白介素18.docx
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白介素18
及其mRNA表达的影响
吸烟导致肺内氧化应激，氧化应激又可引起氧
化／抗氧化失衡，它在慢性阻塞性肺疾病（chronic
obstructive
pulmonarydisease，COPD）发病机制中
起着重要作用，也是其主要病因，肺长期暴露于有氧
化物生成的环境中，既有内源性例如由肺部巨噬细
胞以及其他种类细胞也有外源性例如香烟烟雾，此
外还有细胞内线粒体产生的氧化物。
正常情况下，
肺内细胞通过酶系统的作用保持氧化／抗氧化平衡，
而当长期吸烟，烟雾中的有害成分使氧化／抗氧化系
统偏重于前者时，也即氧化作用过强和（或）抗氧化
作用衰减时，就形成肺内氧化应激。
氧化应激的直
接损伤不仅在肺而且激活肺部炎症发病的分子机
制。
而且氧化／抗氧化失衡使肺实质细胞调亡增多，
肺组织破坏，最终气流受限，发展成COPD。
氧化应激是指机体活性氧产生过多和（或）机体
抗氧化能力降低，氧化系统和抗氧化系统平衡紊乱，
从而导致潜在性损伤的病理过程。
生物体内不断出
现应激反应，在此过程中形成了大量自由基。
而由
于抗氧化剂的保护作用，使氧化和抗氧化保持平衡，
因此自由基不会造成严重的身体损伤，一旦这个平
衡被打破，就会出现氧化应激。
氧化剂是指氧的某些代谢产物及其含氧衍化
物，其化学活性强、不稳定，具有较强的氧化能力。
主要包括超氧阴离子、羟自由基、单线态氧、过氧化
氢（H：
O：
）、活性氧（ROS）、脂质过氧化物（RO·、
R00·与ROOH）等。
自20世纪90年代研究认为ROS导致炎症因
子的活化进而引起肺内炎症反应，如核因子一KB
（NF—KB），活化蛋白激活蛋I兰t-1（AP-1），或者通过其
他的转导途径如激酶磷酸酶酶，磷脂酰肌醇3激
酶¨]，近几年的研究证明氧化应激和细胞的氧化状
态能够调控细胞组蛋白的变化，如乙酰化作用、甲基
化作用、磷酸化作用导致细胞染色质改变，以及转录
因子和RNAII多聚酶增多导致的前炎症因子增多。
此外，今年来Harman[31有关于ROS的研究表明正
常氧化代谢产生的ROS能够导致损伤和逐渐衰老，
吸烟和（或）衰老导致的ROS清除减少加速肺部氧
化应激，从而导致了患肺部炎症和COPD[4]。
吸烟导致氧化应激，产生的ROS具有以下作
用：
①直接灭活内皮源一氧化氮；②与一氧化氮结合
形成具有强烈细胞毒性的过氧化氮；③引起脂蛋白
氧化，特别是形成氧化低密度脂蛋白等；④增加血管
紧张素转换酶的活性，导致血管紧张素Ⅱ水平升高，
从而进一步增加炎症细胞因子的表达、黏附和活化，
对血管内皮造成损害。
2肺部氧化应激时氧化产物增加
人体持续处在氧化的状态中，既有机体代谢产
生的内生氧化物也有因为环境污染及吸烟生成的氧
化物。
ROS如超氧阴离子和羟基离子均带有不配
对电子而极不稳定，启动机体氧化反应。
ROS引起
蛋白质、DNA、脂质体的氧化作用，进而直接引起肺损伤或者诱导各种细胞的炎症反应。
ROS能造成
细胞外基质的改变，血管重塑及黏液分泌，亦能引起
细胞调亡或正常细胞增生。
吸烟者肺内的氧化物主
要是由中性粒细胞和巨噬细胞产生的，在香烟烟雾
中的氧化剂能促使肺泡巨噬细胞产生的ROS，后者
又导致中性粒细胞及其他炎症细胞聚集到肺组织
中。
与不吸烟者相比吸烟者的肺内有更多数量的中
性粒细胞和巨噬细胞，产生更多的ROS导致还原型
辅酶II（NADPH）系统的作用减弱，而且，与不伴有
气道阻塞的吸烟者相比，伴随有气道阻塞的吸烟者
肺内含有更多的中性粒细胞。
这就表明由中性粒细
胞髓过氧化物酶介导的氧化应激在肺部炎症过程中
起着至关重要的作用。
在吸烟者的支气管肺泡灌洗液中巨噬细胞的活
性比不吸烟者的强，其活性强的表现就是ROS（超
