谷胱甘肽抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)進(jìn)展*

張成國，孫國祥，楊 曉，李 敏，楊修亮

（山東金城生物藥業(yè)有限公司，山東 淄博 255188）

谷胱甘肽（glutathione，GSH）是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的小分子三肽，分子量307.3[1]（圖1）。1921年被諾貝爾獎得主，英國皇家學(xué)會會長霍普金斯（Frederick G，Hopkins）發(fā)現(xiàn)。

谷胱甘肽是天然存在于體內(nèi)的內(nèi)源性物質(zhì)，廣泛分布于人的肝、脾、腎、肺等器官組織和細(xì)胞（圖2），GSH 的主要特點(diǎn)是具有游離的巰基，因此具有很強(qiáng)的供電子或質(zhì)子氫的能力，參與體內(nèi)氧化還原過程，組成機(jī)體的抗氧化系統(tǒng)，清除各種過氧化和自由基[2]。GSH 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了其可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞增生和基因表達(dá)速率[3]等，在生物體內(nèi)發(fā)揮重要的生理功能，因此作為藥物被廣泛利用于臨床醫(yī)藥等相關(guān)領(lǐng)域[4-7]。例如，病毒性肝損傷、化學(xué)性肝損傷、腎損傷、各種低氧血癥、嚴(yán)重呼吸窘迫綜合癥等疾病。

本文對谷胱甘肽參與調(diào)控人體免疫系統(tǒng)，既可以增強(qiáng)人體免疫力，又可以通過抑制氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)，從而抑制由此引發(fā)的過度免疫反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行分析。此次新冠肺炎造成重癥患者死亡的一個主要原因是COVID-19 感染肺泡細(xì)胞、肝細(xì)胞帶來免疫因子風(fēng)暴，造成低氧血癥、呼吸窘迫綜合癥等并發(fā)癥。本文也就谷胱甘肽對治療新冠肺炎的可能性提出假設(shè)和推論。

圖1 GSH 的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

圖2 谷胱甘肽人體分布圖

1 谷胱甘肽抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)及對免疫系統(tǒng)的作用

1.1 谷胱甘肽對免疫系統(tǒng)的作用

免疫系統(tǒng)是人體抵御所有病毒感染和健康威脅的第一道防線。人體的免疫系統(tǒng)非常復(fù)雜，主要通過淋巴細(xì)胞自動甄別、篩查和攻擊對人體有害的微生物、過敏原、癌細(xì)胞和移植的組織等。淋巴細(xì)胞體型較小，但結(jié)構(gòu)精細(xì)，可以通過特定的免疫反應(yīng)來消除病原體。B 淋巴細(xì)胞會甄別、標(biāo)記病原體；被標(biāo)記后的病原體會成為T 淋巴細(xì)胞的攻擊目標(biāo)。輔助性T 細(xì)胞會誘發(fā)免疫細(xì)胞加入戰(zhàn)斗，殺手T 細(xì)胞會破壞這些病原體，當(dāng)病原體被全部消滅后，抑制性T 細(xì)胞會誘導(dǎo)停止免疫反應(yīng)。

在淋巴細(xì)胞攻擊病原體時會釋放出強(qiáng)氧化性化學(xué)物質(zhì)，如過氧化物等，GSH 會中和此類強(qiáng)氧化性化學(xué)物質(zhì)，從而保護(hù)淋巴細(xì)胞不受損傷。同時淋巴細(xì)胞也不斷地進(jìn)行自我復(fù)制，吸收氧氣生成氧化物，抵御多種病原體的侵害。在此過程中需要更多的GSH 來中和這些生產(chǎn)的氧化物，提升淋巴細(xì)胞的抵御力，保護(hù)淋巴細(xì)胞的健康。綜上所述，在免疫系統(tǒng)消滅病原體的過程中，有兩種途徑需要消耗GSH，一種是需要GSH 來中和自由基，一種是需要GSH 來促進(jìn)免疫細(xì)胞的增長。

在相似的研究中也發(fā)現(xiàn)，提升GSH 的含量能夠提升免疫系統(tǒng)抵御這類感染的能力。Dr. Bounous[8]及其麥吉爾大學(xué)的團(tuán)隊(duì)開展了一項(xiàng)研究，觀察喂食富含GSH 前驅(qū)物的ABD 活性因子對實(shí)驗(yàn)動物免疫力的影響。研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)動物細(xì)胞內(nèi)GSH 的含量有所提升，對外來物質(zhì)的免疫反應(yīng)也有所增強(qiáng)。有趣的是，在喂食富含酪蛋白的對照組中并未發(fā)現(xiàn)同樣的結(jié)果。由此發(fā)現(xiàn)，GSH 對免疫系統(tǒng)有兩方面的保護(hù)作用，一是提升免疫細(xì)胞的活性，二是在細(xì)胞內(nèi)作為一種抗氧化劑發(fā)揮作用。

