中藥調控氧化應激抗特發性肺纖維化研究進展

蒙建華，劉銳，潘玲，覃旭升，崔軒，馬毓，李鑫

1 廣西中醫藥大學 廣西南寧 530001

2 廣西中醫藥大學附屬瑞康醫院 廣西南寧 530001

IPF是反復肺泡上皮損傷及異常修復導致肌成纖維細胞分化和細胞外基質過度沉積的病理過程。由于肺泡結構破壞，過度的纖維化肺絮亂，氣體交換受阻并缺氧，自主呼吸無法得到支持，最終導致呼吸衰竭和死亡[1]。

目前，現代醫學針對肺纖維化治療以肺臟移植及免疫抑制、抗纖維化、抑制細胞因子為主，臨床指南中以吡非尼酮和尼達尼布為代表[2]。兩種藥物雖然能夠改善肺功能、降低死亡率，但治療成本過高且容易造成嚴重的胃腸道反應及肝功能損害，少部分還會出現呼吸困難[3]。

人體在內環境中處于氧化-抗氧化狀態，平衡狀態被打破加劇ROS的異常產生、積累，導致氧化應激[4]和IPF中氧化還原信號傳導失效，加重IPF進展。因此，限制過度氧化應激，維持氧化-抗氧化平衡是抗肺纖維化重要的治療靶點。近年來，中醫藥在IPF的作用機制研究中不斷深入，越來越多研究表明中醫藥防治IPF療效顯著。

調控線粒體功能

1 調控線粒體能量代謝

線粒體內廣泛存在電子傳輸鏈（ETC），以三羧酸循環（TCA）形式將復合物I（泛醌氧化還原酶）和復合物III向ETC貢獻電子并釋放細胞色素C，復合物I、III電子過早泄露被認為是ETC產生線粒體ROS（mtROS）的主要途徑[5]。在哺乳動物細胞中，80%以上ATP能量代謝由線粒體呼吸鏈氧化磷酸化（OXPHOS）產生，小部分通過糖酵解將營養物質的厭氧細胞溶質降解而成[6]。MtROS與蛋白質、DNA、脂質等細胞成分相互作用，誘導線粒體功能障礙[7]，降低線粒體編碼的OXPHOS表達，抑制細胞能量代謝，推動成纖維細胞激活并增值[8]。研究發現[9]，與應激信號相關的細胞凋亡關鍵介質絲裂原活化蛋白激酶（P38 MAPK），激活線粒體生物主要調節因子過氧化物酶受體-1α（PGC-1α），能夠調控線粒體電子傳遞鏈復合物III以抑制mtROS生成，限制氧化應激，提高OXPHOS表達。此外，通過抑制線粒體復合物I激活AMP活化蛋白激酶（AMPK）以加快三羧酸循環，能夠提高OXPHOS和有氧糖酵解能量代謝，減弱肌成纖維細胞重編程，阻止肺纖維化進展[10]。莫麗莎[11]對IPF模型大鼠實驗中發現溫肺化纖湯通過啟動AMPK、SIRT1調節因子，激活PGC-1α細胞代謝和抗氧化調節系統，提高線粒體MMP，恢復線粒體細胞代謝功能，增強OXPHOS代謝水平，延緩IPF的發生。進一步研究[12]發現，溫肺化纖湯可以改善氧化應激狀態下的有氧酵解，顯著上調糖酵解HK2（己糖激酶2）、PKM2（丙酮酸相關激酶M2）相關蛋白酶表達，提高有氧酵解過程中葡萄糖攝取率和乳酸水平，恢復ATP釋放及細胞代謝功能，抑制間充質干細胞（LMSCs）過度氧化損傷，減少細胞凋亡。