氧阴离子、羟自由基）产生及释放增多。
使机体长期
处在香烟烟雾环境中也能使肺泡巨噬细胞的氧化反
应增强一]，在吸烟者气道内铁离子的增加与上皮内
ROS的产生增加呈正相关[6]，吸烟者肺泡巨噬细胞
中含有的细胞内铁离子比不吸烟者的高，也比患慢
性支气管炎的吸烟者高[7]。
吸烟引起氧化应激除了
会导致ROS以及铁离子增多外，还有以下几种氧化
物产生增多①H。
O：
：
COPD患者Hz02主要来源于
气道和肺部募集的巨噬细胞，研究认为呼出气中
H。
O：
可以作为氧化应激和肺部炎症的标志物[8]。
②脂质过氧化物：
脂质过氧化代谢物、乙烷是多聚未
饱和脂肪酸过氧化的产物。
COPD稳定期患者呼出
气、血浆、支气管肺泡灌洗液中脂质过氧化代谢物及
呼出气中的乙烷含量明显增加且与气道阻塞程度呈
正相关，是氧化应激的标志物[9]，8一异丙前列环素在
COPD患者及健康吸烟者呼气中明显升高，亦可作
为膜脂质过氧化的标志物。
③其他：
呼气中的一氧
化碳和一氧化氮也被认为是监测COPD气道炎症
和氧化应激的指标[10|，氧自由基可致DNA损伤、
变异，氧化剂和DNA的反应产物8一羟基一2一脱氧鸟
苷在吸烟者外周血细胞和肺上皮细胞中明显升
高[1妇；越来越多的研究证据表明脂质过氧化过程中
产生的醛类参与协同组织或细胞氧化应激的许多病
理生理过程[12|。
此外它的细胞毒性和脂质过氧化
对于在肺内炎症应答过程中逐渐被视为重要的信号
转导㈨。
香烟烟雾，炎症细胞都能产生ROS，许多机制
阐述了细胞内生成ROS如由线粒体或黄嘌呤氧化
酶，其中主要的来源是NADPH的活化而产生的，
当ROS靠近细胞膜时活性很高，能够减少脂质过氧
化物和丙二醛，4一羟基壬烯醛（4一HNE），丙烯醛，
8一异丙前列环素的累积。
以4一HNE为例，是稳定的
高活性脂质过氧化物，其大量产生于COPD患者的
肺内巨噬细胞，中性粒细胞等的胞浆中。
研究表明
不吸烟者和有相似吸烟史但未发展成COPD的吸
烟者比，COPD患者肺内氧化应激标志物的表达增
多。
4-HNE迅速与外蛋白反应形成加合物，这些加
合物被证明在COPD患者的气道上皮和内皮细胞
中大量存在，并且比无COPD的吸烟者肺内高it4]。
4-HNE作为中性颗粒细胞的趋化物，并引起一系列
对细胞的影响作用，如细胞的扩散，T细胞的调亡，
以及各种信号通路的激活[15|。
研究认为氧化应激
发生时4-HNE激活谷氨酰半胱氨酸基因进而活化
抗氧化剂谷胱苷肽，同时也活化了各种前炎症因子
白介素8、单核细胞趋化蛋白一1、内皮细胞生长
因子‘1引。
3氧化应激与COPD发病机制
3．1肺部氧化应激与气道损伤由于肺部氧化应
激和气道上皮细胞两者均与外界环境直接相关，所
以气道上皮表面对氧化应激的影响十分敏感，呼吸
道内衬液和气道上皮是防止由于氧化应激增强产生
过多的氧化剂入侵的第一道防线，香烟烟雾中的氧
化剂和其他毒性物质穿过呼吸道内衬液防护层而损
伤气道上皮。
吸烟时气道上皮早期的重要变化是气
道上皮细胞通透性增加。
吸烟时气道上皮损伤、通
透性增加，可能与上皮细胞分离、溶解增加，黏合力
下降有关，而上皮细胞的这些改变是由氧化剂增多
导致的，也可能因支气管内衬液中的谷胱苷肽减少
而发生。
氧化应激时上皮细胞内外的谷胱苷肽是保
持上皮完整的重要物质，体外细胞实验和小鼠的肺
内实验都发现谷胱苷肽水平下降可导致上皮细胞的
通透性增加。
氧化应激不仅直接损伤气道上皮并且
抑制成纤维细胞募集、增殖，减弱弹性蛋白合成而使
受损上皮的修复能力下降。
3．2氧化应激与气道及肺部炎症损伤氧化应激
通过放大COPD患者的气道炎症反应而对COPD
的病理生理产生重要影响。
氧化应激与肺部炎症有
明确的关系：
①氧化剂可减弱中性粒细胞的变形能
力，致中性粒细胞在肺微循环的滞留、募集、活
化【173；②氧化应激可激活转录因子NF_KB和