免疫系統(tǒng)通過多種細(xì)胞來抵御感染和其它健康威脅，這些細(xì)胞的健康生長和活性取決于GSH 的含量。谷胱甘肽（GSH）是所有免疫功能的核心，提升和維持谷胱甘肽的含量能夠?qū)⑦@些疾病對身體的損害降到最低。

1.2 提高人體抗氧化能力

人體每天都會產(chǎn)生大量的自由基，環(huán)境因素也會促進(jìn)人體生成自由基。自由基氧化能力極強(qiáng)，適量的自由基是人體的衛(wèi)士，可殺滅細(xì)菌、病毒，分解毒物；但過量的自由基卻會氧化人體正常物質(zhì)，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，促使細(xì)胞惡變。

05 對我們來說，重要的是在中國維持一個可持續(xù)的高增長。中國市場還有很大發(fā)展?jié)摿Γ覀冃枰粩嗉訌?qiáng)同中國的商業(yè)聯(lián)系，鞏固我們在中國的領(lǐng)先地位。

雖然哮喘、肺炎、支氣管炎等呼吸系統(tǒng)疾病的病因復(fù)雜，但是自由基等活性氧對組織和細(xì)胞的損傷，以此造成的持續(xù)炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激是呼吸系統(tǒng)疾病的主要致病機(jī)制[9-11]。谷胱甘肽作為一種抗氧化劑，由于本身含有巰基（-SH），易受氧化，能夠快速有效清除掉人體內(nèi)的自由基。因此在人體免疫系統(tǒng)中，谷胱甘肽可以通過自身氧化，來保護(hù)體內(nèi)更多蛋白質(zhì)和酶等分子中的巰基不被自由基等有害物質(zhì)氧化，使它們能更好地發(fā)揮其生理功能。

人體中氧化劑過多或者抗氧化劑減少，均會導(dǎo)致機(jī)體氧化/抗氧化失衡。氧化過激能夠直接損傷生物大分子，引起炎癥因子基因表達(dá)與合成釋放造成炎癥損傷，直至細(xì)胞凋亡。隨著1987 年Cantin[12]等首次發(fā)表了關(guān)于肺纖維化中氧化應(yīng)激的研究報告，越多越多的學(xué)者開始探索肺纖維化氧化損傷發(fā)病機(jī)制。研究表明糾正氧化/抗氧化失衡，升高血和肺組織中GSH 水平，能減輕氧化損傷導(dǎo)致的肺纖維化程度。

在一些損傷因素的作用下，人體內(nèi)會被誘導(dǎo)產(chǎn)生大量自由基的堆積，細(xì)胞中抗氧化保護(hù)機(jī)制不足時，也會使活性氧產(chǎn)生堆積并對細(xì)胞產(chǎn)生毒性，從而形成氧化和抗氧化的不平衡狀態(tài)，醫(yī)學(xué)上稱這種狀態(tài)為氧化應(yīng)激。而藥物阿拓莫蘭（主要成分為還原型谷胱甘肽，GSH）具有抗氧化、中和自由基功能，能抑制過氧化損傷作用[13]。也有研究表明生物體內(nèi)的氧化代謝會產(chǎn)生少量的自由基，體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)需要及時中和以維持自由基的代謝平衡。谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）是生物機(jī)體內(nèi)重要的抗氧化酶之一，它可以消除機(jī)體內(nèi)的過氧化氫及脂質(zhì)過氧化物，阻斷活性氧自由基對機(jī)體的進(jìn)一步損傷，是生物體內(nèi)重要的活性氧自由基清除劑[14]。

因此谷胱甘肽作為天然存在于人體細(xì)胞內(nèi)抗氧化系統(tǒng)中含量最多和最重要的物質(zhì)，當(dāng)之無愧成為人體清除自由基的主力軍，是“超級抗氧化劑”[15]。

圖3 GSH：一個非常有效的抗氧化劑

1.3 調(diào)控炎癥反應(yīng)機(jī)制

炎癥反應(yīng)是機(jī)體響應(yīng)細(xì)菌、病毒、化學(xué)因子以及壞死組織等損傷因子所發(fā)生的防御反應(yīng)。炎癥因子可以調(diào)控炎癥反應(yīng)的發(fā)生、發(fā)展以及損傷組織的修復(fù)[16]，調(diào)控炎癥因子的表達(dá)是調(diào)控炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵步驟[17]，炎癥因子的表達(dá)失調(diào)與過敏、慢性炎癥、自身免疫疾病以及癌癥密切相關(guān)[18-19]。

