慢性阻塞性肺疾病抗氧化治療的研究進(jìn)展

黃婷婷，程德云

(四川大學(xué)華西醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，成都 610041)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一種常見的呼吸系統(tǒng)疾病，其特征為持續(xù)的呼吸道癥狀和氣流受限，通常由長期暴露于有害顆?；驓怏w引起氣道和(或)肺泡異常所致，據(jù)統(tǒng)計COPD目前已居全球疾病死亡原因的第四位，預(yù)計至2030年可列至第三位[1]。COPD患者表現(xiàn)為反復(fù)咳嗽、咳痰伴呼吸困難，隨著病情惡化可嚴(yán)重妨礙患者的日?；顒?，并極大影響患者的生活質(zhì)量。引起COPD的有害物質(zhì)主要來自香煙煙霧、生物燃料、環(huán)境污染、職業(yè)粉塵暴露、病原體感染等，其中吸煙是導(dǎo)致COPD的主要危險因素。香煙煙霧除對支氣管肺組織有直接損傷外，其引起的氧化-抗氧化失衡也是導(dǎo)致COPD的重要病理生理機(jī)制[2]。香煙煙霧引起的氧化應(yīng)激與COPD的發(fā)生、進(jìn)展及惡化密切相關(guān)[3-5]。目前COPD的治療以擴(kuò)張支氣管、緩解癥狀為主，但不能有效控制疾病進(jìn)展，針對氧化應(yīng)激靶點(diǎn)應(yīng)用抗氧化劑治療，可能為緩解和控制COPD的癥狀及疾病進(jìn)展提供新策略。目前一些抗氧化劑的療效已在臨床前及臨床研究中得到證實(shí)?，F(xiàn)就COPD抗氧化治療的研究進(jìn)展予以綜述，以為COPD患者補(bǔ)充抗氧化劑治療提供參考和依據(jù)。

1 氧化應(yīng)激在COPD發(fā)生中的作用

香煙煙霧是肺部外源性活性氧類物質(zhì)的重要來源，其含有大量的自由基、活性氧類及多種化學(xué)物質(zhì)，吸入肺部可直接導(dǎo)致細(xì)胞損傷或死亡，并激活巨噬細(xì)胞，誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞、嗜酸粒細(xì)胞、單核細(xì)胞等在肺部的募集和活化，活化的中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞通過還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶復(fù)合物持續(xù)釋放大量內(nèi)源性超氧化物和過氧化氫[6]，導(dǎo)致肺部及外周血氧化負(fù)荷增加[7]。低水平的氧化負(fù)荷增加可通過激活核轉(zhuǎn)錄因子紅系2相關(guān)因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2)啟動抗氧化和抗炎基因的表達(dá)[8]，當(dāng)氧化劑與抗氧化防御機(jī)制失衡時，則稱為氧化應(yīng)激。

氧化應(yīng)激可導(dǎo)致機(jī)體一系列的病理反應(yīng)，如內(nèi)皮及線粒體功能障礙[9]、脂質(zhì)過氧化、組蛋白修飾、細(xì)胞凋亡等[10]，并激活核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)、激活蛋白-1等體內(nèi)調(diào)節(jié)氧化劑及促炎因子生成的轉(zhuǎn)錄因子，啟動炎癥反應(yīng)，而炎癥反應(yīng)可進(jìn)一步促進(jìn)氧化應(yīng)激[8,11]，形成惡性循環(huán)。慢性持續(xù)的氧化應(yīng)激及炎癥狀態(tài)誘導(dǎo)重復(fù)的肺損傷和修復(fù)，最終導(dǎo)致氣道重構(gòu)、肺實(shí)質(zhì)和肺泡壁破壞，繼而發(fā)生肺大皰和肺氣腫。

研究表明，吸煙者和COPD患者肺部氧化產(chǎn)物及全身性氧化應(yīng)激標(biāo)志物(氧化型低密度脂蛋白、丙二醛等)水平顯著高于健康的非吸煙者，且在病情惡化期間進(jìn)一步升高[12]，而抗氧化劑水平及相應(yīng)的抗氧化活性在非吸煙者、吸煙者、穩(wěn)定期COPD患者、急性加重期COPD患者中逐級降低，且COPD患者及吸煙者的抗氧化能力顯著低于非吸煙者[4]。此外，COPD的嚴(yán)重程度、肺功能和代謝綜合征的存在亦與氧化應(yīng)激水平相關(guān)[5]。氧化應(yīng)激已被證明是COPD發(fā)病及進(jìn)展的重要機(jī)制。

