过氧化物酶体增殖物激活受体在COPD患者中的作用

唐银平，何 燕

(1.成都中医药大学，成都 610075； 2.成都中医药大学附属医院呼吸科，成都 610072)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一个沉重的医疗负担，早期诊断和干预不及时几乎是所有国家和地区的普遍特征[1]。COPD是目前世界上第四大死亡原因，预计到2030年将上升至第三位[2]。全世界约有6 500万人受COPD影响，90%的死亡病例在中、低收入国家[3]。现有治疗方法只能提供有限的短期效果，不能阻止其发展。目前各种潜在治疗靶点正在积极研究中，包括与COPD相关的促炎介质和信号通路，或其他针对COPD的特定方面或并发症，如黏液分泌亢进、肺动脉高压等。虽然很多新兴治疗方法未有显著疗效，但还是有一些方法可改善肺功能、降低肺动脉高压、提升糖皮质激素敏感性、减少急性发作的频率等[4]，如过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proli-ferator-activated receptors，PPARs)的亚型PPARγ激动剂噻唑烷二酮类药物对人气道平滑肌细胞的抗炎作用已被证明较糖皮质激素更有效[5]，噻唑烷二酮类药物不仅可以降低哮喘患者的恶化风险，减少糖皮质激素的使用量[6]，亦可减少COPD患者急性发作的次数。对糖尿病合并COPD的患者进行的一项回顾性研究表明，与接受其他类型的降糖药者相比，接受PPARγ激动剂治疗的7 887例退伍军人(97.1%接收罗格列酮)COPD急性加重的风险显著降低[7]。PPARγ激动剂还可逆转香烟烟雾引起的小鼠肺气肿[8]。PPARs在呼吸系统疾病的治疗中显示出广阔的发展前景，现就PPARs与COPD的研究进展予以综述。

1 PPARs的概述

与糖皮质激素受体类似，PPARs是核激素受体家族的一个亚家族，作为配体激活的转录因子调节各种生物学过程。PPARs受体与激动剂结合后须与9-cis视黄酸X受体结合形成杂二聚体，再通过与特异的过氧化物增生反应元件结合，从而改变靶基因的转录，并产生相应的生物学效应[9]。PPARs具有三种结构相似的亚型：PPARα、PPARβ/δ和PPARγ，三种亚型在组织分布、药理学特点、内源性配体类型及生物学效应方面差别很大。所有PPARs亚型主要作为转录因子，控制和调控大量基因的表达，参与调节葡萄糖和脂质的代谢及动态平衡、脂肪生成、胰岛素敏感性、免疫反应、细胞生长和分化等[10]。目前，已发现或合成了一系列PPARs激动剂(也称为PPARs配体)，根据其来源分为天然配体和合成配体。天然配体的活性通常不高，如亚油酸、亚麻酸、二十碳五烯酸、前列腺素、白三烯等。已上市的PPARs配体中，PPARα的合成配体主要有贝特类药物，PPARγ主要有噻唑烷二酮类药物(曲格列酮、罗格列酮、吡格列酮等)，PPARβ/δ没有配体可供临床使用，但几个高亲和力的PPARβ/δ激动剂已在临床试验中应用。此外尚有一些PPARα与PPARβ/δ、PPARα与PPARγ的双重激动剂或处于临床试验中或已上市[9,11]。