在對炎癥因子的調(diào)控中，一氧化氮（Nitric Oxide，NO）的合成具有重要作用。利用NO 調(diào)控炎癥因子的表達(dá)已被廣泛用于調(diào)控炎癥反應(yīng)的進(jìn)程[20-22]。亞硝基化谷胱甘肽還原酶（S- nitrosoglutathione reductase，GSNOR）是體內(nèi)NO 信號通路代謝調(diào)控的關(guān)鍵蛋白[23]。NO 信號通路受NOS（一氧化氮合成酶 NOS）和GSNOR 的雙重調(diào)控，NOS 合成NO，增強(qiáng)體內(nèi)的NO 信號，而GSNOR 代謝體內(nèi)的亞硝基谷胱甘肽（GSNO），下調(diào)NO 信號[24-25]，過度降低GSNOR 會破壞了NO 的內(nèi)平衡，導(dǎo)致心臟、血管、呼吸道、肝臟等多個組織和器官中NO 信號的失調(diào)，影響機(jī)體的正常功能[26-29]。因此GSNOR 被認(rèn)為是一個新的重要炎癥調(diào)控分子，臨床醫(yī)學(xué)上通過降低GSNOR 水平促進(jìn)炎癥反應(yīng)發(fā)生，通過上調(diào)GSNOR 水平抑制過度炎癥反應(yīng)的發(fā)生。這其中，細(xì)胞內(nèi)還原性谷胱甘肽的水平再次扮演了調(diào)控炎癥反應(yīng)的重要角色。

人體免疫系統(tǒng)中的巨噬細(xì)胞也是通過上調(diào)iNOS（誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶）和下調(diào)GSNOR 共同增強(qiáng)免疫炎癥反應(yīng)[30]，反之則降低過度的炎癥反應(yīng)以免損傷免疫細(xì)胞以及正常的組織，減少慢性炎癥等免疫系統(tǒng)相關(guān)疾病的發(fā)生。

1.4 治療自身免疫性疾病

正常情況下，人體內(nèi)存在的有效抗氧化防御體系使自由基的產(chǎn)生與清除保持動態(tài)平衡。當(dāng)自由基過度產(chǎn)生或集體的抗氧化防御體系功能受損時，機(jī)體將處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，從而導(dǎo)致組織細(xì)胞損傷[31]。

王仲臣等認(rèn)為GSH 對慢性乙型肝炎（Chronic Hepatitis B，CHB）患者的肝纖維化和免疫功能具有重要的影響。GSH 是含有巰基的三肽類化合物，在人體內(nèi)對生物氧化還原系統(tǒng)具有活化作用，起到清除自由基作用，可有效改善CHB 患者的肝功能損傷，具有較好的抗肝纖維化效果，因此可有效提高患者免疫功能及生活質(zhì)量[32]。

同時，谷胱甘肽氧化還原系統(tǒng)包括還原型谷胱甘肽、氧化型谷胱甘肽（GSSG）、谷胱甘肽氧化酶和谷胱甘肽還原酶，具有對抗氧自由基、保護(hù)肺組織免受氧化損傷作用，被稱為組織抗氧化系統(tǒng)。近年來研究表明該系統(tǒng)功能降低或氧自由基生成增多，可使機(jī)體發(fā)生一系列有害氧化反應(yīng)。因此有關(guān)谷胱甘肽與呼吸系疾病關(guān)系的研究得到愈來愈多的重視，并不斷取得進(jìn)展。何權(quán)瀛也認(rèn)為谷胱甘肽與呼吸系統(tǒng)的疾病也有重要關(guān)系[36]。

通過測定系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE）患者血清中總抗氧化能力（T-AOC）、丙二醛（MDA）、還原型谷胱甘肽（GSH）和谷氨酰胺（GLN）的含量，分析得出SLE 患者體內(nèi)氧化水平明顯升高，抗氧化能力顯著降低。研究發(fā)現(xiàn)[34]，SLE患者血清GSH 含量與正常對照組無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，而GLN含量顯著低于正常對照組，表明GLN 為合成、補(bǔ)充過氧化狀態(tài)下被消耗的GSH 提供了原料，因此及時補(bǔ)充外源性GLN 和GSH 可以增強(qiáng)機(jī)體抗氧化能力[35]。

