中藥調(diào)控氧化應(yīng)激抗特發(fā)性肺纖維化研究進(jìn)展

蒙建華，劉銳，潘玲，覃旭升，崔軒，馬毓，李鑫

1 廣西中醫(yī)藥大學(xué) 廣西南寧 530001

2 廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬瑞康醫(yī)院 廣西南寧 530001

IPF是反復(fù)肺泡上皮損傷及異常修復(fù)導(dǎo)致肌成纖維細(xì)胞分化和細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積的病理過程。由于肺泡結(jié)構(gòu)破壞，過度的纖維化肺絮亂，氣體交換受阻并缺氧，自主呼吸無法得到支持，最終導(dǎo)致呼吸衰竭和死亡[1]。

目前，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)針對(duì)肺纖維化治療以肺臟移植及免疫抑制、抗纖維化、抑制細(xì)胞因子為主，臨床指南中以吡非尼酮和尼達(dá)尼布為代表[2]。兩種藥物雖然能夠改善肺功能、降低死亡率，但治療成本過高且容易造成嚴(yán)重的胃腸道反應(yīng)及肝功能損害，少部分還會(huì)出現(xiàn)呼吸困難[3]。

人體在內(nèi)環(huán)境中處于氧化-抗氧化狀態(tài)，平衡狀態(tài)被打破加劇ROS的異常產(chǎn)生、積累，導(dǎo)致氧化應(yīng)激[4]和IPF中氧化還原信號(hào)傳導(dǎo)失效，加重IPF進(jìn)展。因此，限制過度氧化應(yīng)激，維持氧化-抗氧化平衡是抗肺纖維化重要的治療靶點(diǎn)。近年來，中醫(yī)藥在IPF的作用機(jī)制研究中不斷深入，越來越多研究表明中醫(yī)藥防治IPF療效顯著。

調(diào)控線粒體功能

1 調(diào)控線粒體能量代謝

線粒體內(nèi)廣泛存在電子傳輸鏈（ETC），以三羧酸循環(huán)（TCA）形式將復(fù)合物I（泛醌氧化還原酶）和復(fù)合物III向ETC貢獻(xiàn)電子并釋放細(xì)胞色素C，復(fù)合物I、III電子過早泄露被認(rèn)為是ETC產(chǎn)生線粒體ROS（mtROS）的主要途徑[5]。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，80%以上ATP能量代謝由線粒體呼吸鏈氧化磷酸化（OXPHOS）產(chǎn)生，小部分通過糖酵解將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的厭氧細(xì)胞溶質(zhì)降解而成[6]。MtROS與蛋白質(zhì)、DNA、脂質(zhì)等細(xì)胞成分相互作用，誘導(dǎo)線粒體功能障礙[7]，降低線粒體編碼的OXPHOS表達(dá)，抑制細(xì)胞能量代謝，推動(dòng)成纖維細(xì)胞激活并增值[8]。研究發(fā)現(xiàn)[9]，與應(yīng)激信號(hào)相關(guān)的細(xì)胞凋亡關(guān)鍵介質(zhì)絲裂原活化蛋白激酶（P38 MAPK），激活線粒體生物主要調(diào)節(jié)因子過氧化物酶受體-1α（PGC-1α），能夠調(diào)控線粒體電子傳遞鏈復(fù)合物III以抑制mtROS生成，限制氧化應(yīng)激，提高OXPHOS表達(dá)。此外，通過抑制線粒體復(fù)合物I激活A(yù)MP活化蛋白激酶（AMPK）以加快三羧酸循環(huán)，能夠提高OXPHOS和有氧糖酵解能量代謝，減弱肌成纖維細(xì)胞重編程，阻止肺纖維化進(jìn)展[10]。莫麗莎[11]對(duì)IPF模型大鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)溫肺化纖湯通過啟動(dòng)AMPK、SIRT1調(diào)節(jié)因子，激活PGC-1α細(xì)胞代謝和抗氧化調(diào)節(jié)系統(tǒng)，提高線粒體MMP，恢復(fù)線粒體細(xì)胞代謝功能，增強(qiáng)OXPHOS代謝水平，延緩IPF的發(fā)生。進(jìn)一步研究[12]發(fā)現(xiàn)，溫肺化纖湯可以改善氧化應(yīng)激狀態(tài)下的有氧酵解，顯著上調(diào)糖酵解HK2（己糖激酶2）、PKM2（丙酮酸相關(guān)激酶M2）相關(guān)蛋白酶表達(dá)，提高有氧酵解過程中葡萄糖攝取率和乳酸水平，恢復(fù)ATP釋放及細(xì)胞代謝功能，抑制間充質(zhì)干細(xì)胞（LMSCs）過度氧化損傷，減少細(xì)胞凋亡。

