氧化應激在放射性肺損傷機制中的作用進展

孫萬良，游 華，魏 麗，張 晶，章金剛(綜述)，張偉京※(審校)

(1.軍事醫學科學院附屬醫院淋巴頭頸部腫瘤科，北京 100071； 2.重慶市人口和計劃生育科學技術研究院，重慶 400020；3.軍事醫學科學院野戰輸血研究所血液制品研究室，北京 100850)

放射性肺損傷是胸部腫瘤放射治療常見的并發癥，病理改變以早期的彌漫性間質性肺炎和晚期的纖維化為特征。目前其臨床治療上缺乏有效手段，嚴重影響患者生活質量。此外，放射性肺損傷限制了放療劑量與照射野范圍，影響放療效果，給胸部腫瘤的根治帶來困難。近年來，氧化應激在肺損傷和肺纖維化中的作用越來越引起國內外學者的重視，發現其在放射性肺損傷的啟動與發展過程中可能發揮重要作用，使人們對放射性肺損傷機制有了更深入的認識，也為其防治提供了新的線索和途徑。該文就氧化應激在放射性肺損傷發生、發展機制中的作用及相關防治進展進行綜述。

1 氧化應激在放射性肺損傷機制中的作用

氧化應激是指機體在遭受有害刺激或發生組織細胞損傷時，體內活性氧自由基和活性氮氧自由基生成增多，超出機體抗氧化體系的清除能力時，引起組織器官內的生物大分子生理生化功能障礙，導致組織細胞損傷加重的病理生理過程[1]。

1.1氧化應激與早期放射性肺損傷 放射性肺損傷的早期病變以肺組織間質性無菌性炎癥為特征，主要發生在放射后1～3個月[2]。

正常組織放射生物學研究顯示，當肺組織受到射線粒子輻射后當即引發一連串的遺傳學和分子生物學事件，并在后繼的潛伏期中持續發生[3]。當射線作用于機體時，首先對水分子和其他靶分子產生離子化反應，引起活性氧類(reactive oxygen species,ROS)物質迅速爆發生成[4]。ROS物質除直接造成肺實質細胞的損傷外，尚可激活炎性細胞間接加重組織損傷。有證據表明，氧自由基生成增加可引起巨噬細胞氧化應激敏感的激酶和轉錄因子的迅速激活，導致炎性因子[如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細胞介素(interleukin,IL)1、IL-6、IL-8等]和參與組織修復的轉化生長因子β、血小板源性生長因子、胰島素樣生長因子、成纖維細胞生長因子等生長因子大量生成[5]。其中TNF-α、IL-1在放射性肺炎的發病機制中起著關鍵作用，它們可誘導肺泡巨噬細胞和中性粒細胞等釋放大量ROS，成為照射后繼氧化應激的主要來源[6]。激活的肺泡巨噬細胞還可通過細胞因子的趨化作用導致更多的免疫效應細胞(淋巴細胞、中性粒細胞等)浸潤受照肺組織，這些細胞在發揮生物效應的同時也會產生大量ROS[7]。

機體的內源性ROS主要在細胞線粒體中生成，在線粒體的電子傳遞鏈中存在的電子滲漏可部分還原O2而產生ROS，此外部分ROS還來自于細胞內生性的黃素酶(如黃嘌呤氧化酶)，脂肪氧化酶，環加氧酶以及漿膜相關的氧化酶(如吞噬細胞還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶)等催化產物[8]。細胞內及組織間積聚的氧自由基導致持續增強的氧化應激狀態，引起實質細胞的壞死或凋亡，肺泡壁微血管屏障被破壞，炎癥滲出引起肺組織血氣交換功能障礙。繼發性的缺氧將進一步損害細胞線粒體的氧化呼吸鏈功能，內源性ROS生成增加。繼發性大量生成的ROS很快將機體的抗氧化能力消耗殆盡，進一步加重肺組織損傷，導致肺部炎癥的持續存在[9]。

