N-乙酰半胱氨酸抗炎作用在慢性阻塞性肺疾病治療中的研究及進(jìn)展

李鵬飛 劉利凱 張建華 李陽 于紅艷

炎癥是引起慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD，簡(jiǎn)稱慢阻肺)小氣道和肺泡異常，導(dǎo)致持續(xù)性呼吸道癥狀和氣流受限的核心機(jī)制，因而，抗炎是其治療的重要組成部分。在慢阻肺治療中，乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine，NAC)常常被作為粘液溶解劑和抗氧化劑使用，其粘液溶解和抗氧化活性在慢阻肺治療中的作用也已得到普遍認(rèn)可。然而，不能忽視的是，NAC同樣具有抗炎活性，過去該方面的研究進(jìn)展相對(duì)緩慢，近年來，隨著對(duì)慢阻肺發(fā)病機(jī)制及NAC抗炎活性的深入研究，有學(xué)者指出NAC具有獨(dú)特的抗炎活性，并且可在不依賴于其抗氧化和粘液溶解條件下發(fā)揮作用[1]，另外，PANTHEON研究[2]及其事后分析[3]表明NAC減少慢阻肺急性加重的作用與是否應(yīng)用糖皮質(zhì)激素?zé)o關(guān)，并且當(dāng)同時(shí)與長效支氣管擴(kuò)張劑聯(lián)用時(shí)，NAC比吸入用糖皮質(zhì)激素(Inhaled corticosteroids，ICS)更有助于降低慢阻肺急性加重率，這也說明NAC抗炎活性可能在慢阻肺的治療中產(chǎn)生了作用，而不完全是得益于其抗氧化和溶解粘液活性。其實(shí)，NAC治療慢阻肺的具體作用和機(jī)制目前仍未完全明確，因此，隨著對(duì)其抗炎活性的不斷研究，未來不排除它可能會(huì)成為慢阻肺抗炎治療的主要藥物。為此，本文就NAC抗炎活性、研究進(jìn)展及其在慢阻肺治療中存在的問題作一綜述，以供讀者參考。

NAC在慢阻肺中的治療作用及其抗炎活性的提出

一、 NAC在慢阻肺中的治療作用

NAC的活性巰基可分解粘液蛋白中的二硫鍵，使得其在慢阻肺的治療中能夠發(fā)揮粘液溶解作用，這已被認(rèn)為是減少慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD，簡(jiǎn)稱慢阻肺急性加重)的原因之一[4]。隨著過去基礎(chǔ)研究成果的相繼發(fā)表，NAC在呼吸道組織細(xì)胞中產(chǎn)生抗氧化活性的機(jī)制被闡述得越來越清晰，其抗氧化作用可通過直接清除活性氧和間接補(bǔ)充細(xì)胞內(nèi)消耗的谷胱甘肽 (Glutathione，GSH)兩條途徑來實(shí)現(xiàn)。在臨床實(shí)踐中，PANTHEON研究[3]、Cazzola等[5]和Rogliani等[6]的薈萃分析以及GOLD 2020[7]文件均指出NAC抗氧化活性也可降低慢阻肺急性加重率。

但是，相比于NAC粘液溶解和抗氧化活性已得到廣泛研究和證實(shí)的情況下，其抗炎活性方面的研究顯得有限，尤其是直接與COPD抗炎治療有關(guān)的研究。即便如此，早期的一些研究結(jié)果仍然顯示了NAC確切的抗炎活性，其中Paterson等[8]就較早地報(bào)道了NAC可有效降低敗血癥患者血漿IL-8的水平。而在與COPD相關(guān)的研究中，若以NAC 600mg/d治療10個(gè)月，研究者發(fā)現(xiàn)患者痰液的中性粒細(xì)胞的趨化活性降低；若以高劑量(NAC 1200mg/d)給藥時(shí)，觀察到患者外周血CRP和IL-8的濃度出現(xiàn)下降[9]。