2 COPD與抗氧化治療

抗氧化治療的主要目的是降低氧化應(yīng)激造成的組織損傷及炎癥刺激，可通過減少或中和氧化產(chǎn)物、提高機(jī)體抗氧化能力實(shí)現(xiàn)。目前研究較多的抗氧化劑包括硫醇化合物、Nrf2激活劑、抗氧化酶模擬物等。

2.1硫醇化合物

2.1.1谷胱甘肽 谷胱甘肽為富含巰基的三肽，在細(xì)胞內(nèi)主要以還原型谷胱甘肽和氧化型谷胱甘肽過硫化物兩種形式存在。谷胱甘肽是細(xì)胞內(nèi)的主要抗氧化物，因其高度親核性而具有很強(qiáng)的氧化劑清除活性，并可通過S-谷胱甘肽化與蛋白質(zhì)的半胱氨酸共價結(jié)合，防止半胱氨酸過氧化[13]。理論上直接補(bǔ)充谷胱甘肽可增強(qiáng)細(xì)胞的抗氧化能力，但由于腸道γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶的降解作用及谷胱甘肽易氧化的性質(zhì)，口服谷胱甘肽的生物利用率及滲透性較低，用藥前后系統(tǒng)氧化應(yīng)激標(biāo)志物及谷胱甘肽水平無明顯變化[14-15]。小規(guī)模臨床研究發(fā)現(xiàn)，新型谷胱甘肽舌下含服制劑可經(jīng)口腔黏膜吸收，避免了腸道的降解效應(yīng)，從而有效提高外周血還原型谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽過硫化物比值，較口服谷胱甘肽具有更好的生物利用度[15]。因此，谷胱甘肽舌下含服或許可作為提高COPD患者抗氧化能力的可行辦法，但這種舌下制劑的有效性及安全性仍需要大規(guī)模的臨床研究加以證實(shí)。

2.1.2N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine，NAC) NAC是一種具有強(qiáng)還原性的半胱氨酸乙?；苌铮呛铣晒入赘孰牡孜锇腚装彼岬那绑w。1980年，Moldéus等[16]首次報道了NAC通過對抗香煙煙霧冷凝物和過氧化氫的毒性，在呼吸細(xì)胞和組織中產(chǎn)生抗氧化作用。NAC口服后可在胃腸道去乙酰化成為半胱氨酸，或通過將細(xì)胞內(nèi)的胱氨酸還原為半胱氨酸，間接增加肺細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽的含量[17]。此外，NAC的自由硫醇基團(tuán)能夠與自由基的親電基團(tuán)相互作用形成NAC二硫化物或NAC加合物等終產(chǎn)物，或通過還原二硫鍵而直接作為活性氧類清除劑[18]。

NAC是當(dāng)前COPD治療中研究較多的硫醇類抗氧化劑，其抗氧化作用在多項(xiàng)研究中得到證實(shí)。PANTHEON研究(Placebo-controlled study on efficacy and safety of N-acetylysteine high dose in exacerbation of chronic obstructive plumonary disease)將1 006例中重度COPD患者隨機(jī)分配接受NAC(600 mg，每日2次)或匹配的安慰劑治療1年，結(jié)果顯示，NAC治療組急性發(fā)作風(fēng)險較安慰劑組降低22%，且患者對NAC的耐受良好[19]。De Benedetto等[20]發(fā)現(xiàn)，持續(xù)口服NAC(600 mg，每日2次)2個月可迅速降低穩(wěn)定期COPD患者的氣道氧化負(fù)荷。脂多糖誘導(dǎo)的COPD急性加重體外模型實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了NAC>1 μmol/L時可通過提高氣道抗氧化抗炎能力、抑制細(xì)胞因子釋放而有效減少COPD急性發(fā)作，但在<1 μmol/L時調(diào)節(jié)氧化/抗氧化平衡的作用較弱[21]，推斷NAC的抗氧化作用具有劑量依賴性。臨床研究亦指出，低劑量NAC(600 mg，每日1次)治療對COPD的氧化負(fù)荷及急性加重頻率等影響不明顯[22-23]。可見，NAC對COPD患者的抗氧化作用存在劑量依賴性，在COPD的標(biāo)準(zhǔn)治療方案中加入NAC 1 200 mg/d可有效增強(qiáng)患者肺部抗氧化防御能力，改善氧化應(yīng)激狀態(tài)和炎癥指標(biāo)水平，對預(yù)防急性加重、提高患者的肺功能和生存質(zhì)量有益。

