·综 述·
氧化应激是慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)的重要发病机制之一，故靶向抑制氧化应激可能是一种治疗COPD的有效方案。谷胱甘肽是一种细胞内的抗氧化剂，对多种不同的氧化应激均有保护作用。COPD发生时谷胱甘肽的增加可抑制过量氧化反应的发生，但是由于在COPD急性期可产生过量活性氧(reactive oxygen species,ROS)，谷胱甘肽表现为相对量不足。半胱氨酸是合成还原型谷胱甘肽的底物，而N-乙酰基半胱氨酸(N-acetylcysteine，NAC)是其前体，同时也是一种黏液溶解剂和抗炎药物。现就NAC通过对氧化应激的影响在COPD患者中的作用综述如下。
1.1 氧化应激的来源 在人体内所有细胞均受到抗氧化系统的保护，这些抗氧化系统通过复杂的酶和非酶抗氧化防御系统对抗和调节整体ROS水平，以维持生理上的稳态[1]。ROS包括超氧阴离子(O2)、过氧化氢(H2O2)和氢氧自由基(HO-)等，均是由氧部分还原形成的自由基和非自由基氧组成的。细胞内ROS在线粒体氧化磷酸化过程中产生，也可能是与外源化合物的相互作用而产生的[2]。ROS的水平降至稳态点以下可能会中断细胞在增殖和宿主防御中的作用。同样，ROS水平的增加也可能是导致细胞死亡或加速衰老而引起年龄相关疾病的原因之一。因此，ROS的产生和抗氧化防御之间的平衡决定了氧化应激的程度。
1.2 氧化应激对肺的损伤 肺在呼吸过程中会产生氧化剂，这些氧化剂来自线粒体电子运输过程中产生的氧化物质，或来自进入肺内或外炎症细胞(如空气污染物或香烟烟雾)[3]。香烟烟雾暴露是引起体内氧化应激的起始因素，可通过脂质过氧化以及蛋白质、碳水化合物的氧化引起组织损伤，并导致羰基应激的形成，羰基应激又会引起非酶翻译后的蛋白质修饰，从而改变蛋白质的功能，并导致危险相关的分子模式和新自身抗原的形成。不仅如此，羰基应激对线粒体蛋白的损伤会进一步增加内源性ROS的产生，因此，这些羰基修饰蛋白共同参与了COPD病理生理机制[4] 。有研究显示，系统性氧化应激也可能是许多COPD并发疾病(如心血管疾病和代谢综合征)的原因，而局部氧化应激则可能促进肺癌的发展[5]。
2.1 天然抗氧化剂 自然界中有几种潜在的天然抗氧化剂，如食物植物源多酚(姜黄素、白藜芦醇)和磺胺烷，它们是从溴草芽中提取的，但是没有随机临床试验评估这些物质的效果，还有维生素C、E和D，它们对解决营养不足很重要，经常与其他营养补充剂、草药或饮食一起使用。虽然临床数据表明，用大剂量抗氧化剂缓解呼吸道病理有一定效果，但证据仍然是不充分的[6]。饮食改变可能是COPD患者预防干预的另一种途径，增加水果和蔬菜的摄入量可能有助于减轻COPD的症状和病死率[4]。
2.2 抗氧化应激的药物 目前有几种不同的药理学方法可中和COPD的氧化应激[5]。理想的情况下，它们应该是细胞内靶向抗氧化剂，具有高生物利用度和低毒性，并提供与其他抗氧化剂结合的可能性[7]。硫醇类如NAC、碳半胱氨酸(S-羧甲基-1-半胱氨酸)、N-阿司他林、厄多司坦、福多司坦，氧化剂清除剂如依达拉奉(MC-186)，过氧化物酶模拟物如ebselen，可直接靶向和中和氧化应激。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)模拟物如AEOL10113和核因子2(Nrf 2)，激活剂如萝卜硫素和富马酸二甲酯可补充COPD中缺乏的SOD和Nrf 2活性。NADPH氧化酶抑制剂如南蛇藤醇，髓过氧化物酶抑制剂如2-硫代黄嘌呤和AZ5904可以中和并减少氧化应激。
2.3 靶向抗氧化应激 靶向抗氧化应激或提高内源性抗氧化剂水平可能是治疗COPD的一种有效的方法。事实上，抗氧化途径可能会影响COPD的预后，如口服类固醇抵抗黏液过度分泌、炎症和细胞外基质清除。消除全身和局部的氧化负担，同时减少生物标志物(髓过氧化物酶，一氧化氮)，改善内源性抗氧化防御，抵抗自由基生成，抑制炎症基因的表达，抑制气道炎症，放大非酶抗氧化剂浓度(饮食措施，药物干预)，可抑制系统性疾病的发展，改善肺功能，降低恶化率，减少呼吸症状，恢复类固醇反应性，降低类固醇反应。减少黏液过度分泌、降低骨骼肌功能障碍是COPD抗氧化治疗干预的目的[7]。
