许家栋　上官婉　徐孟杰　潘亚囡　余志达　张伟

【摘 要】 氧化应激产生的自由基可作为氧化剂和炎症介质参与类风湿关节炎的病理过程；超氧化物歧化酶是重要的抗氧化酶，对维持机体氧化还原水平的动态平衡具有重要作用。对氧化应激、超氧化物歧化酶在类风湿关节炎病理中的调控研究，不仅为揭示“氧化-抗氧化”在类风湿关节炎发生机制中的作用奠定基础，也为寻求干预治疗类风湿关节炎药物提供新选择。

【关键词】 关节炎，类风湿；氧化应激；超氧化物歧化酶；抗氧化；综述

类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是一种病因复杂的炎症性自身免疫性疾病。滑膜过度增殖形成血管翳，并导致关节软骨和骨损伤是其典型病理特征[1]。研究表明，氧化应激在RA病理过程中具有重要作用[2]。机体抗氧化系统由抗氧化酶系和非酶抗氧化剂组成，其中超氧化物歧化酶（SOD）是体内最重要的抗氧化酶[3]。对RA患者体内氧化应激、SOD抗氧化作用及调控关系研究，为揭示RA病理机制、寻找新型抗RA药物具有重要意义。

1 RA与氧化应激

氧化应激是体内氧化与抗氧化作用失衡并倾向氧化的一种状态。氧化应激会导致中性粒细胞炎性浸润，促进活性氧簇（ROS）和活性氮簇（RNS）自由基的大量产生。ROS主要包括超氧阴离子（O2-）、过氧化氢（H2O2）和羟自由基（·OH）；RNS主要包括一氧化氮（NO）和过氧亚硝基（ONOO-）。过量自由基会造成机体内多种分子的氧化或硝化损伤，与包括RA在内的多种炎症性疾病的发生密切相关[4]。

1.1 自由基来源 ROS是自身免疫性疾病的风险增强因子，炎症促使RA患者关节滑液中的巨噬细胞和中性粒细胞活化，通过肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）、γ-干扰素（IFN-γ）等因子激活NADPH氧化酶途径产生大量的ROS（主要为O2-）[5]。RA患者滑膜组织或滑液高表达的环氧化酶、脂氧合酶、黄嘌呤氧化酶也参与ROS的生成[6]。此外，滑膜增殖和关节囊纤维化导致关节腔内压升高，显著降低毛细血管流速，造成滑液PO2低于静脉血水平，诱导关节内重复性的缺血再灌注损伤，组织损伤又会促进Fe和Cu离子的释放，催化自由基反应产生ROS[5]。环境因素如抽烟也是诱发RA的风险因子，烟雾中含有的有机醌类化合物能产生O2-等自由基，是机体ROS的重要来源[7]。

体内产生的O2-可被SOD催化生成H2O2，H2O2可由CAT/GSH-Px催化分解为H2O和O2，或经Fenton反应转化生成为水溶性的·OH，高活性的·OH被认为是ROS产生细胞毒性的主要作用形式[8]。此外，中性粒细胞相关髓过氧化物酶（MPO）也能将H2O2转化生成HOCl；HOCl既可与H2O2反应产生单态氧，也可与氨基酸反应生成氯胺[2]。

除ROS外，滑膜成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞在应答促炎症因子反应时，高表达的一氧化氮合酶（NOS）催化精氨酸生成大量NO，NO能与O2-反应生成ONOO-，ONOO-又可转化为ONOOH、·NO2等RNS自由基[9]。

1.2 自由基的损伤作用 对RA患者血清和滑液检测发现，多种氧化标记物如丙二醛（MDA）、蛋白羰基、氧化型透明质酸、8-羟基脱氧鸟苷（8-OHdG）等水平显著增加，表明过量自由基对多种分子造成了氧化损伤。

1.2.1 对蛋白的损伤 ROS能对多种氨基酸氧化并形成特征性产物（如二硫化物、蛋白羰基衍生物、氯化氨基酸等），造成蛋白交联并导致蛋白变性而丧失功能[4]。Starmp等[10]发现，RA患者血清、滑膜组织中的MPO水平显著升高，且与RA疾病活动呈正相关，由MPO催化生成的HOCl是造成关节蛋白氧化损伤的关键因子；此外，MPO还可能通过转化LDL和HDL并使其功能失调，促使动脉粥样硬化斑块内形成泡沫细胞，减少胞内胆固醇外流，增强RA患者动脉粥样硬化的风险。Vytá?ek等[11]报道了RA患者血清中两种晚期糖基化终产物（AGEs）水平异常升高，AGEs源自氧化应激对蛋白造成的非酶促损伤，推测其可能参与了RA自身免疫反应。

