氧化應(yīng)激與急性肺損傷的關(guān)系及研究進(jìn)展＊

吳煒景 劉晨楠 蔡泓藝

急性肺損傷為肺部的一種損傷的類型，主要考慮是因肺泡毛細(xì)血管膜發(fā)生彌漫性的損傷，導(dǎo)致出現(xiàn)了不同程度的肺水腫和肺不張。而在臨床上，則主要以呼吸窘迫和頑固性低氧血癥的綜合征等為相關(guān)的表現(xiàn)，在疾病的進(jìn)一步發(fā)展下，可發(fā)生并成為急性呼吸窘迫綜合征的結(jié)果。而急性肺損傷和急性呼吸窘迫綜合征的主要病理特征均與肺微血管通透性增高的相關(guān)因素有關(guān)，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)以肺泡滲出液中富含蛋白質(zhì)的肺水腫及透明膜形成，并伴有一定程度的肺間質(zhì)纖維化產(chǎn)生。而考慮到引起急性肺損傷的病因很多，主要有敗血癥、嚴(yán)重感染、休克、輸液過量、吸人異物及脂肪栓塞等。有關(guān)急性肺損傷的發(fā)病機(jī)制，目前還不完全明了，近年來，越來越多的研究資料顯示，以過氧化損傷在急性肺損傷中起著非常重要的作用，現(xiàn)將有關(guān)研究進(jìn)展綜述如下。

1 肺損傷

1.1 概念

急性肺損傷（acute lung injury，ALI）和急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）是一種高發(fā)病率、高死亡率的臨床危重癥，其致病因素包括病毒、細(xì)菌等感染性因素及藥物中毒、大量輸血、吸入有害氣體等非感染性因素[1-3]。急性肺損傷迅速導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞彌漫損傷、肺泡上皮細(xì)胞損傷及血管通透性嚴(yán)重增高，造成頑固的低氧血癥，快速進(jìn)展成呼吸衰竭及順應(yīng)性下降的臨床特征[4]。

1.2 新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）致肺損傷的可能機(jī)制

1.2.1 新型冠狀病毒通過S蛋白-ACE2途徑感染細(xì)胞 在呼吸道，肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞血管緊張素轉(zhuǎn)化酶 2（angiotensin converting enzyme 2，ACE2）廣泛表達(dá)于氣管上皮細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞、肺泡單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、支氣管上皮細(xì)胞和支氣管漿液腺[5]。研究表明，其包膜錨定的棘突蛋白進(jìn)入細(xì)胞同樣是與宿主細(xì)胞膜受體結(jié)合，進(jìn)而由宿主細(xì)胞膜介導(dǎo)，損傷肺部細(xì)胞[6]。

1.2.2 炎癥因子風(fēng)暴 炎癥因子風(fēng)暴造成肺部損傷在嚴(yán)重急性呼吸綜合征（severe acute respiratory syndrome，SARS）、中東呼吸綜合征（Middle East respiratory syndrome，MERS）感染后的病理變化中已被證實(shí)為患者死亡的重要原因，本次COVID-19患者在臨床治療中也發(fā)生了炎癥因子風(fēng)暴反應(yīng)[7]。例如，在Huang等[8]研究的41例患者的血漿中，白介素-2（IL-2）、白介素-7（IL-7）、白介素-10（IL-10）、粒細(xì)胞集落刺激因子（G-SCF）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、趨化因子-10（IP-10）等因子均高于正常值。證明COVID-19感染后，病毒可能通過激活核轉(zhuǎn)錄因子，引起特異性炎性細(xì)胞因子和中性粒細(xì)胞募集，造成患者肺部功能衰竭從而死亡[9]。

1.2.3 病理改變 COVID-19被吸入后，由肺泡上皮細(xì)胞和細(xì)支氣管，造成肺泡細(xì)胞和氣道上皮的炎癥[10-11]，從而活化全身巨噬細(xì)胞，釋放細(xì)胞因子，導(dǎo)致肺組織大量中性粒細(xì)胞浸潤，血管通透性增加，富含蛋白質(zhì)的液體滲出，形成透明膜，肺泡內(nèi)蛋白質(zhì)液體積聚可進(jìn)一步加重毛細(xì)血管內(nèi)皮損傷[12-13]。炎癥可繼續(xù)進(jìn)展，氣道上皮和肺泡發(fā)生潰瘍，甚至出現(xiàn)肺實(shí)變，病變由ALI發(fā)展成ARDS。

