過氧化物酶體增殖物激活受體在COPD患者中的作用

唐銀平，何 燕

(1.成都中醫藥大學，成都 610075； 2.成都中醫藥大學附屬醫院呼吸科，成都 610072)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一個沉重的醫療負擔，早期診斷和干預不及時幾乎是所有國家和地區的普遍特征[1]。COPD是目前世界上第四大死亡原因，預計到2030年將上升至第三位[2]。全世界約有6 500萬人受COPD影響，90%的死亡病例在中、低收入國家[3]。現有治療方法只能提供有限的短期效果，不能阻止其發展。目前各種潛在治療靶點正在積極研究中，包括與COPD相關的促炎介質和信號通路，或其他針對COPD的特定方面或并發癥，如黏液分泌亢進、肺動脈高壓等。雖然很多新興治療方法未有顯著療效，但還是有一些方法可改善肺功能、降低肺動脈高壓、提升糖皮質激素敏感性、減少急性發作的頻率等[4]，如過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proli-ferator-activated receptors，PPARs)的亞型PPARγ激動劑噻唑烷二酮類藥物對人氣道平滑肌細胞的抗炎作用已被證明較糖皮質激素更有效[5]，噻唑烷二酮類藥物不僅可以降低哮喘患者的惡化風險，減少糖皮質激素的使用量[6]，亦可減少COPD患者急性發作的次數。對糖尿病合并COPD的患者進行的一項回顧性研究表明，與接受其他類型的降糖藥者相比，接受PPARγ激動劑治療的7 887例退伍軍人(97.1%接收羅格列酮)COPD急性加重的風險顯著降低[7]。PPARγ激動劑還可逆轉香煙煙霧引起的小鼠肺氣腫[8]。PPARs在呼吸系統疾病的治療中顯示出廣闊的發展前景，現就PPARs與COPD的研究進展予以綜述。

1 PPARs的概述

與糖皮質激素受體類似，PPARs是核激素受體家族的一個亞家族，作為配體激活的轉錄因子調節各種生物學過程。PPARs受體與激動劑結合后須與9-cis視黃酸X受體結合形成雜二聚體，再通過與特異的過氧化物增生反應元件結合，從而改變靶基因的轉錄，并產生相應的生物學效應[9]。PPARs具有三種結構相似的亞型：PPARα、PPARβ/δ和PPARγ，三種亞型在組織分布、藥理學特點、內源性配體類型及生物學效應方面差別很大。所有PPARs亞型主要作為轉錄因子，控制和調控大量基因的表達，參與調節葡萄糖和脂質的代謝及動態平衡、脂肪生成、胰島素敏感性、免疫反應、細胞生長和分化等[10]。目前，已發現或合成了一系列PPARs激動劑(也稱為PPARs配體)，根據其來源分為天然配體和合成配體。天然配體的活性通常不高，如亞油酸、亞麻酸、二十碳五烯酸、前列腺素、白三烯等。已上市的PPARs配體中，PPARα的合成配體主要有貝特類藥物，PPARγ主要有噻唑烷二酮類藥物(曲格列酮、羅格列酮、吡格列酮等)，PPARβ/δ沒有配體可供臨床使用，但幾個高親和力的PPARβ/δ激動劑已在臨床試驗中應用。此外尚有一些PPARα與PPARβ/δ、PPARα與PPARγ的雙重激動劑或處于臨床試驗中或已上市[9,11]。

