慢性阻塞性肺疾病氧化應(yīng)激機(jī)制及中醫(yī)藥治療進(jìn)展

陳鍇 張藍(lán)熙 田燕歌，3 金凡力 李建生

(1河南中醫(yī)藥大學(xué)呼吸疾病中醫(yī)藥防治省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450046；2河南省中醫(yī)藥防治呼吸病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3河南中醫(yī)藥科學(xué)院)

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一種以持續(xù)性呼吸道癥狀和氣流受限為特征的可預(yù)防和治療的疾病〔1〕。COPD的高發(fā)病率、高致殘率和高死亡率，使其成為一個(gè)亟待解決的公共衛(wèi)生問(wèn)題。全球范圍內(nèi)約有3.28億人罹患COPD〔2〕，其中有1億在我國(guó)〔3〕。截至2017年，COPD每年造成約319.78萬(wàn)人死亡，已成為全球死亡原因的第三位〔4〕。氧化應(yīng)激在COPD發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用。近年來(lái)，中醫(yī)藥治療COPD穩(wěn)定期取得了較大進(jìn)展，在減輕氧化應(yīng)激方面也頗具成效。本文基于近幾年相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)氧化應(yīng)激在COPD中作用機(jī)制及中醫(yī)藥治療進(jìn)展做一綜述，為進(jìn)一步機(jī)制研究及臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 COPD氧化應(yīng)激機(jī)制研究進(jìn)展

1.1內(nèi)外源性氧化劑積累是COPD氧化應(yīng)激的主要原因 香煙煙霧和空氣顆粒物是外源性活性氧(ROS)的主要來(lái)源〔5〕，而炎癥反應(yīng)和缺氧是內(nèi)源性ROS產(chǎn)生的重要因素。香煙煙霧由高濃度的自由基物質(zhì)和其他氧化物組成，在進(jìn)入氣道后會(huì)溶解在氣道上皮內(nèi)襯液中，這些ROS在肺部聚積，長(zhǎng)期刺激肺部，使炎癥持續(xù)存在，促進(jìn)COPD發(fā)展〔6〕。PM2.5是大氣主要顆粒物之一，攜帶強(qiáng)氧化性的臭氧(O3)分子和多種重金屬離子。重金屬離子擾亂細(xì)胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)，使肺泡上皮細(xì)胞與微血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)ROS產(chǎn)生增多〔7，8〕。香煙煙霧和大氣顆粒物損傷了COPD患者氣道自凈能力，病原體不能被及時(shí)清除，反復(fù)誘發(fā)炎癥反應(yīng)，活化吞噬細(xì)胞內(nèi)NADPH氧化酶、一氧化氮(NO)合酶和髓過(guò)氧化物酶，產(chǎn)生包括超氧陰離子(O2-)、羥自由基(·OH)和過(guò)氧化氫(H2O2)、NO、次氯酸(HOCl)和脂質(zhì)過(guò)氧化物等在內(nèi)的一系列內(nèi)源性ROS〔9〕，造成肺組織內(nèi)源性氧化劑的積累。隨著病程發(fā)展，患者呼吸功能障礙，細(xì)胞出現(xiàn)缺氧并造成線粒體損傷〔10〕，使位于線粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈電子傳遞受阻。未得到足夠電子的氧分子(O2)持續(xù)轉(zhuǎn)化為O2-，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)ROS激增〔11〕。無(wú)論內(nèi)源性或外源性ROS的增多，都會(huì)破壞氧化/抗氧化平衡，導(dǎo)致COPD患者的肺部或全身氧化應(yīng)激反應(yīng)。

1.2氧化應(yīng)激促進(jìn)COPD發(fā)生發(fā)展 在COPD氧化應(yīng)激過(guò)程中，ROS能造成氣道上皮細(xì)胞損傷，誘導(dǎo)氣道平滑肌細(xì)胞增生，促進(jìn)氣道壁增厚，增加肺功能下降速率〔12〕。此外，氧化應(yīng)激還可通過(guò)產(chǎn)生蛋白質(zhì)和脂質(zhì)氧化物激活多條炎癥通路，促進(jìn)大量炎癥細(xì)胞因子釋放并進(jìn)一步加重炎癥反應(yīng)。炎癥活化的中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌蛋白酶增多，導(dǎo)致蛋白酶/抗蛋白酶失衡并破壞肺泡結(jié)構(gòu)，促進(jìn)肺氣腫的發(fā)生。因此，氧化應(yīng)激不僅能直接損傷肺組織，還可通過(guò)參與炎癥反應(yīng)、蛋白酶/抗蛋白酶失衡，促進(jìn)COPD發(fā)生發(fā)展〔13〕。