2 PPARs在COPD中的作用

2.1PPARs激动剂与气道炎症

2.1.1PPARα COPD表现为以中性粒细胞、肺巨噬细胞、淋巴细胞浸润为主的炎症反应，这些细胞释放炎症介质，是COPD发生发展的重要原因。COPD急性加重期的特点是气道炎症、气道平滑肌收缩以及黏液分泌显著增加，目前主要通过抑制这些潜在的病理变化预防COPD加重，通常依赖于长效支气管扩张剂和吸入糖皮质激素，然而这些干预措施并不总是有效的。一项临床试验发现，尽管使用了吸入性支气管扩张剂和糖皮质激素治疗，145例COPD患者中仍有87例在治疗期间出现恶化[7]。因此，研究重点是寻找减少气道炎症和预防COPD急性加重的新途径。白三烯B4(leukotriene B4，LTB4)是一种强大的炎症介质，其在炎症反应期间将粒细胞募集到损伤部位，能够与两种细胞表面受体以及PPARα核受体相互作用。吸烟后气道细胞表面受体-2和细胞间黏附分子-1的表达增加，使中性粒细胞对支气管上皮细胞的黏附性增强，PPARα的表达降低[12]。而PPARα基因缺陷小鼠暴露于LTB4中时会出现更加严重的炎症反应[12]。动物研究发现，LTB4与细胞表面受体相互作用诱导炎症活动，PPARα与LTB4相互作用诱导LTB4的分解代谢，进而限制LTB4相关炎症[11]。存在胸腔积液时，间皮细胞与中性粒细胞间的黏附及间皮细胞间黏附分子-1的表达显著增加，当PPARα被拮抗剂MK886阻断时进一步增加了细胞黏附以及细胞间黏附分子-1的表达[13]。

2.1.2PPARβ/δ 使用高亲和力的PPARβ/δ配体(如GW501516和GW0742)进行动物研究发现，PPARβ/δ可调节多种炎症介质[9]。原癌基因Bcl-6具有转录抑制作用，是炎症的负调控因子，通过影响趋化因子的表达在炎症中发挥作用。在单核/巨噬细胞中，PPARβ/δ的抗炎作用部分依赖于配体结合诱导的Bcl-6的解离，这种解偶联通过释放Bcl-6抑制促炎分子的表达[14]。PPARβ/δ及其配体还可通过干扰核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)信号以及通过与信号转导及转录激活子3和胞外信号调节激酶5相互作用而参与抗炎活动[5]。体外研究表明，PPARβ/δ激动剂能抑制脂多糖诱导的中性粒细胞肺浸润，并阻碍白细胞介素-6、白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子的产生，从而减轻炎症程度[15]。

2.1.3PPARγ NF-κB通常被其抑制剂抑制而处于无活性状态，多种途径可激活NF-κB抑制物(inhibitor nuclear factor-kappa B,IκB)激酶，使IκB磷酸化，进而导致NF-κB活化。PPARγ激动剂可逆转香烟烟雾提取物(cigarette smoke extract，CSE)诱导的IκB激酶磷酸化，从而阻断IκB的降解和随后NF-κB的核定位，PPARγ的激活限制了CSE通过上调NF-κB诱发炎症的能力[16-17]。组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)通过逆转核心组蛋白的高度乙酰化而在抑制基因表达中发挥关键作用，HDAC表达和活性的降低可进一步增强炎症基因的表达，COPD的炎症反应与HDAC2的活性密切相关[16]。CSE下调上皮细胞PPARγ的表达和活性的同时也降低了HDAC2的表达和活性，这有助于增加染色质组蛋白的乙酰化，并形成松散、未缠绕的染色质构象，此构象变化促进了NF-κB及其p300辅激活子与基因启动子的结合，p300的乙酰化使RNA聚合酶Ⅱ进一步与p300结合，增加这些基因的转录。这些变化被PPARγ激活所逆转，随着组蛋白乙酰基的去除和染色质的回绕，HDAC2的表达和活性上调。NF-κB与PPARγ、糖皮质激素受体α及HDAC2结合，不再与靶蛋白启动子区结合。此外，激活的PPARγ本身也吸引NF-κB所需的协同激活因子，限制了剩余的启动子[17-18]。

自噬在肺上皮损伤中发挥重要作用，当自噬低于基础水平时，自噬有益[19]。雷帕霉素靶蛋白作为自噬诱导的重要调节因子，活化的雷帕霉素靶蛋白能抑制自噬，unc-51样激酶1(unc-51 like kinase 1，ULK1)复合物能被雷帕霉素靶蛋白C1抑制，也能被腺苷酸激活蛋白激酶激活，分别导致自噬的抑制和激活[20]。有研究显示，CSE可使人支气管上皮样细胞AMP活化的蛋白激酶信号转导失活，导致自噬不足，PPARγ激动剂增强了AMP活化的蛋白激酶的磷酸化，使自噬增加，从而减轻CSE诱导的炎症[21]。