二、 NAC治療慢阻肺抗炎活性的提出

事實(shí)上，NAC抗炎活性曾飽受爭(zhēng)議，這主要是由于體外和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究采用的給藥劑量、給藥方式和給藥持續(xù)時(shí)間不同，因而得出了不同的研究結(jié)果，對(duì)NAC發(fā)揮抗炎活性的解答各異。Radomskalesniewska[10]和Sadowska[11]總結(jié)了這些研究結(jié)果，提出了NAC調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的可能機(jī)制：一是，短時(shí)高劑量NAC可直接影響炎癥信號(hào)傳導(dǎo)途徑(如p38MAPK和NF-κB)，以發(fā)揮抗炎作用；其次，低劑量NAC通過對(duì)細(xì)胞內(nèi)巰基濃度的持續(xù)影響，進(jìn)而調(diào)節(jié)氧化還原敏感炎癥轉(zhuǎn)錄因子的激活，來調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，這可能是長期應(yīng)用NAC的結(jié)果，即闡述了這樣一個(gè)觀點(diǎn)——低劑量NAC的抗炎作活性可能繼發(fā)于其抗氧化作用。

顯然，NAC具備抗氧化能力，在慢阻肺的治療中可發(fā)揮抗氧化作用，然而，相比于其他抗氧化劑，它的抗氧化能力明顯偏低，考慮到NAC自身明確的劑量-效應(yīng)反應(yīng)關(guān)系，以及在慢阻肺臨床研究中，Schermer等[12]、BRONCUS[13]與PANTHEON研究[3]對(duì)NAC減少急性加重率觀點(diǎn)不一的結(jié)論，都說明高劑量NAC是發(fā)揮抗氧化治療作用的必需。但是，隨后一項(xiàng)薈萃分析[5]顯示，同接受高劑量NAC(>600 mg/d)一樣，低劑量(≤600 mg/d)也能夠降低慢阻肺的急性加重風(fēng)險(xiǎn)。這就需要我們重新審視低劑量NAC在慢阻肺治療中的真實(shí)作用和機(jī)制。

最近幾項(xiàng)探索NAC在人支氣管組織中抗炎活性及機(jī)制的研究[1,14]，不但發(fā)現(xiàn)高劑量NAC直接抑制脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)刺激人支氣管IL-1β、IL-8、TNF-α的釋放，而且，還觀察到無論是低劑量NAC(200mg/d)，還是高劑量NAC(1200mg/d)均可通過抑制神經(jīng)激肽A(Neurokinin A，NKA)的釋放來降低IL-6的表達(dá)、進(jìn)而調(diào)節(jié)LPS誘導(dǎo)的氣道炎癥反應(yīng)。因此，之前只有高劑量NAC才能產(chǎn)生抗氧化/抗炎作用以及抗炎活性繼發(fā)于抗氧化作用的觀點(diǎn)已不再成立。

