氧化应激与急性肺损伤的关系及研究进展＊

吴炜景 刘晨楠 蔡泓艺

急性肺损伤为肺部的一种损伤的类型，主要考虑是因肺泡毛细血管膜发生弥漫性的损伤，导致出现了不同程度的肺水肿和肺不张。而在临床上，则主要以呼吸窘迫和顽固性低氧血症的综合征等为相关的表现，在疾病的进一步发展下，可发生并成为急性呼吸窘迫综合征的结果。而急性肺损伤和急性呼吸窘迫综合征的主要病理特征均与肺微血管通透性增高的相关因素有关，进而导致出现以肺泡渗出液中富含蛋白质的肺水肿及透明膜形成，并伴有一定程度的肺间质纤维化产生。而考虑到引起急性肺损伤的病因很多，主要有败血症、严重感染、休克、输液过量、吸人异物及脂肪栓塞等。有关急性肺损伤的发病机制，目前还不完全明了，近年来，越来越多的研究资料显示，以过氧化损伤在急性肺损伤中起着非常重要的作用，现将有关研究进展综述如下。

1 肺损伤

1.1 概念

急性肺损伤（acute lung injury，ALI）和急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）是一种高发病率、高死亡率的临床危重症，其致病因素包括病毒、细菌等感染性因素及药物中毒、大量输血、吸入有害气体等非感染性因素[1-3]。急性肺损伤迅速导致血管内皮细胞弥漫损伤、肺泡上皮细胞损伤及血管通透性严重增高，造成顽固的低氧血症，快速进展成呼吸衰竭及顺应性下降的临床特征[4]。

1.2 新型冠状病毒肺炎（COVID-19）致肺损伤的可能机制

1.2.1 新型冠状病毒通过S蛋白-ACE2途径感染细胞 在呼吸道，肺泡Ⅱ型上皮细胞血管紧张素转化酶 2（angiotensin converting enzyme 2，ACE2）广泛表达于气管上皮细胞、肺泡上皮细胞、肺泡单核细胞、巨噬细胞、支气管上皮细胞和支气管浆液腺[5]。研究表明，其包膜锚定的棘突蛋白进入细胞同样是与宿主细胞膜受体结合，进而由宿主细胞膜介导，损伤肺部细胞[6]。

1.2.2 炎症因子风暴 炎症因子风暴造成肺部损伤在严重急性呼吸综合征（severe acute respiratory syndrome，SARS）、中东呼吸综合征（Middle East respiratory syndrome，MERS）感染后的病理变化中已被证实为患者死亡的重要原因，本次COVID-19患者在临床治疗中也发生了炎症因子风暴反应[7]。例如，在Huang等[8]研究的41例患者的血浆中，白介素-2（IL-2）、白介素-7（IL-7）、白介素-10（IL-10）、粒细胞集落刺激因子（G-SCF）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、趋化因子-10（IP-10）等因子均高于正常值。证明COVID-19感染后，病毒可能通过激活核转录因子，引起特异性炎性细胞因子和中性粒细胞募集，造成患者肺部功能衰竭从而死亡[9]。

1.2.3 病理改变 COVID-19被吸入后，由肺泡上皮细胞和细支气管，造成肺泡细胞和气道上皮的炎症[10-11]，从而活化全身巨噬细胞，释放细胞因子，导致肺组织大量中性粒细胞浸润，血管通透性增加，富含蛋白质的液体渗出，形成透明膜，肺泡内蛋白质液体积聚可进一步加重毛细血管内皮损伤[12-13]。炎症可继续进展，气道上皮和肺泡发生溃疡，甚至出现肺实变，病变由ALI发展成ARDS。

2 氧化应激与ALI/ARDS之间的关系

2.1 氧化应激可引发ALI/ARDS

氧化和抗氧化是存在于机体内既相互依存又相互制约的两大系统，若二者出现失衡，即氧化系统增强或抗氧化系统减弱，则出现氧化应激[14]。氧化系统主要是活性氧族（reactive oxygen species，ROS）和活性氮族（reactive nitrogen species，RNS）等活性自由基。氧化应激过程中ROS增多，体内抗氧化能力相对减弱是机体处于过度氧化的状态中。有研究表明内毒素脂多糖等损伤性因素造成的“呼吸爆发”可产生大量的ROS，而ROS可以进一步激活多形核白细胞（PMN）加重肺损伤。

2.2 氧化应激引起急性肺损伤的机制

2.2.1 脂质过氧化 细胞代谢中产生ROS与一些脂质发生反应，产生过氧化产物的过程即为脂质过氧化反应，其产物包括4-羟基壬烯酸、丙二醛（MDA）等。脂质过氧化可以损伤血管内皮细胞和肺泡上皮细胞。

