N-乙酰半胱氨酸對氣道NO的影響及其在慢阻肺患者中的應(yīng)用

李鵬飛 張建華 李浩闖 劉利凱 李陽 于紅艷

乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine，NAC)是合成還原型谷胱甘肽的底物-半胱氨酸的N-乙酰化衍生物，作為前體藥物，其在維持機體細胞正常生理功能方面發(fā)揮著重要作用。至今，NAC用于臨床已有60年的歷史，隨著研究進展，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。目前，NAC常被作為解毒劑、粘液溶解劑和抗氧化劑使用，但是，它同時具有抗炎活性。以往和新近的研究表明NAC可通過相關(guān)途徑抑制炎癥狀態(tài)下一氧化氮(Nitric Oxide，NO)的產(chǎn)生，以使氣道、肺組織炎癥反應(yīng)減輕，這一機制可能為它作為抗炎藥物治療慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD，簡稱慢阻肺)增加了新的依據(jù)，為此，有必要對其進行全面的再認識和進一步研究。本綜述主要闡述NAC抑制氣道、肺組織NO產(chǎn)生的有關(guān)研究內(nèi)容及進展情況，以期為慢阻肺的抗炎治療尋找新的途徑，同時，探討了利用呼出氣一氧化氮(Fractional exhaled nitric oxide，F(xiàn)eNO)評價NAC對慢阻肺患者氣道NO水平影響的可行性，為開展進一步的臨床研究提供借鑒。

當(dāng)前，NAC粘液溶解和抗氧化活性已得到了廣泛研究和證實，但其抗炎活性方面的研究顯得有限，尤其是直接與慢阻肺抗炎治療相關(guān)的研究。國內(nèi)大部分研究主要集中在探討NAC對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)患者抗氧化應(yīng)激標志物、氧合和細胞因子等方面的影響。為數(shù)不多的研究報道了NAC抗炎活性對慢阻肺的影響，其中一項動物實驗發(fā)現(xiàn)，在煙草煙霧的誘導(dǎo)下，缺乏誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的小鼠，其慢阻肺的發(fā)病率顯著下降[1]；另外，在慢阻肺急性加重患者離體支氣管中的實驗也顯示，氣道炎癥水平與NO濃度相關(guān)[2]；此外，Lázár等的研究顯示，慢阻肺急性加重期間，患者FeNO值較穩(wěn)定期患者顯著增加[3]。這些研究均表明NO參與了慢阻肺的發(fā)病，因此，抑制和調(diào)節(jié)炎癥狀態(tài)下NO的過度產(chǎn)生，可能是慢阻肺抗炎治療的又一新途徑。但是，作為調(diào)節(jié)NO產(chǎn)生的藥物-選擇性iNOS抑制劑，在臨床實驗中并未顯示出有益效果[4]。最近幾項研究顯示，NAC可下調(diào)炎癥小鼠肺組織iNOS表達，并減少慢阻肺患者氣道NO的產(chǎn)生，這使得我們對其成為慢阻肺抗炎治療的主要藥物充滿期待。

NAC抗炎活性在氣道、肺組織和慢阻肺中的研究現(xiàn)況

NAC作為一含巰基化合物，最初用于慢阻肺，是由于其活性巰基能夠分解粘液蛋白中的二硫鍵，以此發(fā)揮粘液溶解作用。之后的研究發(fā)現(xiàn)，NAC還可對抗氧化應(yīng)激，并且在呼吸道組織細胞中也能發(fā)揮抗氧化作用，而進一步的研究顯示，它具有直接和間接的抗氧化活性[5]，其抗氧化活性可減少慢阻肺急性加重[6]。但是，相對于NAC粘液溶解和抗氧化活性在慢阻肺的治療中已得到廣泛研究的情況下，其抗炎活性對慢阻肺的影響進展較慢，筆者總結(jié)既往該領(lǐng)域取得的研究成果，以2018年為界點，這之前，Sadowska和Radomska-Lesniewska提出了NAC調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的可能途徑[7-8]：首先，高劑量NAC通過對信號傳導(dǎo)途徑的直接影響(如p38MAPK和NF-κB)，發(fā)揮抗炎作用；其次，NAC可通過對細胞內(nèi)巰基濃度的持續(xù)作用，引發(fā)細胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)改變，進而調(diào)節(jié)氧化還原敏感轉(zhuǎn)錄因子的激活，以調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。2018年以后的研究揭示了一些新發(fā)現(xiàn)的抗炎途徑，這些抗炎途徑可以獨立于NAC抗氧化途徑之外而發(fā)揮作用。比如，Calzetta等在人離體支氣管(一種慢阻肺急性加重的驗證模型)為研究標本的試驗中，證實了NAC可經(jīng)調(diào)節(jié)神經(jīng)源性炎癥途徑抑制IL-6的表達[9]；此后，在慢阻肺患者肺組織和小鼠肺組織的研究中，NAC可分別作用于miR-29b-BRD4軸和瘦素以抑制IL-8表達和白細胞募集的抗炎作用也被相繼報道[10-11]。由此可見，NAC具有獨立、確鑿的抗炎活性，在這些研究之中，NAC通過抑制炎癥狀態(tài)下NO的產(chǎn)生來發(fā)揮抗炎活性的研究也從未間斷，對于這一特殊的抗炎路徑如今也越來越受到人們關(guān)注。