综上，PPARs三种不同亚型的配体在抑制肺部炎症反应中均发挥重要作用，PPARs激动剂可能成为控制COPD患者病情进展的有效药物。

2.2PPARs激动剂改善骨骼肌功能障碍(skeletal muscle dysfunction，SMD) COPD是一种全身性疾病，其肺外表现与患者的并发症和死亡率密切相关[22]。SMD是COPD患者常见的肺外表现，约30%的COPD患者出现运动肌萎缩和无力，肌耐力下降则更为普遍，这两种特征甚至可见于轻度COPD患者，严重影响患者的生存质量[22]。SMD还是独立于肺功能之外的预测COPD患者死亡率的重要指标[23]。

PPARα在骨骼肌中的主要作用是调节脂肪酸β-氧化酶的基因转录，从而增加肌肉组织对脂肪酸的同化作用，减少葡萄糖的同化，使乳酸产生减少、肌肉疲劳减轻[24]。其次，活性氧类(reactive oxygen species，ROS)可通过氧化蛋白质、脂质和DNA而导致肌肉功能障碍[25]。ROS具有重要的生理功能，低水平的ROS诱导增殖、分化等生物过程，若ROS水平过高则诱导细胞死亡。骨骼肌产生肌力需要较低生理水平的ROS，而高水平的ROS会导致肌肉收缩功能障碍，导致肌无力和疲劳[26]。氧化应激成为COPD患者肌肉功能障碍的主要原因，尤其是重度患者，无论是静息状态还是运动状态，COPD患者血液和四肢肌肉中的脂质过氧化、氧化型谷胱甘肽、蛋白质氧化以及硝化的水平均较高[23]。PPARα可通过调节解偶联蛋白3改变ROS的产生和脂肪酸的氧化[27]。最后，PPARα通过抑制NF-κB驱动的炎症细胞因子的转录间接减少炎症反应和氧化应激[24]。

COPD患者外周骨骼肌中PPARs的表达水平降低，尤其是PPARα在低体重COPD患者中显著降低[28-29]。这些调节因子的异常表达可能是COPD患者骨骼肌功能紊乱的原因之一。线粒体是骨骼肌衰老过程的中枢调节因子，线粒体含量及其功能的下降在骨骼肌衰老中起重要作用，线粒体功能障碍的后果之一是骨骼肌细胞凋亡的激活[30]。研究表明COPD患者中存在线粒体功能障碍[31]。低体质指数的COPD患者线粒体呼吸功能受损，PPARα信使RNA的表达水平与线粒体呼吸功能及体积密度呈正相关[29]。而来自动物的研究显示，PPARα激动剂非诺贝特可预防肺癌小鼠骨骼肌的损失[32]。

HDAC是一类从氨基酸中去除乙酰基的酶，通过调节组蛋白和非组蛋白乙酰化和染色质的结构，改变炎症基因的表达。COPD患者不仅肺部HDAC2和HDAC5的表达水平下降，其骨骼肌中HDAC2的表达水平也减少，HDAC2的减少可能通过乙酰化和激活NF-κB参与COPD患者骨骼肌的功能障碍[33]。PPARγ的激活可上调HDAC2的表达和活性，而HDAC2表达的恢复可能是治疗COPD患者骨骼肌无力的有效靶点[17]。

骨骼肌也表达高水平的PPARβ/δ，并与SMD相关，PPARβ/δ是骨骼肌氧化代谢的一个强有力的正调节因子，其在调节骨骼肌氧化能力方面的作用较PPARα更为强大，PPARβ/δ和PPARα信使RNA的水平与柠檬酸合成酶的活性呈正相关[28]。PPARβ/δ参与调节与脂肪酸以及其他氧化酶的摄取、处理与氧化有关的蛋白质，PPARβ/δ和PPARα对骨骼肌氧化代谢的调节作用是一致的[28,34]。