AP一1C18]，而转录因子可以调节炎症介质释放，促进
中性粒细胞在肺内的滞留、活化；抗氧化剂可减少
NF—KB、AP-1的激活，减少内皮细胞和巨噬细胞释
放的炎症介质[1妇；③氧化剂可调节中性粒细胞表面
黏附分子的表达。
大量聚集在肺内的中性粒细胞和
巨核细胞耗氧量增加，发生呼吸爆发，释放大量氧自
由基进一步加重肺内的氧化抗氧化失衡，氧化应激
与气道炎症相互作用、互为因果，是导致COPD发
生发展的两个重要因素。
在基因方面，氧化应激参与COPD发病的分子
机制，其引起前炎症基因的过度表达。
转录因子活
化的基因由大量因素调控，其中包括由HATS和
HDAC的活化控制的依赖乙酰化去乙酰化平衡的
DNA分子的改变。
在正常的静息细胞中DNA是
缠绕在组蛋白核小体周边，这个结构阻止了转录因
子如NF-KB与其同源序列DNA的靠近。
当出现氧
化应激增强时，肺部炎症的影响就是引起染色质的
改变。
在组蛋白乙酰化酶的作用下，组蛋白被乙酰
化，DNA解链导致转录因．子如NF-xB和（或）RNA
多聚酶的准入，因此增加了炎症基因表达。
上述可
由组蛋白去乙酰化酶逆转，它可使解链的DNA重
绕以及基因的沉默，组蛋白乙酰化可发生在香烟烟
雾暴露的上皮细胞，也可由抗氧化剂N一乙酰半胱氨
酸保护。
从COPD患者肺内取得的巨噬细胞的组
蛋白去乙酰化作用降低[2…，这点与吸烟的动物模型
研究的结果是相一致的心1|，在吸烟大鼠肺中
HDAC2和其蛋白表达明显减少。
有实验表明乙酰
化的组蛋白，特别是组蛋白4在吸烟者和COPD患
者中出现的程度增加与HDAC2减少相关，这点在
吸烟的COPD患者及COPD加重期患者中尤其突
出，乙酰化组蛋白3出现在戒烟的COPD患者的肺
组织中，它可能参与了在戒烟的COPD患者中发生
肺部炎症的机制[22|。
HDAC被认为是长期吸烟者
和COPD患者糖皮质激素抗炎治疗中不可缺少的，
长期吸烟导致COPD患者的肺组织HDAC2活性
的下降，减弱对糖皮质激素的敏感性[2引。
在对其分子机制的研究中发现：
COPD患者肺
组织中HDAC2减少，HDAC2的RNA水平以及
HDAC2蛋白表达下降口4|，同时也增加了白介
素8mRNA的表达，氧化应激增加导致的转录因子
活化和染色质改变都可能是COPD炎症加重的
基础。
此外，一些研究证明，在支气管炎稳定期和加重
期患者的气道壁嗜酸粒细胞显著增加[2引，从COPD
患者支气管肺泡灌洗液中发现嗜酸性阳离子蛋白水
平含量的增多，更进一步说明，外周血嗜酸粒细胞增
多被视为慢性支气管炎患者最终发展成气道阻塞的
风险因素，也被认为是预后不好的标志26]。
有研究
表明潜在的腺病毒感染与COPD患者肺部炎症相
关。
从腺病毒中分离出的E1A蛋白与转录因子辅
酶因子有相互作用并且加强转录因子的作用，与不
发展成COPD的吸烟者比，吸烟的COPD患者肺内
有更多E1A蛋白，E1A蛋白转染的细胞产生更多
IL一8和氧化物如H。
O。
，加强NF—KB的活性[27|。
因
此，隐性腺病毒感染使肺内细胞对氧化应激更为敏
感，进而产生更多的前炎症介质，在吸烟动物模型实
验中证明E1A也增强了吸烟导致的肺炎和肺
气肿‘2引。
3．3氧化应激与蛋白酶／抗蛋白酶失衡COPD患
者发生氧化抗氧化失衡引起肺内氧化应激，这是
COPD发病机制的基础。
许多氧化应激的激活物在
COPD发病机制中起作用，包括抗蛋白酶的抑制，金
属蛋白酶的激活，引起蛋白酶抗蛋白酶失衡，因此成
为COPD蛋白酶抗蛋白酶发病机制的基础旧9|。
氧
化物直接破坏肺基质的组成并且参与弹性蛋白的异
常修复。
炎症细胞在肺部的增多和激活会导致肺部蛋白
水解酶水平的显著增高，目前认为肺部蛋白水解酶
的主要抑制剂是a1一抗胰蛋白酶（n卜AT）。
体外研
究发现，香烟烟雾及由白细胞释放的氧化物会破坏