氣道、肺NO的產(chǎn)生與NO和慢阻肺

NO是一種重要的內(nèi)源性神經(jīng)遞質(zhì)和介質(zhì)，作為一種重要的氣體信號分子，在低濃度水平時，NO維持著機體的正常代謝，對人體的各種生理功能，如炎癥介質(zhì)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫調(diào)節(jié)和細胞毒性等發(fā)揮調(diào)節(jié)作用[12]。但在病理條件下，NO的濃度會過度升高，并產(chǎn)生細胞毒性，損害機體正常生理功能。目前大多數(shù)數(shù)據(jù)支持高濃度NO主要由iNOS產(chǎn)生[13]，在呼吸道局部炎癥中，iNOS主要在炎癥/免疫(嗜酸性粒細胞、巨噬細胞)、支氣管和肺泡上皮細胞中激活[14]，產(chǎn)生高濃度水平NO[15]，進而通過轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞內(nèi)信號途徑影響嗜酸粒細胞，誘導(dǎo)嗜酸粒細胞性氣道炎癥，導(dǎo)致疾病發(fā)生和臨床癥狀，并且，這種由呼吸道局部NO升高導(dǎo)致的炎癥與全身性NO的產(chǎn)生沒有相關(guān)性[16]。已有研究證明，暴露于香煙煙霧中的支氣管上皮細胞和慢阻肺小鼠模型iNOS表達及NO水平均顯著升高[17]，而iNOS缺陷的小鼠，其肺氣腫及肺部炎癥的發(fā)生、進展均較輕；一項分析慢阻肺患者人群FeNO分布水平的回顧性研究表明，有相當(dāng)大比例患者的FeNO高于正常人群[18]。現(xiàn)已認為，iNOS失調(diào)導(dǎo)致NO過度產(chǎn)生是慢阻肺發(fā)病的一個潛在機制[14]，首先，當(dāng)NO濃度增加時，其致炎性可促進炎細胞分泌炎癥介質(zhì)，誘導(dǎo)白細胞聚集、發(fā)生炎癥瀑布效應(yīng)，導(dǎo)致氣道炎癥反應(yīng)和組織損傷；其次，NO的增加會導(dǎo)致過氧亞硝酸鹽的形成，后者作為一種極不穩(wěn)定的氧自由基，極易引發(fā)氣道氧化應(yīng)激反應(yīng)增強，導(dǎo)致炎癥和細胞凋亡[19]。

NAC抑制氣道、肺NO的研究進展

目前關(guān)于抑制氣道NO過度產(chǎn)生相關(guān)藥物的研究報告較少，雖然iNOS強抑制劑GW274150在肺部炎癥動物模型的試驗中顯示，其可以防止由急性變應(yīng)原刺激引發(fā)的遲發(fā)性氣道反應(yīng)，但是在臨床試驗中，選擇性iNOS抑制劑并未顯示出明顯的有益效果[4]。不可否認，未來尋找能夠有效調(diào)節(jié)NO過度升高的藥物將成為治療慢性氣道炎癥性疾病的一個突破點，值得注意的是，既往和最近的基礎(chǔ)研究顯示了NAC在這方面的潛力。