核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)調控多種參與炎性反應基因的表達，包括細胞因子(如IL-1、TNF-α等)、誘導型一氧化氮合酶、黏附分子和急性期反應蛋白等，因此其在炎癥性疾病的發生機制中起重要作用[10]?，F已知，ROS與NF-κB的調控有密切聯系，ROS水平影響NF-κB的激活而NF-κB所調控的基因表達又可影響細胞內ROS的水平[11]。通常ROS在胞質內對NF-κB途徑起激活作用，而在胞核內則抑制NF-κB的激活[12]。在機體內環境氧化/抗氧化平衡狀態下，ROS抑制NF-κB活力，而當機體遭受大量外源性ROS攻擊或內源性ROS過度生成則促進NF-κB的激活[13]。Izzi等[14]證實，ROS在增強組織炎性反應中起重要作用，而這一作用是通過激活NF-κB途徑實現的。肺組織受到輻射引起的ROS大量堆積可以通過NF-κB途徑的激活誘導肺泡上皮細胞、血管內皮細胞等壞死或凋亡，增加炎性細胞的炎癥作用。Varilek等[10]利用炎癥性結腸并動物模型抑制NF-κB能顯著減緩炎性反應，并認為NF-κB可作為抑制或減緩炎性反應的有效靶點。

1.2氧化應激與晚期放射性肺損傷 放射性肺損傷晚期病變是不斷發展的慢性炎癥和纖維化階段，這一過程遷延數月至數年之久。有證據表明，慢性氧應激可能是驅使放射誘導的晚期生物學效應發生的原因[9]。氧化應激增加是慢性肺部疾病(包括慢性阻塞性肺疾病，特發性肺纖維化)病因學中非常重要的一部分[15]。在大鼠的放射性肺損傷研究中發現，慢性氧應激是引起肺損傷的重要病因。Vujaskovic等[16]用單劑量28 Gy局部照射大鼠肺，照射6周后檢測組織缺氧標志物哌莫硝唑證實了受照組織缺氧的存在，而且早于肺功能及組織學改變,肺組織缺氧狀況隨時間漸行性加重，尤其與照射后6個月出現的巨噬細胞活性，肺纖維化及呼吸頻率顯著增加密切相關。缺氧被認為是導致各種類型細胞活性氧(氮)類物質(ROS/RNOS)產物生成增加的原因[17]，過氧化氫能從線粒體彌散至胞質并激活胞質內的氧化還原敏感的信號途徑。免疫組織化學定量檢測發現受照組織的轉化生長因子β,血管內皮生長因子及CD31表達增加，提示缺氧介導激活前纖維化和前血管生成途徑[18]。Kang等[19]通過檢測照射后15～20周小鼠肺組織中的丙二醛水平證實了組織中的脂質過氧化物水平增加，支持肺組織內發生照射誘導的慢性氧應激的說法。

2 內源性抗氧化應激機制與轉錄因子紅細胞系2相關因子2-抗氧化應激反應元件信號途徑

目前認為，轉錄因子紅細胞系2相關因子2-抗氧化應激反應元件(nuclearfactor erythroid-2 related factor 2-Antioxidative resoponsive element,NrF2-ARE)信號通路是迄今發現的最重要的抗氧化應激相關信號轉導通路[20]。由于NrF2-ARE信號通路在抗腫瘤、抗炎、抗凋亡等方面可發揮重要的細胞保護作用[21]，逐漸引起人們的重視。NrF-2在氧化應激應答中起核心調控作用，生理狀態下與胞質伴侶蛋白(Keap-1)結合并錨定于胞質中的細胞骨架上，無法入核發揮轉錄因子作用[22]。當細胞遭到ROS或親電子物質攻擊時，一方面對Keap1分子的半胱氨酸殘基進行化學修飾，引起Keap1構象改變，導致NrF2-Keap1復合體解離，NrF2入核；另一方面通過激活促分裂原活化蛋白激酶和蛋白激酶C及磷脂酰肌醇3-激酶使NrF2分子磷酸化而激活[23]。活化的NrF2分子與Maf蛋白結合成異二聚體后識別ARE元件啟動Ⅱ相解毒酶和抗氧化酶基因的轉錄，提高細胞抗氧化應激的能力[24]。受NrF2-ARE信號通路調控的抗氧化酶主要有血紅素加氧酶、γ谷氨酰半胱氨酸合成酶、NAD(P)H:醌氧化還原酶-1(NAD (P)H代表還原型輔酶Ⅰ/Ⅱ)、超氧化物歧化酶等[25-26]。NrF2在肺組織細胞內呈高表達，上調NrF2水平對調控肺內氧化/抗氧化平衡起重要作用。Marzec等[27]在急性肺損傷小鼠模型中發現，NrF2及其下游所表達的抗氧化酶可以保護肺組織，減輕肺損傷。