2 PPARs在COPD中的作用

2.1PPARs激動劑與氣道炎癥

2.1.1PPARα COPD表現為以中性粒細胞、肺巨噬細胞、淋巴細胞浸潤為主的炎癥反應，這些細胞釋放炎癥介質，是COPD發生發展的重要原因。COPD急性加重期的特點是氣道炎癥、氣道平滑肌收縮以及黏液分泌顯著增加，目前主要通過抑制這些潛在的病理變化預防COPD加重，通常依賴于長效支氣管擴張劑和吸入糖皮質激素，然而這些干預措施并不總是有效的。一項臨床試驗發現，盡管使用了吸入性支氣管擴張劑和糖皮質激素治療，145例COPD患者中仍有87例在治療期間出現惡化[7]。因此，研究重點是尋找減少氣道炎癥和預防COPD急性加重的新途徑。白三烯B4(leukotriene B4，LTB4)是一種強大的炎癥介質，其在炎癥反應期間將粒細胞募集到損傷部位，能夠與兩種細胞表面受體以及PPARα核受體相互作用。吸煙后氣道細胞表面受體-2和細胞間黏附分子-1的表達增加，使中性粒細胞對支氣管上皮細胞的黏附性增強，PPARα的表達降低[12]。而PPARα基因缺陷小鼠暴露于LTB4中時會出現更加嚴重的炎癥反應[12]。動物研究發現，LTB4與細胞表面受體相互作用誘導炎癥活動，PPARα與LTB4相互作用誘導LTB4的分解代謝，進而限制LTB4相關炎癥[11]。存在胸腔積液時，間皮細胞與中性粒細胞間的黏附及間皮細胞間黏附分子-1的表達顯著增加，當PPARα被拮抗劑MK886阻斷時進一步增加了細胞黏附以及細胞間黏附分子-1的表達[13]。

2.1.2PPARβ/δ 使用高親和力的PPARβ/δ配體(如GW501516和GW0742)進行動物研究發現，PPARβ/δ可調節多種炎癥介質[9]。原癌基因Bcl-6具有轉錄抑制作用，是炎癥的負調控因子，通過影響趨化因子的表達在炎癥中發揮作用。在單核/巨噬細胞中，PPARβ/δ的抗炎作用部分依賴于配體結合誘導的Bcl-6的解離，這種解偶聯通過釋放Bcl-6抑制促炎分子的表達[14]。PPARβ/δ及其配體還可通過干擾核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)信號以及通過與信號轉導及轉錄激活子3和胞外信號調節激酶5相互作用而參與抗炎活動[5]。體外研究表明，PPARβ/δ激動劑能抑制脂多糖誘導的中性粒細胞肺浸潤，并阻礙白細胞介素-6、白細胞介素-1β和腫瘤壞死因子的產生，從而減輕炎癥程度[15]。

2.1.3PPARγ NF-κB通常被其抑制劑抑制而處于無活性狀態，多種途徑可激活NF-κB抑制物(inhibitor nuclear factor-kappa B,IκB)激酶，使IκB磷酸化，進而導致NF-κB活化。PPARγ激動劑可逆轉香煙煙霧提取物(cigarette smoke extract，CSE)誘導的IκB激酶磷酸化，從而阻斷IκB的降解和隨后NF-κB的核定位，PPARγ的激活限制了CSE通過上調NF-κB誘發炎癥的能力[16-17]。組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)通過逆轉核心組蛋白的高度乙酰化而在抑制基因表達中發揮關鍵作用，HDAC表達和活性的降低可進一步增強炎癥基因的表達，COPD的炎癥反應與HDAC2的活性密切相關[16]。CSE下調上皮細胞PPARγ的表達和活性的同時也降低了HDAC2的表達和活性，這有助于增加染色質組蛋白的乙酰化，并形成松散、未纏繞的染色質構象，此構象變化促進了NF-κB及其p300輔激活子與基因啟動子的結合，p300的乙酰化使RNA聚合酶Ⅱ進一步與p300結合，增加這些基因的轉錄。這些變化被PPARγ激活所逆轉，隨著組蛋白乙酰基的去除和染色質的回繞，HDAC2的表達和活性上調。NF-κB與PPARγ、糖皮質激素受體α及HDAC2結合，不再與靶蛋白啟動子區結合。此外，激活的PPARγ本身也吸引NF-κB所需的協同激活因子，限制了剩余的啟動子[17-18]。

自噬在肺上皮損傷中發揮重要作用，當自噬低于基礎水平時，自噬有益[19]。雷帕霉素靶蛋白作為自噬誘導的重要調節因子，活化的雷帕霉素靶蛋白能抑制自噬，unc-51樣激酶1(unc-51 like kinase 1，ULK1)復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，分別導致自噬的抑制和激活[20]。有研究顯示，CSE可使人支氣管上皮樣細胞AMP活化的蛋白激酶信號轉導失活，導致自噬不足，PPARγ激動劑增強了AMP活化的蛋白激酶的磷酸化，使自噬增加，從而減輕CSE誘導的炎癥[21]。

