引用本文： 李琪, 曾惠清, 蔡芋晴, 李艷萍, 鄭耐珊. 氧化應激及其標志物在慢性阻塞性肺疾病中的研究進展. 中國呼吸與危重監護雜志, 2022, 21(7): 528-532. doi: 10.7507/1671-6205.202109071 復制
慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）是以不可逆持續性氣流受限為特征的呼吸系統常見病及多發病。根據2022年慢性阻塞性肺疾病全球倡議指南，慢阻肺目前是全球三大死因之一，其中90%的死亡發生在低中等收入國家，是未來慢性病的主要經濟負擔[1]。慢阻肺主要受遺傳和環境因素共同影響，該病的特點是反復咳嗽、咳痰及呼吸困難。在慢阻肺的發病機制中，有四個基本機制已被證實，分別是氧化應激、炎癥、蛋白酶/抗蛋白酶系統失衡和細胞凋亡。每一種機制對慢阻肺的發生和發展都有不同的貢獻，其中氧化應激是最重要的因素，因為除了直接損傷作用外，它還可以增強了其他三種機制[2]。在生理情況下，體內活性氧（reactive oxygen species，ROS）的毒性與抗氧化防御系統之間存在著一種動態平衡，對機體是無害的，但是如果失去平衡，就會導致對蛋白質、脂質和核酸的損害：過多的ROS可導致蛋白質電荷分布的改變和新的二硫鍵的形成，改變蛋白質三級結構和整體蛋白質功能，導致蛋白質失活，還可引起脂質和核酸破壞，隨之而來的是細胞膜功能障礙和核酸轉錄錯誤，從而進一步導致疾病的發生、發展[3]。
1 ROS的來源
ROS指的是氧自由基，如超氧陰離子和羥自由基，也指不含未配對電子的氧的衍生物，如過氧化氫[3]。一般來說，體內累積的活性氧有兩種來源：外源性和內源性。外源性ROS主要來源于吸入的有毒氣體或環境污染物，如卷煙煙霧、汽車廢氣和職業性接觸粉塵，其中吸煙是主要因素[4]。由長期吸煙引起的活性氧和炎癥介質的增加，反過來又可以引起活性氧的產生，造成惡性的循環[5]。在戒煙的情況下，氧化應激持續存在，這表明內源性產生的ROS也不容小覷[6]。慢阻肺患者線粒體功能障礙所產生的ROS是慢阻肺內源性ROS的主要來源[7]。線粒體ROS是在線粒體電子傳遞過程中產生的，當線粒體復合體缺陷電子傳遞不良時，電子從線粒體復合體中泄漏，與氧分子相互作用產生超氧陰離子[5]。除此之外，過氧化物酶體、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶系統也可產生內源性ROS[8]。當肺組織受到病原菌感染、化學和機械因素等刺激時，富含過氧化物酶體、NADPH氧化酶系統的吞噬細胞和上皮細胞也可迅速釋放大量ROS[8]。
2 氧化應激與慢阻肺
ROS導致慢阻肺發生和發展的機制主要有以下幾個方面：ROS與脂質反應生成的脂質過氧化產物有許多細胞毒性作用，它可引起細胞內鈣離子積聚，誘導促炎細胞因子和核因子κB的表達，導致線粒體功能障礙和細胞凋亡，從而導致肺的損害[7]；ROS也可導致DNA損傷，這種損傷可由體內DNA修復機制修復，但是在慢阻肺患者中可能存在修復失敗，從而導致細胞組織壞死[9]；ROS還可以誘導蛋白質羰基化，特別是在嚴重的慢阻肺中，這可導致循環自身抗體的產生，使炎癥的產生和肺損傷永久化[10]；ROS也可增加基質金屬蛋白酶9的表達，分解彈性蛋白纖維，這是肺氣腫的一個重要機制，并通過使α1-抗胰蛋白酶失活和中性粒細胞彈性蛋白酶活性增加而進一步增強彈性溶解，導致肺組織結構破壞，產生肺氣腫[11-12]；ROS還可以通過激活轉化生長因子-β，導致肺纖維化[10]；ROS也可刺激黏液分泌和粘蛋白的表達，導致慢阻肺氣道狹窄，并可增加黏液的交聯性，使黏液更粘稠，更難清除[11]。
