張強(qiáng)弩（綜述），焦宗憲（審校）

（蘭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理學(xué)研究所，蘭州 730000）

肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞（typeⅡalveolar epithelial cells，AECⅡ）是構(gòu)成肺泡上皮的細(xì)胞之一。AECⅡ的細(xì)胞質(zhì)中具有儲(chǔ)存肺泡表面活性物質(zhì)的顆粒，稱為板層小體。板層小體可以合成、分泌肺泡表面活性物質(zhì)，因此AECⅡ細(xì)胞具有維持肺泡的張力，穩(wěn)定肺泡結(jié)構(gòu)的作用［1］。同時(shí)AECⅡ也是肺泡上皮的干細(xì)胞，它除了通過(guò)增殖生成新的同類細(xì)胞外，還可以分化為肺泡Ⅰ型細(xì)胞，所以AECⅡ在肺泡上皮的修復(fù)過(guò)程中具有重要作用［2］。鑒于此，AECⅡ的狀態(tài)和功能是肺組織病理轉(zhuǎn)歸的決定性因素，很多肺部疾病都與AECⅡ的損傷有關(guān)，比如慢性阻塞性肺?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）的發(fā)生，就與AECⅡ細(xì)胞的損傷有密切關(guān)系［3］。

香煙煙霧中含有1000多種氧化劑以及4700多種化合物，如反應(yīng)性醛類等，這些物質(zhì)可產(chǎn)生自由基等氧化性物質(zhì)［4］。近期研究表明，香煙煙霧對(duì)AECⅡ細(xì)胞的損傷主要是通過(guò)氧化應(yīng)激介導(dǎo)的［5］。氧化應(yīng)激是常見(jiàn)的應(yīng)激性損傷之一，由各種原因所致的氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)的失衡而引起。目前國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了很多關(guān)于香煙煙霧引起的氧化應(yīng)激對(duì)AECⅡ造成損傷的研究，但其詳細(xì)機(jī)制尚未明確，也存在爭(zhēng)議。由于AECⅡ的重要功能以及它與肺部疾病的重要關(guān)系，關(guān)于香煙煙霧引起的氧化應(yīng)激對(duì)AECⅡ影響和機(jī)制的研究具有重大意義，現(xiàn)將近期國(guó)內(nèi)外在此方面的研究綜述如下。

1 香煙煙霧引起的氧化應(yīng)激導(dǎo)致細(xì)胞損傷的始動(dòng)因素

長(zhǎng)期接觸過(guò)量的氧化劑（如吸煙等）會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)氧化劑積累過(guò)多，當(dāng)抗氧化系統(tǒng)不足以抵抗過(guò)多的氧化劑時(shí)，機(jī)體氧化平衡被打破，即會(huì)發(fā)生氧化應(yīng)激。很早就有研究表明，香煙煙霧中含有大量超氧陰離子等強(qiáng)氧化劑，可通過(guò)以一系列反應(yīng)，產(chǎn)生并構(gòu)成活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）。在香煙煙霧引起的氧化應(yīng)激中，損傷因素主要來(lái)源于ROS。ROS包括:超氧陰離子、過(guò)氧化氫（H2O2）、氫氧自由基（·OH）等。氧化應(yīng)激可通過(guò)ROS對(duì)細(xì)胞的脂質(zhì)、糖、蛋白質(zhì)以及DNA等產(chǎn)生損傷，從而造成細(xì)胞損傷［6］，因此 ROS是香煙煙霧引起的氧化應(yīng)激對(duì)AECⅡ造成損傷的始動(dòng)因素。

2 香煙煙霧引起的氧化應(yīng)激對(duì)AECⅡ的損傷作用以及相關(guān)機(jī)制

目前與香煙煙霧引起的氧化應(yīng)激在AECⅡ損傷中的作用相關(guān)的研究主要集中在以下三個(gè)方面:①氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的AECⅡ凋亡。②氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)相互作用，從而對(duì)AECⅡ造成的損傷。③氧化應(yīng)激對(duì)AECⅡ結(jié)構(gòu)和功能的直接破壞。