2 調控線粒體膜通透性

核因子E2相關因子2（NRF2）是一種抗氧化、抗細胞凋亡相關轉錄因子，通常與細胞質中的負調節因子Keap1結合并通過泛素蛋白酶體系統組成型降解[13]。在氧化應激狀態時，Nrf2從Keap1釋放并轉移到細胞核中以促進抗氧化反應元件 （ARE）反應基因的轉錄，受ARE的影響，細胞內血紅素水平受限，血紅素加氧酶-1（HO-1）被分解為強抗氧化性的膽紅素[14]。膽紅素是調節抗氧化酶轉錄和線粒體動力學的重要調節劑，能夠促進胱氨酸的攝取和內源性抗氧化劑谷胱甘肽（GSH）代謝，能夠增強氧化應激抵抗力[15]。阻斷NRF2信號途徑催生大量ROS活性，引發線粒體磷脂雙分子層自由基遭到攻擊，導致線粒體膜去極化和線粒體膜電位（MMP）丟失，有助于線粒體參與的細胞凋亡[16]。張喆等人[17]研究發現，補陽還五湯可促使Nrf2細胞核轉移并激活HO-1表達，抑制下游因子血清丙二醛（MDA），上調超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、過氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶表達，限制氧自由基產生，有效抑制氧化應激，提高線粒體膜通透性，改善大鼠氧化損傷和細胞凋亡，增強抗纖維化敏感性，緩解IPF的作用。Yung等人[18]通過反式肉桂醛（tCA）對IPF倉鼠研究影響，發現tCA激活Nrf2介導的HO-1極大減少了ROS的產生，抑制氧化應激，提高線粒體膜通透性，上調線粒體MMP和抑制細胞色素C的釋放，有助于保護線粒體功能，恢復抗凋亡因子Bcl-2并下調促凋亡因子Bax、半胱天冬酶3（caspase3）和半胱天冬酶9（caspase9），達到阻斷肺泡上皮胞凋亡，有效治療IPF。

抑制炎癥因子釋放

IPF的一個重要特征是肺泡上皮細胞和肺實質性損傷，不可避免產生炎癥反應和廣泛性纖維化增生[19]。核因子κB（NF-κB）是轉錄因子家族中氧化還原高度敏感的重要一員，具有炎癥、細胞分化及存活作用[20]。經典的NF-κB途徑通常由促炎性細胞腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白介素1β（IL-1β）誘導[21]，ROS作為TNF-α及IL-1β的上游因子，能夠直接或間接激活其表達[22-23]。TNF-α激活途徑[24]往往需要與TNF-α1受體結合，a釋放TNF-α相關死亡域蛋白（TRADD蛋白）。IL-1β與血漿IL-1R1受體結合，誘導髓系分化因子88（MyD88）效應蛋白募集TNF受體相關因子6（TRAF6）[25]。MyD88效應蛋白活化需要Toll樣受體4（TLR4）參與，已知TLR4的激活通過增強細胞內ROS的產生而引起氧化應激[26]。彭艷芳等人研究[27-28]中發現，紫檀芪通過降低ROS水平調節氧化應激，上調GSH、SOD和總抗氧化能力（T-AOC）水平，提高抗氧化能力，下調肺組織中TLR4表達，抑制炎癥因子TNF-α、IL-1β、NF-κB p65等表達，阻止NF-κB信號傳導，調控TGF-β1對Smad2和Smad3磷酸化，防止肺成纖維細胞過度分化。李楠楠[29]發現黃芪甲苷IV能夠提高肺組織中抗氧化劑GSH-px、SOD表達，顯著降低高水平的ROS，下調炎癥相關因子TNF-α、IL-1β、IL-6，阻止炎癥級聯刺激，阻斷TGF-β信號傳導，抑制Smad2和Smad3磷酸化，減少成纖維細胞募集及肌成纖維細胞分化，減輕肺組織纖維化程度。

IKKg復合物和TRAF6均參與了激活IκB激酶（IKK）及磷酸化相關復合物（IKKα、IKKβ、IKKγ）過程，進一步轉運至蛋白-蛋白酶體系統降解IκB分子，釋放NF-κB p65因子進入細胞核內，完成激活靶基因轉錄[30]。NF-κB炎癥因子釋放后，受制于轉化生長因子β1（TGF-β1）的成纖維細胞產生異常損傷及修復，激活TGF-β1受體并促使Smad2和Smad3磷酸化，啟動與纖維化相關的轉錄機制[31]。Ok-joo等人[32]發現，槲皮素通過下調肺泡上皮細胞中NADPH氧化酶，減少LPS誘導的細胞內ROS產生水平，降低炎癥細胞因子TNF-α、IL-1β對NF-κB誘導，抑制IκB降解及NF-κB因子移位至細胞核，減輕氧化應激對肺泡上皮細胞的炎癥損傷，提高大鼠抗肺纖維化能力。劉娜等人[33]研究中，當歸補血湯通過調控的酪氨酸磷酸化，降低氧自由基的產生，能夠阻止細胞中的信號傳導，抑制NF-κB信號通路并下調下游因子錳超氧化物歧化酶（MnSOD）表達，減輕氧化損傷，促使抗氧化劑GSH-Px及CAT大量產生，消耗脂質過氧化產物MDA和多余的H2O2，恢復機體抗氧化能力，抑制細胞過度凋亡，改善肺纖維化。

