氧化应激在系统性硬皮病发病中的作用

陆晓凤 罗婧莹

氧化应激在系统性硬皮病发病中的作用

陆晓凤 罗婧莹

系统性硬皮病是一种自身免疫性疾病，其确切病因不明，可能与微血管病变、免疫反应、细胞外基质合成过多相关。近年来，有证据表明，氧化应激可能在系统性硬皮病的发生发展过程中起重要作用。一些学者提出，在系统性硬皮病发生的初始阶段，患者体内激活的成纤维细胞能产生大量的活性氧，使机体处于一种过度的氧化应激状态，在这一状态下，大量产生胶原蛋白Ⅰ，促使组织纤维化。将围绕氧化应激、氧化应激产物及其如何通过调节细胞因子表达、介导免疫反应等方面参与皮肤和各器官纤维化的过程进行概述。

硬皮病，系统性；氧化性应激；细胞因子类；纤维化；成纤维细胞

系统性硬皮病（SSc）是一种以皮肤和内脏纤维化为特征的疾病，常累及食管、肺、肾、心脏等内脏器官，疾病发展到晚期病情常较重，危及患者生命。目前发病原因尚不明。Murrell等提出活性氧（ROS）过量产生与SSc发病机制有关，此观点后来得到其他研究者的支持。他们指出，SSc患者体内存在异常的氧化还原状态，即氧化和抗氧化状态失衡，这种失衡最终会使体内ROS等活性产物增多，大量研究表明，这些活性产物可能是导致SSc发生发展的重要因素。

1 氧化应激的概念

氧化应激由ROS介导。氧在机体组织正常代谢过程中，可以形成自由基，包括O2-、OH-和H2O2等有害的中间产物，通常将O2-、OH-和H2O2这3种自由基称为ROS。生理条件下机体内产生的ROS能被抗氧化防御体系清除，从而保持ROS产生与清除平衡，限制其对细胞的损害。防御体系包括各种自由基清除酶如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶等，此外还有小分子抗氧化剂如，还原型谷胱甘肽、β胡萝卜素、维生素E及维生素C等。任何原因引起体内ROS过量生成和（或）机体抗氧化系统受损，进而导致活性氧及其相关代谢产物过量聚集、引起组织损伤的过程，即为氧化应激。

2 SSc中过度氧化应激存在的证据

近年来，有文献报道，氧化应激标志物8异前列腺素F2α，为自由基催化的花生四烯酸过氧化产物在SSc患者体液中升高。研究发现，8异前列腺素F2α与SSc微血管损伤严重性正相关，与一氧化碳弥散功能负相关，并随着肺损害的加重而增加Avouac 等［1］发现，DNA 氧化损伤标志物 8－羟基－2′脱氧鸟嘌呤核苷在SSc患者尿液中显著增加，与肺纤维化有关，与用力肺活量呈负相关，且与8异前列腺素 F2α 呈正相关。Cruz-Domínguez等［2］研究了28例弥漫性系统性硬皮病患者，发现他们体内的蛋白质和脂肪氧化产物明显高于对照组，并且与体内尿酸浓度成正相关。尿酸是嘌呤代谢的最终产物，而嘌呤是核酸氧化分解的产物，这也从侧面反应了SSc患者体内氧化应激的存在。

作者单位：541001广西，桂林医学院附属医院皮肤科

有研究表明，抗氧化治疗可以改善纤维化。表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）是一种天然抗氧化剂，是茶叶中多酚类物质的主要成分，具有非常强的抗氧化活性。Dooley等［3］通过随机对照研究发现，由EGCG处理的成纤维细胞产生的胶原蛋白Ⅰ、纤连蛋白、转化生长因子β均较对照组低。从硬皮病模型中提取出来的成纤维细胞在接受不同剂量的EGCG处理后，细胞培养基中胶原蛋白Ⅰ、纤连蛋白、转化生长因子β的表达呈剂量依赖性下降。Hassan 等［4］发现，抗氧化药物 N-乙酰半胱氨酸（谷胱甘肽的前体）能明显降低肺纤维化患者肺功能的恶化。