NAC抗炎活性在慢阻肺中的研究進(jìn)展

一、 基礎(chǔ)研究方面

1 對(duì)炎癥介質(zhì)的影響 IL-8作為一種重要的炎癥介質(zhì)，其濃度水平與炎癥的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。已有研究表明慢阻肺急性加重患者血清、痰液中IL-8濃度均增高，IL-8過度分泌不僅導(dǎo)致肺組織炎癥損傷，而且還參與氣道重塑。Yan等[15]在以BEAS-2B細(xì)胞(人支氣管上皮細(xì)胞)和THP-1細(xì)胞(人巨噬細(xì)胞)為體外模型探究PM2.5誘導(dǎo)IL-8基因表達(dá)機(jī)制的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，PM2.5可誘導(dǎo)IL-8基因的過表達(dá)，而經(jīng)NAC預(yù)處理后，IL-8表達(dá)下調(diào)。Vaughan等稍早的研究表明柴油暴露可致慢阻肺支氣管上皮細(xì)胞IL-8分泌增加，之后的研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，經(jīng)NAC預(yù)處理柴油暴露后慢阻肺支氣管上皮細(xì)胞對(duì)IL-8的分泌顯著減低；另外，該研究還發(fā)現(xiàn)慢阻肺支氣管上皮細(xì)胞可通過MHCⅡ類分子高表達(dá)和干擾素相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)途徑誘導(dǎo)CD4+Th1的免疫應(yīng)答，NAC則可抑制MHCⅡ類和干擾素相關(guān)信號(hào)蛋白的mRNA表達(dá)[16]。在慢阻肺中，由于CD4+細(xì)胞與嚴(yán)重的肺氣腫相關(guān)，因此，可推測(cè)NAC可能有助于減緩慢阻肺肺氣腫的進(jìn)展。研究表明微小核醣核酸(microRNAs)和溴結(jié)構(gòu)域蛋白4(Bromodomain-containing protein 4，BRD4)均是炎癥調(diào)節(jié)過程的參與者，一項(xiàng)來自國內(nèi)旨在闡明microRNA-29b與BRD4在慢阻肺氣道炎癥中的作用以及二者間相互關(guān)系的研究結(jié)果顯示，在人支氣管上皮細(xì)胞的炎癥調(diào)節(jié)中，香煙煙霧提取物(CSE)的刺激促使microRNA-29b表達(dá)下調(diào)、BRD4及IL-8的表達(dá)上調(diào)，microRNA-29b是通過靶向BRD4進(jìn)而調(diào)節(jié)由CSE誘導(dǎo)過表達(dá)IL-8，但是，CSE誘導(dǎo)的microRNA-29b下調(diào)和BRD4、IL-8的增加可被NAC所阻止[17]。因此，推斷經(jīng)由miR-29b-BRD4軸以調(diào)節(jié)IL-8的表達(dá)，可能是NAC在慢阻肺治療中發(fā)揮抗炎作用的又一途徑。

慢阻肺急性加重患者痰液IL-6的水平呈現(xiàn)顯著升高，現(xiàn)認(rèn)為IL-6能夠反應(yīng)該群體患者氣道炎癥及阻塞的嚴(yán)重程度[18]。如前所述，NAC通過對(duì)NKA的調(diào)節(jié)以抑制由LPS刺激的慢阻肺患者離體支氣管對(duì)IL-6表達(dá)的研究已經(jīng)得到證實(shí)[1]。在一項(xiàng)以LPS誘導(dǎo)小鼠急性肺損傷(Acute lung injury，ALI)為模型的研究中發(fā)現(xiàn)，預(yù)先給予NAC(500mg/kg)或S-烯丙基巰基半胱氨酸(S-allylmercaptocys-teine，SAMC)灌胃,可減輕LPS誘導(dǎo)的ALI小鼠支氣管組織的炎癥損傷，同時(shí)，該研究還揭示了SAMC是通過激活NF-κB信號(hào)通路，來抑制TNF-α、IL-1β、IL-6等促炎細(xì)胞因子/介質(zhì)的產(chǎn)生和炎性細(xì)胞浸潤，以此發(fā)揮抗炎作用[19]。在另一項(xiàng)研究中，Song等[20]發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，在給予小鼠腹腔注射NAC后，可使甲苯二異氰酸酯(TDI)誘導(dǎo)的哮喘小鼠體內(nèi)IL-4和IL-5 水平明顯降低。

瘦素與肺部炎癥的發(fā)生及加重有關(guān)，伴有肥胖的中至重度慢阻肺患者往往經(jīng)歷更頻繁的急性加重。Hsu等的研究進(jìn)一步證實(shí)，瘦素可通過MAPK和NF-κB活化的共激活因子p300刺激肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞胞漿磷脂酶A2-α(Cytosolic phospholipase A2-α，cPLA2α)基因的表達(dá)。cPLA2α和環(huán)氧化酶(Cyclooxygena-se-2，COX-2)一樣，都是促炎蛋白，參與組織中白細(xì)胞的募集。最近，新的研究表明瘦素在上調(diào)小鼠肺部炎癥蛋白cPLA2α的同時(shí)，也誘導(dǎo)了COX-2的表達(dá)以及白細(xì)胞浸潤，而用NAC處理后，cPLA2α/COX-2表達(dá)和白細(xì)胞募集受到了明顯抑制[21]。