抵抗脂質過氧化

線粒體膜中含有較多不飽和脂肪酸，在OH·及ROS自由基攻擊中最先受到破壞引起脂質過氧化[34]。谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）是一種直接參與抵制磷脂過氧化過程的抗氧化酶，具有保護細胞損傷和抗脂質過氧化功能[35]。GSH是GPX4的必要輔助因子，其產生主要依靠胱氨酸-谷氨酸逆轉運蛋白（SLC7A11）活性[36]，GPX4缺失導致以脂質過氧化物積累為主要特征的鐵死亡[37]。研究表明，GPX4、脂質過氧化、鐵死亡共同參與了氧化應激下的肺纖維化進程[38]。GSH耗竭和GPX4失活，能夠降低清除氧自由基能力，促使H2O2與Fe2+發生Fenton強氧化反應[39]，催生脂質ROS和羥基自由基大量積累，上調不飽和脂肪酸羥基十八碳二烯酸（HODE）及羥基二十碳四烯酸（HETE）水平，破壞細胞膜結構并抑制無毒脂肪醇分解，促使脂質過氧化產物四羥基壬烯（4-HNE）及MDA過度增加，導致鐵死亡發生，刺激肺成纖維細胞分化，有助于IPF的發生[40-41]。陳悅琪等人[42]研究發現，安五脂素能夠通過促進GSH合成提高GPX4抗氧化活性，有效上調SOD、GSH-Px、過氧化氫酶（CAT）等抗氧化劑表達，限制ROS的過度產生，提高SLC7A11和轉鐵蛋白（TF）表達，抑制脂質過氧化產物MDA生成，阻止脂質過氧化和鐵死亡。李琦[43]發現異甘草素能夠通過提高GPX4活性，抑制Fe2+發生Fenton反應激活氧化應激機制，提高抗脂質過氧化能力，保護肺泡上皮細胞完整性，下調TGF-β促纖維因子，對于預防IPF的進展十分重要。Sana Bahri等人[44]研究發現，百里香提取物對氧化應激誘導的IPF大鼠有明顯改善作用，降低氧自由基對細胞的毒性作用，抑制不飽和脂肪酸分解MDA以保護細胞膜。此外，在進行實驗藥物對肝腎功能影響中發現，百里香提取物對肝腎組織不會造成明顯損傷及紊亂，對于臨床上肝腎功能受損的IPF患者提供了新的選擇。Ridha Ben等人[45]對BLM誘導的肺纖維化大鼠實驗中，丹參提取物中含有較強抗氧化性的酚類化合物，極大提高SOD、CAT抗氧化能力，有效清除氧自由基和脂質過氧化產物MDA，HE染色中肺損傷、細胞膠原沉積及炎癥浸潤減少，大鼠食欲增強，體重顯著增加，纖維化程度得到改善，有效減少氧化應激對肺組織纖維化損傷。

問題與展望

肺纖維化具體發病機制仍未揭示，氧化應激作為與肺纖維化密不可分的調控機制，通過線粒體功能障礙、炎癥、脂質過氧化作用參與到抗氧化失衡有關的肺泡上皮細胞凋亡及膠原沉積中，最終進展為特發性肺纖維化。目前，現代醫學治療IPF藥物有限，作用靶點單一，不良反應明顯。而中醫理論強調整體觀念，往往在調控作用中形成多靶點，多方向治療的特點。但關于IPF的研究仍為缺乏：①氧化應激對肺纖維化的具體機制仍不明確，在治療過程中缺乏藥物精準靶向調控。②中藥復方在機制調控中經常發揮多靶點、多途徑等特點，但關于肺纖維化的中藥復方基礎研究數量有限，存在劑量把控及藥物變量影響療效等困難，具體作用成分難以明確，缺乏深入推廣的依據。③中藥單體或有效成分作用范圍局限，但有效成分及靶點調控準確，或許成為IPF的主要基礎研究方向。④目前臨床研究中尋求治療IPF的數據仍然不足，缺乏可靠的臨床依據。為此，還需中醫藥更進一步深入研究，為IPF治療提供更為客觀的循證依據。