3 SSc中过度氧化应激产生的机制

目前，微血管病变被认为是SSc发病的始动因素之一，亦是SSc发病机制的中心环节。SSc患者早期可出现雷诺现象，即当遇冷或情绪激动时，手指及脚趾会变白、变紫，最后变红，长期反复发生容易造成指（趾）尖部位的缺血、溃疡及坏死，其病理改变是肢端小动脉持续性痉挛导致毛细血管灌注缓慢，血流减少或缺乏，待痉挛缓解后又出现血流再灌注现象。缺血再灌注是ROS产生并且导致组织损伤的一个重要原因［5］。在这一过程中，ROS产生主要来源于膜还原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶复合体，此复合体定位于吞噬细胞质膜上，由6种亚基组成，其中gp91phox是主要的功能亚基。在非吞噬细胞质膜上则存在NADPH氧化酶的同源物即NOX蛋白家族。NOX正常时保持一定的活性，制造一定量的ROS，当感受到胞外信息的刺激时能够迅速催化生成更高浓度ROS［6］。在SSc中，组织局部缺血再灌注时，NOX能被大量激活，大量的ATP被消耗，产生嘌呤代谢产物，这些堆积的嘌呤分解代谢产物在氧存在的条件下被氧化酶氧化成大量的超氧化物和过氧化氢物，从而对组织产生影响。最近研究发现，SSc成纤维细胞中与NOX活化有关的一条由Ha-Ras（Ras又名小G蛋白，有3种异构体，即Ha-Ras、Ki-Ras和 N-Ras。Ha-Ras诱导细胞内 ROS

产生，而Ki-Ras的作用与其相反）、细胞外信号调节激酶（ERK）1/2及ROS组成的循环路径被异常放大。在正常的成纤维细胞中，这一路径是由血小板衍生因子启动的，一旦启动即脱离血小板衍生因子刺激，而被因NOX活化产生的ROS反馈维持循环［7］。ROS维持ERK1/2活性，ERK1/2保护Ha-Ras免受蛋白激酶降解，从而维持Ha-Ras在细胞中的稳定性。

4 氧化应激在SSc纤维化过程中的作用

4.1 血管内皮细胞损伤学说：血管异常在SSc发病过程中起重要作用。有学者认为，在SSc发病过程中，血管调节因子通过改变血管构造使其重塑，其中作用最显著的是内皮素1［8］。ROS能够促进内皮素1的表达。内皮素1有两个受体，即内皮素A和内皮素B。内皮素A受体表达于血管平滑肌细胞，调节血管的收缩，而内皮素B受体则表达于内皮细胞调节血管舒张。在SSc患者体内，内皮素B受体下调，血管的收缩与舒张功能失调，收缩多于舒张，进而导致纤维化的发生。Cozzani等［9］通过随机对照研究发现，给予内皮素A受体拮抗剂波生坦能有效地减低指端溃疡的发生率，并且能够降低与SSc发病密切相关的干扰素γ的水平。

4.2 介导免疫反应：Gooshe 等［10］发现，Toll样受体（TLR）与SSc的发生发展有密切关系。TLR是参与非特异性免疫（天然免疫）的一类重要的蛋白质分子，能够激活与适应性免疫有关的基因，同时也是连接非特异性免疫和特异性免疫的桥梁。氧化应激所产生的ROS等内源性分子能够激活TLR。Bhattacharyya 等［11］发现，SSc患者体内 TLR4 持续表达，其相应配体数量也较健康人高。TLR4的激活能导致成纤维细胞的增殖促使胶原的合成增加，还可以导致细胞外基质的沉积以及与组织重构相关基因的大量表达。TLR激活能显著提高成纤维细胞对TGF-β的敏感性。

