肺損傷與肺保護(hù)的研究現(xiàn)狀

崔茂排　王忠慧　全宇航

摘要：肺損傷的機(jī)制一般認(rèn)為是以血管為中心的，以PMN、巨噬細(xì)胞等反應(yīng)為主的炎癥過(guò)程。近年來(lái)，肺組織的氧化應(yīng)激導(dǎo)致肺損傷備受國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注。

關(guān)鍵詞：肺損傷；肺保護(hù)；氧化應(yīng)激；AOPs；氧化凋亡；炎癥反應(yīng)；ROS；依達(dá)拉奉；α1-AT；MMP-9

中圖分類號(hào)：R473.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-1959（2017）22-0021-03

Abstract：The mechanism of lung injury is generally believed to be vascular centric，with PMN，macrophages and other reactions as the main inflammatory process.In recent years，lung injury caused by oxidative stress in lung tissue has attracted the attention of researchers at home and abroad.

Key words：Lung injury；Lung protection；Oxidative stress；AOPs；Oxidative apoptosis；Inflammatory response；ROS；Edaravone；α1-AT；MMP-9

單肺通氣（OLV）[1]導(dǎo)致肺損傷認(rèn)為是手術(shù)側(cè)肺萎餡發(fā)生缺氧性肺血管收縮（HPV），恢復(fù)肺通氣后繼發(fā)肺缺血再灌注損傷（LIRI）[2]；氣管插管、導(dǎo)管的機(jī)械刺激、氣道壓力的改變等可引發(fā)肺動(dòng)脈壓和肺血管阻力升高，引起血漿血栓素（TXB2）和前列腺素（PGF1a）等致炎體液因素升高誘發(fā)炎癥反應(yīng)而損傷肺[3]。胸科手術(shù)治療為由于切割、擠壓、熱力、缺血等直接導(dǎo)致肺組織損傷、壞死，輕者可經(jīng)歷損傷后線粒體的改變，細(xì)胞的水腫、變性和壞死過(guò)程。Dreyfuss[4]等首先提出了呼吸機(jī)所致肺損傷（VILI）的概念，Arthur[5]將（ALI）分為四種類型：壓力損傷、容量損傷、肺不張損傷和生物學(xué)損傷，肺損傷引起了麻醉及相關(guān)專業(yè)的高度關(guān)注。肺損傷的機(jī)制，初略認(rèn)為是以血管為中心的，以中性粒細(xì)胞（PMN）、巨噬細(xì)胞等反應(yīng)為主的炎癥過(guò)程。

1肺損傷機(jī)制

1.1肺損傷的氧化應(yīng)激機(jī)制

1.1.1氧化還原系統(tǒng) 氧化還原系統(tǒng)主要由氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)組成，是機(jī)體內(nèi)最基本而且是最重要的生物反應(yīng)。

1.1.1.1氧化系統(tǒng) 生物體內(nèi)氧化系統(tǒng)[6]有活性氧（ROS）、活性氮（reactive nitrogen species， RNS）。ROS包括過(guò)氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2），羥基自由基（-OH），次氯酸（HClO-）和氫過(guò)氧自由基（HOO-）。1894，Henry John Horstman Fenton首先在生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)活性氧（ROS），ROS在中/低濃度時(shí)，是生理調(diào)節(jié)中必要的輔助因子，但高濃度則對(duì)DNA、糖、脂及蛋白質(zhì)進(jìn)行氧化破壞；活性氮（RNS）則為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子。