2.4 谷胱甘肽 谷胱甘肽是由3种氨基酸组成的：甘氨酸、半胱氨酸和谷氨酸。谷胱甘肽是以还原型和氧化形式存在的，作为活性硫醇基的载体，它以半胱氨酸残留物的形式存在，可以通过与活性氧氮物种和嗜电分子直接相互作用，或者作为各种酶的辅物发挥抗氧化作用。谷胱甘肽在细胞防御细胞氧化攻击、蛋白硫醇氧化还原调节和维持氧化还原内稳态方面具有重要作用，这对于细胞凋亡等过程的正常运作至关重要[8]。有研究表明，吸烟者和稳定期COPD患者的支气管肺泡灌洗液中的谷胱甘肽水平与非吸烟者相比是升高的，并且COPD患者在恶化期与稳定期相比谷胱甘肽水平是降低的[9]。有趣的是，支气管肺泡灌洗液中谷胱甘肽浓度与吸烟者肺部炎症活动的程度呈负相关[10]。氧化应激细胞抗氧化能力的丧失主要是由于谷胱甘肽或其前体半胱氨酸的减少所致。因此，增加循环中谷胱甘肽的有效量可能有一定的疗效。潘嘉宇[11]比较了COPD急性加重期患者应用谷胱甘肽治疗前后患者的氧化应激指标及肺功能效果，结果提示对于急性加重期患者应用谷胱甘肽可以改善患者氧化应激的损伤、减轻炎症反应及改善肺功能。
2.5 NAC NAC作为底物半胱氨酸合成谷胱甘肽的前驱物，其作用是提供用于生物过程中的巯基部分，NAC在这方面比半胱氨酸有优势，因为它对二硫的氧化是相对的[12]。目前尚不清楚细胞外去乙酰化是否发生，半胱氨酸通过氨基酸转座子或完整的NAC进入细胞，在细胞内环境中水解到半胱氨酸之前，可能通过N-脱乙酰酶来穿透细胞膜[13]。NAC还可以减少蛋白质中的二硫键，并且通过促进Nrf2基因表达、抑制气道上皮细胞黏蛋白分泌而有效发挥作用[14]。此外，它可以清除氧自由基与抑制蛋白酶活性[15-16]。然而，其主要药理用途是补充半胱氨酸和谷胱甘肽[1]。
3.1 NAC可增加肺内谷胱甘肽的含量 有证据表明COPD患者气道的氧化应激反应是增加的，并且急性加重期的COPD患者气道氧化应激会进一步增加[9]。在稳定期COPD患者的支气管肺泡灌洗液中，谷胱甘肽水平增加，而病情恶化时与稳定期COPD患者相比谷胱甘肽水平是减少的，提示增加肺内谷胱甘肽的含量是一种新的治疗方式，而NAC可以增加谷胱甘肽在肺内的含量，从而达到治疗COPD的效果。
3.1.1 常规剂量NAC可降低非吸入糖皮质激素患者的恶化率 有研究通过对523例COPD Ⅱ级和 Ⅲ级患者进行随机分组，为每日600 mg NAC或安慰剂组，结果连续3年内NAC不影响吸入皮质激素治疗的患者的用力呼气量或肺活量下降率、病情恶化率或健康状况[17]，但亚组分析显示NAC可降低非吸入皮质激素患者的恶化率；此外，还观察到NAC治疗对功能性剩余容量的显著影响，表明肺恶性通气率有所降低[17]。由于NAC在支气管炎研究中具有很好的耐受性，故建议在今后的研究中可以评估更高的剂量，如1 200 mg/d。
3.1.2 大剂量NAC治疗COPD可减少复发率 有研究显示，大剂量NAC治疗(600 mg 2次/d)与安慰剂组相比，大剂量NAC显著降低了COPD的插管频率； 研究结束时，COPD患者因COPD恶化而入院的平均天数少于安慰剂组；1年时，用力呼气流量25%～75%和用力振荡技术均有明显改善；但是，与这种对小气道和空气诱捕的影响相比，大剂量NAC对COPD症状、运动能力或生活质量的影响并不明显[18]。表明高剂量NAC可显著降低发作频率，延长首次发作的时间，临床疗效显著。
3.1.3 COPD患者长期、大剂量应用NAC获益良好 有研究纳入1 006例中、重度COPD患者， 评估1年的治疗是否能降低COPD的恶化率，结果显示治疗组与对照组之间患者首次急性发作时间并没有不同，但对照组第二次急性发作时间和第三次急性发作时间较治疗组短，且2组恶化率差异有统计学意义；长期、大剂量应用NAC治疗后，COPD患者年急性加重率下降了22%，且在观察期间应用NAC的不良反应几乎没有[19]。