2.1 氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡 凋亡學(xué)說(shuō)是繼氧化/抗氧化失衡學(xué)說(shuō)之后，此領(lǐng)域內(nèi)的新興學(xué)說(shuō)之一。香煙煙霧誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激對(duì)AECⅡ增殖的影響是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。但在這一點(diǎn)上，還存在一些爭(zhēng)議:一些研究表明，氧化應(yīng)激可以誘導(dǎo)AECⅡ的凋亡［7］;另一些研究卻認(rèn)為，使用香煙煙霧刺激AECⅡ后，細(xì)胞增殖受到促進(jìn)，細(xì)胞凋亡反而受到了抑制［8］。但是，絕大部分研究都認(rèn)為香煙煙霧引起的氧化應(yīng)激是通過(guò)誘導(dǎo)凋亡來(lái)影響AECⅡ的增殖。這種凋亡的特點(diǎn)是:細(xì)胞凋亡率與香煙煙霧的刺激具有時(shí)間劑量依賴關(guān)系，刺激時(shí)間越長(zhǎng)，濃度越高，AECⅡ的凋亡率就越高，且這種凋亡始于G1期［4］。

2.1.1 氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的AECⅡ凋亡與Caspase家族Caspase家族是一組具有高度選擇性的半胱氨酸蛋白酶。此家族參與的級(jí)聯(lián)反應(yīng)在細(xì)胞凋亡過(guò)程中發(fā)揮重要作用。有研究表明，使用Caspase抑制劑可以有效抑制 ROS誘導(dǎo)的肺泡上皮細(xì)胞的凋亡［9］，Caspase家族的活性與氧化劑的濃度成正相關(guān)［10］。故可推測(cè)Caspase家族與氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡有關(guān)。一方面，氧化應(yīng)激可能通過(guò)激活Caspase家族的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，傳遞凋亡信號(hào)［11］，導(dǎo)致AECⅡ的凋亡，另一方面，Caspase家族的激活，可以破壞線粒體內(nèi)的電子傳遞鏈，導(dǎo)致細(xì)胞色素C釋放，細(xì)胞色素C與細(xì)胞凋亡有關(guān)［12］。

2.1.2 氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的AECⅡ凋亡與絲裂原活化蛋白激酶途徑 絲裂原活化蛋白激酶途徑（mitogenactivated protein kinases，MAPKs）由細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶途徑、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun NH2-terminal kinase，JNK）和 p38 激酶（p38 mitogen-activated protein kinases，p38MAPKs）途徑構(gòu)成。有學(xué)者指出，香煙煙霧之所以引起肺泡上皮細(xì)胞的凋亡，是因?yàn)槠鋵?dǎo)致的氧化應(yīng)激可以使MAPKs途徑發(fā)生磷酸化激活［13］。MAPKs途徑可傳遞刺激信號(hào)，進(jìn)一步激活轉(zhuǎn)錄因子，誘導(dǎo)基因表達(dá)，對(duì)細(xì)胞凋亡產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。利用H2O2刺激原代培養(yǎng)肺泡上皮細(xì)胞，模擬氧化應(yīng)激損傷，發(fā)現(xiàn)有MAPKs成分活化，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶途徑、p38MAPKs、JNK 蛋白含量的增加［14-16］。使用乙酰半胱氨酸等抗氧化劑處理細(xì)胞后，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞JNK、p38MAPKs活性下降、細(xì)胞凋亡率下降［15］。同樣用JNK抑制劑（SP600125）處理細(xì)胞后，與單純的H2O2處理相比，顯著降低了細(xì)胞的凋亡率［16］。

MAPKs等信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的激活只是氧化應(yīng)激誘導(dǎo)AECⅡ凋亡機(jī)制的一部分，氧化應(yīng)激刺激信號(hào)的傳入，必然會(huì)導(dǎo)致一系列促凋亡基因的表達(dá)及其產(chǎn)物的變化。目前有研究發(fā)現(xiàn)，香煙煙霧刺激后，會(huì)出現(xiàn) p21WAF1基因［17］、p53 基因［18］等相關(guān)基因的表達(dá)增高，且這些表達(dá)增高與細(xì)胞凋亡率呈正比。被氧化應(yīng)激激活的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的下游產(chǎn)物，及其調(diào)節(jié)活動(dòng)具有廣闊的研究前景。

