肺損傷與肺保護的研究現狀

崔茂排　王忠慧　全宇航

摘要：肺損傷的機制一般認為是以血管為中心的，以PMN、巨噬細胞等反應為主的炎癥過程。近年來，肺組織的氧化應激導致肺損傷備受國內外研究者的關注。

關鍵詞：肺損傷；肺保護；氧化應激；AOPs；氧化凋亡；炎癥反應；ROS；依達拉奉；α1-AT；MMP-9

中圖分類號：R473.6 文獻標識碼：A 文章編號：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

單肺通氣（OLV）[1]導致肺損傷認為是手術側肺萎餡發生缺氧性肺血管收縮（HPV），恢復肺通氣后繼發肺缺血再灌注損傷（LIRI）[2]；氣管插管、導管的機械刺激、氣道壓力的改變等可引發肺動脈壓和肺血管阻力升高，引起血漿血栓素（TXB2）和前列腺素（PGF1a）等致炎體液因素升高誘發炎癥反應而損傷肺[3]。胸科手術治療為由于切割、擠壓、熱力、缺血等直接導致肺組織損傷、壞死，輕者可經歷損傷后線粒體的改變，細胞的水腫、變性和壞死過程。Dreyfuss[4]等首先提出了呼吸機所致肺損傷（VILI）的概念，Arthur[5]將（ALI）分為四種類型：壓力損傷、容量損傷、肺不張損傷和生物學損傷，肺損傷引起了麻醉及相關專業的高度關注。肺損傷的機制，初略認為是以血管為中心的，以中性粒細胞（PMN）、巨噬細胞等反應為主的炎癥過程。

1肺損傷機制

1.1肺損傷的氧化應激機制

1.1.1氧化還原系統 氧化還原系統主要由氧化系統和抗氧化系統組成，是機體內最基本而且是最重要的生物反應。

1.1.1.1氧化系統 生物體內氧化系統[6]有活性氧（ROS）、活性氮（reactive nitrogen species， RNS）。ROS包括過氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2），羥基自由基（-OH），次氯酸（HClO-）和氫過氧自由基（HOO-）。1894，Henry John Horstman Fenton首先在生物體內發現活性氧（ROS），ROS在中/低濃度時，是生理調節中必要的輔助因子，但高濃度則對DNA、糖、脂及蛋白質進行氧化破壞；活性氮（RNS）則為細胞內信號分子。

1.1.1.2抗氧化系統 體內抗氧化系統是非常復雜的網絡系統，分為酶促抗氧化防御系統和非酶促抗氧化防御系統。酶促抗氧化防御系統有SOD[7]，使超氧陰離子自由基轉變成氧或過氧化氫；過氧化氫酶則將過氧化氫瞬間轉變成水和氧氣；琉基依賴型主要是由GSH、Trxs、Grxs和Prx組成，作為電子的供體發揮強抗氧化作用[8]； NADPH也叫還原型輔酶Ⅱ，NADPH作為電子供體抗氧化作用，抑制ROS的生成；血紅素加氧酶系有三種同工酶，其中只有誘導型血紅素加氧酶Ⅰ的代謝產物膽紅素/膽綠素和一氧化碳表現出抗氧化、抗凋亡和抗炎的作用[9]； G6PDH和6PGD，既調節生成NADPH的活性氧生成，為GSH和硫氧還蛋白抗氧化系統提供還原當量，發揮抗氧化作用；SeP在活性谷胱甘肽過氧化物酶存在的情況下才發揮抗氧化作用； MTs是具有豐富半胱氨酸的鋅結合蛋白家族，并有潛在的抗氧化能力。非酶類抗氧化劑通常分為水溶性抗氧化劑，如維生素C、硫辛酸（LA）和尿酸（UA）等，和脂溶性抗氧化劑，如胡蘿卜素，維生素E和輔酶Q等，靠消除自由基的中間體來終止氧化還原反應，并且還產生新的自由基，但近年來，這些來自體外的抗氧化劑也是研究的熱點[10]。

