肺损伤与肺保护的研究现状

崔茂排　王忠慧　全宇航

摘要：肺损伤的机制一般认为是以血管为中心的，以PMN、巨噬细胞等反应为主的炎症过程。近年来，肺组织的氧化应激导致肺损伤备受国内外研究者的关注。

关键词：肺损伤；肺保护；氧化应激；AOPs；氧化凋亡；炎症反应；ROS；依达拉奉；α1-AT；MMP-9

中图分类号：R473.6 文献标识码：A 文章编号：1006-1959（2017）22-0021-03

Abstract：The mechanism of lung injury is generally believed to be vascular centric，with PMN，macrophages and other reactions as the main inflammatory process.In recent years，lung injury caused by oxidative stress in lung tissue has attracted the attention of researchers at home and abroad.

Key words：Lung injury；Lung protection；Oxidative stress；AOPs；Oxidative apoptosis；Inflammatory response；ROS；Edaravone；α1-AT；MMP-9

单肺通气（OLV）[1]导致肺损伤认为是手术侧肺萎馅发生缺氧性肺血管收缩（HPV），恢复肺通气后继发肺缺血再灌注损伤（LIRI）[2]；气管插管、导管的机械刺激、气道压力的改变等可引发肺动脉压和肺血管阻力升高，引起血浆血栓素（TXB2）和前列腺素（PGF1a）等致炎体液因素升高诱发炎症反应而损伤肺[3]。胸科手术治疗为由于切割、挤压、热力、缺血等直接导致肺组织损伤、坏死，轻者可经历损伤后线粒体的改变，细胞的水肿、变性和坏死过程。Dreyfuss[4]等首先提出了呼吸机所致肺损伤（VILI）的概念，Arthur[5]将（ALI）分为四种类型：压力损伤、容量损伤、肺不张损伤和生物学损伤，肺损伤引起了麻醉及相关专业的高度关注。肺损伤的机制，初略认为是以血管为中心的，以中性粒细胞（PMN）、巨噬细胞等反应为主的炎症过程。

1肺损伤机制

1.1肺损伤的氧化应激机制

1.1.1氧化还原系统 氧化还原系统主要由氧化系统和抗氧化系统组成，是机体内最基本而且是最重要的生物反应。

1.1.1.1氧化系统 生物体内氧化系统[6]有活性氧（ROS）、活性氮（reactive nitrogen species， RNS）。ROS包括过氧化氢（hydrogen peroxide，H2O2），羟基自由基（-OH），次氯酸（HClO-）和氢过氧自由基（HOO-）。1894，Henry John Horstman Fenton首先在生物体内发现活性氧（ROS），ROS在中/低浓度时，是生理调节中必要的辅助因子，但高浓度则对DNA、糖、脂及蛋白质进行氧化破坏；活性氮（RNS）则为细胞内信号分子。

1.1.1.2抗氧化系统 体内抗氧化系统是非常复杂的网络系统，分为酶促抗氧化防御系统和非酶促抗氧化防御系统。酶促抗氧化防御系统有SOD[7]，使超氧阴离子自由基转变成氧或过氧化氢；过氧化氢酶则将过氧化氢瞬间转变成水和氧气；琉基依赖型主要是由GSH、Trxs、Grxs和Prx组成，作为电子的供体发挥强抗氧化作用[8]； NADPH也叫还原型辅酶Ⅱ，NADPH作为电子供体抗氧化作用，抑制ROS的生成；血红素加氧酶系有三种同工酶，其中只有诱导型血红素加氧酶Ⅰ的代谢产物胆红素/胆绿素和一氧化碳表现出抗氧化、抗凋亡和抗炎的作用[9]； G6PDH和6PGD，既调节生成NADPH的活性氧生成，为GSH和硫氧还蛋白抗氧化系统提供还原当量，发挥抗氧化作用；SeP在活性谷胱甘肽过氧化物酶存在的情况下才发挥抗氧化作用； MTs是具有丰富半胱氨酸的锌结合蛋白家族，并有潜在的抗氧化能力。非酶类抗氧化剂通常分为水溶性抗氧化剂，如维生素C、硫辛酸（LA）和尿酸（UA）等，和脂溶性抗氧化剂，如胡萝卜素，维生素E和辅酶Q等，靠消除自由基的中间体来终止氧化还原反应，并且还产生新的自由基，但近年来，这些来自体外的抗氧化剂也是研究的热点[10]。