除了ROS直接損傷作用，慢阻肺患者體內同樣也存在抗氧化防御系統的缺陷。在人體內，肺組織內產生一種有效的抗氧化防御系統以對抗氧化應激，主要由抗氧化酶和非酶類抗氧化物組成[13]。大多數抗氧化酶都受轉錄因子Nrf2的調節，但是在慢阻肺患者中Nrf2活性減弱，從而使抗氧化酶功能下降，不能發揮相應的抗氧化作用[13]。非酶類抗氧化物主要包括谷胱甘肽、清蛋白、維生素和膽紅素等，其中谷胱甘肽系統在肺內抗氧化中發揮著重要作用[2]。體內活性氧過多，導致非酶類抗氧化物的過度消耗，也是造成慢阻肺患者氧化/抗氧化失衡的部分原因。
3 氧化應激生物標志物
氧化應激與慢阻肺關系密切，有一些氧化應激生物標志物與慢阻肺的發生發展、預后之間關系已被廣泛研究，主要包括以下幾類。
3.1 抗氧化劑類
3.1.1 硫醇
作為一種抗氧化劑，是指含有巰基（?SH）的一類有機化合物。血漿硫醇主要由蛋白質硫醇形成，少部分由低分子硫醇形成，如半胱氨酸、谷胱甘肽和同型半胱氨酸等。硫醇含量的下降往往與慢阻肺氧化應激及預后不良有關。Erden等[14]發現慢阻肺患者血漿中的總硫醇濃度與健康對照組相比顯著降低。在慢阻肺患者中，低分子硫醇的重要組成成分—谷胱甘肽降低的水平與支氣管阻塞的嚴重程度有關[2]。蛋白質巰基（protein sulfhydryl，PSH）作為血漿硫醇的主要成分之一，是對抗氧化應激的關鍵屏障和第一防御系統[15]。在人血漿中，PSH主要來源于白蛋白殘基，占-SH基團的80%。PSH值代表蛋白質的抗氧化能力，其濃度的降低是氧化應激的最早跡象。在Zinellu等[15]的研究中，PSH被確認為慢阻肺獨立相關的氧化應激標志物，他們發現蛋白巰基是輕度慢阻肺氧化應激的敏感和早期的標志物。另有研究通過比較慢阻肺急性加重患者出院前后PSH含量的變化，發現慢阻肺急性加重患者PSH明顯降低[16]。PSH可成為評估慢阻肺急性加重及其療效的指標。
3.1.2 抗氧化營養素
是指可以通過飲食獲得的一類抗氧化劑，主要有維生素A、C、E、α/β-胡蘿卜素等。抗氧化營養素也構成了人體抗氧化防御系統。飲食或血液中抗氧化營養素水平較高的人往往可以保持較好的肺功能。具有抗氧化功能的營養素在DNA新陳代謝和修復中起著重要作用，有助于維持基因組的穩定，抵消氧化應激的影響。食用富含抗氧化營養素的水果和蔬菜可通過抗氧化和抗炎特性保護肺部免受氧化損傷[17]。一項來自韓國的以全國人口為基礎的代表性樣本研究顯示：增加維生素A、C攝入與男性慢阻肺患者疾病嚴重程度的降低有關, 低維生素C攝入量被認為是慢阻肺的獨立危險因素[18]。另有研究顯示：補充維生素C可改善慢阻肺患者的營養和抗氧化狀態[19]，補充維生素A治療1個月后患者氣道阻塞會明顯改善[3]。但是在另一項3萬人研究中，每日補充50 mg維生素E，未發現補充維生素E對慢阻肺癥狀有好處[20]。補充維生素是否對慢阻肺有益目前尚不能明確，以及如何補充也是有待解決的問題。
3.1.3 尿酸
