慢性阻塞性肺疾病抗氧化治疗的研究进展

黄婷婷，程德云

(四川大学华西医院呼吸与危重症医学科，成都 610041)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一种常见的呼吸系统疾病，其特征为持续的呼吸道症状和气流受限，通常由长期暴露于有害颗粒或气体引起气道和(或)肺泡异常所致，据统计COPD目前已居全球疾病死亡原因的第四位，预计至2030年可列至第三位[1]。COPD患者表现为反复咳嗽、咳痰伴呼吸困难，随着病情恶化可严重妨碍患者的日常活动，并极大影响患者的生活质量。引起COPD的有害物质主要来自香烟烟雾、生物燃料、环境污染、职业粉尘暴露、病原体感染等，其中吸烟是导致COPD的主要危险因素。香烟烟雾除对支气管肺组织有直接损伤外，其引起的氧化-抗氧化失衡也是导致COPD的重要病理生理机制[2]。香烟烟雾引起的氧化应激与COPD的发生、进展及恶化密切相关[3-5]。目前COPD的治疗以扩张支气管、缓解症状为主，但不能有效控制疾病进展，针对氧化应激靶点应用抗氧化剂治疗，可能为缓解和控制COPD的症状及疾病进展提供新策略。目前一些抗氧化剂的疗效已在临床前及临床研究中得到证实。现就COPD抗氧化治疗的研究进展予以综述，以为COPD患者补充抗氧化剂治疗提供参考和依据。

1 氧化应激在COPD发生中的作用

香烟烟雾是肺部外源性活性氧类物质的重要来源，其含有大量的自由基、活性氧类及多种化学物质，吸入肺部可直接导致细胞损伤或死亡，并激活巨噬细胞，诱导中性粒细胞、嗜酸粒细胞、单核细胞等在肺部的募集和活化，活化的中性粒细胞和巨噬细胞通过还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶复合物持续释放大量内源性超氧化物和过氧化氢[6]，导致肺部及外周血氧化负荷增加[7]。低水平的氧化负荷增加可通过激活核转录因子红系2相关因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2)启动抗氧化和抗炎基因的表达[8]，当氧化剂与抗氧化防御机制失衡时，则称为氧化应激。

氧化应激可导致机体一系列的病理反应，如内皮及线粒体功能障碍[9]、脂质过氧化、组蛋白修饰、细胞凋亡等[10]，并激活核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)、激活蛋白-1等体内调节氧化剂及促炎因子生成的转录因子，启动炎症反应，而炎症反应可进一步促进氧化应激[8,11]，形成恶性循环。慢性持续的氧化应激及炎症状态诱导重复的肺损伤和修复，最终导致气道重构、肺实质和肺泡壁破坏，继而发生肺大疱和肺气肿。

研究表明，吸烟者和COPD患者肺部氧化产物及全身性氧化应激标志物(氧化型低密度脂蛋白、丙二醛等)水平显著高于健康的非吸烟者，且在病情恶化期间进一步升高[12]，而抗氧化剂水平及相应的抗氧化活性在非吸烟者、吸烟者、稳定期COPD患者、急性加重期COPD患者中逐级降低，且COPD患者及吸烟者的抗氧化能力显著低于非吸烟者[4]。此外，COPD的严重程度、肺功能和代谢综合征的存在亦与氧化应激水平相关[5]。氧化应激已被证明是COPD发病及进展的重要机制。

2 COPD与抗氧化治疗

抗氧化治疗的主要目的是降低氧化应激造成的组织损伤及炎症刺激，可通过减少或中和氧化产物、提高机体抗氧化能力实现。目前研究较多的抗氧化剂包括硫醇化合物、Nrf2激活剂、抗氧化酶模拟物等。

2.1硫醇化合物

2.1.1谷胱甘肽 谷胱甘肽为富含巯基的三肽，在细胞内主要以还原型谷胱甘肽和氧化型谷胱甘肽过硫化物两种形式存在。谷胱甘肽是细胞内的主要抗氧化物，因其高度亲核性而具有很强的氧化剂清除活性，并可通过S-谷胱甘肽化与蛋白质的半胱氨酸共价结合，防止半胱氨酸过氧化[13]。理论上直接补充谷胱甘肽可增强细胞的抗氧化能力，但由于肠道γ-谷氨酰转肽酶的降解作用及谷胱甘肽易氧化的性质，口服谷胱甘肽的生物利用率及渗透性较低，用药前后系统氧化应激标志物及谷胱甘肽水平无明显变化[14-15]。小规模临床研究发现，新型谷胱甘肽舌下含服制剂可经口腔黏膜吸收，避免了肠道的降解效应，从而有效提高外周血还原型谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽过硫化物比值，较口服谷胱甘肽具有更好的生物利用度[15]。因此，谷胱甘肽舌下含服或许可作为提高COPD患者抗氧化能力的可行办法，但这种舌下制剂的有效性及安全性仍需要大规模的临床研究加以证实。

