白介素18.docx

1、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(chronicobstructivepulmonary disease，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

2、。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

3、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(NFKB)，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Harman31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COPD4。吸烟导致氧化应激，产生的ROS具有以下作用：直接灭活内皮源

4、一氧化氮；与一氧化氮结合形成具有强烈细胞毒性的过氧化氮；引起脂蛋白氧化，特别是形成氧化低密度脂蛋白等；增加血管紧张素转换酶的活性，导致血管紧张素水平升高，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

5、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

6、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H。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。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COP

7、D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。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。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

8、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

9、-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31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

10、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。32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：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；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

11、放，促进中性粒细胞在肺内的滞留、活化；抗氧化剂可减少NFKB、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；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

12、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

13、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

14、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NFKB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

15、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。33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

16、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

17、。，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COPD33|。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。34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

18、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ROS3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

19、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

20、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。参考文献1 ZhangWZ，VenardosK，ChinDustingJ，et a1Advers

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