1.2.2 对脂质的损伤 膜脂，特别是磷脂分子上的多不饱和脂肪酸易受ROS氧化，氧化的脂质可形成脂自由基（·L）、脂质过氧自由基（·LOO）、内过氧化物，并最终生成能对DNA和蛋白造成损伤的MDA和4-羟基壬烯酸[4]。脂质过氧化会导致诸如膜流动性降低、膜结合受体或酶功能丧失等作用，参与多种疾病的病理过程。对RA患者血浆、红细胞、滑膜等组织的检测发现其脂质过氧化物水平与正常人相比均显著升高[12-13]。

1.2.3 对DNA的损伤 ROS不仅能攻击DNA分子中的碱基和脱氧核糖产生各种加合物，还可与引起DNA的单、双链断裂或DNA-蛋白交联，从而造成DNA突变损伤。鸟嘌呤氧化加合物8-OHdG被认为是DNA氧化损伤的特征性分子标志物，可参与突变、癌变和衰老过程。Seven等[14]对20例RA患者血液和滑液中的DNA氧化损伤评估发现，患者8-OHdG水平显著升高且与氧化应激增强、总抗氧化水平下降及病情的严重程度相关；而当药物干预治疗后，患者血清、尿液中的8-OHdG含量则明显下降[15-16]。Lee等[17]通过体外实验发现，氧化应激会导致RA滑膜成纤维细胞中参与DNA修复的关键蛋白hMSH6表达下降，造成DNA错配修复系统异常，从而干扰DNA碱基突变修复。因此，氧化应激不仅直接对DNA分子造成损伤，还能抑制DNA修复系统。

1.2.4 对关节软骨的损伤 ROS能破坏透明质酸、降解关节软骨并造成骨损伤。透明质酸是关节滑液的主要生物大分子，也是软骨蛋白聚糖的重要组分，对滑液的黏度起重要作用，自由基介导炎症关节滑液中透明质酸的降解已得到证实[18]。ROS不仅能使透明质酸解聚，导致关节滑液黏度下降、抗蛋白酶失活并诱导骨吸收作用，还可通过抑制软骨基质生成、诱导基质分解酶表达直接降解基质的方式参与软骨降解过程[19]。转录因子NF-E2相关因子2（Nrf2）是一种参与氧化应激防御的转录因子，在关节炎性条件下，Nrf2被激活并与抗氧化应激元件（ARE）结合，启动或增强多HO-1、γ-GCS、硫氧还蛋白等抗氧化酶的表达，参与氧化应激防

御[20]。Wruck等[21]将AIA小鼠的Nrf2基因敲除后发现，小鼠关节组织中的VEGF-A水平显著升高，关节软骨损伤程度加重，这表明氧化应激与RA关节软骨的降解密切相关。

1.2.5 RNS的损伤作用 RNS除直接造成脂质氧化、碱基修饰、DNA断裂等损伤外，还能激活核转录因子-κB（NF-κB）信号通路[5]。ONOO-质子化会消耗大量的-SH，导致细胞中GSSG/GSH水平升高从而激活IKK，进而使IkB磷酸化并从NF-κB上脱落，NF-κB被激活后诱导环氧化酶-2（COX-2）、IL-1b、iNOS、TNF-α等多种炎症介质的表达，进一步增强氧化应激和炎症反应，加重了RA病情[22]。

2 RA抗氧化体系

机体自身抗氧化系统由抗氧化酶和非酶抗氧化剂组成，抗氧化酶主要包括SOD、GSH-Px和CAT；非酶抗氧化剂包括维生素C、维生素E、GSH、类胡萝卜素等。抗氧化酶在体内分布广泛，它们能有效地捕获自由基并将其转化为无害物质；抗氧化剂则主要是通过竞争性作用保护其他分子免受自由基破坏，对细胞膜和血浆脂蛋白的保护尤为重要。