4.3 促进细胞外基质过量合成：细胞外基质合成增多并过量沉积是SSc的重要病理特征之一。有作者通过原位杂交证明，SSc中部分成纤维细胞表达Ⅰ型、Ⅲ型前胶原mRNA明显增多，说明有高胶原产量的成纤维细胞亚群的存在。基质金属蛋白（MMP）和其特效组织抑制剂在细胞外基质的正常代谢中起着重要作用。研究发现，SSc肺纤维化患者的支气管肺泡灌洗液中有高水平的 MMP1、2、3、7、8、9的表达［12］。ROS可以直接活化MMP和促进基因表达，抑制金属蛋白酶组织抑制剂活性导致MMP/金属蛋白酶组织抑制剂失去平衡［13］。同时ROS还能通过调节纤溶酶原激活物抑制剂的表达，抑制纤溶酶降解胶原物质。

4.4 调节细胞因子表达：ROS能够通过调节蛋白激酶和蛋白磷酸酶受体途径来调节信号转导，促进炎症因子如血小板衍生因子、TGF-β表达，产生级联放大效应，导致纤维化的产生［14］。H2O2和 O2－能激活酪胺酸激酶和磷酸酶受体，从而激活活化蛋白1和核因子κB。其中，核因子κB活化为炎症反应失控的核心环节。核因子κB是已知的调控炎症因子表达的诱导型核转录因子，静息状态下多以p50和p65二聚体与其抑制蛋白核因子κB抑制蛋白相结合而存在于胞质中，呈无活性状态。当细胞受到脂多糖、氧化应激等刺激后，通过信号传导引起核因子κB抑制蛋白降解，导致核因子κB核因子κB抑制蛋白复合物解体，核因子κB活化进入细胞核，与靶基因特异序列结合并启动转录，介导诸多炎症介质如TNF-α、IL-1、IL-6和TGF-β等过度表达，这些物质的上调能刺激机体体内产生更多的ROS，使机体处在一个高ROS的环境中，造成机体持续损伤，形成恶性循环，其中最典型的就是TGF-β。TGF-β能促进成纤维细胞生长，促进NADPH氧化酶的激活，并且抑制抗氧化酶的表达，而NADPH氧化酶是产生ROS的来源［15］；另一方面这些细胞因子还可以影响机体的免疫反应，使Th1型细胞介导的免疫反应向诱导纤维化发生的Th2型细胞介导的免疫反应转化，导致纤维化的发生［16］。

4.5 直接刺激成纤维细胞增殖：在SSc疾病发生发展的过程中，成纤维细胞起重要作用，成纤维细胞可分泌大量的胶原蛋白，导致细胞外基质沉积，过量的细胞外基质沉积导致各器官纤维化的发生。ROS是能够刺激成纤维细胞增殖。

5 结语

随着病理学以及细胞分子生物学技术的快速发展，国内外有关SSc纤维化发病机制的研究取得了许多新进展。越来越多的证据表明，SSc患者体内存在过度的氧化应激状态，这种状态是通过特定的病理途径产生，并能激活人体内一系列的信号通路产生级联放大效应，从微血管损伤、免疫反应以及细胞外基质等方面导致各系统的纤维化，启动和促进了疾病的发生与发展。研究氧化应激在SSc纤维化发生机制中的作用，不仅有助于深入探讨其发病机制也为临床治疗提供了新的思路。

［1］ Avouac J,Borderie D,Ekindjian OG,et al.High DNA oxidative damage in systemic sclerosis ［J］.J Rheumatol,2010,37（12）:2540-2547.

［2］ Cruz-Domínguez MP,Montes-Cortes DH,Olivares-Corichi IM,et al.Oxidative stress in Mexicans with diffuse cutaneous systemic sclerosis［J］.Rheumatol Int,2013,33（9）:2261-2267.

［3］ Dooley A,Bruckdorfer KR,Abraham DJ.Modulation of fibrosis in systemic sclerosis by nitric oxide and antioxidants［J］.Cardiol Res Pract,2012,2012:521958.

［4］ Hassan I,Sajad P,Majid S,et al.Serum antioxidant status in patients with systemic sclerosis ［J］.Indian J Dermatol,2013,58（3）:239.