2 谷胱甘肽對人體的其它作用

谷胱甘肽在人體中是一種重要的抗氧化劑，具有清除自由基、增強(qiáng)抗氧化物酶活性、提高機(jī)體抗氧化防御能力的功能。在急性感染，如急性肺炎中谷胱甘肽的作用非常明顯；在慢性感染，如肝炎或艾滋病中，GSH 的損耗更加明顯。因此臨床上已經(jīng)把谷胱甘肽作為輔助藥物，廣泛用于多種疾病治療。

2.1 有效縮短呼吸機(jī)機(jī)械通氣時間

呼吸機(jī)使用不當(dāng)會引起肺損傷，導(dǎo)致廣泛的肺泡-毛細(xì)血管膜損傷，肺泡炎性浸潤，并伴有炎性因子釋放等一系列肺損傷改變[37]。研究表明[39]，還原型谷胱甘肽因具有抗炎、抗氧化作用，可抑制IkB（人核因子抑制蛋白）磷酸化，從而減少活化NF-kB（核轉(zhuǎn)錄因子），控制基因轉(zhuǎn)錄，抑制相關(guān)細(xì)胞因子 IL-6（白介素 6）、IL-8、TNF-α（腫瘤壞死因子）的合成。同時通過影響IL-2 受體的表達(dá)，減少其與效應(yīng)細(xì)胞的結(jié)合，促進(jìn)lL-2、IL-6、IL-8（白細(xì)胞介素2/6/8）等在效應(yīng)細(xì)胞中的內(nèi)化及降解，減少效應(yīng)細(xì)胞的活化。達(dá)到縮短機(jī)械通氣時間、縮短住院時間、縮短住ICU的時間，減少效應(yīng)細(xì)胞，如粒細(xì)胞、單核細(xì)胞等的聚集和與靶細(xì)胞的黏附，達(dá)到保護(hù)靶細(xì)胞，延長患者生存時間的作用。

圖4 谷胱甘肽參與氧化還原平衡和機(jī)體免疫應(yīng)答圖表

2.2 抗衰老及預(yù)防疾病

最新發(fā)表的醫(yī)學(xué)研究報告指出，谷胱甘肽有助于促進(jìn)適應(yīng)性免疫系統(tǒng)健康，因此提高谷胱甘肽水平對保持身體健康和預(yù)防疾病非常重要。以下為谷胱甘肽對免疫系統(tǒng)影響的研究成果：

美國印第安那大學(xué)醫(yī)學(xué)院鮑爾奇博士指出谷胱甘肽補(bǔ)充劑可清除體內(nèi)有毒物質(zhì)，恢復(fù)機(jī)體器官正常功能，延緩衰老，在增強(qiáng)免疫系統(tǒng)方面，至今沒有比它更好的方法了。

伍爾夫博士[38]：“德國癌癥研究中心經(jīng)過多項(xiàng)研究得出的結(jié)論是，谷胱甘肽補(bǔ)充劑是有效提高免疫系統(tǒng)功能的產(chǎn)品。它可以克服常見于中老年人的細(xì)胞缺乏癥，這一缺陷明顯影響免疫系統(tǒng)細(xì)胞健康，并導(dǎo)致感染與發(fā)病率上升。因此，老年人更容易從補(bǔ)充谷胱甘肽獲益。此外，也建議年輕人定期補(bǔ)充?！?/p>

Gutman[40]也認(rèn)為雖然只有重癥患者才會嚴(yán)重缺乏GSH，但健康人服用GSH 補(bǔ)充劑可以預(yù)防疾病，對自身健康也有保護(hù)作用。

2.3 抗癌作用

郭澄泓等認(rèn)為GST（谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶）是一個解毒酶，它促進(jìn)GSH 與進(jìn)入生物體的異物結(jié)合。這些異物包括致癌代謝物，大部分可能來自生物體異物被氧化后產(chǎn)生的親電子的，能與生物體中的大分子如蛋白質(zhì)和DNA等反應(yīng)的各種致癌原。GSH 與這些致癌原結(jié)合，最后以硫醇尿酸衍化物形式排出[41]。

賀錫雯等也承認(rèn)GSH 在通過一些酶系抑制脂質(zhì)過氧化作用的啟動或終止脂質(zhì)過氧化的發(fā)展時，盡管只是起到了間接清除作用，但依然可以阻斷新自由基的產(chǎn)生。GSH 的分子特性，各組織細(xì)胞內(nèi)GSH 和GST 的豐富含量以及完整的代謝酶系統(tǒng)，為具有潛在細(xì)胞毒和遺傳毒損害的親電物質(zhì)的解毒提供了一個重要的代謝途徑[42]。

