N-乙酰半胱氨酸抗炎作用在慢性阻塞性肺疾病治療中的研究及進展

李鵬飛 劉利凱 張建華 李陽 于紅艷

炎癥是引起慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD，簡稱慢阻肺)小氣道和肺泡異常，導致持續性呼吸道癥狀和氣流受限的核心機制，因而，抗炎是其治療的重要組成部分。在慢阻肺治療中，乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine，NAC)常常被作為粘液溶解劑和抗氧化劑使用，其粘液溶解和抗氧化活性在慢阻肺治療中的作用也已得到普遍認可。然而，不能忽視的是，NAC同樣具有抗炎活性，過去該方面的研究進展相對緩慢，近年來，隨著對慢阻肺發病機制及NAC抗炎活性的深入研究，有學者指出NAC具有獨特的抗炎活性，并且可在不依賴于其抗氧化和粘液溶解條件下發揮作用[1]，另外，PANTHEON研究[2]及其事后分析[3]表明NAC減少慢阻肺急性加重的作用與是否應用糖皮質激素無關，并且當同時與長效支氣管擴張劑聯用時，NAC比吸入用糖皮質激素(Inhaled corticosteroids，ICS)更有助于降低慢阻肺急性加重率，這也說明NAC抗炎活性可能在慢阻肺的治療中產生了作用，而不完全是得益于其抗氧化和溶解粘液活性。其實，NAC治療慢阻肺的具體作用和機制目前仍未完全明確，因此，隨著對其抗炎活性的不斷研究，未來不排除它可能會成為慢阻肺抗炎治療的主要藥物。為此，本文就NAC抗炎活性、研究進展及其在慢阻肺治療中存在的問題作一綜述，以供讀者參考。

NAC在慢阻肺中的治療作用及其抗炎活性的提出

一、 NAC在慢阻肺中的治療作用

NAC的活性巰基可分解粘液蛋白中的二硫鍵，使得其在慢阻肺的治療中能夠發揮粘液溶解作用，這已被認為是減少慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD，簡稱慢阻肺急性加重)的原因之一[4]。隨著過去基礎研究成果的相繼發表，NAC在呼吸道組織細胞中產生抗氧化活性的機制被闡述得越來越清晰，其抗氧化作用可通過直接清除活性氧和間接補充細胞內消耗的谷胱甘肽 (Glutathione，GSH)兩條途徑來實現。在臨床實踐中，PANTHEON研究[3]、Cazzola等[5]和Rogliani等[6]的薈萃分析以及GOLD 2020[7]文件均指出NAC抗氧化活性也可降低慢阻肺急性加重率。

但是，相比于NAC粘液溶解和抗氧化活性已得到廣泛研究和證實的情況下，其抗炎活性方面的研究顯得有限，尤其是直接與COPD抗炎治療有關的研究。即便如此，早期的一些研究結果仍然顯示了NAC確切的抗炎活性，其中Paterson等[8]就較早地報道了NAC可有效降低敗血癥患者血漿IL-8的水平。而在與COPD相關的研究中，若以NAC 600mg/d治療10個月，研究者發現患者痰液的中性粒細胞的趨化活性降低；若以高劑量(NAC 1200mg/d)給藥時，觀察到患者外周血CRP和IL-8的濃度出現下降[9]。

二、 NAC治療慢阻肺抗炎活性的提出

事實上，NAC抗炎活性曾飽受爭議，這主要是由于體外和動物實驗研究采用的給藥劑量、給藥方式和給藥持續時間不同，因而得出了不同的研究結果，對NAC發揮抗炎活性的解答各異。Radomskalesniewska[10]和Sadowska[11]總結了這些研究結果，提出了NAC調節炎癥反應的可能機制：一是，短時高劑量NAC可直接影響炎癥信號傳導途徑(如p38MAPK和NF-κB)，以發揮抗炎作用；其次，低劑量NAC通過對細胞內巰基濃度的持續影響，進而調節氧化還原敏感炎癥轉錄因子的激活，來調節炎癥反應，這可能是長期應用NAC的結果，即闡述了這樣一個觀點——低劑量NAC的抗炎作活性可能繼發于其抗氧化作用。