是一種抗氧化劑，能有效清除氧自由基和羥自由基，保護脂蛋白免受氧化。尿酸在人的呼吸道上皮中濃度很高，似乎是環境氧化劑重要的第一道防線[21]。但在慢阻肺患者中，尿酸濃度較高患者是否有更好的預后以及尿酸是否對肺組織有保護護作用有待于研究。大多數研究結果是否定的。高尿酸水平與慢阻肺肺功能下降有關[22]。慢阻肺患者尿酸的產生增加可能是組織缺氧繼發的嘌呤分解代謝增加的結果，在急性加重期這一作用更加明顯[23]。此時升高的尿酸水平會干擾氧化還原，產生促氧化的作用。有研究表明：慢阻肺患者的平均尿酸水平明顯高于健康對照組[24]。但是也有研究得出不同的結論，他們發現慢阻肺穩定期患者中，高尿酸血癥與全因死亡風險增加無關，高尿酸血癥不是慢阻肺全因死亡率或未來急性加重的獨立預測因子[25]。尿酸作為一種抗氧化劑，在不同的條件中發揮不同的作用，作用機制是復雜的，而對于慢阻肺和尿酸的關系，不同的學者意見不一，有待于進一步研究闡明其關系。
3.1.4 膽紅素
膽紅素是一種抗氧化劑，根據發表在《美國醫學會雜志》上的一項對50多萬名成年人數據的回顧性研究，血液中膽紅素水平正常但相對較高的人患慢阻肺的風險較低，當膽紅素在生理水平每上升0.1 mg/dL時，成年人的慢阻肺會減少6%[26]。另有研究表明，慢阻肺患者血清膽紅素水平較健康體檢者低，在急性加重期膽紅素水平更低[27]，且膽紅素含量隨著慢阻肺肺功能分級的下降而下降[28]。上述研究都支持膽紅素對慢阻肺疾病進展有保護作用這一假設。但是也有部分研究得出相反的結果。一項慢阻肺隊列研究顯示，較高的血清膽紅素水平與重度至極重度慢阻肺患者更高的惡化風險相關，且肺功能與血清膽紅素水平無關[29]。因此，在運用膽紅素預測不同嚴重程度慢阻肺臨床預后時應慎重。
3.1.5 血漿總抗氧化能力
鑒于單獨測量每種抗氧化劑比較繁瑣，不能反映體內的血漿總抗氧化能力（total antioxidant capacity，TAOC），因此，有學者建議可將TAOC作為慢阻肺氧化應激指標。研究表明，慢阻肺急性加重與慢阻肺穩定期對比，血清TAOC水平較低，且與治療前比較，慢阻肺急性加重組患者治療3天和1周的血清TAOC水平均升高，TAOC水平與其1年生存率均呈正相關[30]。除此之外，有學者研究了慢阻肺患者在病情惡化開始時及穩定3個月后的誘導痰中的TAOC，發現在慢阻肺急性加重時誘導痰TAOC顯著地減少[31]。TAOS是慢阻肺的重要預測因子，穩定期慢阻肺患者TAOC顯著高于健康對照組，但TAOC與氣道阻塞嚴重程度無明顯相關性[32]。因此TAOC水平可考慮作為反映慢阻肺急性加重的生物標志物。
3.2 過氧化產物類
3.2.1 脂質過氧化產物
脂質很容易被氧化劑氧化，脂質過氧化是氧化應激的主要后果。一些脂質過氧化產物已經被作為生物標志物進行了研究，其中丙二醛（malondialdehyde，MDA）是最常用的脂質氧化損傷指標。研究表明，慢阻肺患者的MDA水平較健康對照組高[33]。動物實驗表明熏煙可以使小鼠肺組織MDA明顯增高，抗氧化藥物隱丹參酮干預可以降低卷煙誘導的MDA產生，減輕卷煙的致氧化應激作用[34]。另有研究通過分析不同GOLD分級的MDA水平之間的差異，發現與GOLD1/2級患者相比，GOLD3/4級患者的MDA水平顯著較高[35]。血清MDA水平與慢阻肺的嚴重程度相關。慢阻肺急性加重治療前后MDA水平也有差異，Antus等[36]發現，慢阻肺急性加重患者氣道MDA水平升高，治療后降低，這提示MDA可作為評價慢阻肺患者治療療效的指標。8-異前列腺素F2α是近年來發現的穩定性、敏感性、特異性良好的脂質過氧化產物。研究發現，慢阻肺患者血清8-異前列腺素F2α水平高于健康對照組，并且與第一秒用力呼氣容積占預計值的百分比、用力肺活量占預計值的百分比、1秒率等肺功能指標正相關[37]。
3.2.2 蛋白質氧化產物