2.1.3厄多司坦和羧甲司坦 支氣管黏液分泌增多是COPD的重要表現(xiàn)之一，厄多司坦、羧甲司坦等因具有黏液溶解特性而用于COPD的治療，此外其作為硫醇化合物也能有效清除自由基及氧化劑，提高細(xì)胞內(nèi)硫醇水平，抑制NF-κB的激活及炎癥基因的表達(dá)[24]。RESTORE(reducing exacerbations and symptoms by treatment with oral erdosteine in COPD)研究顯示，對于穩(wěn)定期的中重度COPD患者，在吸入糖皮質(zhì)激素和(或)支氣管擴(kuò)張劑維持治療的基礎(chǔ)上，接受厄多司坦(300 mg，每日3次)口服治療的患者急性加重事件的發(fā)生率降低，急救藥物的使用減少，急性加重持續(xù)時間明顯縮短[25]。Calverley等[26]對RESTORE研究中254例中度COPD患者急性加重率及加重持續(xù)時間的亞組分析也得出一致結(jié)論。PEACE研究(preventive effect on acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease with carbocisteine)證實(shí)，長期服用羧甲司坦(1 500 mg/d)可顯著減少COPD患者的年惡化次數(shù)[27]。2020年全球COPD倡議指南中亦提出，規(guī)律服用厄多司坦、羧甲司坦可降低特定人群急性加重風(fēng)險，改善健康狀況[1]。因此，將厄多司坦、羧甲司坦等硫醇類藥物加入COPD維持治療方案作為額外補(bǔ)充治療，有助于降低患者的急性加重風(fēng)險，但COPD各個亞組患者是否均能從中獲益尚需要進(jìn)一步研究。另外大部分硫醇制劑具有黏液溶解性，所以在證明其治療COPD有積極作用的研究證據(jù)中，仍需要對藥物作用機(jī)制進(jìn)行深入研究，以鑒別抗氧化能力是否在緩解病情方面起關(guān)鍵作用。

2.2Nrf2激活劑 Nrf2是抗氧化防御的重要轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)幾乎所有的抗氧化劑和Ⅱ期細(xì)胞保護(hù)基因，如谷氨酸半胱氨酸合酶、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶等[8]。通過激活Nrf2可上調(diào)抗氧化酶的表達(dá)，啟動內(nèi)源性抗氧化防御機(jī)制[28]。白藜蘆醇是一種天然存在的植物多酚，多存在于葡萄、虎杖、花生等農(nóng)作物中。研究表明，白藜蘆醇可通過調(diào)節(jié)Nrf2途徑，改善呼吸道上皮細(xì)胞中谷胱甘肽的合成，并防止普通人群的糖皮質(zhì)激素抵抗，改善肺功能[29]。十字花科中存在的萊菔硫烷可通過增加Nrf2的表達(dá)以及降低過氧化物水平保護(hù)小鼠肺泡上皮細(xì)胞免受氧化損傷，并減弱G1期細(xì)胞周期阻滯，從而抑制細(xì)胞凋亡[30]。目前研究中的Nrf2激活物還包括富馬酸二甲酯、查爾酮、1-[2-氰基-3，12-二氧雜環(huán)-1,9(11)-二烯-28-?；鵠咪唑、omaveloxolone等[31-32]，雖以動物研究為主，但仍為Nrf2激活劑在COPD患者中的應(yīng)用提供了理論支持，故Nrf2轉(zhuǎn)錄因子的激活有望成為未來COPD藥物治療的新靶點(diǎn)。

2.3抗氧化酶模擬物 當(dāng)炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激發(fā)生時，體內(nèi)產(chǎn)生大量氮氧自由基和氧化分子，抗氧化物被迅速消耗，機(jī)體的抗氧化能力下降。而增強(qiáng)抗氧化酶的表達(dá)、活性或模擬其功能的酶模擬物可通過恢復(fù)耗盡的細(xì)胞內(nèi)的抗氧化酶，減輕氧化應(yīng)激。目前，研究較多的超氧化物歧化酶和過氧化氫酶模擬物包括AEOL、EUK等。研究證明，長期給予AEOL-10150可顯著減少小鼠肺組織巨噬細(xì)胞的聚集和氧化應(yīng)激，防止放射引起的肺損傷[33]；EUK-134可減輕百草枯對大鼠肺實(shí)質(zhì)的急性毒性作用[34]。GPx模擬物包括含硒和碲的化合物，硒是GPx催化谷胱甘肽與活性氧類反應(yīng)的重要元素。依布硒啉是最早開發(fā)的硒基GPx模擬物之一，其能通過調(diào)節(jié)金屬蛋白、輔酶因子、基因表達(dá)、抗氧化和免疫機(jī)制等保護(hù)細(xì)胞成分免受氧化損傷[35]。研究表明，依布硒啉可顯著減少香煙煙霧暴露和甲型流感病毒感染小鼠肺泡灌洗液中的細(xì)胞因子、趨化因子及蛋白酶的表達(dá)[36]。目前尚缺乏上述藥物在COPD中的報道，其臨床安全性和有效性仍有待進(jìn)一步研究。