顯然，NAC具備抗氧化能力，在慢阻肺的治療中可發揮抗氧化作用，然而，相比于其他抗氧化劑，它的抗氧化能力明顯偏低，考慮到NAC自身明確的劑量-效應反應關系，以及在慢阻肺臨床研究中，Schermer等[12]、BRONCUS[13]與PANTHEON研究[3]對NAC減少急性加重率觀點不一的結論，都說明高劑量NAC是發揮抗氧化治療作用的必需。但是，隨后一項薈萃分析[5]顯示，同接受高劑量NAC(>600 mg/d)一樣，低劑量(≤600 mg/d)也能夠降低慢阻肺的急性加重風險。這就需要我們重新審視低劑量NAC在慢阻肺治療中的真實作用和機制。

最近幾項探索NAC在人支氣管組織中抗炎活性及機制的研究[1,14]，不但發現高劑量NAC直接抑制脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)刺激人支氣管IL-1β、IL-8、TNF-α的釋放，而且，還觀察到無論是低劑量NAC(200mg/d)，還是高劑量NAC(1200mg/d)均可通過抑制神經激肽A(Neurokinin A，NKA)的釋放來降低IL-6的表達、進而調節LPS誘導的氣道炎癥反應。因此，之前只有高劑量NAC才能產生抗氧化/抗炎作用以及抗炎活性繼發于抗氧化作用的觀點已不再成立。

NAC抗炎活性在慢阻肺中的研究進展

一、 基礎研究方面

1 對炎癥介質的影響 IL-8作為一種重要的炎癥介質，其濃度水平與炎癥的嚴重程度呈正相關。已有研究表明慢阻肺急性加重患者血清、痰液中IL-8濃度均增高，IL-8過度分泌不僅導致肺組織炎癥損傷，而且還參與氣道重塑。Yan等[15]在以BEAS-2B細胞(人支氣管上皮細胞)和THP-1細胞(人巨噬細胞)為體外模型探究PM2.5誘導IL-8基因表達機制的實驗中發現，PM2.5可誘導IL-8基因的過表達，而經NAC預處理后，IL-8表達下調。Vaughan等稍早的研究表明柴油暴露可致慢阻肺支氣管上皮細胞IL-8分泌增加，之后的研究發現，與對照組相比，經NAC預處理柴油暴露后慢阻肺支氣管上皮細胞對IL-8的分泌顯著減低；另外，該研究還發現慢阻肺支氣管上皮細胞可通過MHCⅡ類分子高表達和干擾素相關信號傳導途徑誘導CD4+Th1的免疫應答，NAC則可抑制MHCⅡ類和干擾素相關信號蛋白的mRNA表達[16]。在慢阻肺中，由于CD4+細胞與嚴重的肺氣腫相關，因此，可推測NAC可能有助于減緩慢阻肺肺氣腫的進展。研究表明微小核醣核酸(microRNAs)和溴結構域蛋白4(Bromodomain-containing protein 4，BRD4)均是炎癥調節過程的參與者，一項來自國內旨在闡明microRNA-29b與BRD4在慢阻肺氣道炎癥中的作用以及二者間相互關系的研究結果顯示，在人支氣管上皮細胞的炎癥調節中，香煙煙霧提取物(CSE)的刺激促使microRNA-29b表達下調、BRD4及IL-8的表達上調，microRNA-29b是通過靶向BRD4進而調節由CSE誘導過表達IL-8，但是，CSE誘導的microRNA-29b下調和BRD4、IL-8的增加可被NAC所阻止[17]。因此，推斷經由miR-29b-BRD4軸以調節IL-8的表達，可能是NAC在慢阻肺治療中發揮抗炎作用的又一途徑。