2 氧化應(yīng)激與ALI/ARDS之間的關(guān)系

2.1 氧化應(yīng)激可引發(fā)ALI/ARDS

氧化和抗氧化是存在于機(jī)體內(nèi)既相互依存又相互制約的兩大系統(tǒng)，若二者出現(xiàn)失衡，即氧化系統(tǒng)增強(qiáng)或抗氧化系統(tǒng)減弱，則出現(xiàn)氧化應(yīng)激[14]。氧化系統(tǒng)主要是活性氧族（reactive oxygen species，ROS）和活性氮族（reactive nitrogen species，RNS）等活性自由基。氧化應(yīng)激過程中ROS增多，體內(nèi)抗氧化能力相對減弱是機(jī)體處于過度氧化的狀態(tài)中。有研究表明內(nèi)毒素脂多糖等損傷性因素造成的“呼吸爆發(fā)”可產(chǎn)生大量的ROS，而ROS可以進(jìn)一步激活多形核白細(xì)胞（PMN）加重肺損傷。

2.2 氧化應(yīng)激引起急性肺損傷的機(jī)制

2.2.1 脂質(zhì)過氧化 細(xì)胞代謝中產(chǎn)生ROS與一些脂質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生過氧化產(chǎn)物的過程即為脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，其產(chǎn)物包括4-羥基壬烯酸、丙二醛（MDA）等。脂質(zhì)過氧化可以損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞和肺泡上皮細(xì)胞。

2.2.2 引起肺水腫 肺水腫在急性肺損傷的演進(jìn)過程中起重要作用。氧化應(yīng)激產(chǎn)生的ROS刺激肺組織，血液中誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）的活性升高，產(chǎn)生過量的一氧化氮（NO）。當(dāng)肺部組織產(chǎn)生大量NO時(shí)，肺部血管舒張，血供增加，支氣管動(dòng)脈擴(kuò)張，血液直接經(jīng)支氣管-肺血管吻合支流入肺，最終形成肺水腫。

2.2.3 脫氧核糖核酸（DNA）損傷 ROS可以損傷細(xì)胞的DNA，比如引起DNA點(diǎn)突變、DNA斷裂等。線粒體DNA和線粒體膜容易受到氧化呼吸鏈產(chǎn)生的過量ROS攻擊，線粒體結(jié)構(gòu)被破壞，線粒體產(chǎn)生腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）不足，細(xì)胞能量供應(yīng)不足，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡、壞死。

3 ALI/ARDS目前治療的研究進(jìn)展

3.1 化學(xué)物質(zhì)對ALI/ARDS治療的研究進(jìn)展

近年來，通過化學(xué)物質(zhì)治療急性肺損傷的研究日趨增多。一些化學(xué)物質(zhì)可以通過減少氧化產(chǎn)物的量或增加抗氧化酶的活性來減輕肺損傷。