2.2 氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)的相互作用 吸煙可以加重呼吸道炎癥的惡化，是公認(rèn)的事實(shí)。據(jù)此可以推測(cè)，香煙煙霧引起的氧化應(yīng)激可能與炎性反應(yīng)具有相互作用，兩者相互聯(lián)系可對(duì)AECⅡ造成損傷。由于氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)的過(guò)程中涉及多個(gè)信號(hào)途徑的交叉以及多種轉(zhuǎn)錄因子等，目前對(duì)氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)互相作用的機(jī)制還未徹底清楚。但是大量研究表明，氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)之間存在惡性循環(huán)。一方面，氧化應(yīng)激可以通過(guò)一些激酶或轉(zhuǎn)錄因子的激活，如核因子 κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）、激活蛋白1（activator protein 1，AP-1）的激活來(lái)提高一些促炎因子的表達(dá)［19］，從而加劇炎性反應(yīng);另一方面，炎性反應(yīng)中的炎性介質(zhì)如白細(xì)胞介素1、白細(xì)胞介素6、腫瘤壞死因子α等可以刺激細(xì)胞釋放ROS，加劇氧化應(yīng)激［20］。目前研究的的熱點(diǎn)集中在第一個(gè)方面，即氧化應(yīng)激與NF-κB等轉(zhuǎn)錄因子的關(guān)系。

2.2.1 氧化應(yīng)激和 NF-κB NF-κB 是對(duì)氧化還原敏感的轉(zhuǎn)錄因子，在炎性反應(yīng)中扮演者重要的角色［21］。研究表明，氧化應(yīng)激中的ROS可以作為第二信使激活 NF-κB［22］，而 NF-κB 的激活可以使炎癥相關(guān)基因發(fā)生異常的表達(dá)增高。這些基因表達(dá)涉及白細(xì)胞介素4、白細(xì)胞介素5、白細(xì)胞介素9、白細(xì)胞介素15以及腫瘤壞死因子α和一些炎性趨化因子［20］。因此NF-κB的激活可能是氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)相互作用的分子機(jī)制之一。

2.2.2 氧化應(yīng)激和轉(zhuǎn)錄因子AP-1 轉(zhuǎn)錄因子AP-1同NF-κB一樣，都是對(duì)氧化還原敏感的轉(zhuǎn)錄因子，氧化應(yīng)激可以激活A(yù)P-1從而使依賴AP-1的基因過(guò)量表達(dá)，這些基因涉及很多炎性介質(zhì)，如上述提到的TNF-α等。但與NF-κB不同的是，一些抗氧化劑（如乙酰半胱氨酸）也可以顯著激活A(yù)P-1［20］。

氧化應(yīng)激除了誘導(dǎo)NF-κB和AP-1的激活，來(lái)增加炎性因子的轉(zhuǎn)錄外，還可以通過(guò)對(duì)組蛋白的影響，導(dǎo)致炎性介質(zhì)的表達(dá)增多。已經(jīng)有研究表明，氧化應(yīng)激可以抑制組蛋白和組蛋白去乙?；傅幕钚裕?3］，因此氧化應(yīng)激可能是通過(guò)組蛋白的修飾作用，使炎性因子相關(guān)基因表達(dá)發(fā)生變化。對(duì)組蛋白乙酰化的控制，有可能打破氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)的惡性循環(huán)。

2.3 氧化應(yīng)激對(duì)AECⅡ結(jié)構(gòu)功能的直接破壞 氧化應(yīng)激的過(guò)程中，自由基等氧化劑可以對(duì)AECⅡ的細(xì)胞膜、線粒體、DNA等產(chǎn)生破壞作用，導(dǎo)致細(xì)胞功能喪失。