國內(nèi)一項探討核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)、iNOS及NO在脂多糖(LPS)誘導(dǎo)大鼠急性肺損傷(ALI)所起的作用的試驗中，發(fā)現(xiàn)LPS誘導(dǎo)的ALI大鼠(LPS組)肺組織NF-κB、iNOS表達及NO的合成較正常對照組明顯增加(P<0.05)，當(dāng)預(yù)先給予ALI大鼠NF-κB活化抑制劑NAC或地塞米松(DXM)進行干預(yù)(NAC干預(yù)組或DXM干預(yù)組)后，結(jié)果見該兩組大鼠肺部NF-κB、iNOS表達及NO合成均較LPS組明顯降低(P<0.05)，同時肺組織病理較LPS組明顯改善；而預(yù)先給予ALI大鼠生理鹽水，則未見上述變化。他們推測NAC可通過抑制肺部iNOS的表達，進而減少NO生成，來發(fā)揮抗炎作用[20]。失重會使肺功能受到影響，并可導(dǎo)致一定程度肺組織損傷，國內(nèi)另一項研究藥物干預(yù)對模擬失重后大鼠肺組織蛋白組學(xué)變化影響的研究，研究者將健康雄性S-D大鼠隨機分為模擬失重7天(懸吊)、正常對照、NAC干預(yù)和銀杏葉提取物干預(yù)4組，結(jié)果顯示其中懸吊組大鼠肺組織iNOS表達水平明顯高于對照組(P<0.05)，而NAC干預(yù)組大鼠肺組織iNOS表達水平明顯低于7天懸吊組(P<0.05)，并且大鼠肺組織iNOS mRNA表達也有相應(yīng)的變化(P<0.05)，同樣說明NAC可能會通過降低失重大鼠肺組織iNOS的表達以減輕肺組織損傷[21]。管東波等[22]直接在甲醛暴露后人支氣管上皮細胞中，研究了NAC對NO生成的抑制作用，他們發(fā)現(xiàn)低劑量甲醛暴露組人支氣管上皮細胞內(nèi)還原型谷胱甘肽(GSH)/氧化型谷胱甘肽(GSSG)值低于對照(無菌空氣)組，低劑量甲醛暴露組+NAC(0.01 mol/L)保護組GSH/GSSG值高于低劑量甲醛暴露組，并且低劑量甲醛暴露組+NAC組細胞培養(yǎng)上清中NO濃度和細胞內(nèi)iNOS活力均低于低劑量甲醛暴露組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，低劑量甲醛暴露組+NAC組與對照組的上述各指標間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。由于高濃度NO的產(chǎn)生直接依賴iNOS的活性，而iNOS的表達受細胞內(nèi)巰基狀態(tài)的調(diào)節(jié)，還原型谷胱甘肽(GSH)或谷胱甘肽(GSSG)可以增加或抑制iNOS的表達，因此，該研究表明NAC可能通過對GSH/GSSG值的調(diào)節(jié)抑制炎癥刺激下人支氣管上皮細胞iNOS的活力和NO的產(chǎn)生，這也與Sadowska等提出的NAC在高濃度時可通過調(diào)節(jié)GSSG/GSH狀態(tài)影響iNOS的假設(shè)相符。國外學(xué)者Bernareggi等[16]在探索高壓氧(HBO)暴露對大鼠氣管組織微血管通透性變化影響的研究中發(fā)現(xiàn)，暴露于HBO大鼠(實驗組)與暴露于環(huán)境空氣大鼠(對照組)相比，實驗組小鼠氣管組織微血管血漿滲出量顯著增加、氣管勻漿中iNOS蛋白水平也顯著升高，但是，測定兩組間空氣中FeNO水平的差異卻無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，作者在討論中指出，后一結(jié)果與他們期望的實驗組大鼠FeNO會明顯升高的預(yù)測相悖，Bernareggi 解釋這個“無意義”結(jié)果可能與呼吸道內(nèi)膜生化環(huán)境變化及NO在呼吸道被局部滅活有關(guān)。此外，當(dāng)分別給予氟尼縮松(Flunisolide)和NAC治療實驗組小鼠后，其氣管組織血漿外滲量均有減輕，目前已知氟尼縮松治療的有益作用可能與糖皮質(zhì)激素抑制iNOS表達有關(guān)，但對于NAC的治療作用，Bernareggi指出，雖然他們在NAC治療的大鼠中沒有測量iNOS蛋白的表達，但是鑒于氧化應(yīng)激已被證明可以誘導(dǎo)肺泡上皮細胞iNOS表達[23]，所以，仍然可以推斷NAC會降低HBO處理大鼠氣管勻漿中iNOS的表達。Rota等[24]在LPS處理后的動物模型中，研究了NAC對NO生成的調(diào)節(jié)，并與iNOS抑制劑 N-[3-(氨基甲基)芐基]乙脒(1400W)進行了比較。結(jié)果顯示二者均可抑制NO的產(chǎn)生，在討論NO生成減少的機制時，他指出這并不是由于iNOS的活性被NAC直接抑制，而可能是其在轉(zhuǎn)錄水平上產(chǎn)生了一些作用，抑制了NF-κB激活上游的一些步驟，最終抑制了iNOS的表達，進而導(dǎo)致NO生成減少。同樣來自國外的一項旨在探討抗結(jié)晶二氧化硅(CS)誘導(dǎo)肺纖維化的作用以及觀察NAC對CS所誘導(dǎo)的肺纖維化和炎癥影響的研究中，研究者發(fā)現(xiàn)與對照組相比，CS處理組小鼠(實驗組)肺組織中NOX2，iNOS，SOD2和XO mRNA的表達呈時間依賴性增加，而在應(yīng)用NAC處理后，與矽肺小鼠模型相比，NAC處理小鼠肺組織中NOX2，iNOS，SOD2和XO mRNA的表達出現(xiàn)下降，并且肺組織損傷也有減輕[25]。綜上所述，可以看出NAC減少NO的生成是通過抑制iNOS的活性實現(xiàn)的。