1.1.2 肺损伤的氧化应激机制 正常情况下，机体内氧化系统系统和抗氧化系统处于平衡状态，当肺的缺血再灌注、创伤应激、致炎体液因素等各种因素作用于中性粒细胞、巨噬细胞、肺泡上皮细胞、血管肉皮细胞等多种细胞，特别是中性粒细胞，使其向肺血管内皮细胞的粘附迁移，在趋化因子的作用下集聚于肺间质和肺泡腔。被激活后的中性粒细胞在肺间质和肺泡腔釋放中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）、髓过氧化物酶（MPO）等多种蛋白酶而引起呼吸爆发，特别是中性粒细胞弹性蛋白酶的释放产生大量的活性氧自由基（ROS），对组织细胞的糖、脂、蛋白及DNA发生氧化破坏，造成肺损伤[11]。

1.1.3肺损伤的氧化凋亡机制 中性粒细胞呼吸爆发的氧化应激反应还可启动细胞的调亡，Xie K等用脂多糖制作大鼠ALI模型时发现肺泡上皮细胞过度调亡，用糖皮质激素预处理，减轻肺组织损伤，认为Fas/Fasl系统介导的外源性调亡通路起到了重要作用，因为糖皮质激素可抑制化Fas/Fasl系统的活化，而Fas/Fasl是肿瘤坏死因子超家族成员及其配体，通过激活下游相关蛋白caspas-3和caspas-8促进急性肺损伤的发生。

1.1.4肺氧化性损伤标志物AOPs AOPPs是Witko.Sarsat等1966年首次在慢性肾衰竭患者血浆中检测到，晚期氧化蛋白质产物是激活后的中性粒细胞、单核巨噬细胞等释放NE、MPO等多种蛋白酶而引起呼吸爆发，产生大量的ROS，ROS与相应蛋白质发生反应生成。AOPPs不仅是蛋白质氧化的标志，亦是反映体内氧化应激的标志物，还能激发患者单核细胞和中性粒细胞发生呼吸爆发，放大炎症效应，由此导致更强的氧化应激[12]。因此，针对肺损伤的氧化应激机制，AOPPs可以用来对肺损伤进行监测。endprint

1.2肺损伤的炎症机制

一般来说，机体的抗炎和促炎两因素处于动态平衡，炎症反应的目的在于消除对机体的有害因素，若促炎因素处于优势，则对机体不利，往往造成机体的损伤。

气管插管、导管的机械刺激、气道压力的改变、肺缺血再灌注损伤和手术创伤等激活磷脂酶（PLA2），PLA2促进花生四烯酸、PG、PAF等生物活性物质的生成，PAF 通过结合 PAF-R增加中性粒细胞渗出和血管通透性增加。PLA2激活释放的生物活性物质均可激发细胞内的NF-κB磷酸化而进入细胞核，各种创伤应激也可直接激发NF-κB磷酸化而进入细胞核，促进大量促炎基因表达，导致各种炎症因子如TNF-α、IL-1、IL-8等大量产生，抑炎因子如IL-10可能也发生相应变化，结果造成抗炎因素与促炎因素的失衡，趋化并促进中性粒细胞等炎细胞的炎症反应，形成“瀑布样”炎症级联放大效应[13]，导致和加重肺的损伤。

1.3肺损伤的凋亡机制

Xie K等用脂多糖制作大鼠ALI模型时发现肺泡上皮细胞过度调亡，用糖皮质激素预处理，减轻肺组织损伤。认为肿瘤坏死因子超家族成员及其配体Fas/Fasl系统介导外源性调亡，氧化应激和过度的炎症反应激活了Fas/Fasl系统，通过caspas-3和caspas-8促进肺泡上皮细胞过度调亡而导致ALI，糖皮质激素则了抑制化Fas/Fasl系统的活化。