3.1.1 抑制細(xì)胞通路 Nrf2是含有一種與氧化應(yīng)激密切相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，屬于CNC-bZIP（Cap‘n’collar basic-region leucine zipper）轉(zhuǎn)錄因子家族，有較強(qiáng)的細(xì)胞防御和保護(hù)作用。生理?xiàng)l件下，Nrf2與KELCH樣ECH相關(guān)蛋白1（Keap1）形成的復(fù)合物存在于細(xì)胞質(zhì)中。氧化應(yīng)激狀態(tài)下，Nrf2通過磷酸化從Keap1蛋白上解離出來并結(jié)合ARE序列，啟動(dòng)下游抗氧化基因與解毒酶的轉(zhuǎn)錄翻譯，進(jìn)而削弱氧化應(yīng)激的作用[15]。HO-1/CO信號(hào)通路對內(nèi)毒素性ALI大鼠發(fā)揮內(nèi)源性保護(hù)作用，可能是通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的方式。多酚類化合物白藜蘆醇（resveratrol，RES）具有抗自由基、抗氧化作用，主要存在于桑椹、虎杖、花生、葡萄等植物。研究發(fā)現(xiàn)，在脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的ALI小鼠模型中，白藜蘆醇一方面可以增加超氧化物歧化酶（SOD），加強(qiáng)抗氧化作用，降低抗髓過氧化物酶抗體（MPO）等氧化應(yīng)激產(chǎn)物；另一方面可降低血清中IL-6和TNF-α含量，控制炎癥反應(yīng)水平，起到了保護(hù)作用[16]。低濃度富氫液能保護(hù)膿毒癥相關(guān)損傷，其機(jī)制可能是通過降低水通道的表達(dá)水平，或是通過激活Nrf2/HO-1通路，從而緩解膿毒癥相關(guān)性肺損傷。研究表明，姜油酮可通過抗氧化、抗炎作用減緩放療引起的肺纖維化，從而保護(hù)肺損傷[17]。可抑制LPS誘導(dǎo)的IL-6、TNF-α、IL-1β分泌，阻斷ALI病理進(jìn)程?？纱龠M(jìn)ALI小鼠Nrf2信號(hào)通路激活，從而抑制核轉(zhuǎn)錄因子-κB（NF-κB）信號(hào)通路的激活，減輕LPS誘導(dǎo)的全身性炎癥。可使ALI小鼠血清中的MDA含量降低，SOD含量升高，從而抑制氧化應(yīng)激[18]。研究發(fā)現(xiàn)，水仙堿可以通過抑制細(xì)胞凋亡、過度炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激保護(hù)肺損傷，其機(jī)制是施加NF-κB核易位，激活toll樣受體4（TLR4）/NF-κB/環(huán)氧酶（Cox）信號(hào)通路[19]。水仙堿抑制ROS、乳酸脫氫酶（LDH）、MPO的水平，增強(qiáng)SOD水平，減輕了新生ALI大鼠肺組織的氧化應(yīng)激狀態(tài)，保護(hù)肺損傷。因此，水仙堿被認(rèn)為可能是臨床治療ALI的一種有效新藥。這些研究都為急性肺損傷氧化應(yīng)激方面的治療提供理論依據(jù)及思路，但其具體機(jī)制有待進(jìn)一步探索。

3.1.2 抑制線粒體分裂 研究表明，線粒體動(dòng)力學(xué)異常在LPS誘導(dǎo)的ALI起關(guān)鍵作用，可以利用干/濕比檢測特異性抑制劑-1（Mdivi-1）抑制線粒體分裂，從而改善ALI。LPS可激活iNOS，而Mdivi-1可降低iNOS蛋白水平。此外，LPS顯著激活絲裂素活化蛋白激酶（MAPKs）（p38、ERK和JNK）通路，Mdivi-1顯著抑制這些蛋白的磷酸化。同時(shí)，Mdivi-1還可以促進(jìn)Caspase-3的裂解，抑制細(xì)胞凋亡。此外，Mdivi-1處理顯著降低肺組織中MDA積累和SOD消耗。LPS誘導(dǎo)線粒體動(dòng)力相關(guān)蛋白（Drp1）蛋白的Ser616位點(diǎn)顯著磷酸化，Ser637位點(diǎn)去磷酸化，Drp1蛋白從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)位到線粒體，而Mdivi-1抑制了這些作用。因此，改變裂變來重建線粒體穩(wěn)態(tài)可能為ALI治療策略提供一個(gè)創(chuàng)新機(jī)會(huì)[20]。

3.2 ALI/ARDS治療的最新進(jìn)展

3.2.1 星狀神經(jīng)節(jié)阻滯（SGB） 星狀神經(jīng)節(jié)是支配汗腺、毛細(xì)血管平滑肌等的交感神經(jīng)纖維。在星狀神經(jīng)節(jié)盲探阻滯的過程中易出現(xiàn)氣胸、神經(jīng)損傷、局麻藥中毒等并發(fā)癥。研究表明SGB抗氧化作用的機(jī)制是提高超氧化物歧化酶活性，通過超氧化物歧化酶的抗氧化作用對抗氧化應(yīng)激反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)機(jī)械通氣兔血漿內(nèi)MDA濃度降低證明了該觀點(diǎn)。

3.2.2 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療（MSCs） 近年來，科學(xué)家們逐漸意識(shí)到MSCs在治療ALI/ARDS上發(fā)揮的重要作用。MSCs在ARDS發(fā)生時(shí)有效保護(hù)肺臟以及減輕肺部損傷，提高ALI動(dòng)物模型存活率等方面都發(fā)揮了重要作用。MSCs分泌的生長因子、趨化因子、免疫調(diào)節(jié)因子及多種細(xì)胞因子可以調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，減少炎癥傳播，修復(fù)內(nèi)上皮細(xì)胞，MSCs還有多向分化潛能及自我更新能力，能夠減輕肺水腫，使得肺功能得到恢復(fù)[21]。目前仍需要進(jìn)行進(jìn)一步的測試來確定MSCs對ARDS、急性腦損傷和敗血癥的潛在治療作用，評估MSCs對這些患者的潛在治療效果需要更多的臨床試驗(yàn)，但仍缺乏食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）的許可及足夠的資金支持，因此在臨床上MSCs未能得到普遍運(yùn)用[22]。