1.2.1氧化應(yīng)激直接損傷肺組織 香煙煙霧是誘發(fā)氣道內(nèi)氧化應(yīng)激的主要因素。香煙中的氧化劑不僅直接損傷肺內(nèi)基質(zhì)蛋白，還能降低彈性蛋白的合成和修復(fù)能力，導(dǎo)致肺泡支架結(jié)構(gòu)破壞，出現(xiàn)肺氣腫〔14〕。氧化劑還可作用于氣道上皮細(xì)胞，通過(guò)滲透至呼吸道黏膜液的保護(hù)層與抗氧化劑發(fā)生毒性反應(yīng)，損傷氣道上皮細(xì)胞，最終激活炎癥——免疫途徑介導(dǎo)上皮細(xì)胞損傷〔15〕。

1.2.2氧化應(yīng)激參與炎癥反應(yīng) 氧化應(yīng)激通過(guò)激活Toll樣受體(TLR)和抑制沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶(SIRT)1兩種方式活化核因子(NF)-κB炎癥通路〔16〕，引起腫瘤壞死因子α、白細(xì)胞介素-1、6、8等細(xì)胞因子的釋放〔17〕，促進(jìn)聚集于肺微循環(huán)的中性粒細(xì)胞滲透毛細(xì)血管膜，轉(zhuǎn)移到肺間質(zhì)和肺泡〔18〕，加重炎癥反應(yīng)，促進(jìn)COPD的發(fā)生發(fā)展〔19〕。聚集在肺內(nèi)的中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞受到炎癥介質(zhì)的激活，大量釋放ROS，進(jìn)一步加重肺內(nèi)的氧化/抗氧化失衡〔20〕，限制自由基清除劑和抗蛋白酶的生成，最終可導(dǎo)致肺泡壁斷裂融合，形成肺氣腫。

1.2.3氧化應(yīng)激促進(jìn)蛋白酶/抗蛋白酶失衡 蛋白酶/抗蛋白酶失衡是蛋白酶分泌過(guò)多或抗蛋白酶不足引起的蛋白酶功能亢進(jìn)，肺泡壁基質(zhì)蛋白被水解引起肺泡結(jié)構(gòu)坍塌，促進(jìn)肺氣腫形成。蛋白酶水解功能受α1-抗胰蛋白酶的制約，保護(hù)正常組織不受蛋白酶損傷〔21〕。氧化應(yīng)激能夠降低α1-抗胰蛋白酶活性，促進(jìn)蛋白酶/抗蛋白酶失衡發(fā)生〔22〕。研究發(fā)現(xiàn)，α1-抗胰蛋白酶極易被香煙煙霧中的ROS氧化，從而喪失活性。吸煙人群中，COPD患者血清α1-抗胰蛋白酶水平較非COPD患者下降并伴有中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶水平升高，形成蛋白酶/抗蛋白酶失衡〔23〕。另一方面，α1-抗胰蛋白酶失活導(dǎo)致誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的活性失去抑制〔24〕，使NO和過(guò)氧亞硝酸根(ONOO-)等氧化劑增多，加重氧化應(yīng)激。

1.3抗氧化因子在COPD氧化應(yīng)激中的保護(hù)作用 核因子紅系2相關(guān)因子(Nrf)2通路是COPD氧化應(yīng)激的主要防御機(jī)制〔25，26〕，氧化應(yīng)激發(fā)生時(shí)，Nrf2脫離被氧化失活的Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白(Keap)-1并易位至細(xì)胞核內(nèi)，同抗氧化反應(yīng)元件(ARE)結(jié)合，促進(jìn)超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GPx)等一系列抗氧化酶的表達(dá)〔27〕。SOD能夠?qū)⒊蹶庪x子轉(zhuǎn)化為H2O2，H2O2又可經(jīng)CAT或GPx完全清除，達(dá)到抗氧化的目的〔28～30〕。

叉頭框轉(zhuǎn)錄因子(FOX)O3a是另一種與COPD相關(guān)的抗氧化因子，氧化應(yīng)激通過(guò)絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路或SIRT1激活FOXO3a，促使其增強(qiáng)SOD、CAT、過(guò)氧化物酶(Prx)等抗氧化酶表達(dá)，保護(hù)肺組織免受氧化應(yīng)激損傷〔31～34〕。

過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)γ通過(guò)識(shí)別氧化磷脂和硝基烯烴等脂質(zhì)氧化產(chǎn)物以感受氧化應(yīng)激。PPARγ激活后進(jìn)入細(xì)胞核，與維甲酸X受體形成異源二聚體，結(jié)合在過(guò)氧化物酶體增殖物特異反應(yīng)元件(PPRE)上，促進(jìn)SOD、CAT、GPx、解耦聯(lián)蛋白(UCP)和血紅素加氧酶(HO)-1等蛋白的轉(zhuǎn)錄，延緩COPD患者肺氣腫進(jìn)展〔35～38〕。