1.1.1.2抗氧化系統(tǒng) 體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)是非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，分為酶促抗氧化防御系統(tǒng)和非酶促抗氧化防御系統(tǒng)。酶促抗氧化防御系統(tǒng)有SOD[7]，使超氧陰離子自由基轉(zhuǎn)變成氧或過(guò)氧化氫；過(guò)氧化氫酶則將過(guò)氧化氫瞬間轉(zhuǎn)變成水和氧氣；琉基依賴型主要是由GSH、Trxs、Grxs和Prx組成，作為電子的供體發(fā)揮強(qiáng)抗氧化作用[8]； NADPH也叫還原型輔酶Ⅱ，NADPH作為電子供體抗氧化作用，抑制ROS的生成；血紅素加氧酶系有三種同工酶，其中只有誘導(dǎo)型血紅素加氧酶Ⅰ的代謝產(chǎn)物膽紅素/膽綠素和一氧化碳表現(xiàn)出抗氧化、抗凋亡和抗炎的作用[9]； G6PDH和6PGD，既調(diào)節(jié)生成NADPH的活性氧生成，為GSH和硫氧還蛋白抗氧化系統(tǒng)提供還原當(dāng)量，發(fā)揮抗氧化作用；SeP在活性谷胱甘肽過(guò)氧化物酶存在的情況下才發(fā)揮抗氧化作用； MTs是具有豐富半胱氨酸的鋅結(jié)合蛋白家族，并有潛在的抗氧化能力。非酶類抗氧化劑通常分為水溶性抗氧化劑，如維生素C、硫辛酸（LA）和尿酸（UA）等，和脂溶性抗氧化劑，如胡蘿卜素，維生素E和輔酶Q等，靠消除自由基的中間體來(lái)終止氧化還原反應(yīng)，并且還產(chǎn)生新的自由基，但近年來(lái)，這些來(lái)自體外的抗氧化劑也是研究的熱點(diǎn)[10]。

1.1.2 肺損傷的氧化應(yīng)激機(jī)制 正常情況下，機(jī)體內(nèi)氧化系統(tǒng)系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，當(dāng)肺的缺血再灌注、創(chuàng)傷應(yīng)激、致炎體液因素等各種因素作用于中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞、血管肉皮細(xì)胞等多種細(xì)胞，特別是中性粒細(xì)胞，使其向肺血管內(nèi)皮細(xì)胞的粘附遷移，在趨化因子的作用下集聚于肺間質(zhì)和肺泡腔。被激活后的中性粒細(xì)胞在肺間質(zhì)和肺泡腔釋放中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶（NE）、髓過(guò)氧化物酶（MPO）等多種蛋白酶而引起呼吸爆發(fā)，特別是中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶的釋放產(chǎn)生大量的活性氧自由基（ROS），對(duì)組織細(xì)胞的糖、脂、蛋白及DNA發(fā)生氧化破壞，造成肺損傷[11]。

1.1.3肺損傷的氧化凋亡機(jī)制 中性粒細(xì)胞呼吸爆發(fā)的氧化應(yīng)激反應(yīng)還可啟動(dòng)細(xì)胞的調(diào)亡，Xie K等用脂多糖制作大鼠ALI模型時(shí)發(fā)現(xiàn)肺泡上皮細(xì)胞過(guò)度調(diào)亡，用糖皮質(zhì)激素預(yù)處理，減輕肺組織損傷，認(rèn)為Fas/Fasl系統(tǒng)介導(dǎo)的外源性調(diào)亡通路起到了重要作用，因?yàn)樘瞧べ|(zhì)激素可抑制化Fas/Fasl系統(tǒng)的活化，而Fas/Fasl是腫瘤壞死因子超家族成員及其配體，通過(guò)激活下游相關(guān)蛋白caspas-3和caspas-8促進(jìn)急性肺損傷的發(fā)生。

1.1.4肺氧化性損傷標(biāo)志物AOPs AOPPs是Witko.Sarsat等1966年首次在慢性腎衰竭患者血漿中檢測(cè)到，晚期氧化蛋白質(zhì)產(chǎn)物是激活后的中性粒細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞等釋放NE、MPO等多種蛋白酶而引起呼吸爆發(fā)，產(chǎn)生大量的ROS，ROS與相應(yīng)蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成。AOPPs不僅是蛋白質(zhì)氧化的標(biāo)志，亦是反映體內(nèi)氧化應(yīng)激的標(biāo)志物，還能激發(fā)患者單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞發(fā)生呼吸爆發(fā)，放大炎癥效應(yīng)，由此導(dǎo)致更強(qiáng)的氧化應(yīng)激[12]。因此，針對(duì)肺損傷的氧化應(yīng)激機(jī)制，AOPPs可以用來(lái)對(duì)肺損傷進(jìn)行監(jiān)測(cè)。endprint

1.2肺損傷的炎癥機(jī)制

一般來(lái)說(shuō)，機(jī)體的抗炎和促炎兩因素處于動(dòng)態(tài)平衡，炎癥反應(yīng)的目的在于消除對(duì)機(jī)體的有害因素，若促炎因素處于優(yōu)勢(shì)，則對(duì)機(jī)體不利，往往造成機(jī)體的損傷。