蛋白質氧化損傷最多見的產物是蛋白質羰基（protein carbonyl，PC）。PC是蛋白質氧化常用的標志物。研究表明，與健康對照組相比，慢阻肺患者的血漿PC明顯升高[16]。但PC水平和慢阻肺疾病進展和肺功能之間沒有明顯的相關性[38]。晚期氧化蛋白產物（advanced oxidation protein products，AOPP）也是慢阻肺患者蛋白質氧化損傷的另一敏感指標。研究表明慢阻肺患者AOPP高于健康對照組，急性加重患者AOPP治療后降低[39]。PC和AOPP可考慮作為反映慢阻肺治療療效預后及氧化應激損傷的敏感指標。
3.2.3 核酸氧化損傷產物
DNA氧化損傷的最終產物是8-羥基脫氧鳥苷（8-hydroxydeoxyguanosine，8-OHdG），常用于評價氧化應激。研究表明，慢阻肺急性加重患者8-OHdG比健康對照組和慢阻肺穩定期患者均高[40]。另有研究表明隨著慢阻肺肺功能下降，慢阻肺患者血清8-OHdG也逐漸升高，并且入院時較高水平的8-OHdG慢阻肺急性加重患者住院時間也相對較長[41]。此外8-OHdG與慢阻肺呼吸困難指數評分、慢阻肺評估測試評分和慢阻肺肺功能分級呈正相關[42]。8-OHdG可作為反映慢阻肺肺功能、癥狀嚴重程度、惡化風險及進展預后的有前途生物標志物之一。RNA由于其分布廣泛、缺乏組蛋白保護等原因容易受氧化應激損傷，已經鑒定出20多種不同類型的RNA的羥基自由基損傷，其中最常見的氧化堿是8-羥基鳥苷。但對于RNA氧化損傷產物與慢阻肺關系相關的研究較少，未來可能需要進一步研究尋找潛在的RNA氧化損傷相關生物標志物。
3.2.4 總氧化狀態
總氧化狀態（total oxidant status，TOS）可反映體內的TAOC，可測量TOS作為慢阻肺氧化應激指標，研究TOS與慢阻肺的關系。研究表明慢阻肺急性加重患者入院時TOS較治療出院高[39]，并且急性加重組患者TOS明顯高于穩定期組和健康對照組[43]。吸煙對TOS也有影響，不論是否為慢阻肺患者，吸煙時TOS升高，戒煙時TOS會較前下降[43]。TOS可考慮作為反映慢阻肺治療療效及氧化應激損傷的指標。
3.3 催化酶活性類
體內的一些氧化劑需要在酶的催化下降解。那么在慢阻肺患者體內，抗氧化酶活性是如何。Antus等[36]發現，與穩定期慢阻肺患者和健康受試者相比，慢阻肺急性加重患者痰中抗氧化酶活性升高，提示抗氧化酶的激活可能是慢阻肺急性加重患者抵御急性加重時相關氧化劑產生增加的防御機制之一。也有大量學者研究了不同情況下慢阻肺患者抗氧化酶的含量，結果顯示：慢阻肺組的抗氧化物酶水平顯著低于健康對照組[44]，其中急性加重期患者最低[35, 44]。超氧化物歧化酶是唯一消除超氧化物的細胞外酶，其濃度及活性在慢阻肺急性加重中下降[30, 45]。血清超氧化物歧化酶活性較低也是慢阻肺急性加重期患者1年全因死亡率的強的獨立預測因子[45]。
4 小結與展望
生物標志物在慢阻肺的診斷、治療以及預后中的重要預測作用是近幾年的研究熱點。而氧化應激作為慢阻肺的發病機制之一，其特異性生物標志物也被廣泛研究，但仍在許多方面存在爭議，值得醫學臨床及科研工作者思考：（1）血清中整體的氧化應激標志物是否代表肺內氣管中局部的氧化應激水平？（2）痰、血清、肺泡灌洗液、呼出氣冷凝液等不同標本中的氧化應激生物標志物在慢阻肺中的預測作用是否一致，各自敏感性及特異性如何？（3）抗氧化應激治療，如提高體內抗氧化劑含量、提高抗氧化酶的含量及活性、減少體內氧化劑含量等，是否可以成為慢阻肺患者新的治療靶點，其療效如何？以上問題需要更深入的基礎及臨床研究來探索。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。
慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）是以不可逆持續性氣流受限為特征的呼吸系統常見病及多發病。根據2022年慢性阻塞性肺疾病全球倡議指南，慢阻肺目前是全球三大死因之一，其中90%的死亡發生在低中等收入國家，是未來慢性病的主要經濟負擔[1]。慢阻肺主要受遺傳和環境因素共同影響，該病的特點是反復咳嗽、咳痰及呼吸困難。在慢阻肺的發病機制中，有四個基本機制已被證實，分別是氧化應激、炎癥、蛋白酶/抗蛋白酶系統失衡和細胞凋亡。每一種機制對慢阻肺的發生和發展都有不同的貢獻，其中氧化應激是最重要的因素，因為除了直接損傷作用外，它還可以增強了其他三種機制[2]。在生理情況下，體內活性氧（reactive oxygen species，ROS）的毒性與抗氧化防御系統之間存在著一種動態平衡，對機體是無害的，但是如果失去平衡，就會導致對蛋白質、脂質和核酸的損害：過多的ROS可導致蛋白質電荷分布的改變和新的二硫鍵的形成，改變蛋白質三級結構和整體蛋白質功能，導致蛋白質失活，還可引起脂質和核酸破壞，隨之而來的是細胞膜功能障礙和核酸轉錄錯誤，從而進一步導致疾病的發生、發展[3]。
1 ROS的來源
ROS指的是氧自由基，如超氧陰離子和羥自由基，也指不含未配對電子的氧的衍生物，如過氧化氫[3]。一般來說，體內累積的活性氧有兩種來源：外源性和內源性。外源性ROS主要來源于吸入的有毒氣體或環境污染物，如卷煙煙霧、汽車廢氣和職業性接觸粉塵，其中吸煙是主要因素[4]。由長期吸煙引起的活性氧和炎癥介質的增加，反過來又可以引起活性氧的產生，造成惡性的循環[5]。在戒煙的情況下，氧化應激持續存在，這表明內源性產生的ROS也不容小覷[6]。慢阻肺患者線粒體功能障礙所產生的ROS是慢阻肺內源性ROS的主要來源[7]。線粒體ROS是在線粒體電子傳遞過程中產生的，當線粒體復合體缺陷電子傳遞不良時，電子從線粒體復合體中泄漏，與氧分子相互作用產生超氧陰離子[5]。除此之外，過氧化物酶體、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶系統也可產生內源性ROS[8]。當肺組織受到病原菌感染、化學和機械因素等刺激時，富含過氧化物酶體、NADPH氧化酶系統的吞噬細胞和上皮細胞也可迅速釋放大量ROS[8]。
2 氧化應激與慢阻肺
ROS導致慢阻肺發生和發展的機制主要有以下幾個方面：ROS與脂質反應生成的脂質過氧化產物有許多細胞毒性作用，它可引起細胞內鈣離子積聚，誘導促炎細胞因子和核因子κB的表達，導致線粒體功能障礙和細胞凋亡，從而導致肺的損害[7]；ROS也可導致DNA損傷，這種損傷可由體內DNA修復機制修復，但是在慢阻肺患者中可能存在修復失敗，從而導致細胞組織壞死[9]；ROS還可以誘導蛋白質羰基化，特別是在嚴重的慢阻肺中，這可導致循環自身抗體的產生，使炎癥的產生和肺損傷永久化[10]；ROS也可增加基質金屬蛋白酶9的表達，分解彈性蛋白纖維，這是肺氣腫的一個重要機制，并通過使α1-抗胰蛋白酶失活和中性粒細胞彈性蛋白酶活性增加而進一步增強彈性溶解，導致肺組織結構破壞，產生肺氣腫[11-12]；ROS還可以通過激活轉化生長因子-β，導致肺纖維化[10]；ROS也可刺激黏液分泌和粘蛋白的表達，導致慢阻肺氣道狹窄，并可增加黏液的交聯性，使黏液更粘稠，更難清除[11]。