a1一AT活性位点的蛋氨酸残基而失活，抑制蛋白酶
的能力明显降低[30|，氧化剂与蛋白质中的甲硫氨酸
可直接发生反应，破坏蛋白质结构，使其功能受损、
酶失活。
如a1一蛋白酶抑制物和分泌型蛋白酶抑制
物，是人体内正常存在的蛋白酶抑制物，它们的甲硫
氨酸位点是氧化损伤的敏感位点，氧化剂氧化甲硫
氨酸残基，使之失活。
氧化应激参与COPD的发病机制中最受关注
的就是一种抗氧化物核转录因子标志物：
核红细胞
相关因子2（NrF2），NrF2控制着100多个基因的表
达，其中包括几种重要的抗氧化物。
人肺组织中
NrF2转录的减少与其共激活因子DJ-1的表达减
少[31|，转录抑制因子Bach-1表达的增多或者其本
身在肺泡巨噬细胞中表达减少相联系[32。
，在动物实
验研究中用去除了NrF2的小鼠对吸烟和胰蛋白酶
引起的COPD的易感性，证明了在COPD中NrF2
的保护作用。
此外，用小分子刺激物使NrF2表达
增多可保护野生型小鼠免患吸烟引起COPD[33|。
这些研究表明：
NrF2受损或者缺失是COPD患者
和香烟烟雾暴露大鼠肺内蛋白酶活性下降和内质网
应激反应增强的显著原因，此外，一些药理实验也证
明NrF2活性通过增加抗氧化保护机制以及减少内
质网的应激反应而减缓COPD疾病的进程[3引。
3．4外周血的氧化应激与COPD在COPD发病
机制过程中中性粒细胞占重要地位，之前的流行病
学研究证明外周血液循环中中性粒细胞的数量与第
1秒用力呼气容积呈负相关。
外周血中性粒细胞释
放超氧阴离子以及COPD患者气道高反应性之间
的协同表明ROS在COPD患者气道异常发病机制
中起到的作用。
另有研究表明用鲁米那加强化学发
光的外周血中性粒细胞作为ROS释放量的标准与
年轻吸烟者气道受限呈负相关[3引。
有许多研究证明COPD急性加重期患者的外
周血中性粒细胞释放超氧离子增多，而当病情趋于
稳定期释放减少。
COPD患者外周血中性粒细胞表
面黏附因子数量上调，这也是氧化作用的结果[3引。
在吸烟者和COPD患者肺内大量聚集的中性颗粒
细胞活性更强，体外实验研究证明了肺炎的动物模
型肺内中性粒细胞能释放更多的ROS[3引。
因此，聚
集在肺内的中性粒细胞是ROS的主要来源，这也导
致在COPD发病过程中内皮黏附因子表达增多。
超氧阴离子和过氧化氢可由黄嘌呤／黄嘌呤酶
氧化反应生成。
与不吸烟者相比，COPD患者的支
气管肺泡灌洗液和血浆中含有更多的黄嘌呤氧化
酶，这点与脂质过氧化物和超氧阴离子增加相一
致[38|。
吸烟导致一氧化氮的产生增多，并且引起血
浆中蛋白的硝化作用及氧化作用增强。
在吸烟者血
中被硝化的蛋白水平（血浆纤维蛋白原、转铁蛋白、
血纤溶酶原、血浆铜蓝蛋白）比不吸烟者高口9。
。
在
体外接触香烟烟雾使血浆中脂质过氧化作用和蛋白
羰基化增加[4…，可能的原因是吸烟者，口一不饱和醛
类（丙烯醛、乙醛、丁烯醛）大量增多，也可能由于蛋
白巯基化及氨基反应导致蛋白结合型醛功能性基团
活性增强，并能使酪氨酸转变为3一酪氨酸有关。
长
期吸烟者一氧化氮和过氧亚硝基阴离子参与血中
3一酪氨酸和上皮衬液中二价铁的形成。
此外，从
COPD患者痰取得的气道炎症细胞中硝基酪氨酸和
一氧化氮合酶的水平比哮喘患者的显著增高，硝基
酪氨酸的水平与第1秒用力呼气容积占预计值百分
比呈负相关。
4小结
氧化应激致转录因子NF-．cB活化增加，促进前
炎症基因表达上调引起炎症反应。
氧化应激与肺部
炎症有明确的关系，氧化应激亦可能通过加重气道
炎症反应而加重气流受限，肺部炎症加重肺内氧化／
抗氧化失衡，引发一系列的病理和病理生理变化，导
致不完全可逆的气流受限，最终发展成为COPD。
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