綜上，PPARs三種不同亞型的配體在抑制肺部炎癥反應中均發揮重要作用，PPARs激動劑可能成為控制COPD患者病情進展的有效藥物。

2.2PPARs激動劑改善骨骼肌功能障礙(skeletal muscle dysfunction，SMD) COPD是一種全身性疾病，其肺外表現與患者的并發癥和死亡率密切相關[22]。SMD是COPD患者常見的肺外表現，約30%的COPD患者出現運動肌萎縮和無力，肌耐力下降則更為普遍，這兩種特征甚至可見于輕度COPD患者，嚴重影響患者的生存質量[22]。SMD還是獨立于肺功能之外的預測COPD患者死亡率的重要指標[23]。

PPARα在骨骼肌中的主要作用是調節脂肪酸β-氧化酶的基因轉錄，從而增加肌肉組織對脂肪酸的同化作用，減少葡萄糖的同化，使乳酸產生減少、肌肉疲勞減輕[24]。其次，活性氧類(reactive oxygen species，ROS)可通過氧化蛋白質、脂質和DNA而導致肌肉功能障礙[25]。ROS具有重要的生理功能，低水平的ROS誘導增殖、分化等生物過程，若ROS水平過高則誘導細胞死亡。骨骼肌產生肌力需要較低生理水平的ROS，而高水平的ROS會導致肌肉收縮功能障礙，導致肌無力和疲勞[26]。氧化應激成為COPD患者肌肉功能障礙的主要原因，尤其是重度患者，無論是靜息狀態還是運動狀態，COPD患者血液和四肢肌肉中的脂質過氧化、氧化型谷胱甘肽、蛋白質氧化以及硝化的水平均較高[23]。PPARα可通過調節解偶聯蛋白3改變ROS的產生和脂肪酸的氧化[27]。最后，PPARα通過抑制NF-κB驅動的炎癥細胞因子的轉錄間接減少炎癥反應和氧化應激[24]。

COPD患者外周骨骼肌中PPARs的表達水平降低，尤其是PPARα在低體重COPD患者中顯著降低[28-29]。這些調節因子的異常表達可能是COPD患者骨骼肌功能紊亂的原因之一。線粒體是骨骼肌衰老過程的中樞調節因子，線粒體含量及其功能的下降在骨骼肌衰老中起重要作用，線粒體功能障礙的后果之一是骨骼肌細胞凋亡的激活[30]。研究表明COPD患者中存在線粒體功能障礙[31]。低體質指數的COPD患者線粒體呼吸功能受損，PPARα信使RNA的表達水平與線粒體呼吸功能及體積密度呈正相關[29]。而來自動物的研究顯示，PPARα激動劑非諾貝特可預防肺癌小鼠骨骼肌的損失[32]。

HDAC是一類從氨基酸中去除乙酰基的酶，通過調節組蛋白和非組蛋白乙酰化和染色質的結構，改變炎癥基因的表達。COPD患者不僅肺部HDAC2和HDAC5的表達水平下降，其骨骼肌中HDAC2的表達水平也減少，HDAC2的減少可能通過乙酰化和激活NF-κB參與COPD患者骨骼肌的功能障礙[33]。PPARγ的激活可上調HDAC2的表達和活性，而HDAC2表達的恢復可能是治療COPD患者骨骼肌無力的有效靶點[17]。

骨骼肌也表達高水平的PPARβ/δ，并與SMD相關，PPARβ/δ是骨骼肌氧化代謝的一個強有力的正調節因子，其在調節骨骼肌氧化能力方面的作用較PPARα更為強大，PPARβ/δ和PPARα信使RNA的水平與檸檬酸合成酶的活性呈正相關[28]。PPARβ/δ參與調節與脂肪酸以及其他氧化酶的攝取、處理與氧化有關的蛋白質，PPARβ/δ和PPARα對骨骼肌氧化代謝的調節作用是一致的[28,34]。