2 對(duì)炎癥細(xì)胞的影響 目前，在NAC治療COPD的效果評(píng)價(jià)中，涉及中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞，及其活性可被NAC抑制的研究已有較多報(bào)道[22-23]。Wang等實(shí)驗(yàn)顯示給予NAC治療后，可顯著改善酵母多糖誘導(dǎo)的Balb/c小鼠全身炎癥模型中肺樹突狀細(xì)胞(Dendritic cells，DCs)超微結(jié)構(gòu)的異常，并抑制肺DCs NF-κB活性及凋亡，促進(jìn)IL-12、抑制IL-10的產(chǎn)生，揭示了NAC可阻止炎癥狀態(tài)下肺DCs的凋亡，并保護(hù)其調(diào)節(jié)炎癥功能的作用[24]。

二、 臨床研究方面

在長期應(yīng)用NAC預(yù)防慢性阻塞性肺疾病急性加重的研究中，BRONCUS[13]、PANTHEON[3]、HIACE[25]以及Schermer等[12]的研究結(jié)果不一致，其中，HIACE和PANTHEON研究結(jié)論相似，指出高劑量NAC(1200mg/d)治療可減少COPD急性加重，Zheng解釋這種不一致結(jié)果的原因可能是研究中使用的NAC劑量不同，他強(qiáng)調(diào)NAC用量至1200或1800mg/d，才能在COPD治療中發(fā)揮抗炎/抗氧化作用。隨后的一篇薈萃分析[6]也肯定了這一結(jié)論，另外，特別指出低劑量NAC也能夠減少急性加重，另一篇評(píng)價(jià)NAC對(duì)COPD急性加重影響的分析[26]同樣顯示，高劑量和低劑量NAC長期(≥6個(gè)月)應(yīng)用，均可使COPD急性加重率下降，但是，該分析指出未觀察到對(duì)COPD患者第1秒用力呼氣量(Forced expiratory volume in the first second，F(xiàn)EV1)、用力肺活量(Forced vital capacity，F(xiàn)VC)的有益影響。最近刊登在Cochrane上的一篇系統(tǒng)評(píng)價(jià)[4]也指出，使用粘液溶解劑(包括NAC)治療可能有助于降低慢阻肺急性加重風(fēng)險(xiǎn)，但對(duì)患者肺功能沒有顯著影響。因此，可以相信高劑量NAC可以降低慢阻肺急性加重率，但是對(duì)于肺功能等方面的影響可能需要更完善的研究設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步探討。

然而，關(guān)于NAC在慢阻肺急性加重期間的研究數(shù)據(jù)相對(duì)有限，雖然動(dòng)物體內(nèi)和人體組織離體實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，顯示了NAC在減輕氣道炎癥等方面的作用，但是對(duì)臨床治療慢阻肺急性加重的作用仍存在爭(zhēng)議。一項(xiàng)巴基斯坦的單中心研究[27]，前瞻性觀察了NAC 600mg 每日兩次口服，對(duì)慢阻肺急性加重患者臨床癥狀和生化指標(biāo)的影響，治療7天后，NAC組氧分壓(PaO2)、氧飽和度(SaO2)和二氧化碳分壓(PaCO2)以及喘息、呼吸困難癥狀均出現(xiàn)顯著改善。由于研究中樣本納入量較少，也沒有檢測(cè)相關(guān)炎癥指標(biāo)的變化，因此，不能推斷NAC對(duì)慢阻肺急性加重患者炎癥反應(yīng)的影響。所以，未來需要納入相關(guān)炎癥指標(biāo)的大樣本臨床研究，去深入探討NAC在慢阻肺急性加重期治療中的作用。

NAC治療COPD的抗炎機(jī)制

高劑量NAC通過對(duì)信號(hào)傳導(dǎo)途徑(如p38MAPK和NF-κB)的直接影響發(fā)揮抗炎作用的機(jī)制，已在人胎膜、中性粒細(xì)胞、人支氣管上皮細(xì)胞和人氣道平滑肌細(xì)胞中得到證實(shí)。另外，Wuyts等[28]的研究還表明低劑量NAC可能通過對(duì)細(xì)胞內(nèi)巰基的持續(xù)補(bǔ)充，進(jìn)而調(diào)節(jié)氧化/抗氧化失衡，繼之干擾氧化應(yīng)激參與炎癥反應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子和相關(guān)通路的激活，最終發(fā)揮抗炎作用。