目前临床上针对SMD的治疗以肺康复治疗为主，并无针对SMD的药物。以上研究表明，PPARs通过减轻外周肌肉炎症及氧化应激等减轻SMD，可潜在地改善SMD患者的生活质量、降低病死率。

2.3PPARs激动剂对吸入性药物的增效作用 对于COPD患者来说，使用糖皮质激素的获益受多方面限制。研究发现，CSE降低了糖皮质激素受体α和HDAC2核心抑制基因的核定位和活性，从而降低糖皮质激素的敏感性，但这些效应能被PPARγ激动剂逆转[17]。对沙丁胺醇进行体内同源脱敏时发现，罗格列酮的治疗减轻了胆碱对气道的高反应性，保持了沙丁胺醇的松弛活性，并部分恢复了气管中的β2肾上腺素受体结合位点[35]。由于促分裂原活化的蛋白激酶诱导的磷酸化使糖皮质激素受体无法转移到细胞核，导致对激素不敏感[36]。有研究发现，沙丁胺醇与罗格列酮联用可明显抑制促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信号调节激酶的磷酸化，可能具有逆转糖皮质激素不敏感的作用，PPARγ激动剂+沙丁胺醇的协同效应与地塞米松+沙丁胺醇组合的协同效应相当[37]。此外，罗格列酮可不依赖于PPARγ的激动而引发气道松弛[38]。以上研究提示，可联合应用PPARγ与糖皮质激素受体α激动剂或β2激动剂给药，从而增强吸入性药物的抗炎、扩张支气管作用。

2.4PPARs与细菌感染 革兰阴性菌是COPD急性加重的主要致病菌，PPARγ通过多种途径使患者在细菌感染中获益[39]。有报道称，PPARγ配体西格列酮通过抑制细菌生长及促炎因子分泌，减轻肺炎链球菌引起的肺炎，提高存活率[40]。超过70种革兰阴性菌利用N-酰基高丝氨酸内酯作为胞间交流的信号分子进行群体感应，对氧磷酶可水解N-酰基高丝氨酸内酯，进而阻断细菌产生的群体效应[41-42]。研究发现，PPARγ激动剂可增强巨噬细胞的吞噬作用、加速铜绿假单胞菌的清除，这种作用部分是通过诱导对氧磷酶-2的表达介导的[43]。生物膜形成后可抵御多种物理、化学及生物因素的伤害，并可引起耐药，PPARγ激动剂可抑制生物膜形成。铜绿假单胞菌及其产生的群体感应分子N-3-氧化十二烷酰-L-同型丝氨酸内酯(3-O-C12-HSL)可破坏紧密连接蛋白，损害屏障的完整性和功能，PPARγ激动剂可诱导宿主防御基因表达，如对氧磷酶-2，引起3O-C12-HSL水解，并增加紧密连接蛋白的表达[44]。COPD患者反复感染导致病情加重，各种广谱、高效抗生素的广泛应用使耐药致病菌逐年增多，因细菌感染导致COPD急性加重时，合理应用抗菌药物的同时辅以PPARγ激动剂可能促进病原体的清除、减少抗生素的用量、减少耐药的发生等。

3 结 语

当前COPD的各种治疗方法仍不能满足临床需要，PPARs激动剂通过多种途径使COPD患者获益，除肺部疾病外，还在多种不同炎症疾病模型中获得了PPARs激动剂抗炎的证据，如关节炎、动脉粥样硬化和炎性肠病等，这进一步支持了PPARs激动剂在炎症疾病中的作用。但PPARs激动剂的疗效及安全性还有待于进一步验证，如噻唑烷二酮类药物与多种不良反应相关，曲格列酮因肝毒性退市，罗格列酮因心血管风险过高而从欧洲市场上移除，法格列酮因外周水肿而未通过Ⅲ期临床试验。PPARs激动剂虽有望成为治疗COPD的新靶点，但真正应用于COPD患者的临床治疗仍需深入研究。