3 抗氧化應激藥物與放射性肺損傷的防治

近年來，抗氧化應激藥物尤其是天然成分藥物研究進展迅速，有望為放射性肺損傷防治提供有效手段。

姜黃素能夠顯著清除氧自由基，減輕百草枯對肺組織的損害[28]，其在控制肺纖維化發展方面日益引起人們的重視。研究表明，早期應用姜黃素可明顯減輕放射線誘導肺纖維化動物模型的纖維化程度[29]。

咖啡酸苯乙酯屬黃酮類化合物，是蜂膠中主要的生物活性物質，其結構中含有羥基和兒茶酚結構，因此具有較強的抗氧化、抗炎和免疫調節作用。研究證明，咖啡酸苯乙酯能夠有效抑制中性粒細胞氧自由基的生成并阻斷黃嘌呤氧化酶系統，減少內源性ROS的堆積[30]。Ozyurt等[31]研究顯示，咖啡酸苯乙酯能夠顯著抑制博來霉素誘導的肺纖維化，提高肺組織超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活力，其治療作用基于氧自由基清除能力和抗炎活性。

染料木黃酮是大豆異黃酮的主要成分，屬天然植物雌激素，其分子結構含有3個羥基而具有較強的抗氧化能力[32]。有研究表明，染料木黃酮能夠抑制氧化應激誘導的內皮活力下降和細胞凋亡，Nrf2/血紅素加氧酶1的激活可能是其抗氧化效應的重要機制[33]。Calveley等[34]以Genistein干預放射性肺損傷大鼠，發現其對氧自由基引起的DNA損傷保護作用明顯，并通過減少前炎性細胞因子(如IL-1α、TNF-α、轉化生長因子β)生成有效緩解放射性肺炎，降低肺組織內膠原沉積。

表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin-3-gallate，EGCG)是存在于茶葉中主要的多酚類物質，許多體內外實驗證實EGCG是強供氫體抗氧化劑和自由基清除劑，其抗氧化應激作用尤為突出[35]。Vayalil等[36]報道，EGCG能顯著抑制中波紅斑效應紫外線誘發的抗氧化酶活性，脂質和蛋白質過氧化程度的降低證明了EGCG能抑制中波紅斑效應紫外線誘發的氧化應激反應。Shen等[37]肯定了EGCG在肺纖維化中的抗炎及免疫抑制活性，并能夠因此抑制肺部炎癥和纖維化進程。Sriram等[38]用EGCG干預博來霉素誘導的肺纖維化動物模型，發現EGCG可通過Nrf2-Keap1信號途徑提高內源性抗氧化應激能力發揮抗纖維化作用。此外，有學者研究發現,EGCG可明顯緩解輻射引起的骨髓造血功能損傷,其對造血功能恢復的影響和調控機制可能是通過上調造血正調控因子IL-6 mRNA和粒細胞集落刺激因子 mRNA的表達,并對造血生長因子有協同作用[39]，可為放射防護及急性放射病治療提供新的藥物。

白藜蘆醇亦可通過激活NrF2-ARE途徑增加其下游調控的抗氧化物酶保護臟器細胞，減輕ROS損傷[40]，提示這些藥物可通過其抗氧化能力改善放射性肺損傷的氧化應激狀態，達到防治目的。

4 展 望

近年來有關氧化應激與無菌性慢性炎癥研究不斷深入，啟發了人們對放射性損傷新的認識。ROS可以通過影響多種炎性細胞因子、抗氧化酶等表達的信號轉導通路來發揮病理生理學效應，這些機制是否也在放射性肺損傷過程中發揮作用，如ROS和氧化磷脂激活的Toll樣受體4-Toll樣受體相關的干擾素活化因子-腫瘤壞死因子受體相關因子6-NF-κB信號轉導通路對放射性肺損傷的影響等，以及相關信號分子表達與感染性、化學性和特發性肺纖維化的差異值得思考和探究。許多天然植物中提取的抗氧化活性物質，具有顯著地抗炎、抗纖維化、抗衰老、抗腫瘤等功效，其抗氧化應激機制與增強內源性抗氧化能力，改善機體氧化/抗氧化平衡密切相關。隨著相關機制研究的不斷深入，有望為臨床治療放射性肺損傷及纖維化提供新的理論依據。

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