2 中醫(yī)藥治療COPD的研究進(jìn)展

中醫(yī)藥治療COPD取得較大進(jìn)展，包括中藥和中醫(yī)康復(fù)。與單純的西醫(yī)相比，中醫(yī)藥在減少急性加重次數(shù)，調(diào)理患者體質(zhì)等方面更具優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，中醫(yī)藥在抗氧化治療COPD方面的研究取得了一定進(jìn)展。

2.1中藥的抗氧化作用 《傷寒論》經(jīng)典方劑小青龍湯被用于治療COPD急性加重期，能夠糾正氧化/抗氧化失衡，具有潛在抗氧化活性〔39〕。Li等〔40〕發(fā)現(xiàn)理肺湯通過(guò)抑制MAPK/AP-1信號(hào)通路調(diào)節(jié)γ-GCS的表達(dá)水平，減輕肺組織氧化應(yīng)激。胡濤等〔41〕觀察到加味四君子湯可控制ROS引起的線粒體損傷，具有改善能量代謝和抗氧化應(yīng)激的作用。曹鴻舜〔42〕發(fā)現(xiàn)化瘀理肺湯可減輕COPD患者氧化/抗氧化失衡和炎癥反應(yīng)，提高血清GPx、SOD，降低丙二醛(MDA)。李秀娟等〔43〕發(fā)現(xiàn)全真一氣湯可通過(guò)調(diào)控Nrf2-Akt-P38/ERK1/2通路改善COPD氧化/抗氧化失衡，對(duì)肺組織有較好保護(hù)作用。方庭正等〔44〕發(fā)現(xiàn)益肺活血湯降低細(xì)胞內(nèi)缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)-1α表達(dá)和ROS水平，減輕肺泡及氣道病理改變。課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)補(bǔ)肺腎三方(補(bǔ)肺益腎方、補(bǔ)肺健脾方、益氣滋腎方)可增加大鼠肺組織p-PPARγ蛋白和SOD3基因表達(dá)，不同程度地改善大鼠氧化應(yīng)激狀態(tài)，且具有較好的遠(yuǎn)后效應(yīng)〔45〕。

2.2中醫(yī)康復(fù)抗氧化作用 針刺、灸法、穴位敷貼等中醫(yī)康復(fù)療法具有副作用少，安全有效，操作方便等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)廣泛用于COPD患者治療〔46〕。針刺和灸法能夠改善COPD患者肺功能，緩解癥狀體征，提高生活質(zhì)量，不僅療效確切，還能減輕線粒體損傷，提高抗氧化酶含量及活性、降低脂質(zhì)過(guò)氧化物含量、抑制自由基生成，是治療COPD氧化應(yīng)激的新手段〔47～49〕。李志同等〔50〕觀察到電針刺激不同穴位引起大鼠不同臟器中谷胱甘肽(GSH)水平改變，提示針刺或可調(diào)節(jié)臟腑氧化應(yīng)激水平。姚青平等〔51〕研究發(fā)現(xiàn)針?biāo)幉⒂弥委熌芨纳艭OPD緩解期患者肺功能，改善血清SOD、丙二醛(MDA)等氧化應(yīng)激指標(biāo)，有良好的抗氧化作用。課題組前期研究顯示，舒肺貼、補(bǔ)肺益腎顆粒及其聯(lián)合通過(guò)激活PPARγ通路提高COPD大鼠血清、肺泡灌洗液及肺組織中SOD活性，并降低MDA水平，表現(xiàn)出較好的抗氧化應(yīng)激作用，與單獨(dú)使用舒肺貼相比，舒肺貼聯(lián)合補(bǔ)肺益腎顆粒療效更加顯著〔52〕。太極拳和八段錦等中醫(yī)傳統(tǒng)功法是治療COPD穩(wěn)定期的有效療法，不僅可改善患者癥狀，提高其生活質(zhì)量〔53〕，還能改善患者抗氧化應(yīng)激能力。研究表明，太極拳能夠減少血清脂質(zhì)過(guò)氧化物的生成，增強(qiáng)抗氧化酶活性〔54〕。八段錦可下調(diào)機(jī)體血清MDA水平，提升總抗氧化能力〔55〕。

綜上，氧化應(yīng)激在COPD的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它不僅能直接損傷肺組織，還參與全身或肺組織炎癥反應(yīng)、促進(jìn)蛋白酶/抗蛋白酶失衡，機(jī)制復(fù)雜。中醫(yī)藥治療逐漸受到關(guān)注且取得了一定進(jìn)展，但目前仍缺乏對(duì)于中醫(yī)藥抗氧化治療COPD的作用機(jī)制的深入研究?；诖?，擬定進(jìn)一步研究方向：①加強(qiáng)臨床中醫(yī)藥及康復(fù)療法的療效觀察，進(jìn)一步證實(shí)其抗氧化療效；②基于前期建立的COPD動(dòng)物模型及細(xì)胞模型，多層次地深入探討中醫(yī)藥及康復(fù)技術(shù)的抗氧化機(jī)制，為臨床應(yīng)用提供依據(jù)。