1.4肺损伤的氧化机制与炎症机制相关性

肺的氧化应激损伤，促进NF-κB磷酸化入核转录，促炎基因大量表达，各种促炎细胞因子产生，趋化并促进中性粒细胞、单核巨噬细胞等炎细胞的炎症反应，形成“瀑布样”炎症级联放大。炎症反应又促进中性粒细胞和巨噬细胞进入损伤部位，通过呼吸爆发产生大量ROS，加重肺的氧化应激损伤。可见炎症反应与氧化应激相互促进，恶性循环。

2肺损伤的抗氧化治疗机制

Roytblat L等用抗氧化药物治疗AIL/ARDS，认为是肺损伤的治疗提供了新思路，抗氧化剂依达拉奉、α1-AT在肺损伤的抗氧化保护方面的研究也有报道。

依达拉奉因可向自由基传递一个电子而实现对自由基的清除，因其分子的亲脂基团而被用于神经系统，可抑制脂质过氧反应，抑制细胞凋亡，减轻炎症反应。有文献报道对其他组织器官具有保护作用，Qiu等在制作幼兔肺LIRI模型的研究中，预防性应用依达拉奉， ROS和MDA生成明显减少， GSH-PX和SOD活性增加，线粒体肿胀减轻，起到肺保护作用；Tajima S等在制作小鼠肺纤维化模型中发现依达拉奉显著减少BALF中脂质过氧化物含量，减少BALF中性粒细胞数，PG-E2 水平升高，肺纤维化减少，可能是抑制脂质过氧化和增加前列腺素 E2 达到抑制肺损伤作用；Reyes等在大鼠离体肺LIRI模型中发现依达拉奉能减少PLA2活性，LT-B4、PAF-R的表达减少，推测依达拉奉不但抑制氧化损伤，还抑制PLA2 导致的炎症反应。

α1-AT主要由肝脏产生，肝外组织肠、肾、脾等也产生少量产生，但在局部的炎症调理中发挥重要的作用。α1-AT的肺保护机制就在于抑制多种丝氨酸内切肽酶，稳定了NE、胰蛋白酶等多种酶体，特别是NE，阻断中性粒细胞呼吸爆发的发生，从而抑制了ROS的生成达到抗氧化作用；其次，消除肺泡上皮细胞、肺血管内皮细胞等靶细胞释放炎症介质，抑制了NF-κB，减少了致炎细胞因子的生成，减轻炎症反应；对氧化应激及炎症反应的抑制，也抑制了as/Fasl系统，从而减少就了外源性通路的细胞凋亡。

3 MMP-9与肺损伤的相關性

MMPs是一族具有降解细胞外基质ECM功能、含有金属离子（Zn2+）的蛋白酶类，Cross等人1962年在研究蛾蚌尾巴退化机制时发现，现证实他们发现的是MMP-1，1965年，Tipton等将其命名为MMPs。MMPs家族现已发现30多个，其中MMP-9在1974年从人的中性粒细胞中首次提纯，1989年在金属蛋白酶学会上被正式命名，是MMPs中最常见、最重要的酶之一，属于明胶酶中的一种，在ECM的破坏和改建过程中起着关键的作用。MMP-9在肺组织以及肺泡液中浸润的中性粒细胞、肥大细胞、巨噬细胞、内皮细胞、成纤维细胞等炎症细胞均能表达，降解细胞外基质、基底膜以及内皮细胞层，促进肺泡液渗出并释放炎症介质，直接导致微血管通透性增加[14]。MMP-9还可以增强炎症因子的效应，诱导中性粒细胞迁移肺组织局部，刺激肺组织实质细胞，如肺成纤维细胞、肺泡上皮细胞及肺毛细血管内皮细胞等，释放出MMPs，进一步增强对肺组织的损伤，MMP-9影响炎症细胞通过细胞外基质、基底膜以及内皮细胞层来控制炎症，MMP-9可以裂解各种细胞因子和促炎因子，然后转化成更为强大的炎症因子，进一步增加对肺组织的损伤程度[15]。IMPs是MMPs特异性的抑制物，目前己发现TIMP有4种：TlMP-1、TIM P-2、 TIM P-3、TlM P-4。 其中主要来自于肺泡巨噬细胞及上皮细胞TlM P-1与MMP-9具有亲和力。生理情况下， MMP-9与TIM P-1保持动态平衡，处于低活性状态，各种因素造成肺损伤后， MMP-9表达异常增高，数量增多，活性增强，并进入到血液循环中，促使细胞外基质降解，破坏肺泡基底膜，使肺渗透性增加，进而加重肺损伤，利用这特点，作者认为MMP-9可以将作为治疗的靶点，也可作为肺损伤的标志物进行监测。