最近一項在LPS誘導(dǎo)的慢阻肺急性加重人離體支氣管模型中進行的試驗，進一步增加了NAC作為慢性氣道疾病主要抗炎藥物的潛力。實驗中用LPS(100ng/mL)過夜孵育顯著增加了人離體支氣管產(chǎn)生的NO濃度(NO: +46.59±10.01%；相對于對照，P<0.001)，當(dāng)予以≥1μM 濃度的NAC處理后，NO的濃度顯著降低(NO：-24.06±1.79%;相對于LPS培養(yǎng)的支氣管，P<0.05)[2]。正如這些基礎(chǔ)研究的結(jié)果，從動物到支氣管細胞再到人離體支氣管試驗均證明NAC可有效抑制炎癥狀態(tài)下NO的產(chǎn)生，從而減輕了炎癥反應(yīng)對組織細胞造成的損傷。這些試驗成果為在臨床實踐中進一步探討NAC對慢阻肺患者氣道NO水平的影響奠定了基礎(chǔ)。

NAC治療慢阻肺價值的評估(FeNO的應(yīng)用)

FeNO即測定的呼氣中一氧化氮的濃度，可反應(yīng)氣道內(nèi)一氧化氮的水平[26]。其作為一種簡單無痛苦、易于操作的檢查，相比于傳統(tǒng)炎癥指標及血液炎癥因子等能夠更好地反映氣道嗜酸性炎癥，被認為是氣道Th2炎癥的標志物[27]，目前多應(yīng)用于支氣管哮喘的診治和評估預(yù)后。盡管大多數(shù)研究表明中性粒細胞、巨噬細胞以及Th1細胞因子的表達增加是慢阻肺氣道炎癥的主要特征，但最近的一些研究顯示，部分(20%～40%的慢阻肺患者出現(xiàn)嗜酸性粒細胞炎癥[28])慢阻肺患者傾向于Th2型炎癥，表明Th2炎癥也參與了慢阻肺的進展[27]。因此，近年來，隨著對慢阻肺病理、發(fā)病機制認識的加深，F(xiàn)eNO在慢阻肺診斷及治療指導(dǎo)中的應(yīng)用逐漸增多[29]。已有的研究表明，F(xiàn)eNO水平變化與慢阻肺的嚴重程度[27]和急性加重相關(guān)；FeNO≥20ppb持續(xù)12個月的慢阻肺患者將有更大的急性加重風(fēng)險[30]，同時，在慢阻肺急性加重患者中也觀察到FeNO水平的升高[31]。由此可見，F(xiàn)eNO水平的升高與慢阻肺的嚴重程度及急性加重具有良好的相關(guān)性。在臨床治療方面，糖皮質(zhì)激素可有效抑制氣道嗜酸性炎癥反應(yīng)、下調(diào)FeNO水平，使慢阻肺患者收益的研究已有較多報道[28]，而對于應(yīng)用FeNO評估NAC對氣道炎癥影響的報道極少，鑒于NAC在基礎(chǔ)試驗中顯示了對氣道、肺組織NO過度生成的有效調(diào)節(jié)，關(guān)于它在臨床真實世界中對慢阻肺患者氣道NO產(chǎn)生的影響值得探討，以進一步確定其治療慢性氣道疾病的臨床價值，同時為臨床應(yīng)用增添新的證據(jù)支持。

展 望

炎癥狀態(tài)下NO過度產(chǎn)生與慢阻肺急性加重有關(guān)，有效調(diào)節(jié)NO異常升高可能是慢阻肺抗炎治療的又一途徑，基礎(chǔ)研究已表明NAC可調(diào)節(jié)炎癥氣道NO的生成而發(fā)揮抗炎作用。縱觀目前NAC在慢阻肺中的研究，多是側(cè)重于關(guān)注對患者癥狀、氧合等指標的改善情況，而對患者氣道NO水平的影響，仍有待于進一步的臨床研究。得益于慢阻肺發(fā)病機制和FeNO應(yīng)用的研究進展，為臨床開展相關(guān)研究提供了可能，相信隨著這一領(lǐng)域的研究進展，將會有助于推動慢阻肺個體化治療方向的發(fā)展。