3 對COVID-19 作用的推論

3.1 新冠病毒致死原理

新冠病毒首先與肺泡上皮細(xì)胞的ACE2 結(jié)合，開始攻擊肺部，隨著病情的發(fā)展，病毒還會擴(kuò)散和攻擊其他臟器如脾、淋巴結(jié)、肝、腸等器官也被攻擊，最終引起器官衰竭。致死原因主要是低氧血癥，呼吸窘迫綜合癥及由此引起的并發(fā)癥。

3.2 新冠肺炎早期與低氧血癥

低氧血癥是指血液中含氧不足，動脈血氧分壓（PaO2）低于同齡人的正常下限，主要表現(xiàn)為血氧分壓與血氧飽和度下降。低氧血癥常出現(xiàn)在吸入氣中氧含量過低、肺泡氣體不足、彌散功能障礙和循環(huán)功能障礙。肺泡上皮細(xì)胞內(nèi)襯液里同時含有大量谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px，GPx）及 GSH，GSH-Px 的還原能力依賴于高水平GSH 的存在[43]。

GSH-Px 在還原型輔酶Ⅱ（NADPH）提供質(zhì)子時催化H2O2與 GSH 反應(yīng)，生成 H2O 和 GSSH，GSSH 通過谷胱甘肽循環(huán)被谷胱甘肽還原酶催化生成GSH，可以保證細(xì)胞內(nèi)巰基量不減少。巰基與體內(nèi)的自由基結(jié)合，可直接使自由基還原，使之轉(zhuǎn)化成容易代謝的酸類物質(zhì)從而加速自由基的排泄。對貧血、中毒或組織炎癥造成的全身或局部低氧血癥患者，可減輕細(xì)胞損傷，促進(jìn)修復(fù)[44]。因而谷胱甘肽可以用于對低氧血癥患者進(jìn)行臨床治療，是國家食藥局批準(zhǔn)的谷胱甘肽臨床適應(yīng)癥之一。

3.3 新冠肺炎危重癥與急性呼吸窘迫綜合征

在受到COVID-19 感染的患者中，重癥患者會因?yàn)槎喾N原因發(fā)展成急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS），ARDS 是指嚴(yán)重感染 創(chuàng)傷、休克等肺內(nèi)外襲擊后出現(xiàn)的急性、進(jìn)行性缺氧性呼吸衰竭，以肺泡毛細(xì)血管損傷為主要表現(xiàn)，屬于急性肺損傷（acute lung injury，ALI）的嚴(yán)重階段。其臨床特征呼吸頻速和窘迫，進(jìn)行性低氧血癥，X 線呈現(xiàn)彌漫性肺泡浸潤。谷胱甘肽能夠有效抑制自身免疫的應(yīng)激反應(yīng)，從而保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷。因而我們推論，谷胱甘肽可以抑制呼吸窘迫綜合征，用于對患者進(jìn)行臨床治療。呼吸窘迫綜合征也是國家食藥局批準(zhǔn)的谷胱甘肽臨床適應(yīng)癥之一。

圖5 GSH 解除內(nèi)外源毒物毒性圖圖解

3.4 新冠引起的并發(fā)癥

Lancet Respiratory Medicine 發(fā)表了華中科技大學(xué)和武漢金銀潭醫(yī)院聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究。這項(xiàng)研究對金銀潭醫(yī)院收錄的52 名新冠肺炎危重（critically ill）患者的臨床疾病進(jìn)展和結(jié)果進(jìn)行了研究。研究結(jié)果顯示，年齡更大（>65 歲），并且具有基礎(chǔ)疾病史和急性呼吸窘迫綜合征的患者致死風(fēng)險更大。并且54%的新冠肺炎患者存在著不同程度的肝損傷。谷胱甘肽對治療肝病、呼吸系統(tǒng)病和其他慢性病等都有顯著的療效。

綜上所述，作為內(nèi)源性解毒劑的GSH，能有效清除由于低氧血癥和急性呼吸窘迫癥在人體中產(chǎn)生的各種有害過氧化物質(zhì)和過多的自由基，從而起到抑制自身的免疫系統(tǒng)應(yīng)激反應(yīng)的作用。而且作為一種老藥新用，我們希望谷胱甘肽能早日引起各領(lǐng)域?qū)＜业年P(guān)注，盡早通過臨床試驗(yàn)，為拯救生命贏得寶貴的時間，為疫情防控發(fā)揮作用。