氣管插管、導(dǎo)管的機(jī)械刺激、氣道壓力的改變、肺缺血再灌注損傷和手術(shù)創(chuàng)傷等激活磷脂酶（PLA2），PLA2促進(jìn)花生四烯酸、PG、PAF等生物活性物質(zhì)的生成，PAF 通過(guò)結(jié)合 PAF-R增加中性粒細(xì)胞滲出和血管通透性增加。PLA2激活釋放的生物活性物質(zhì)均可激發(fā)細(xì)胞內(nèi)的NF-κB磷酸化而進(jìn)入細(xì)胞核，各種創(chuàng)傷應(yīng)激也可直接激發(fā)NF-κB磷酸化而進(jìn)入細(xì)胞核，促進(jìn)大量促炎基因表達(dá)，導(dǎo)致各種炎癥因子如TNF-α、IL-1、IL-8等大量產(chǎn)生，抑炎因子如IL-10可能也發(fā)生相應(yīng)變化，結(jié)果造成抗炎因素與促炎因素的失衡，趨化并促進(jìn)中性粒細(xì)胞等炎細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，形成“瀑布樣”炎癥級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)[13]，導(dǎo)致和加重肺的損傷。

1.3肺損傷的凋亡機(jī)制

Xie K等用脂多糖制作大鼠ALI模型時(shí)發(fā)現(xiàn)肺泡上皮細(xì)胞過(guò)度調(diào)亡，用糖皮質(zhì)激素預(yù)處理，減輕肺組織損傷。認(rèn)為腫瘤壞死因子超家族成員及其配體Fas/Fasl系統(tǒng)介導(dǎo)外源性調(diào)亡，氧化應(yīng)激和過(guò)度的炎癥反應(yīng)激活了Fas/Fasl系統(tǒng)，通過(guò)caspas-3和caspas-8促進(jìn)肺泡上皮細(xì)胞過(guò)度調(diào)亡而導(dǎo)致ALI，糖皮質(zhì)激素則了抑制化Fas/Fasl系統(tǒng)的活化。

1.4肺損傷的氧化機(jī)制與炎癥機(jī)制相關(guān)性

肺的氧化應(yīng)激損傷，促進(jìn)NF-κB磷酸化入核轉(zhuǎn)錄，促炎基因大量表達(dá)，各種促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生，趨化并促進(jìn)中性粒細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞等炎細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，形成“瀑布樣”炎癥級(jí)聯(lián)放大。炎癥反應(yīng)又促進(jìn)中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞進(jìn)入損傷部位，通過(guò)呼吸爆發(fā)產(chǎn)生大量ROS，加重肺的氧化應(yīng)激損傷。可見(jiàn)炎癥反應(yīng)與氧化應(yīng)激相互促進(jìn)，惡性循環(huán)。

2肺損傷的抗氧化治療機(jī)制

Roytblat L等用抗氧化藥物治療AIL/ARDS，認(rèn)為是肺損傷的治療提供了新思路，抗氧化劑依達(dá)拉奉、α1-AT在肺損傷的抗氧化保護(hù)方面的研究也有報(bào)道。

依達(dá)拉奉因可向自由基傳遞一個(gè)電子而實(shí)現(xiàn)對(duì)自由基的清除，因其分子的親脂基團(tuán)而被用于神經(jīng)系統(tǒng)，可抑制脂質(zhì)過(guò)氧反應(yīng)，抑制細(xì)胞凋亡，減輕炎癥反應(yīng)。有文獻(xiàn)報(bào)道對(duì)其他組織器官具有保護(hù)作用，Qiu等在制作幼兔肺LIRI模型的研究中，預(yù)防性應(yīng)用依達(dá)拉奉， ROS和MDA生成明顯減少， GSH-PX和SOD活性增加，線粒體腫脹減輕，起到肺保護(hù)作用；Tajima S等在制作小鼠肺纖維化模型中發(fā)現(xiàn)依達(dá)拉奉顯著減少BALF中脂質(zhì)過(guò)氧化物含量，減少BALF中性粒細(xì)胞數(shù)，PG-E2 水平升高，肺纖維化減少，可能是抑制脂質(zhì)過(guò)氧化和增加前列腺素 E2 達(dá)到抑制肺損傷作用；Reyes等在大鼠離體肺LIRI模型中發(fā)現(xiàn)依達(dá)拉奉能減少PLA2活性，LT-B4、PAF-R的表達(dá)減少，推測(cè)依達(dá)拉奉不但抑制氧化損傷，還抑制PLA2 導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)。