2.2.2 引起肺水肿 肺水肿在急性肺损伤的演进过程中起重要作用。氧化应激产生的ROS刺激肺组织，血液中诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的活性升高，产生过量的一氧化氮（NO）。当肺部组织产生大量NO时，肺部血管舒张，血供增加，支气管动脉扩张，血液直接经支气管-肺血管吻合支流入肺，最终形成肺水肿。

2.2.3 脱氧核糖核酸（DNA）损伤 ROS可以损伤细胞的DNA，比如引起DNA点突变、DNA断裂等。线粒体DNA和线粒体膜容易受到氧化呼吸链产生的过量ROS攻击，线粒体结构被破坏，线粒体产生腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）不足，细胞能量供应不足，导致细胞凋亡、坏死。

3 ALI/ARDS目前治疗的研究进展

3.1 化学物质对ALI/ARDS治疗的研究进展

近年来，通过化学物质治疗急性肺损伤的研究日趋增多。一些化学物质可以通过减少氧化产物的量或增加抗氧化酶的活性来减轻肺损伤。

3.1.1 抑制细胞通路 Nrf2是含有一种与氧化应激密切相关的转录因子，属于CNC-bZIP（Cap‘n’collar basic-region leucine zipper）转录因子家族，有较强的细胞防御和保护作用。生理条件下，Nrf2与KELCH样ECH相关蛋白1（Keap1）形成的复合物存在于细胞质中。氧化应激状态下，Nrf2通过磷酸化从Keap1蛋白上解离出来并结合ARE序列，启动下游抗氧化基因与解毒酶的转录翻译，进而削弱氧化应激的作用[15]。HO-1/CO信号通路对内毒素性ALI大鼠发挥内源性保护作用，可能是通过抑制内质网应激的方式。多酚类化合物白藜芦醇（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。研究发现，在脂多糖（LPS）诱导的ALI小鼠模型中，白藜芦醇一方面可以增加超氧化物歧化酶（SOD），加强抗氧化作用，降低抗髓过氧化物酶抗体（MPO）等氧化应激产物；另一方面可降低血清中IL-6和TNF-α含量，控制炎症反应水平，起到了保护作用[16]。低浓度富氢液能保护脓毒症相关损伤，其机制可能是通过降低水通道的表达水平，或是通过激活Nrf2/HO-1通路，从而缓解脓毒症相关性肺损伤。研究表明，姜油酮可通过抗氧化、抗炎作用减缓放疗引起的肺纤维化，从而保护肺损伤[17]。可抑制LPS诱导的IL-6、TNF-α、IL-1β分泌，阻断ALI病理进程。可促进ALI小鼠Nrf2信号通路激活，从而抑制核转录因子-κB（NF-κB）信号通路的激活，减轻LPS诱导的全身性炎症。可使ALI小鼠血清中的MDA含量降低，SOD含量升高，从而抑制氧化应激[18]。研究发现，水仙碱可以通过抑制细胞凋亡、过度炎症反应和氧化应激保护肺损伤，其机制是施加NF-κB核易位，激活toll样受体4（TLR4）/NF-κB/环氧酶（Cox）信号通路[19]。水仙碱抑制ROS、乳酸脱氢酶（LDH）、MPO的水平，增强SOD水平，减轻了新生ALI大鼠肺组织的氧化应激状态，保护肺损伤。因此，水仙碱被认为可能是临床治疗ALI的一种有效新药。这些研究都为急性肺损伤氧化应激方面的治疗提供理论依据及思路，但其具体机制有待进一步探索。

3.1.2 抑制线粒体分裂 研究表明，线粒体动力学异常在LPS诱导的ALI起关键作用，可以利用干/湿比检测特异性抑制剂-1（Mdivi-1）抑制线粒体分裂，从而改善ALI。LPS可激活iNOS，而Mdivi-1可降低iNOS蛋白水平。此外，LPS显著激活丝裂素活化蛋白激酶（MAPKs）（p38、ERK和JNK）通路，Mdivi-1显著抑制这些蛋白的磷酸化。同时，Mdivi-1还可以促进Caspase-3的裂解，抑制细胞凋亡。此外，Mdivi-1处理显著降低肺组织中MDA积累和SOD消耗。LPS诱导线粒体动力相关蛋白（Drp1）蛋白的Ser616位点显著磷酸化，Ser637位点去磷酸化，Drp1蛋白从细胞质转位到线粒体，而Mdivi-1抑制了这些作用。因此，改变裂变来重建线粒体稳态可能为ALI治疗策略提供一个创新机会[20]。