慢阻肺急性加重患者痰液IL-6的水平呈現顯著升高，現認為IL-6能夠反應該群體患者氣道炎癥及阻塞的嚴重程度[18]。如前所述，NAC通過對NKA的調節以抑制由LPS刺激的慢阻肺患者離體支氣管對IL-6表達的研究已經得到證實[1]。在一項以LPS誘導小鼠急性肺損傷(Acute lung injury，ALI)為模型的研究中發現，預先給予NAC(500mg/kg)或S-烯丙基巰基半胱氨酸(S-allylmercaptocys-teine，SAMC)灌胃,可減輕LPS誘導的ALI小鼠支氣管組織的炎癥損傷，同時，該研究還揭示了SAMC是通過激活NF-κB信號通路，來抑制TNF-α、IL-1β、IL-6等促炎細胞因子/介質的產生和炎性細胞浸潤，以此發揮抗炎作用[19]。在另一項研究中，Song等[20]發現與對照組相比，在給予小鼠腹腔注射NAC后，可使甲苯二異氰酸酯(TDI)誘導的哮喘小鼠體內IL-4和IL-5 水平明顯降低。

瘦素與肺部炎癥的發生及加重有關，伴有肥胖的中至重度慢阻肺患者往往經歷更頻繁的急性加重。Hsu等的研究進一步證實，瘦素可通過MAPK和NF-κB活化的共激活因子p300刺激肺泡Ⅱ型上皮細胞胞漿磷脂酶A2-α(Cytosolic phospholipase A2-α，cPLA2α)基因的表達。cPLA2α和環氧化酶(Cyclooxygena-se-2，COX-2)一樣，都是促炎蛋白，參與組織中白細胞的募集。最近，新的研究表明瘦素在上調小鼠肺部炎癥蛋白cPLA2α的同時，也誘導了COX-2的表達以及白細胞浸潤，而用NAC處理后，cPLA2α/COX-2表達和白細胞募集受到了明顯抑制[21]。

2 對炎癥細胞的影響 目前，在NAC治療COPD的效果評價中，涉及中性粒細胞、巨噬細胞，及其活性可被NAC抑制的研究已有較多報道[22-23]。Wang等實驗顯示給予NAC治療后，可顯著改善酵母多糖誘導的Balb/c小鼠全身炎癥模型中肺樹突狀細胞(Dendritic cells，DCs)超微結構的異常，并抑制肺DCs NF-κB活性及凋亡，促進IL-12、抑制IL-10的產生，揭示了NAC可阻止炎癥狀態下肺DCs的凋亡，并保護其調節炎癥功能的作用[24]。

二、 臨床研究方面

在長期應用NAC預防慢性阻塞性肺疾病急性加重的研究中，BRONCUS[13]、PANTHEON[3]、HIACE[25]以及Schermer等[12]的研究結果不一致，其中，HIACE和PANTHEON研究結論相似，指出高劑量NAC(1200mg/d)治療可減少COPD急性加重，Zheng解釋這種不一致結果的原因可能是研究中使用的NAC劑量不同，他強調NAC用量至1200或1800mg/d，才能在COPD治療中發揮抗炎/抗氧化作用。隨后的一篇薈萃分析[6]也肯定了這一結論，另外，特別指出低劑量NAC也能夠減少急性加重，另一篇評價NAC對COPD急性加重影響的分析[26]同樣顯示，高劑量和低劑量NAC長期(≥6個月)應用，均可使COPD急性加重率下降，但是，該分析指出未觀察到對COPD患者第1秒用力呼氣量(Forced expiratory volume in the first second，FEV1)、用力肺活量(Forced vital capacity，FVC)的有益影響。最近刊登在Cochrane上的一篇系統評價[4]也指出，使用粘液溶解劑(包括NAC)治療可能有助于降低慢阻肺急性加重風險，但對患者肺功能沒有顯著影響。因此，可以相信高劑量NAC可以降低慢阻肺急性加重率，但是對于肺功能等方面的影響可能需要更完善的研究設計進行進一步探討。