2.3.1 氧化應(yīng)激對(duì)AECⅡ細(xì)胞膜的破壞 氧化應(yīng)激可以造成AECⅡ細(xì)胞膜中不飽和脂肪酸的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)。脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)可造成AECⅡ細(xì)胞膜功能的損傷，包括膜聯(lián)受體的失活，存在于膜上的酶的破壞以及細(xì)胞膜通透性的異常增高［24］。丙二醛是脂質(zhì)過(guò)氧化的常用標(biāo)志物，與脂質(zhì)過(guò)氧化的程度成正比，丙二醛可以損傷細(xì)胞結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗梢耘c細(xì)胞的DNA和蛋白質(zhì)發(fā)生作用［25］，這可以看作是氧化應(yīng)激對(duì)AECⅡ結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞的分子機(jī)制之一。

2.3.2 氧化應(yīng)激對(duì)AECⅡ中DNA的損傷 香煙煙霧引發(fā)的氧化應(yīng)激通過(guò)ROS對(duì)細(xì)胞的DNA造成突變等損傷［26］。研究表明，ROS中的過(guò)氧化氫可以導(dǎo)致脫氧鳥(niǎo)苷的羥基化，激活核酸內(nèi)切酶，從而致DNA斷裂［27］。ROS中的過(guò)氧化氫還可激活二磷酸腺苷核糖多聚酶，該酶的激活與DNA的斷裂有關(guān)，有研使用二磷酸腺苷核糖多聚酶抑制劑抑制了香煙煙霧導(dǎo)致的AECⅡ細(xì)胞死亡，表明該酶可能是香煙煙霧引導(dǎo)的氧化應(yīng)激對(duì)細(xì)胞損傷的分子機(jī)制之一［28］。

2.3.3 氧化應(yīng)激對(duì)AECⅡ線粒體的損傷 香煙煙霧引起的氧化應(yīng)激可導(dǎo)致AECⅡ線粒體的功能紊亂［29］。實(shí)際上，在這個(gè)觀點(diǎn)上，學(xué)術(shù)界還存在爭(zhēng)議，van der Toorn認(rèn)為［30］:香煙煙霧中的ROS很難進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，因此，香煙煙霧引起的氧化應(yīng)激中的ROS應(yīng)是線粒體功能紊亂的產(chǎn)物，這與主流觀點(diǎn)相反。以往大部分學(xué)者認(rèn)為，ROS可提高線粒體膜的通透性，導(dǎo)致線粒體內(nèi)與細(xì)胞凋亡的因子釋放，如細(xì)胞色素C的釋放［11］。

3 展望

香煙煙霧引起的氧化應(yīng)激對(duì)AECⅡ的損傷是多個(gè)途徑交叉作用的結(jié)果。氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的AECⅡ凋亡和細(xì)胞成分的損傷以及和炎性反應(yīng)的關(guān)系是該研究領(lǐng)域近期的三大熱點(diǎn)。以往的研究著重點(diǎn)在抗氧化成分的變化，如煙霧暴露后，體內(nèi)谷胱甘肽水平的變化。近期，研究的焦點(diǎn)集中在氧化應(yīng)激影響AECⅡ的分子機(jī)制上，如信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子等。這方面的研究，有助于找到新的治療靶點(diǎn)，阻斷氧化應(yīng)激的損傷過(guò)程。特別是對(duì)氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)的相互關(guān)系的機(jī)制研究，可能幫助人們打破兩者之間的惡性循環(huán)，這無(wú)疑可以提高COPD等呼吸道疾病的治療效果。雖然香煙煙霧通過(guò)氧化應(yīng)激可對(duì)AECⅡ造成損傷已經(jīng)得到公認(rèn)，但是究竟如何造成影響，造成哪些影響，很多實(shí)驗(yàn)的結(jié)果還有差異，這可能與研究中使用的不同細(xì)胞亞型、香煙煙霧的刺激方式、刺激的持續(xù)度和強(qiáng)度、不同途徑的動(dòng)力學(xué)平衡有關(guān)。所以這方面的研究還需深入，以期找到損傷規(guī)律和新的相關(guān)機(jī)制。

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