3.2 ALI/ARDS治疗的最新进展

3.2.1 星状神经节阻滞（SGB） 星状神经节是支配汗腺、毛细血管平滑肌等的交感神经纤维。在星状神经节盲探阻滞的过程中易出现气胸、神经损伤、局麻药中毒等并发症。研究表明SGB抗氧化作用的机制是提高超氧化物歧化酶活性，通过超氧化物歧化酶的抗氧化作用对抗氧化应激反应，实验发现机械通气兔血浆内MDA浓度降低证明了该观点。

3.2.2 骨髓间充质干细胞治疗（MSCs） 近年来，科学家们逐渐意识到MSCs在治疗ALI/ARDS上发挥的重要作用。MSCs在ARDS发生时有效保护肺脏以及减轻肺部损伤，提高ALI动物模型存活率等方面都发挥了重要作用。MSCs分泌的生长因子、趋化因子、免疫调节因子及多种细胞因子可以调节炎症反应，减少炎症传播，修复内上皮细胞，MSCs还有多向分化潜能及自我更新能力，能够减轻肺水肿，使得肺功能得到恢复[21]。目前仍需要进行进一步的测试来确定MSCs对ARDS、急性脑损伤和败血症的潜在治疗作用，评估MSCs对这些患者的潜在治疗效果需要更多的临床试验，但仍缺乏食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）的许可及足够的资金支持，因此在临床上MSCs未能得到普遍运用[22]。

3.2.3 中医药的抗氧化治疗 近年来，中医在抗氧化治疗方面有着不小的进展。尤其是在中医药及针灸方面上对肺纤维化的抗氧化治疗有了更深一步的研究。例如在单味中药及其衍生物通过调节肺纤维化大鼠中NO、SOD、MDA水平，减轻自由基的损伤，提高机体抗氧化能力，从而起到保护肺组织的作用；其中红花作为是安全有效的抗肺纤维化药物，能明显减少肺组织羟脯胺酸含量，在抗肺组织纤维化中发挥明显疗效，是一种活血类中药[23]。还有研究表明地龙能够干预氧化和抗氧化的失衡，其正是以Nrf2通路减少氧化应激反应，从而保护肺组织[24]。

姜黄素可以对肺组织起到一定的保护作用。肺组织中氧化物酶体增殖物激活受体和血红素加氧酶1的活性对肺功能起到影响作用。姜黄素正是通过抑制炎症介质的分泌[25]，上调两种酶的活性，改善肺组织功能。同时研究表明：姜黄素及其类似物对ALI模型的炎症反应有着明显的缓解作用，很有可能成为ALI的新型治疗药物[26]。丁香提取物丁香酚也同样具有抗炎、抗氧化作用。实验发现丁香酚能抑制氧化损伤及炎症因子释放，显著改善ALI小鼠的肺功能[27]。

3.2.4 内皮祖细胞治疗 由于肺实质细胞中内皮细胞占到50%，内皮屏障受到破坏会释放炎症因子、激活促凝途径、白细胞浸润并引起肺组织水肿，进一步加重肺损伤[28]。而研究显示，内皮祖细胞能够分化成内皮细胞保证内皮屏障的完整性，减少通气诱导肺损伤大鼠总蛋白在灌洗液中的含量，缓解肺水肿，使氧合指数提高[29-30]。有研究把内皮祖细胞移植与VEGF基因转染作用于ALI小鼠和单纯移植内皮祖细胞相比较，结果显示前者更好地改善肺水肿与氧合，并降低了诱导一氧化氮合酶和内皮素-1的表达，能够更好地修复肺组织[31]。同时研究表明，内皮祖细胞移植可以通过对炎症介质包括IL-1β、IL-6、TNF-α、MPO等表达的下调，缓解ALI的症状[32]。

4 小结与展望

综上所述，急性肺损伤与氧化应激的关系十分密切。目前，对于氧化应激引起急性肺损伤的机制的研究取得一些进展。氧化应激可以通过脂质过氧化、DNA损伤等途径引起急性肺损伤。其中，对于相关细胞信号通路的研究将成为今后研究的重点。治疗措施方面，一些药物可以减轻氧化应激的影响，进而达到治疗急性肺损伤的效果，但这些研究大多缺乏足够的临床证据。另外，一些新的治疗方法，如间充质干细胞疗法，距离真正进入临床还有一段距离。急性肺损伤的病死率较高，病因、机制也较为复杂，临床上也无特效的药物或治疗手段。氧化应激在急性肺损伤的发生发展中起了重要的作用，针对氧化应激相关的信号通路、分子靶点的药物或许能给急性肺损伤的治疗带来一些进展。