要的蛋白質(zhì)分子，能夠激活與適應(yīng)性免疫有關(guān)的基因，同時(shí)也是連接非特異性免疫和特異性免疫的橋梁。氧化應(yīng)激所產(chǎn)生的ROS等內(nèi)源性分子能夠激活TLR。Bhattacharyya 等［11］發(fā)現(xiàn)，SSc患者體內(nèi) TLR4 持續(xù)表達(dá)，其相應(yīng)配體數(shù)量也較健康人高。TLR4的激活能導(dǎo)致成纖維細(xì)胞的增殖促使膠原的合成增加，還可以導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)的沉積以及與組織重構(gòu)相關(guān)基因的大量表達(dá)。TLR激活能顯著提高成纖維細(xì)胞對TGF-β的敏感性。

4.3 促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)過量合成：細(xì)胞外基質(zhì)合成增多并過量沉積是SSc的重要病理特征之一。有作者通過原位雜交證明，SSc中部分成纖維細(xì)胞表達(dá)Ⅰ型、Ⅲ型前膠原mRNA明顯增多，說明有高膠原產(chǎn)量的成纖維細(xì)胞亞群的存在。基質(zhì)金屬蛋白（MMP）和其特效組織抑制劑在細(xì)胞外基質(zhì)的正常代謝中起著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，SSc肺纖維化患者的支氣管肺泡灌洗液中有高水平的 MMP1、2、3、7、8、9的表達(dá)［12］。ROS可以直接活化MMP和促進(jìn)基因表達(dá)，抑制金屬蛋白酶組織抑制劑活性導(dǎo)致MMP/金屬蛋白酶組織抑制劑失去平衡［13］。同時(shí)ROS還能通過調(diào)節(jié)纖溶酶原激活物抑制劑的表達(dá)，抑制纖溶酶降解膠原物質(zhì)。

4.4 調(diào)節(jié)細(xì)胞因子表達(dá)：ROS能夠通過調(diào)節(jié)蛋白激酶和蛋白磷酸酶受體途徑來調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進(jìn)炎癥因子如血小板衍生因子、TGF-β表達(dá)，產(chǎn)生級聯(lián)放大效應(yīng)，導(dǎo)致纖維化的產(chǎn)生［14］。H2O2和 O2－能激活酪胺酸激酶和磷酸酶受體，從而激活活化蛋白1和核因子κB。其中，核因子κB活化為炎癥反應(yīng)失控的核心環(huán)節(jié)。核因子κB是已知的調(diào)控炎癥因子表達(dá)的誘導(dǎo)型核轉(zhuǎn)錄因子，靜息狀態(tài)下多以p50和p65二聚體與其抑制蛋白核因子κB抑制蛋白相結(jié)合而存在于胞質(zhì)中，呈無活性狀態(tài)。當(dāng)細(xì)胞受到脂多糖、氧化應(yīng)激等刺激后，通過信號傳導(dǎo)引起核因子κB抑制蛋白降解，導(dǎo)致核因子κB核因子κB抑制蛋白復(fù)合物解體，核因子κB活化進(jìn)入細(xì)胞核，與靶基因特異序列結(jié)合并啟動轉(zhuǎn)錄，介導(dǎo)諸多炎癥介質(zhì)如TNF-α、IL-1、IL-6和TGF-β等過度表達(dá)，這些物質(zhì)的上調(diào)能刺激機(jī)體體內(nèi)產(chǎn)生更多的ROS，使機(jī)體處在一個(gè)高ROS的環(huán)境中，造成機(jī)體持續(xù)損傷，形成惡性循環(huán)，其中最典型的就是TGF-β。TGF-β能促進(jìn)成纖維細(xì)胞生長，促進(jìn)NADPH氧化酶的激活，并且抑制抗氧化酶的表達(dá)，而NADPH氧化酶是產(chǎn)生ROS的來源［15］；另一方面這些細(xì)胞因子還可以影響機(jī)體的免疫反應(yīng)，使Th1型細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)向誘導(dǎo)纖維化發(fā)生的Th2型細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致纖維化的發(fā)生［16］。

4.5 直接刺激成纖維細(xì)胞增殖：在SSc疾病發(fā)生發(fā)展的過程中，成纖維細(xì)胞起重要作用，成纖維細(xì)胞可分泌大量的膠原蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)沉積，過量的細(xì)胞外基質(zhì)沉積導(dǎo)致各器官纖維化的發(fā)生。ROS是能夠刺激成纖維細(xì)胞增殖。

5 結(jié)語

隨著病理學(xué)以及細(xì)胞分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)外有關(guān)SSc纖維化發(fā)病機(jī)制的研究取得了許多新進(jìn)展。越來越多的證據(jù)表明，SSc患者體內(nèi)存在過度的氧化應(yīng)激狀態(tài)，這種狀態(tài)是通過特定的病理途徑產(chǎn)生，并能激活人體內(nèi)一系列的信號通路產(chǎn)生級聯(lián)放大效應(yīng)，從微血管損傷、免疫反應(yīng)以及細(xì)胞外基質(zhì)等方面導(dǎo)致各系統(tǒng)的纖維化，啟動和促進(jìn)了疾病的發(fā)生與發(fā)展。研究氧化應(yīng)激在SSc纖維化發(fā)生機(jī)制中的作用，不僅有助于深入探討其發(fā)病機(jī)制也為臨床治療提供了新的思路。

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Roles of oxidative stress in the pathogenesis of systemic scleroderma

Lu Xiaofeng,Luo Jingying.Department of Dermatology,Affiliated Hospital of Guilin Medical University,Guilin 541001,China

Systemic scleroderma is an autoimmune disease.Its exact etiology remains unknown,and may be related to microvascular abnormalities,immune response and excessive extracellular matrix synthesis.In recent years,oxidative stress has been proved to play an important role in the occurrence and development of systemic scleroderma.Some scholars presume that activated fibroblasts can produce large amounts of reactive oxygen species （ROS） at the initial phase of systemic scleroderma in patients,which makes the human body in a state of excessive oxidative stress.Under this condition,type I collagen protein is synthesized in large amounts,which then leads to tissue fibrosis.In this review,the authors summarize oxidative stress,oxidative stress products and how they participate in the fibrosis of skin and other organs through regulating cytokine expressions and mediating immune reactions.

Scleroderma,systemic;Oxidative stress;Cytokines;Fibrosis;Fibroblasts

Luo Jingying,Email:luojingying2005@aliyun.com

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2015.04.004

國家自然科學(xué)基金（81460473）；廣西自然科學(xué)基金（2012GXNSFAA053133）

羅婧瑩，Email:luojingying2005@aliyun.com

本文主要縮寫：SSc：系統(tǒng)性硬皮病，ROS：活性氧，EGCG：表沒食子兒茶素沒食子酸酯，NADPH：還原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，ERK：細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶，TLR：Toll樣受體，MMP：基質(zhì)金屬蛋白

2014-07-08）