除了ROS直接損傷作用，慢阻肺患者體內同樣也存在抗氧化防御系統的缺陷。在人體內，肺組織內產生一種有效的抗氧化防御系統以對抗氧化應激，主要由抗氧化酶和非酶類抗氧化物組成[13]。大多數抗氧化酶都受轉錄因子Nrf2的調節，但是在慢阻肺患者中Nrf2活性減弱，從而使抗氧化酶功能下降，不能發揮相應的抗氧化作用[13]。非酶類抗氧化物主要包括谷胱甘肽、清蛋白、維生素和膽紅素等，其中谷胱甘肽系統在肺內抗氧化中發揮著重要作用[2]。體內活性氧過多，導致非酶類抗氧化物的過度消耗，也是造成慢阻肺患者氧化/抗氧化失衡的部分原因。
3 氧化應激生物標志物
氧化應激與慢阻肺關系密切，有一些氧化應激生物標志物與慢阻肺的發生發展、預后之間關系已被廣泛研究，主要包括以下幾類。
3.1 抗氧化劑類
3.1.1 硫醇
作為一種抗氧化劑，是指含有巰基（?SH）的一類有機化合物。血漿硫醇主要由蛋白質硫醇形成，少部分由低分子硫醇形成，如半胱氨酸、谷胱甘肽和同型半胱氨酸等。硫醇含量的下降往往與慢阻肺氧化應激及預后不良有關。Erden等[14]發現慢阻肺患者血漿中的總硫醇濃度與健康對照組相比顯著降低。在慢阻肺患者中，低分子硫醇的重要組成成分—谷胱甘肽降低的水平與支氣管阻塞的嚴重程度有關[2]。蛋白質巰基（protein sulfhydryl，PSH）作為血漿硫醇的主要成分之一，是對抗氧化應激的關鍵屏障和第一防御系統[15]。在人血漿中，PSH主要來源于白蛋白殘基，占-SH基團的80%。PSH值代表蛋白質的抗氧化能力，其濃度的降低是氧化應激的最早跡象。在Zinellu等[15]的研究中，PSH被確認為慢阻肺獨立相關的氧化應激標志物，他們發現蛋白巰基是輕度慢阻肺氧化應激的敏感和早期的標志物。另有研究通過比較慢阻肺急性加重患者出院前后PSH含量的變化，發現慢阻肺急性加重患者PSH明顯降低[16]。PSH可成為評估慢阻肺急性加重及其療效的指標。
3.1.2 抗氧化營養素
是指可以通過飲食獲得的一類抗氧化劑，主要有維生素A、C、E、α/β-胡蘿卜素等。抗氧化營養素也構成了人體抗氧化防御系統。飲食或血液中抗氧化營養素水平較高的人往往可以保持較好的肺功能。具有抗氧化功能的營養素在DNA新陳代謝和修復中起著重要作用，有助于維持基因組的穩定，抵消氧化應激的影響。食用富含抗氧化營養素的水果和蔬菜可通過抗氧化和抗炎特性保護肺部免受氧化損傷[17]。一項來自韓國的以全國人口為基礎的代表性樣本研究顯示：增加維生素A、C攝入與男性慢阻肺患者疾病嚴重程度的降低有關, 低維生素C攝入量被認為是慢阻肺的獨立危險因素[18]。另有研究顯示：補充維生素C可改善慢阻肺患者的營養和抗氧化狀態[19]，補充維生素A治療1個月后患者氣道阻塞會明顯改善[3]。但是在另一項3萬人研究中，每日補充50 mg維生素E，未發現補充維生素E對慢阻肺癥狀有好處[20]。補充維生素是否對慢阻肺有益目前尚不能明確，以及如何補充也是有待解決的問題。
3.1.3 尿酸
是一種抗氧化劑，能有效清除氧自由基和羥自由基，保護脂蛋白免受氧化。尿酸在人的呼吸道上皮中濃度很高，似乎是環境氧化劑重要的第一道防線[21]。但在慢阻肺患者中，尿酸濃度較高患者是否有更好的預后以及尿酸是否對肺組織有保護護作用有待于研究。大多數研究結果是否定的。高尿酸水平與慢阻肺肺功能下降有關[22]。慢阻肺患者尿酸的產生增加可能是組織缺氧繼發的嘌呤分解代謝增加的結果，在急性加重期這一作用更加明顯[23]。此時升高的尿酸水平會干擾氧化還原，產生促氧化的作用。有研究表明：慢阻肺患者的平均尿酸水平明顯高于健康對照組[24]。但是也有研究得出不同的結論，他們發現慢阻肺穩定期患者中，高尿酸血癥與全因死亡風險增加無關，高尿酸血癥不是慢阻肺全因死亡率或未來急性加重的獨立預測因子[25]。尿酸作為一種抗氧化劑，在不同的條件中發揮不同的作用，作用機制是復雜的，而對于慢阻肺和尿酸的關系，不同的學者意見不一，有待于進一步研究闡明其關系。