α1-AT主要由肝臟產(chǎn)生，肝外組織腸、腎、脾等也產(chǎn)生少量產(chǎn)生，但在局部的炎癥調(diào)理中發(fā)揮重要的作用。α1-AT的肺保護(hù)機(jī)制就在于抑制多種絲氨酸內(nèi)切肽酶，穩(wěn)定了NE、胰蛋白酶等多種酶體，特別是NE，阻斷中性粒細(xì)胞呼吸爆發(fā)的發(fā)生，從而抑制了ROS的生成達(dá)到抗氧化作用；其次，消除肺泡上皮細(xì)胞、肺血管內(nèi)皮細(xì)胞等靶細(xì)胞釋放炎癥介質(zhì)，抑制了NF-κB，減少了致炎細(xì)胞因子的生成，減輕炎癥反應(yīng)；對(duì)氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)的抑制，也抑制了as/Fasl系統(tǒng)，從而減少就了外源性通路的細(xì)胞凋亡。

3 MMP-9與肺損傷的相關(guān)性

MMPs是一族具有降解細(xì)胞外基質(zhì)ECM功能、含有金屬離子（Zn2+）的蛋白酶類，Cross等人1962年在研究蛾蚌尾巴退化機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)證實(shí)他們發(fā)現(xiàn)的是MMP-1，1965年，Tipton等將其命名為MMPs。MMPs家族現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)30多個(gè)，其中MMP-9在1974年從人的中性粒細(xì)胞中首次提純，1989年在金屬蛋白酶學(xué)會(huì)上被正式命名，是MMPs中最常見(jiàn)、最重要的酶之一，屬于明膠酶中的一種，在ECM的破壞和改建過(guò)程中起著關(guān)鍵的作用。MMP-9在肺組織以及肺泡液中浸潤(rùn)的中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等炎癥細(xì)胞均能表達(dá)，降解細(xì)胞外基質(zhì)、基底膜以及內(nèi)皮細(xì)胞層，促進(jìn)肺泡液滲出并釋放炎癥介質(zhì)，直接導(dǎo)致微血管通透性增加[14]。MMP-9還可以增強(qiáng)炎癥因子的效應(yīng)，誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞遷移肺組織局部，刺激肺組織實(shí)質(zhì)細(xì)胞，如肺成纖維細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞及肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞等，釋放出MMPs，進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)肺組織的損傷，MMP-9影響炎癥細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞外基質(zhì)、基底膜以及內(nèi)皮細(xì)胞層來(lái)控制炎癥，MMP-9可以裂解各種細(xì)胞因子和促炎因子，然后轉(zhuǎn)化成更為強(qiáng)大的炎癥因子，進(jìn)一步增加對(duì)肺組織的損傷程度[15]。IMPs是MMPs特異性的抑制物，目前己發(fā)現(xiàn)TIMP有4種：TlMP-1、TIM P-2、 TIM P-3、TlM P-4。 其中主要來(lái)自于肺泡巨噬細(xì)胞及上皮細(xì)胞TlM P-1與MMP-9具有親和力。生理情況下， MMP-9與TIM P-1保持動(dòng)態(tài)平衡，處于低活性狀態(tài)，各種因素造成肺損傷后， MMP-9表達(dá)異常增高，數(shù)量增多，活性增強(qiáng)，并進(jìn)入到血液循環(huán)中，促使細(xì)胞外基質(zhì)降解，破壞肺泡基底膜，使肺滲透性增加，進(jìn)而加重肺損傷，利用這特點(diǎn)，作者認(rèn)為MMP-9可以將作為治療的靶點(diǎn)，也可作為肺損傷的標(biāo)志物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

肺損傷機(jī)制十分復(fù)雜，涉及體內(nèi)多種系統(tǒng)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，目前的認(rèn)識(shí)僅僅是片面的一丁點(diǎn)，本綜述旨在共同探討，為肺保護(hù)尋找更好的思路。

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