3.2.3 中醫(yī)藥的抗氧化治療 近年來，中醫(yī)在抗氧化治療方面有著不小的進(jìn)展。尤其是在中醫(yī)藥及針灸方面上對肺纖維化的抗氧化治療有了更深一步的研究。例如在單味中藥及其衍生物通過調(diào)節(jié)肺纖維化大鼠中NO、SOD、MDA水平，減輕自由基的損傷，提高機(jī)體抗氧化能力，從而起到保護(hù)肺組織的作用；其中紅花作為是安全有效的抗肺纖維化藥物，能明顯減少肺組織羥脯胺酸含量，在抗肺組織纖維化中發(fā)揮明顯療效，是一種活血類中藥[23]。還有研究表明地龍能夠干預(yù)氧化和抗氧化的失衡，其正是以Nrf2通路減少氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而保護(hù)肺組織[24]。

姜黃素可以對肺組織起到一定的保護(hù)作用。肺組織中氧化物酶體增殖物激活受體和血紅素加氧酶1的活性對肺功能起到影響作用。姜黃素正是通過抑制炎癥介質(zhì)的分泌[25]，上調(diào)兩種酶的活性，改善肺組織功能。同時(shí)研究表明：姜黃素及其類似物對ALI模型的炎癥反應(yīng)有著明顯的緩解作用，很有可能成為ALI的新型治療藥物[26]。丁香提取物丁香酚也同樣具有抗炎、抗氧化作用。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)丁香酚能抑制氧化損傷及炎癥因子釋放，顯著改善ALI小鼠的肺功能[27]。

3.2.4 內(nèi)皮祖細(xì)胞治療 由于肺實(shí)質(zhì)細(xì)胞中內(nèi)皮細(xì)胞占到50%，內(nèi)皮屏障受到破壞會(huì)釋放炎癥因子、激活促凝途徑、白細(xì)胞浸潤并引起肺組織水腫，進(jìn)一步加重肺損傷[28]。而研究顯示，內(nèi)皮祖細(xì)胞能夠分化成內(nèi)皮細(xì)胞保證內(nèi)皮屏障的完整性，減少通氣誘導(dǎo)肺損傷大鼠總蛋白在灌洗液中的含量，緩解肺水腫，使氧合指數(shù)提高[29-30]。有研究把內(nèi)皮祖細(xì)胞移植與VEGF基因轉(zhuǎn)染作用于ALI小鼠和單純移植內(nèi)皮祖細(xì)胞相比較，結(jié)果顯示前者更好地改善肺水腫與氧合，并降低了誘導(dǎo)一氧化氮合酶和內(nèi)皮素-1的表達(dá)，能夠更好地修復(fù)肺組織[31]。同時(shí)研究表明，內(nèi)皮祖細(xì)胞移植可以通過對炎癥介質(zhì)包括IL-1β、IL-6、TNF-α、MPO等表達(dá)的下調(diào)，緩解ALI的癥狀[32]。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，急性肺損傷與氧化應(yīng)激的關(guān)系十分密切。目前，對于氧化應(yīng)激引起急性肺損傷的機(jī)制的研究取得一些進(jìn)展。氧化應(yīng)激可以通過脂質(zhì)過氧化、DNA損傷等途徑引起急性肺損傷。其中，對于相關(guān)細(xì)胞信號(hào)通路的研究將成為今后研究的重點(diǎn)。治療措施方面，一些藥物可以減輕氧化應(yīng)激的影響，進(jìn)而達(dá)到治療急性肺損傷的效果，但這些研究大多缺乏足夠的臨床證據(jù)。另外，一些新的治療方法，如間充質(zhì)干細(xì)胞療法，距離真正進(jìn)入臨床還有一段距離。急性肺損傷的病死率較高，病因、機(jī)制也較為復(fù)雜，臨床上也無特效的藥物或治療手段。氧化應(yīng)激在急性肺損傷的發(fā)生發(fā)展中起了重要的作用，針對氧化應(yīng)激相關(guān)的信號(hào)通路、分子靶點(diǎn)的藥物或許能給急性肺損傷的治療帶來一些進(jìn)展。