3.1.4 膽紅素
膽紅素是一種抗氧化劑，根據發表在《美國醫學會雜志》上的一項對50多萬名成年人數據的回顧性研究，血液中膽紅素水平正常但相對較高的人患慢阻肺的風險較低，當膽紅素在生理水平每上升0.1 mg/dL時，成年人的慢阻肺會減少6%[26]。另有研究表明，慢阻肺患者血清膽紅素水平較健康體檢者低，在急性加重期膽紅素水平更低[27]，且膽紅素含量隨著慢阻肺肺功能分級的下降而下降[28]。上述研究都支持膽紅素對慢阻肺疾病進展有保護作用這一假設。但是也有部分研究得出相反的結果。一項慢阻肺隊列研究顯示，較高的血清膽紅素水平與重度至極重度慢阻肺患者更高的惡化風險相關，且肺功能與血清膽紅素水平無關[29]。因此，在運用膽紅素預測不同嚴重程度慢阻肺臨床預后時應慎重。
3.1.5 血漿總抗氧化能力
鑒于單獨測量每種抗氧化劑比較繁瑣，不能反映體內的血漿總抗氧化能力（total antioxidant capacity，TAOC），因此，有學者建議可將TAOC作為慢阻肺氧化應激指標。研究表明，慢阻肺急性加重與慢阻肺穩定期對比，血清TAOC水平較低，且與治療前比較，慢阻肺急性加重組患者治療3天和1周的血清TAOC水平均升高，TAOC水平與其1年生存率均呈正相關[30]。除此之外，有學者研究了慢阻肺患者在病情惡化開始時及穩定3個月后的誘導痰中的TAOC，發現在慢阻肺急性加重時誘導痰TAOC顯著地減少[31]。TAOS是慢阻肺的重要預測因子，穩定期慢阻肺患者TAOC顯著高于健康對照組，但TAOC與氣道阻塞嚴重程度無明顯相關性[32]。因此TAOC水平可考慮作為反映慢阻肺急性加重的生物標志物。
3.2 過氧化產物類
3.2.1 脂質過氧化產物
脂質很容易被氧化劑氧化，脂質過氧化是氧化應激的主要后果。一些脂質過氧化產物已經被作為生物標志物進行了研究，其中丙二醛（malondialdehyde，MDA）是最常用的脂質氧化損傷指標。研究表明，慢阻肺患者的MDA水平較健康對照組高[33]。動物實驗表明熏煙可以使小鼠肺組織MDA明顯增高，抗氧化藥物隱丹參酮干預可以降低卷煙誘導的MDA產生，減輕卷煙的致氧化應激作用[34]。另有研究通過分析不同GOLD分級的MDA水平之間的差異，發現與GOLD1/2級患者相比，GOLD3/4級患者的MDA水平顯著較高[35]。血清MDA水平與慢阻肺的嚴重程度相關。慢阻肺急性加重治療前后MDA水平也有差異，Antus等[36]發現，慢阻肺急性加重患者氣道MDA水平升高，治療后降低，這提示MDA可作為評價慢阻肺患者治療療效的指標。8-異前列腺素F2α是近年來發現的穩定性、敏感性、特異性良好的脂質過氧化產物。研究發現，慢阻肺患者血清8-異前列腺素F2α水平高于健康對照組，并且與第一秒用力呼氣容積占預計值的百分比、用力肺活量占預計值的百分比、1秒率等肺功能指標正相關[37]。
3.2.2 蛋白質氧化產物