2 調(diào)控線粒體膜通透性

核因子E2相關(guān)因子2（NRF2）是一種抗氧化、抗細(xì)胞凋亡相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子，通常與細(xì)胞質(zhì)中的負(fù)調(diào)節(jié)因子Keap1結(jié)合并通過泛素蛋白酶體系統(tǒng)組成型降解[13]。在氧化應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，Nrf2從Keap1釋放并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中以促進(jìn)抗氧化反應(yīng)元件 （ARE）反應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄，受ARE的影響，細(xì)胞內(nèi)血紅素水平受限，血紅素加氧酶-1（HO-1）被分解為強(qiáng)抗氧化性的膽紅素[14]。膽紅素是調(diào)節(jié)抗氧化酶轉(zhuǎn)錄和線粒體動(dòng)力學(xué)的重要調(diào)節(jié)劑，能夠促進(jìn)胱氨酸的攝取和內(nèi)源性抗氧化劑谷胱甘肽（GSH）代謝，能夠增強(qiáng)氧化應(yīng)激抵抗力[15]。阻斷NRF2信號(hào)途徑催生大量ROS活性，引發(fā)線粒體磷脂雙分子層自由基遭到攻擊，導(dǎo)致線粒體膜去極化和線粒體膜電位（MMP）丟失，有助于線粒體參與的細(xì)胞凋亡[16]。張喆等人[17]研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)陽還五湯可促使Nrf2細(xì)胞核轉(zhuǎn)移并激活HO-1表達(dá)，抑制下游因子血清丙二醛（MDA），上調(diào)超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、過氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶表達(dá)，限制氧自由基產(chǎn)生，有效抑制氧化應(yīng)激，提高線粒體膜通透性，改善大鼠氧化損傷和細(xì)胞凋亡，增強(qiáng)抗纖維化敏感性，緩解IPF的作用。Yung等人[18]通過反式肉桂醛（tCA）對(duì)IPF倉(cāng)鼠研究影響，發(fā)現(xiàn)tCA激活Nrf2介導(dǎo)的HO-1極大減少了ROS的產(chǎn)生，抑制氧化應(yīng)激，提高線粒體膜通透性，上調(diào)線粒體MMP和抑制細(xì)胞色素C的釋放，有助于保護(hù)線粒體功能，恢復(fù)抗凋亡因子Bcl-2并下調(diào)促凋亡因子Bax、半胱天冬酶3（caspase3）和半胱天冬酶9（caspase9），達(dá)到阻斷肺泡上皮胞凋亡，有效治療IPF。