然而，關于NAC在慢阻肺急性加重期間的研究數據相對有限，雖然動物體內和人體組織離體實驗的結果，顯示了NAC在減輕氣道炎癥等方面的作用，但是對臨床治療慢阻肺急性加重的作用仍存在爭議。一項巴基斯坦的單中心研究[27]，前瞻性觀察了NAC 600mg 每日兩次口服，對慢阻肺急性加重患者臨床癥狀和生化指標的影響，治療7天后，NAC組氧分壓(PaO2)、氧飽和度(SaO2)和二氧化碳分壓(PaCO2)以及喘息、呼吸困難癥狀均出現顯著改善。由于研究中樣本納入量較少，也沒有檢測相關炎癥指標的變化，因此，不能推斷NAC對慢阻肺急性加重患者炎癥反應的影響。所以，未來需要納入相關炎癥指標的大樣本臨床研究，去深入探討NAC在慢阻肺急性加重期治療中的作用。

NAC治療COPD的抗炎機制

高劑量NAC通過對信號傳導途徑(如p38MAPK和NF-κB)的直接影響發揮抗炎作用的機制，已在人胎膜、中性粒細胞、人支氣管上皮細胞和人氣道平滑肌細胞中得到證實。另外，Wuyts等[28]的研究還表明低劑量NAC可能通過對細胞內巰基的持續補充，進而調節氧化/抗氧化失衡，繼之干擾氧化應激參與炎癥反應轉錄因子和相關通路的激活，最終發揮抗炎作用。

近年來，NAC抗炎機制的研究又有了新的進展。Calzetta等[1]闡明了NAC對LPS所誘導的慢阻肺急性加重氣道炎癥反應的保護作用與其對NKA的調節有關，揭示了在慢阻肺抗炎治療中，NAC可通過神經源性炎癥調節途徑這一新機制來發揮作用。另一項在肺部腫瘤患者(包括不吸煙者、無慢阻肺吸煙者和慢阻肺患者)切除活組織的體外實驗[17]中，研究者發現在支氣管上皮細胞中，NAC可抑制CSE刺激的由microRNA-29b靶向BRD4所導致的炎癥反應，可能是NAC產生抗炎作用的又一途徑。此外，Hsu等[21]在小鼠呼吸系統中發現NAC可通過對瘦素的影響，進而抑制cPLA2α/COX-2表達和白細胞募集以減輕炎癥反應。總之，這些研究表明NAC可經由繼發于抗氧化應激和獨立于前者的路徑來發揮抗炎活性。

NAC抗炎活性治療慢阻肺存在的問題

盡管NAC在慢阻肺治療中的多方面活性已得到諸多證實，但是，目前在NAC的具體應用上仍存在一些問題。第一，隨著慢阻肺精準化治療方向和NAC抗炎活性研究的進展，需要重新確定NAC治療的適宜人群。已有報告建議NAC用于中、重度慢阻肺頻繁加重表型具有更好的效果[29]，然而，不能忽視的是當前NAC在輕度慢阻肺患者中的研究尚少，這中情況同樣見于對慢阻肺急性加重治療效能(特別是抗炎活性方面)評估的研究中。因此，伴隨慢阻肺表型及其炎癥標志物研究的進展，相信這將有助于判別潛在存在過度炎癥反應而需要NAC治療的適宜患者。第二，NAC的應用時長問題仍然沒有明確規定。Cazzola[5]建議為防止急性加重，需要長期應用。最近兩篇關于粘液溶解劑研究的NNT值分析結果給了更具體答案，NNT分別為10.11和8[4,6]。未來，此問題仍然需要針對性的研究分析，以進一步確定合適的應用時長效益比。第三，不能忽視的問題是PANTHEON[3]和HIACE[25]研究均在中國進行，國外尚缺少相關研究報道，可能提示不同族群對NAC治療的敏感性不同。國內另一項研究[30]顯示，給予慢阻肺患者NAC 600mg每日兩次治療1年，微粒體環氧化物水解酶(Microsomal epoxide hydrolase，EPHX1)活性快速/正常組的年急性加重率較極度緩慢/緩慢EPHX1活性組患者更低，并且FEV1、FEV1%預測值和圣喬治評分也有更大的改善。因此，不同族群相關基因、酶活性的差異可能影響NAC治療效果，對影響NAC代謝相關基因和酶學的研究，也將有助于推動NAC治療慢阻肺精準化方向的發展。