2.1.2N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine，NAC) NAC是一种具有强还原性的半胱氨酸乙酰基衍生物，是合成谷胱甘肽底物半胱氨酸的前体。1980年，Moldéus等[16]首次报道了NAC通过对抗香烟烟雾冷凝物和过氧化氢的毒性，在呼吸细胞和组织中产生抗氧化作用。NAC口服后可在胃肠道去乙酰化成为半胱氨酸，或通过将细胞内的胱氨酸还原为半胱氨酸，间接增加肺细胞内谷胱甘肽的含量[17]。此外，NAC的自由硫醇基团能够与自由基的亲电基团相互作用形成NAC二硫化物或NAC加合物等终产物，或通过还原二硫键而直接作为活性氧类清除剂[18]。

NAC是当前COPD治疗中研究较多的硫醇类抗氧化剂，其抗氧化作用在多项研究中得到证实。PANTHEON研究(Placebo-controlled study on efficacy and safety of N-acetylysteine high dose in exacerbation of chronic obstructive plumonary disease)将1 006例中重度COPD患者随机分配接受NAC(600 mg，每日2次)或匹配的安慰剂治疗1年，结果显示，NAC治疗组急性发作风险较安慰剂组降低22%，且患者对NAC的耐受良好[19]。De Benedetto等[20]发现，持续口服NAC(600 mg，每日2次)2个月可迅速降低稳定期COPD患者的气道氧化负荷。脂多糖诱导的COPD急性加重体外模型实验也证实了NAC>1 μmol/L时可通过提高气道抗氧化抗炎能力、抑制细胞因子释放而有效减少COPD急性发作，但在<1 μmol/L时调节氧化/抗氧化平衡的作用较弱[21]，推断NAC的抗氧化作用具有剂量依赖性。临床研究亦指出，低剂量NAC(600 mg，每日1次)治疗对COPD的氧化负荷及急性加重频率等影响不明显[22-23]。可见，NAC对COPD患者的抗氧化作用存在剂量依赖性，在COPD的标准治疗方案中加入NAC 1 200 mg/d可有效增强患者肺部抗氧化防御能力，改善氧化应激状态和炎症指标水平，对预防急性加重、提高患者的肺功能和生存质量有益。

2.1.3厄多司坦和羧甲司坦 支气管黏液分泌增多是COPD的重要表现之一，厄多司坦、羧甲司坦等因具有黏液溶解特性而用于COPD的治疗，此外其作为硫醇化合物也能有效清除自由基及氧化剂，提高细胞内硫醇水平，抑制NF-κB的激活及炎症基因的表达[24]。RESTORE(reducing exacerbations and symptoms by treatment with oral erdosteine in COPD)研究显示，对于稳定期的中重度COPD患者，在吸入糖皮质激素和(或)支气管扩张剂维持治疗的基础上，接受厄多司坦(300 mg，每日3次)口服治疗的患者急性加重事件的发生率降低，急救药物的使用减少，急性加重持续时间明显缩短[25]。Calverley等[26]对RESTORE研究中254例中度COPD患者急性加重率及加重持续时间的亚组分析也得出一致结论。PEACE研究(preventive effect on acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease with carbocisteine)证实，长期服用羧甲司坦(1 500 mg/d)可显著减少COPD患者的年恶化次数[27]。2020年全球COPD倡议指南中亦提出，规律服用厄多司坦、羧甲司坦可降低特定人群急性加重风险，改善健康状况[1]。因此，将厄多司坦、羧甲司坦等硫醇类药物加入COPD维持治疗方案作为额外补充治疗，有助于降低患者的急性加重风险，但COPD各个亚组患者是否均能从中获益尚需要进一步研究。另外大部分硫醇制剂具有黏液溶解性，所以在证明其治疗COPD有积极作用的研究证据中，仍需要对药物作用机制进行深入研究，以鉴别抗氧化能力是否在缓解病情方面起关键作用。

2.2Nrf2激活剂 Nrf2是抗氧化防御的重要转录因子，调节几乎所有的抗氧化剂和Ⅱ期细胞保护基因，如谷氨酸半胱氨酸合酶、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)、谷胱甘肽S-转移酶等[8]。通过激活Nrf2可上调抗氧化酶的表达，启动内源性抗氧化防御机制[28]。白藜芦醇是一种天然存在的植物多酚，多存在于葡萄、虎杖、花生等农作物中。研究表明，白藜芦醇可通过调节Nrf2途径，改善呼吸道上皮细胞中谷胱甘肽的合成，并防止普通人群的糖皮质激素抵抗，改善肺功能[29]。十字花科中存在的莱菔硫烷可通过增加Nrf2的表达以及降低过氧化物水平保护小鼠肺泡上皮细胞免受氧化损伤，并减弱G1期细胞周期阻滞，从而抑制细胞凋亡[30]。目前研究中的Nrf2激活物还包括富马酸二甲酯、查尔酮、1-[2-氰基-3，12-二氧杂环-1,9(11)-二烯-28-酰基]咪唑、omaveloxolone等[31-32]，虽以动物研究为主，但仍为Nrf2激活剂在COPD患者中的应用提供了理论支持，故Nrf2转录因子的激活有望成为未来COPD药物治疗的新靶点。