［5］ Gabrielli A,Svegliati S,Moroncini G,et al.New insights into the role of oxidative stress in scleroderma fibrosis ［J］.Open Rheumatol J,2012,6:87-95.

［6］ Block K1,Gorin Y.Aiding and abetting roles of NOX oxidases in cellular transformation ［J］.Nat Rev Cancer,2012,12 （9）627-637.

［7］ Smaldone S,OlivieriJ,Gusella GL,etal.Ha-Ras stabilization mediates pro-fibrotic signals in dermal fibroblasts［J］.Fibrogenesis Tissue Repair,2011,4（1）:8.

［8］ Pattanaik D,Brown M,Postlethwaite AE.Vascular involvement in systemic sclerosis （scleroderma）［J］.J Inflamm Res,2011,4:105-125.

［9］ Cozzani E,Javor S,Laborai E,et al.Endothelin-1 levels in scleroderma patients:a pilot study［J］.ISRN Dermatol,2013,2013:125632.

［10］ Gooshe M,Aleyasin AR,Abdolghaffari AH,et al.Toll like receptors:a new hope on the horizon to treat multiple sclerosis［J］.Expert Rev Clin Immunol,2014,10（10）:1277-1279.

［11］ Bhattacharyya S,Kelley K,Melichian DS,et al.Toll-like receptor 4 signaling augments transforming growth factor-β responses:a novel mechanism for maintaining and amplifying fibrosis in scleroderma ［J］.Am J Pathol,2013,182 （1）:192-205.

［12］ McKeown S,Richter AG,O′Kane C,et al.MMP expression and abnormallung permeability are importantdeterminantsof outcome in IPF［J］.Eur Respir J,2009,33（1）:77-84.

［13］ Peng WJ,Yan JW,Wan YN,et al.Matrix metalloproteinases:a review of their structure and role in systemic sclerosis［J］.J Clin Immunol,2012,32（6）:1409-1414.

［14］ Iwayama T,Olson LE.Involvement of PDGF in fibrosis and scleroderma:recent insights from animal models and potential therapeutic opportunities［J］.Curr Rheumatol Rep,2013,15（2）304.

［15］ Jiang F,Liu GS,Dusting GJ,et al.NADPH oxidase-dependent redox signaling in TGF-β-mediated fibrotic responses［J］.Redox Biol,2014,2:2672-72.

［16］ O′Reilly S.Innate immunity in systemic sclerosis pathogenesis［J］.Clin Sci（Lond）,2014,126（5）:329-337.

Roles of oxidative stress in the pathogenesis of systemic scleroderma

Lu Xiaofeng,Luo Jingying.Department of Dermatology,Affiliated Hospital of Guilin Medical University,Guilin 541001,China

Systemic scleroderma is an autoimmune disease.Its exact etiology remains unknown,and may be related to microvascular abnormalities,immune response and excessive extracellular matrix synthesis.In recent years,oxidative stress has been proved to play an important role in the occurrence and development of systemic scleroderma.Some scholars presume that activated fibroblasts can produce large amounts of reactive oxygen species （ROS） at the initial phase of systemic scleroderma in patients,which makes the human body in a state of excessive oxidative stress.Under this condition,type I collagen protein is synthesized in large amounts,which then leads to tissue fibrosis.In this review,the authors summarize oxidative stress,oxidative stress products and how they participate in the fibrosis of skin and other organs through regulating cytokine expressions and mediating immune reactions.

Scleroderma,systemic;Oxidative stress;Cytokines;Fibrosis;Fibroblasts

Luo Jingying,Email:luojingying2005@aliyun.com

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2015.04.004

国家自然科学基金（81460473）；广西自然科学基金（2012GXNSFAA053133）

罗婧莹，Email:luojingying2005@aliyun.com

本文主要缩写：SSc：系统性硬皮病，ROS：活性氧，EGCG：表没食子儿茶素没食子酸酯，NADPH：还原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，ERK：细胞外信号调节激酶，TLR：Toll样受体，MMP：基质金属蛋白

2014-07-08）