蛋白質氧化損傷最多見的產物是蛋白質羰基（protein carbonyl，PC）。PC是蛋白質氧化常用的標志物。研究表明，與健康對照組相比，慢阻肺患者的血漿PC明顯升高[16]。但PC水平和慢阻肺疾病進展和肺功能之間沒有明顯的相關性[38]。晚期氧化蛋白產物（advanced oxidation protein products，AOPP）也是慢阻肺患者蛋白質氧化損傷的另一敏感指標。研究表明慢阻肺患者AOPP高于健康對照組，急性加重患者AOPP治療后降低[39]。PC和AOPP可考慮作為反映慢阻肺治療療效預后及氧化應激損傷的敏感指標。
3.2.3 核酸氧化損傷產物
DNA氧化損傷的最終產物是8-羥基脫氧鳥苷（8-hydroxydeoxyguanosine，8-OHdG），常用于評價氧化應激。研究表明，慢阻肺急性加重患者8-OHdG比健康對照組和慢阻肺穩定期患者均高[40]。另有研究表明隨著慢阻肺肺功能下降，慢阻肺患者血清8-OHdG也逐漸升高，并且入院時較高水平的8-OHdG慢阻肺急性加重患者住院時間也相對較長[41]。此外8-OHdG與慢阻肺呼吸困難指數評分、慢阻肺評估測試評分和慢阻肺肺功能分級呈正相關[42]。8-OHdG可作為反映慢阻肺肺功能、癥狀嚴重程度、惡化風險及進展預后的有前途生物標志物之一。RNA由于其分布廣泛、缺乏組蛋白保護等原因容易受氧化應激損傷，已經鑒定出20多種不同類型的RNA的羥基自由基損傷，其中最常見的氧化堿是8-羥基鳥苷。但對于RNA氧化損傷產物與慢阻肺關系相關的研究較少，未來可能需要進一步研究尋找潛在的RNA氧化損傷相關生物標志物。
3.2.4 總氧化狀態
總氧化狀態（total oxidant status，TOS）可反映體內的TAOC，可測量TOS作為慢阻肺氧化應激指標，研究TOS與慢阻肺的關系。研究表明慢阻肺急性加重患者入院時TOS較治療出院高[39]，并且急性加重組患者TOS明顯高于穩定期組和健康對照組[43]。吸煙對TOS也有影響，不論是否為慢阻肺患者，吸煙時TOS升高，戒煙時TOS會較前下降[43]。TOS可考慮作為反映慢阻肺治療療效及氧化應激損傷的指標。
3.3 催化酶活性類
體內的一些氧化劑需要在酶的催化下降解。那么在慢阻肺患者體內，抗氧化酶活性是如何。Antus等[36]發現，與穩定期慢阻肺患者和健康受試者相比，慢阻肺急性加重患者痰中抗氧化酶活性升高，提示抗氧化酶的激活可能是慢阻肺急性加重患者抵御急性加重時相關氧化劑產生增加的防御機制之一。也有大量學者研究了不同情況下慢阻肺患者抗氧化酶的含量，結果顯示：慢阻肺組的抗氧化物酶水平顯著低于健康對照組[44]，其中急性加重期患者最低[35, 44]。超氧化物歧化酶是唯一消除超氧化物的細胞外酶，其濃度及活性在慢阻肺急性加重中下降[30, 45]。血清超氧化物歧化酶活性較低也是慢阻肺急性加重期患者1年全因死亡率的強的獨立預測因子[45]。
4 小結與展望
生物標志物在慢阻肺的診斷、治療以及預后中的重要預測作用是近幾年的研究熱點。而氧化應激作為慢阻肺的發病機制之一，其特異性生物標志物也被廣泛研究，但仍在許多方面存在爭議，值得醫學臨床及科研工作者思考：（1）血清中整體的氧化應激標志物是否代表肺內氣管中局部的氧化應激水平？（2）痰、血清、肺泡灌洗液、呼出氣冷凝液等不同標本中的氧化應激生物標志物在慢阻肺中的預測作用是否一致，各自敏感性及特異性如何？（3）抗氧化應激治療，如提高體內抗氧化劑含量、提高抗氧化酶的含量及活性、減少體內氧化劑含量等，是否可以成為慢阻肺患者新的治療靶點，其療效如何？以上問題需要更深入的基礎及臨床研究來探索。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。