抑制炎癥因子釋放

IPF的一個(gè)重要特征是肺泡上皮細(xì)胞和肺實(shí)質(zhì)性損傷，不可避免產(chǎn)生炎癥反應(yīng)和廣泛性纖維化增生[19]。核因子κB（NF-κB）是轉(zhuǎn)錄因子家族中氧化還原高度敏感的重要一員，具有炎癥、細(xì)胞分化及存活作用[20]。經(jīng)典的NF-κB途徑通常由促炎性細(xì)胞腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白介素1β（IL-1β）誘導(dǎo)[21]，ROS作為TNF-α及IL-1β的上游因子，能夠直接或間接激活其表達(dá)[22-23]。TNF-α激活途徑[24]往往需要與TNF-α1受體結(jié)合，a釋放TNF-α相關(guān)死亡域蛋白（TRADD蛋白）。IL-1β與血漿IL-1R1受體結(jié)合，誘導(dǎo)髓系分化因子88（MyD88）效應(yīng)蛋白募集TNF受體相關(guān)因子6（TRAF6）[25]。MyD88效應(yīng)蛋白活化需要Toll樣受體4（TLR4）參與，已知TLR4的激活通過增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生而引起氧化應(yīng)激[26]。彭艷芳等人研究[27-28]中發(fā)現(xiàn)，紫檀芪通過降低ROS水平調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激，上調(diào)GSH、SOD和總抗氧化能力（T-AOC）水平，提高抗氧化能力，下調(diào)肺組織中TLR4表達(dá)，抑制炎癥因子TNF-α、IL-1β、NF-κB p65等表達(dá)，阻止NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)，調(diào)控TGF-β1對(duì)Smad2和Smad3磷酸化，防止肺成纖維細(xì)胞過度分化。李楠楠[29]發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷IV能夠提高肺組織中抗氧化劑GSH-px、SOD表達(dá)，顯著降低高水平的ROS，下調(diào)炎癥相關(guān)因子TNF-α、IL-1β、IL-6，阻止炎癥級(jí)聯(lián)刺激，阻斷TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)，抑制Smad2和Smad3磷酸化，減少成纖維細(xì)胞募集及肌成纖維細(xì)胞分化，減輕肺組織纖維化程度。

IKKg復(fù)合物和TRAF6均參與了激活I(lǐng)κB激酶（IKK）及磷酸化相關(guān)復(fù)合物（IKKα、IKKβ、IKKγ）過程，進(jìn)一步轉(zhuǎn)運(yùn)至蛋白-蛋白酶體系統(tǒng)降解IκB分子，釋放NF-κB p65因子進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，完成激活靶基因轉(zhuǎn)錄[30]。NF-κB炎癥因子釋放后，受制于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1（TGF-β1）的成纖維細(xì)胞產(chǎn)生異常損傷及修復(fù)，激活TGF-β1受體并促使Smad2和Smad3磷酸化，啟動(dòng)與纖維化相關(guān)的轉(zhuǎn)錄機(jī)制[31]。Ok-joo等人[32]發(fā)現(xiàn)，槲皮素通過下調(diào)肺泡上皮細(xì)胞中NADPH氧化酶，減少LPS誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)ROS產(chǎn)生水平，降低炎癥細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β對(duì)NF-κB誘導(dǎo)，抑制IκB降解及NF-κB因子移位至細(xì)胞核，減輕氧化應(yīng)激對(duì)肺泡上皮細(xì)胞的炎癥損傷，提高大鼠抗肺纖維化能力。劉娜等人[33]研究中，當(dāng)歸補(bǔ)血湯通過調(diào)控的酪氨酸磷酸化，降低氧自由基的產(chǎn)生，能夠阻止細(xì)胞中的信號(hào)傳導(dǎo)，抑制NF-κB信號(hào)通路并下調(diào)下游因子錳超氧化物歧化酶（MnSOD）表達(dá)，減輕氧化損傷，促使抗氧化劑GSH-Px及CAT大量產(chǎn)生，消耗脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA和多余的H2O2，恢復(fù)機(jī)體抗氧化能力，抑制細(xì)胞過度凋亡，改善肺纖維化。