1.1.2 肺損傷的氧化應激機制 正常情況下，機體內氧化系統系統和抗氧化系統處于平衡狀態，當肺的缺血再灌注、創傷應激、致炎體液因素等各種因素作用于中性粒細胞、巨噬細胞、肺泡上皮細胞、血管肉皮細胞等多種細胞，特別是中性粒細胞，使其向肺血管內皮細胞的粘附遷移，在趨化因子的作用下集聚于肺間質和肺泡腔。被激活后的中性粒細胞在肺間質和肺泡腔釋放中性粒細胞彈性蛋白酶（NE）、髓過氧化物酶（MPO）等多種蛋白酶而引起呼吸爆發，特別是中性粒細胞彈性蛋白酶的釋放產生大量的活性氧自由基（ROS），對組織細胞的糖、脂、蛋白及DNA發生氧化破壞，造成肺損傷[11]。

1.1.3肺損傷的氧化凋亡機制 中性粒細胞呼吸爆發的氧化應激反應還可啟動細胞的調亡，Xie K等用脂多糖制作大鼠ALI模型時發現肺泡上皮細胞過度調亡，用糖皮質激素預處理，減輕肺組織損傷，認為Fas/Fasl系統介導的外源性調亡通路起到了重要作用，因為糖皮質激素可抑制化Fas/Fasl系統的活化，而Fas/Fasl是腫瘤壞死因子超家族成員及其配體，通過激活下游相關蛋白caspas-3和caspas-8促進急性肺損傷的發生。

1.1.4肺氧化性損傷標志物AOPs AOPPs是Witko.Sarsat等1966年首次在慢性腎衰竭患者血漿中檢測到，晚期氧化蛋白質產物是激活后的中性粒細胞、單核巨噬細胞等釋放NE、MPO等多種蛋白酶而引起呼吸爆發，產生大量的ROS，ROS與相應蛋白質發生反應生成。AOPPs不僅是蛋白質氧化的標志，亦是反映體內氧化應激的標志物，還能激發患者單核細胞和中性粒細胞發生呼吸爆發，放大炎癥效應，由此導致更強的氧化應激[12]。因此，針對肺損傷的氧化應激機制，AOPPs可以用來對肺損傷進行監測。endprint

1.2肺損傷的炎癥機制

一般來說，機體的抗炎和促炎兩因素處于動態平衡，炎癥反應的目的在于消除對機體的有害因素，若促炎因素處于優勢，則對機體不利，往往造成機體的損傷。

氣管插管、導管的機械刺激、氣道壓力的改變、肺缺血再灌注損傷和手術創傷等激活磷脂酶（PLA2），PLA2促進花生四烯酸、PG、PAF等生物活性物質的生成，PAF 通過結合 PAF-R增加中性粒細胞滲出和血管通透性增加。PLA2激活釋放的生物活性物質均可激發細胞內的NF-κB磷酸化而進入細胞核，各種創傷應激也可直接激發NF-κB磷酸化而進入細胞核，促進大量促炎基因表達，導致各種炎癥因子如TNF-α、IL-1、IL-8等大量產生，抑炎因子如IL-10可能也發生相應變化，結果造成抗炎因素與促炎因素的失衡，趨化并促進中性粒細胞等炎細胞的炎癥反應，形成“瀑布樣”炎癥級聯放大效應[13]，導致和加重肺的損傷。

1.3肺損傷的凋亡機制

Xie K等用脂多糖制作大鼠ALI模型時發現肺泡上皮細胞過度調亡，用糖皮質激素預處理，減輕肺組織損傷。認為腫瘤壞死因子超家族成員及其配體Fas/Fasl系統介導外源性調亡，氧化應激和過度的炎癥反應激活了Fas/Fasl系統，通過caspas-3和caspas-8促進肺泡上皮細胞過度調亡而導致ALI，糖皮質激素則了抑制化Fas/Fasl系統的活化。

1.4肺損傷的氧化機制與炎癥機制相關性

肺的氧化應激損傷，促進NF-κB磷酸化入核轉錄，促炎基因大量表達，各種促炎細胞因子產生，趨化并促進中性粒細胞、單核巨噬細胞等炎細胞的炎癥反應，形成“瀑布樣”炎癥級聯放大。炎癥反應又促進中性粒細胞和巨噬細胞進入損傷部位，通過呼吸爆發產生大量ROS，加重肺的氧化應激損傷。可見炎癥反應與氧化應激相互促進，惡性循環。