3.1.4 关于NAC治疗COPD患者效果及安全性的临床荟萃分析 研究者检查了来自4 155例慢性支气管炎或COPD患者(NAC，n=1 933；安慰剂或对照组，n=2 222)，治疗低(≤每日600 mg)和高(≥每日1 200 mg)剂量的NAC可以减少发作频率；NAC的有效性还可以通过肺功能检测患者进行随机对照试验证实，符合美国胸科协会/欧洲呼吸学会指南和GOLD建议(支气管扩张剂后与对照COPD患者相比，FEV1/FVC≤0.7，FEV1≤80%预计)[20-21]。小剂量应用NAC可明显预防COPD恶化，高剂量的NAC与未治疗的COPD人群相比，COPD的恶化率明显降低，这一点已被纳入COPD RCTs亚组的结果进一步证实。一项Meta分析结果表明，COPD患者应至少每天服用1 200 mg NAC。如果患者患有慢性支气管炎，但没有气道阻塞，每天服用600 mg的常规治疗就足够了。由于大剂量给予NAC的治疗效果缓慢，为了防止病情恶化，可能需要长期甚至终身的服药治疗。
3.2 NAC治疗COPD的作用机制
3.2.1 NAC的黏液溶解作用 有研究表明，NAC可通过其包含的巯基减少黏液中的二硫键，从而降低黏液的黏滞性并促进黏液纤毛的清除；NAC的抗氧化活性很可能是直接的，也可能是间接的(通过补充细胞内谷胱甘肽水平)，故NAC可以通过减少氧化应激和随后的炎症打破氧化恶性循环[21]。一项小型研究表明，口服NAC 600 mg连续2个月，通过监测血清中MDA、PC、8-OHdG、MMP2、MMP3、MMP9的含量以及外周血单个核细胞中NLRP3、ASC、p38MAPK、TREM-1的mRNA表达量，结果提示可减轻COPD患者的氧化负担及炎症反应[22]。总的来说，这些影响可能使症状、肺功能改善和恶化率降低。
3.2.2 NAC的抗炎作用 Tse等[23]发现，NAC可以通过破坏气道上皮表面和黏液细胞上的细菌受体位点，抑制白细胞介素8和细胞间黏附分子1的迁移，抑制细菌对上皮的附着；此外，还可通过减少上皮增厚和减少分泌细胞增生改善小气道功能(这可能是NAC可以影响肺功能和减少肺气肿的原因)；最后，NAC能降低溶菌酶和乳铁蛋白的浓度，降低中性粒细胞和巨噬细胞的活性，并且可以通过抑制氧化敏感的维甲酸诱导基因，恢复宿主固有的抗病毒应答。有文献表明，使用600 mg NAC可以普遍引起抗氧化作用，高剂量使用时，在发挥抗氧化应激作用的同时也可以发挥抗炎作用[24]，并且NAC还能够抑制感染流感病毒A、B和呼吸道合胞病毒的肺泡Ⅱ型上皮细胞的黏液合成和促炎介质[25]，其抑制机制可能与减少NF-KB和MAPK p38活性有关[26]。一项体外研究表明，NAC具有良好的抗菌性能和干扰生物膜形成并破坏生物膜的能力，这对于减少COPD急性加重的诱因是至关重要的[27]。由此可见，NAC的应用可能会使CODP稳定期的患者减少感冒的概率，从而减少急性加重的频次。
3.2.3 NAC对肺功能的影响 单敏捷[28]将150例COPD急性加重期患者分为治疗组与对照组，治疗组给予NAC 1 800 mg/d，对照组未应用NAC治疗，结果显示治疗组较对照组显著减少因肺性过度通气而发生的二氧化碳滞留，并且肺功能也明显改善。Backer等[29]进行的一项研究记录了NAC影响肺恶性膨胀的作用，应用多层螺旋CT和肺功能相结合的方法对大剂量(每日1 800 mg)NAC 3个月对COPD患者的气道几何形状、炎症和氧化应激的影响进行评估，结果显示NAC治疗后谷胱甘肽水平与中央气道阻力的变化有显著相关性，远端气道阻力下降的患者谷胱甘肽水平明显增高，远端气道阻力降低患者肺叶功能残气量水平的过度扩张也降低了，远端气道阻力未下降患者中叶肺叶功能残气量水平升高。Sinojia 等[30]研究结果显示，连续应用半个月的NAC 1 200 mg/d大大增强了溴化异丙托溴铵的作用，使肺叶功能残气量减少了近3倍，并强调仍需要持续时间更长、样本量更多的研究，可能用长效抗毒蕈碱剂替代溴化异丙托溴铵。
总之，NAC治疗及预防COPD作用已被越来越多的研究所证明，NAC将有可能成为治疗COPD的基石。
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