2.4其他潛在治療藥物 研究證實(shí)，給予COPD患者3個月以上的多西環(huán)素或孟魯司特鈉治療，可顯著降低血漿脂質(zhì)過氧化物及炎癥因子的水平，并提高機(jī)體總抗氧化能力，改善COPD患者的肺功能和生活質(zhì)量[37-38]。但上述均為小規(guī)模探索性研究，尚需要大規(guī)模、高質(zhì)量的臨床研究證實(shí)其用于COPD治療的可靠性及安全性。過氧化物酶體增殖物激活受體γ作為GPx3的直接轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)，兩者均有抗氧化應(yīng)激作用，研究發(fā)現(xiàn)在吸煙者及COPD患者中，過氧化物酶體增殖物激活受體γ和GPx3的表達(dá)和活性下調(diào)，而過氧化物酶體增殖物激活受體γ激動劑可通過上調(diào)GPx3水平抑制香煙煙霧誘導(dǎo)的活性氧類的產(chǎn)生，并通過調(diào)節(jié)NF-κB抑制氧化應(yīng)激和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的表達(dá)[39]。此外，脂蛋白受體激動劑BML-111[40]、白細(xì)胞介素抗體[41-42]等均在臨床前試驗(yàn)中顯示出一定的抗氧化、抗炎作用，對未來COPD的治療有指導(dǎo)意義。

許多中草藥具有抗氧化、抗炎作用。異甘草素和穿心蓮內(nèi)酯可通過調(diào)控Nrf-2和NF-κB信號通路，抑制氧化應(yīng)激及炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生，增強(qiáng)支氣管上皮細(xì)胞總抗氧化能力[43-44]。竹葉的活性成分葒草素通過調(diào)節(jié)氧化/抗氧化平衡恢復(fù)組蛋白去乙?；?2的活性，減輕由煙霧顆粒導(dǎo)致的肺部病理改變[45]。以上研究均表明，我國傳統(tǒng)中草藥在減輕COPD氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)方面具有良好的治療前景。

一項(xiàng)關(guān)于男性的前瞻性隊列研究對44 335例45～79歲的志愿者進(jìn)行為期2年的隨訪，結(jié)果顯示，在目前和既往吸煙者中每日多吃一次水果和蔬菜分別降低了8%和4%的COPD發(fā)病風(fēng)險[46]。對中老年婦女的研究也提示，長期食用水果與COPD發(fā)病率呈負(fù)相關(guān)[47]。多種植物中含有的黃酮類、綠茶多酚、姜黃素等均被證明可通過多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子表達(dá)，減輕氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)[48-50]。飲食是日常生活中最重要和最簡單的抗氧化劑來源，故膳食調(diào)整是COPD患者抗氧化治療干預(yù)的另一種途徑。日常生活中增加新鮮水果、蔬菜的攝入作為健康生活的一部分，對減少COPD的發(fā)病及緩解疾病進(jìn)展有益。

3 小 結(jié)

氧化應(yīng)激與COPD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，目前已證明在COPD的標(biāo)準(zhǔn)治療方案中加入NAC、厄多司坦、羧甲司坦等抗氧化劑作為補(bǔ)充治療，對改善肺功能、降低急性加重風(fēng)險和COPD慢性致殘率具有積極作用。但目前COPD哪一亞組的患者更能從抗氧化治療中獲益尚不清楚，需要對氧化應(yīng)激的致病機(jī)制進(jìn)行更深入的研究。在日常飲食中增加蔬菜、水果的攝入應(yīng)推薦作為COPD發(fā)病高風(fēng)險人群提高機(jī)體抗氧化能力的重要方法?？寡趸改M物、Nrf2激活劑、白細(xì)胞介素抗體、脂蛋白受體激動劑等在臨床前試驗(yàn)中表現(xiàn)出作為COPD臨床治療藥物的良好前景，有望成為未來治療COPD的藥物。目前仍需進(jìn)一步開發(fā)治療COPD生物利用度好且效力高的新型廣譜抗氧化制劑，其潛在益處和風(fēng)險也還需進(jìn)一步評估。同時，避免氧化應(yīng)激來源(香煙、酒精、垃圾食品、壓力等)與增強(qiáng)抗氧化能力同樣重要。