近年來，NAC抗炎機(jī)制的研究又有了新的進(jìn)展。Calzetta等[1]闡明了NAC對(duì)LPS所誘導(dǎo)的慢阻肺急性加重氣道炎癥反應(yīng)的保護(hù)作用與其對(duì)NKA的調(diào)節(jié)有關(guān)，揭示了在慢阻肺抗炎治療中，NAC可通過神經(jīng)源性炎癥調(diào)節(jié)途徑這一新機(jī)制來發(fā)揮作用。另一項(xiàng)在肺部腫瘤患者(包括不吸煙者、無慢阻肺吸煙者和慢阻肺患者)切除活組織的體外實(shí)驗(yàn)[17]中，研究者發(fā)現(xiàn)在支氣管上皮細(xì)胞中，NAC可抑制CSE刺激的由microRNA-29b靶向BRD4所導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)，可能是NAC產(chǎn)生抗炎作用的又一途徑。此外，Hsu等[21]在小鼠呼吸系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)NAC可通過對(duì)瘦素的影響，進(jìn)而抑制cPLA2α/COX-2表達(dá)和白細(xì)胞募集以減輕炎癥反應(yīng)?？傊?，這些研究表明NAC可經(jīng)由繼發(fā)于抗氧化應(yīng)激和獨(dú)立于前者的路徑來發(fā)揮抗炎活性。

NAC抗炎活性治療慢阻肺存在的問題

盡管NAC在慢阻肺治療中的多方面活性已得到諸多證實(shí)，但是，目前在NAC的具體應(yīng)用上仍存在一些問題。第一，隨著慢阻肺精準(zhǔn)化治療方向和NAC抗炎活性研究的進(jìn)展，需要重新確定NAC治療的適宜人群。已有報(bào)告建議NAC用于中、重度慢阻肺頻繁加重表型具有更好的效果[29]，然而，不能忽視的是當(dāng)前NAC在輕度慢阻肺患者中的研究尚少，這中情況同樣見于對(duì)慢阻肺急性加重治療效能(特別是抗炎活性方面)評(píng)估的研究中。因此，伴隨慢阻肺表型及其炎癥標(biāo)志物研究的進(jìn)展，相信這將有助于判別潛在存在過度炎癥反應(yīng)而需要NAC治療的適宜患者。第二，NAC的應(yīng)用時(shí)長問題仍然沒有明確規(guī)定。Cazzola[5]建議為防止急性加重，需要長期應(yīng)用。最近兩篇關(guān)于粘液溶解劑研究的NNT值分析結(jié)果給了更具體答案，NNT分別為10.11和8[4,6]。未來，此問題仍然需要針對(duì)性的研究分析，以進(jìn)一步確定合適的應(yīng)用時(shí)長效益比。第三，不能忽視的問題是PANTHEON[3]和HIACE[25]研究均在中國進(jìn)行，國外尚缺少相關(guān)研究報(bào)道，可能提示不同族群對(duì)NAC治療的敏感性不同。國內(nèi)另一項(xiàng)研究[30]顯示，給予慢阻肺患者NAC 600mg每日兩次治療1年，微粒體環(huán)氧化物水解酶(Microsomal epoxide hydrolase，EPHX1)活性快速/正常組的年急性加重率較極度緩慢/緩慢EPHX1活性組患者更低，并且FEV1、FEV1%預(yù)測(cè)值和圣喬治評(píng)分也有更大的改善。因此，不同族群相關(guān)基因、酶活性的差異可能影響NAC治療效果，對(duì)影響NAC代謝相關(guān)基因和酶學(xué)的研究，也將有助于推動(dòng)NAC治療慢阻肺精準(zhǔn)化方向的發(fā)展。