2肺損傷的抗氧化治療機制

Roytblat L等用抗氧化藥物治療AIL/ARDS，認為是肺損傷的治療提供了新思路，抗氧化劑依達拉奉、α1-AT在肺損傷的抗氧化保護方面的研究也有報道。

依達拉奉因可向自由基傳遞一個電子而實現對自由基的清除，因其分子的親脂基團而被用于神經系統，可抑制脂質過氧反應，抑制細胞凋亡，減輕炎癥反應。有文獻報道對其他組織器官具有保護作用，Qiu等在制作幼兔肺LIRI模型的研究中，預防性應用依達拉奉， ROS和MDA生成明顯減少， GSH-PX和SOD活性增加，線粒體腫脹減輕，起到肺保護作用；Tajima S等在制作小鼠肺纖維化模型中發現依達拉奉顯著減少BALF中脂質過氧化物含量，減少BALF中性粒細胞數，PG-E2 水平升高，肺纖維化減少，可能是抑制脂質過氧化和增加前列腺素 E2 達到抑制肺損傷作用；Reyes等在大鼠離體肺LIRI模型中發現依達拉奉能減少PLA2活性，LT-B4、PAF-R的表達減少，推測依達拉奉不但抑制氧化損傷，還抑制PLA2 導致的炎癥反應。

α1-AT主要由肝臟產生，肝外組織腸、腎、脾等也產生少量產生，但在局部的炎癥調理中發揮重要的作用。α1-AT的肺保護機制就在于抑制多種絲氨酸內切肽酶，穩定了NE、胰蛋白酶等多種酶體，特別是NE，阻斷中性粒細胞呼吸爆發的發生，從而抑制了ROS的生成達到抗氧化作用；其次，消除肺泡上皮細胞、肺血管內皮細胞等靶細胞釋放炎癥介質，抑制了NF-κB，減少了致炎細胞因子的生成，減輕炎癥反應；對氧化應激及炎癥反應的抑制，也抑制了as/Fasl系統，從而減少就了外源性通路的細胞凋亡。

3 MMP-9與肺損傷的相關性

MMPs是一族具有降解細胞外基質ECM功能、含有金屬離子（Zn2+）的蛋白酶類，Cross等人1962年在研究蛾蚌尾巴退化機制時發現，現證實他們發現的是MMP-1，1965年，Tipton等將其命名為MMPs。MMPs家族現已發現30多個，其中MMP-9在1974年從人的中性粒細胞中首次提純，1989年在金屬蛋白酶學會上被正式命名，是MMPs中最常見、最重要的酶之一，屬于明膠酶中的一種，在ECM的破壞和改建過程中起著關鍵的作用。MMP-9在肺組織以及肺泡液中浸潤的中性粒細胞、肥大細胞、巨噬細胞、內皮細胞、成纖維細胞等炎癥細胞均能表達，降解細胞外基質、基底膜以及內皮細胞層，促進肺泡液滲出并釋放炎癥介質，直接導致微血管通透性增加[14]。MMP-9還可以增強炎癥因子的效應，誘導中性粒細胞遷移肺組織局部，刺激肺組織實質細胞，如肺成纖維細胞、肺泡上皮細胞及肺毛細血管內皮細胞等，釋放出MMPs，進一步增強對肺組織的損傷，MMP-9影響炎癥細胞通過細胞外基質、基底膜以及內皮細胞層來控制炎癥，MMP-9可以裂解各種細胞因子和促炎因子，然后轉化成更為強大的炎癥因子，進一步增加對肺組織的損傷程度[15]。IMPs是MMPs特異性的抑制物，目前己發現TIMP有4種：TlMP-1、TIM P-2、 TIM P-3、TlM P-4。 其中主要來自于肺泡巨噬細胞及上皮細胞TlM P-1與MMP-9具有親和力。生理情況下， MMP-9與TIM P-1保持動態平衡，處于低活性狀態，各種因素造成肺損傷后， MMP-9表達異常增高，數量增多，活性增強，并進入到血液循環中，促使細胞外基質降解，破壞肺泡基底膜，使肺滲透性增加，進而加重肺損傷，利用這特點，作者認為MMP-9可以將作為治療的靶點，也可作為肺損傷的標志物進行監測。

肺損傷機制十分復雜，涉及體內多種系統的調控網絡，目前的認識僅僅是片面的一丁點，本綜述旨在共同探討，為肺保護尋找更好的思路。

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編輯/雷華endprint