2.3抗氧化酶模拟物 当炎症反应和氧化应激发生时，体内产生大量氮氧自由基和氧化分子，抗氧化物被迅速消耗，机体的抗氧化能力下降。而增强抗氧化酶的表达、活性或模拟其功能的酶模拟物可通过恢复耗尽的细胞内的抗氧化酶，减轻氧化应激。目前，研究较多的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶模拟物包括AEOL、EUK等。研究证明，长期给予AEOL-10150可显著减少小鼠肺组织巨噬细胞的聚集和氧化应激，防止放射引起的肺损伤[33]；EUK-134可减轻百草枯对大鼠肺实质的急性毒性作用[34]。GPx模拟物包括含硒和碲的化合物，硒是GPx催化谷胱甘肽与活性氧类反应的重要元素。依布硒啉是最早开发的硒基GPx模拟物之一，其能通过调节金属蛋白、辅酶因子、基因表达、抗氧化和免疫机制等保护细胞成分免受氧化损伤[35]。研究表明，依布硒啉可显著减少香烟烟雾暴露和甲型流感病毒感染小鼠肺泡灌洗液中的细胞因子、趋化因子及蛋白酶的表达[36]。目前尚缺乏上述药物在COPD中的报道，其临床安全性和有效性仍有待进一步研究。

2.4其他潜在治疗药物 研究证实，给予COPD患者3个月以上的多西环素或孟鲁司特钠治疗，可显著降低血浆脂质过氧化物及炎症因子的水平，并提高机体总抗氧化能力，改善COPD患者的肺功能和生活质量[37-38]。但上述均为小规模探索性研究，尚需要大规模、高质量的临床研究证实其用于COPD治疗的可靠性及安全性。过氧化物酶体增殖物激活受体γ作为GPx3的直接转录靶点，两者均有抗氧化应激作用，研究发现在吸烟者及COPD患者中，过氧化物酶体增殖物激活受体γ和GPx3的表达和活性下调，而过氧化物酶体增殖物激活受体γ激动剂可通过上调GPx3水平抑制香烟烟雾诱导的活性氧类的产生，并通过调节NF-κB抑制氧化应激和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的表达[39]。此外，脂蛋白受体激动剂BML-111[40]、白细胞介素抗体[41-42]等均在临床前试验中显示出一定的抗氧化、抗炎作用，对未来COPD的治疗有指导意义。

许多中草药具有抗氧化、抗炎作用。异甘草素和穿心莲内酯可通过调控Nrf-2和NF-κB信号通路，抑制氧化应激及炎症细胞因子的产生，增强支气管上皮细胞总抗氧化能力[43-44]。竹叶的活性成分荭草素通过调节氧化/抗氧化平衡恢复组蛋白去乙酰化酶-2的活性，减轻由烟雾颗粒导致的肺部病理改变[45]。以上研究均表明，我国传统中草药在减轻COPD氧化应激和炎症反应方面具有良好的治疗前景。

一项关于男性的前瞻性队列研究对44 335例45～79岁的志愿者进行为期2年的随访，结果显示，在目前和既往吸烟者中每日多吃一次水果和蔬菜分别降低了8%和4%的COPD发病风险[46]。对中老年妇女的研究也提示，长期食用水果与COPD发病率呈负相关[47]。多种植物中含有的黄酮类、绿茶多酚、姜黄素等均被证明可通过多条信号转导途径调节炎症细胞因子表达，减轻氧化应激和炎症反应[48-50]。饮食是日常生活中最重要和最简单的抗氧化剂来源，故膳食调整是COPD患者抗氧化治疗干预的另一种途径。日常生活中增加新鲜水果、蔬菜的摄入作为健康生活的一部分，对减少COPD的发病及缓解疾病进展有益。

3 小 结

氧化应激与COPD的发生发展密切相关，目前已证明在COPD的标准治疗方案中加入NAC、厄多司坦、羧甲司坦等抗氧化剂作为补充治疗，对改善肺功能、降低急性加重风险和COPD慢性致残率具有积极作用。但目前COPD哪一亚组的患者更能从抗氧化治疗中获益尚不清楚，需要对氧化应激的致病机制进行更深入的研究。在日常饮食中增加蔬菜、水果的摄入应推荐作为COPD发病高风险人群提高机体抗氧化能力的重要方法。抗氧化酶模拟物、Nrf2激活剂、白细胞介素抗体、脂蛋白受体激动剂等在临床前试验中表现出作为COPD临床治疗药物的良好前景，有望成为未来治疗COPD的药物。目前仍需进一步开发治疗COPD生物利用度好且效力高的新型广谱抗氧化制剂，其潜在益处和风险也还需进一步评估。同时，避免氧化应激来源(香烟、酒精、垃圾食品、压力等)与增强抗氧化能力同样重要。