肺损伤机制十分复杂，涉及体内多种系统的调控网络，目前的认识仅仅是片面的一丁点，本综述旨在共同探讨，为肺保护寻找更好的思路。

参考文献：

[1]黄冰.单肺通气麻醉在胸科手术中应用的临床与实验研究[D].广西医科大学，2012.

[2]杜松林.α1-抗胰蛋白酶对体外循环术后急性肺损伤的保护作用研究[D].南方医科大学，2016.endprint

[3]王丽珺.硬膜外阻滞复合全麻对缺氧性肺损伤的影响及开胸患者的经济学分析[D].复旦大学，2009.

[4]Dreyfuss D，Hubmayr R.What the concept of VILI has taught us about ARDS management[J].Intensive Care Medicine，2016，42（5）：1-3.

[5]Slutsky A S，Ranieri V M.Mechanical ventilation：lessons from the ARDSNet trial[J].Respiratory Research，2000，1（2）：1-5.

[6]Wang X，Tao L，Hai C X.Redox-regulating role of insulin： the essence of insulin effect[J].Molecular&Cellular Endocrinology，2012，349（2）：111-127.

[7]Ye W，Zhong Z，Zhu S，et al.Advanced oxidation protein products induce catabolic effect through oxidant-dependent activation of NF-κ B pathway in human chondrocyte[J].International Immunopharmacology，2016（39）：149-157.

[8]Lu SC.Glutathione synthesis[J].Biochimica Et Biophysica Acta，2013，1830（5）：3143.

[9]Tang J R，Michaelis K A，Nozikgrayck E，et al.The NF-κB inhibitory Proteins IκBα and IκBβ Mediate Disparate Responses to Inflammation in Fetal Pulmonary Endothelial Cells[J].Journal of Immunology，2013，190（6）：2913.

[10]孙全贵，龙子，张晓迪，等.抗氧化系统研究新进展[J].现代生物医学进展，2016，16（11）.

[11]李志伟，王著军，徐旭，等.肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6、磷脂酶A2与重症胸腹损伤后急性心肌细胞损害的关系[J].华西医学，2014（12）：2209-2212.

[12]Cristani M，Speciale A，Saija A，et al.Circulating Advanced Oxidation Protein Products as Oxidative Stress Biomarkers and Progression Mediators in Pathological Conditions Related to Inflammation and Immune Dysregulation[J].Current Medicinal Chemistry，2016，23（34）：3862.

[13]马丽梅，郑春兰，马加庆.急性肺损伤与细胞因子相关性的研究进展[J].医学综述，2009，15（19）：2909-2912.

[14]黄约诺，楼黎明.MMP-9及TIMP-1与脓毒症急性肺损伤研究进展[J].科技经济导刊，2015（16）：23-24.

[15]Shi J R，Mao L G，Jiang R A，et al.Monoammonium glycyrrhizinate inhibited the inflammation of LPS-induced acute lung injury in mice[J].International Immunopharmacology，2010，10（10）：1235-1241.

編辑/雷华endprint