抵抗脂質(zhì)過氧化

線粒體膜中含有較多不飽和脂肪酸，在OH·及ROS自由基攻擊中最先受到破壞引起脂質(zhì)過氧化[34]。谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）是一種直接參與抵制磷脂過氧化過程的抗氧化酶，具有保護(hù)細(xì)胞損傷和抗脂質(zhì)過氧化功能[35]。GSH是GPX4的必要輔助因子，其產(chǎn)生主要依靠胱氨酸-谷氨酸逆轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（SLC7A11）活性[36]，GPX4缺失導(dǎo)致以脂質(zhì)過氧化物積累為主要特征的鐵死亡[37]。研究表明，GPX4、脂質(zhì)過氧化、鐵死亡共同參與了氧化應(yīng)激下的肺纖維化進(jìn)程[38]。GSH耗竭和GPX4失活，能夠降低清除氧自由基能力，促使H2O2與Fe2+發(fā)生Fenton強(qiáng)氧化反應(yīng)[39]，催生脂質(zhì)ROS和羥基自由基大量積累，上調(diào)不飽和脂肪酸羥基十八碳二烯酸（HODE）及羥基二十碳四烯酸（HETE）水平，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)并抑制無毒脂肪醇分解，促使脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物四羥基壬烯（4-HNE）及MDA過度增加，導(dǎo)致鐵死亡發(fā)生，刺激肺成纖維細(xì)胞分化，有助于IPF的發(fā)生[40-41]。陳悅琪等人[42]研究發(fā)現(xiàn)，安五脂素能夠通過促進(jìn)GSH合成提高GPX4抗氧化活性，有效上調(diào)SOD、GSH-Px、過氧化氫酶（CAT）等抗氧化劑表達(dá)，限制ROS的過度產(chǎn)生，提高SLC7A11和轉(zhuǎn)鐵蛋白（TF）表達(dá)，抑制脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA生成，阻止脂質(zhì)過氧化和鐵死亡。李琦[43]發(fā)現(xiàn)異甘草素能夠通過提高GPX4活性，抑制Fe2+發(fā)生Fenton反應(yīng)激活氧化應(yīng)激機(jī)制，提高抗脂質(zhì)過氧化能力，保護(hù)肺泡上皮細(xì)胞完整性，下調(diào)TGF-β促纖維因子，對(duì)于預(yù)防IPF的進(jìn)展十分重要。Sana Bahri等人[44]研究發(fā)現(xiàn)，百里香提取物對(duì)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的IPF大鼠有明顯改善作用，降低氧自由基對(duì)細(xì)胞的毒性作用，抑制不飽和脂肪酸分解MDA以保護(hù)細(xì)胞膜。此外，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)藥物對(duì)肝腎功能影響中發(fā)現(xiàn)，百里香提取物對(duì)肝腎組織不會(huì)造成明顯損傷及紊亂，對(duì)于臨床上肝腎功能受損的IPF患者提供了新的選擇。Ridha Ben等人[45]對(duì)BLM誘導(dǎo)的肺纖維化大鼠實(shí)驗(yàn)中，丹參提取物中含有較強(qiáng)抗氧化性的酚類化合物，極大提高SOD、CAT抗氧化能力，有效清除氧自由基和脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA，HE染色中肺損傷、細(xì)胞膠原沉積及炎癥浸潤(rùn)減少，大鼠食欲增強(qiáng)，體重顯著增加，纖維化程度得到改善，有效減少氧化應(yīng)激對(duì)肺組織纖維化損傷。

問題與展望

肺纖維化具體發(fā)病機(jī)制仍未揭示，氧化應(yīng)激作為與肺纖維化密不可分的調(diào)控機(jī)制，通過線粒體功能障礙、炎癥、脂質(zhì)過氧化作用參與到抗氧化失衡有關(guān)的肺泡上皮細(xì)胞凋亡及膠原沉積中，最終進(jìn)展為特發(fā)性肺纖維化。目前，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療IPF藥物有限，作用靶點(diǎn)單一，不良反應(yīng)明顯。而中醫(yī)理論強(qiáng)調(diào)整體觀念，往往在調(diào)控作用中形成多靶點(diǎn)，多方向治療的特點(diǎn)。但關(guān)于IPF的研究仍為缺乏：①氧化應(yīng)激對(duì)肺纖維化的具體機(jī)制仍不明確，在治療過程中缺乏藥物精準(zhǔn)靶向調(diào)控。②中藥復(fù)方在機(jī)制調(diào)控中經(jīng)常發(fā)揮多靶點(diǎn)、多途徑等特點(diǎn)，但關(guān)于肺纖維化的中藥復(fù)方基礎(chǔ)研究數(shù)量有限，存在劑量把控及藥物變量影響療效等困難，具體作用成分難以明確，缺乏深入推廣的依據(jù)。③中藥單體或有效成分作用范圍局限，但有效成分及靶點(diǎn)調(diào)控準(zhǔn)確，或許成為IPF的主要基礎(chǔ)研究方向。④目前臨床研究中尋求治療IPF的數(shù)據(jù)仍然不足，缺乏可靠的臨床依據(jù)。為此，還需中醫(yī)藥更進(jìn)一步深入研究，為IPF治療提供更為客觀的循證依據(jù)。