目前臨床上針對SMD的治療以肺康復治療為主，并無針對SMD的藥物。以上研究表明，PPARs通過減輕外周肌肉炎癥及氧化應激等減輕SMD，可潛在地改善SMD患者的生活質量、降低病死率。

2.3PPARs激動劑對吸入性藥物的增效作用 對于COPD患者來說，使用糖皮質激素的獲益受多方面限制。研究發現，CSE降低了糖皮質激素受體α和HDAC2核心抑制基因的核定位和活性，從而降低糖皮質激素的敏感性，但這些效應能被PPARγ激動劑逆轉[17]。對沙丁胺醇進行體內同源脫敏時發現，羅格列酮的治療減輕了膽堿對氣道的高反應性，保持了沙丁胺醇的松弛活性，并部分恢復了氣管中的β2腎上腺素受體結合位點[35]。由于促分裂原活化的蛋白激酶誘導的磷酸化使糖皮質激素受體無法轉移到細胞核，導致對激素不敏感[36]。有研究發現，沙丁胺醇與羅格列酮聯用可明顯抑制促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信號調節激酶的磷酸化，可能具有逆轉糖皮質激素不敏感的作用，PPARγ激動劑+沙丁胺醇的協同效應與地塞米松+沙丁胺醇組合的協同效應相當[37]。此外，羅格列酮可不依賴于PPARγ的激動而引發氣道松弛[38]。以上研究提示，可聯合應用PPARγ與糖皮質激素受體α激動劑或β2激動劑給藥，從而增強吸入性藥物的抗炎、擴張支氣管作用。

2.4PPARs與細菌感染 革蘭陰性菌是COPD急性加重的主要致病菌，PPARγ通過多種途徑使患者在細菌感染中獲益[39]。有報道稱，PPARγ配體西格列酮通過抑制細菌生長及促炎因子分泌，減輕肺炎鏈球菌引起的肺炎，提高存活率[40]。超過70種革蘭陰性菌利用N-酰基高絲氨酸內酯作為胞間交流的信號分子進行群體感應，對氧磷酶可水解N-酰基高絲氨酸內酯，進而阻斷細菌產生的群體效應[41-42]。研究發現，PPARγ激動劑可增強巨噬細胞的吞噬作用、加速銅綠假單胞菌的清除，這種作用部分是通過誘導對氧磷酶-2的表達介導的[43]。生物膜形成后可抵御多種物理、化學及生物因素的傷害，并可引起耐藥，PPARγ激動劑可抑制生物膜形成。銅綠假單胞菌及其產生的群體感應分子N-3-氧化十二烷酰-L-同型絲氨酸內酯(3-O-C12-HSL)可破壞緊密連接蛋白，損害屏障的完整性和功能，PPARγ激動劑可誘導宿主防御基因表達，如對氧磷酶-2，引起3O-C12-HSL水解，并增加緊密連接蛋白的表達[44]。COPD患者反復感染導致病情加重，各種廣譜、高效抗生素的廣泛應用使耐藥致病菌逐年增多，因細菌感染導致COPD急性加重時，合理應用抗菌藥物的同時輔以PPARγ激動劑可能促進病原體的清除、減少抗生素的用量、減少耐藥的發生等。

3 結 語

當前COPD的各種治療方法仍不能滿足臨床需要，PPARs激動劑通過多種途徑使COPD患者獲益，除肺部疾病外，還在多種不同炎癥疾病模型中獲得了PPARs激動劑抗炎的證據，如關節炎、動脈粥樣硬化和炎性腸病等，這進一步支持了PPARs激動劑在炎癥疾病中的作用。但PPARs激動劑的療效及安全性還有待于進一步驗證，如噻唑烷二酮類藥物與多種不良反應相關，曲格列酮因肝毒性退市，羅格列酮因心血管風險過高而從歐洲市場上移除，法格列酮因外周水腫而未通過Ⅲ期臨床試驗。PPARs激動劑雖有望成為治療COPD的新靶點，但真正應用于COPD患者的臨床治療仍需深入研究。