RA发生是否与患者体内抗氧化水平下降相关呢？Gambhir等[23]研究认为，RA患者机体酶促/非酶抗氧化系统遭到自由基的破坏，从而使脂质过氧化等损伤容易发生。有研究发现，与正常人相比，RA患者体内抗氧化酶活性确实显著下降[24-25]。然而，也有报道称，RA患者体内抗氧化酶活性变化不大甚至显著升高[26-27]。Cimen等[28]认为，RA患者体内过多自由基主要通过黄嘌呤氧化酶体系产生，而非抗氧化系统损坏所致。Davies等[29]认为，机体通过诱导抗氧化酶合成来适应氧化应激的不断变化，尽管患者体内抗氧化水平增强，但氧化损伤依然不可避免。目前，对RA患者机体内抗氧化水平变化的还不清楚，不同实验产生的相悖结论可能源于氧化应激调控机制的复杂性和多变性，患者的遗传多样性、疾病活动水平、性别、年龄、饮食等多个影响因素[1]。

3 RA与SOD抗氧化研究

3.1 SOD分类 哺乳动物体内存在3种类型的SOD同工酶，即Cu/Zn-SOD （SOD1）、Mn-SOD （SOD2）和EC-SOD （SOD3）。其中SOD1为组成性表达蛋白，SOD2和SOD3为诱导性表达蛋白，3种SOD的基因位点、分子组成及亚细胞分布均有不同（表1）[30]。目前已发现，NF-κB、Sp1、AP-1、AP-2、C/EBP等多个转录因子参与sod基因的表达调控[31]。

3.2 SOD在RA中的表达 早期研究发现，RA患者关节滑液80%的SOD活性来自SOD3，其活性下降显著增加了ROS诱导的滑膜组织损伤[32]。随后多个研究报道了RA患者体内SOD活性水平较低，人血清SOD3水平与RA疾病活动呈负相

关[33-34]。Jira等[35]认为，SOD活性的降低可能是源于H2O2对酶的抑制作用。Afonso等[8]发现，RA患者机体内过量分泌的TNF-α不仅能诱导ROS产生直接造成细胞损伤，还会抑制SOD1和SOD3表达。Wang等[36]对RA患者及正常人滑膜成纤维原代培养细胞进行比较蛋白质组学研究，发现11种氧化还原相关蛋白的表达全部下调，其中与氧化还原高连接度的Hub基因是sod2。然而，有些研究则呈现相反结论，Kasama等[37]发现，胶原诱导性关节炎小鼠的滑膜、血清等组织中SOD活性显著增加，推测ROS可能通过诱导SOD表达以阻止其产生的细胞毒害作用。Mazzetti等[26]发现，RA患者血清SOD1水平较高，且与类风湿因子呈正相关。近期也有2篇关于RA患者体内SOD活性显著增强的研究报道[1，27]。

3.3 SOD与RA治疗 尽管目前对RA抗氧化机制还不十分清楚，但SOD确有抗炎作用。酵母来源的SOD1能够显著降低关节炎小鼠体内IL-12、IFN-γ、IL-6、TNF-α、NO的生成，显示出良好的抗炎效果[38-39]。Yu等[40]发现，转基因鼠滑膜成纤维细胞中SOD3的过表达可抑制IL-1β、TNF-α、基质金属蛋白酶（MMPs）等促炎因子的表达。动物实验显示，SOD3缺陷型关节炎小鼠体内促炎因子的水平显著升高，其关节组织损伤程度严重，若将SOD基因转至小鼠体内，则能有效减轻炎性症状[41]。

Goebel等[42]对RA患者关节内注射牛源SOD，结果显示，患者滑液中类风湿因子水平、前列腺素E2生成、乳酸脱氢酶活性均显著下降，关节炎症状得到有效改善。Biagi等[43]报道合成了一些具有SOD活性的硫化1，2，3-三唑衍生物，其药物活性与青霉胺、硫普罗宁等RA药物相当或更高。Cruz等[44]应用脂质体包埋技术将SOD输送到关节炎小鼠体内，结果表明，脂质体介导的SOD在小鼠体内均具良好的抗炎效果。最近，Chen等[45]利用硅纳米颗粒与含有反式激活蛋白（TAT）结构域的重组SOD1结合，跨膜转运到细胞后能有效地保护细胞免受ROS氧化损伤，纳米药物为抗氧化酶在体内的靶向输送及RA治疗提供了新选择。目前，SOD能否用作RA临床治疗药物仍是争论的学术问题，原因包括：①RA疾病与机体“氧化-抗氧化”水平的关联性仍不十分明确；②若使用SOD进行RA抗氧化治疗，如何确保患者体内“氧化-抗氧化”平衡？③对SOD的药效学、免疫原性、动力学及靶向输送研究仍需深入；④长期、大剂量肌注SOD的性价比和潜在危害。

4 小 结

氧化应激既是RA发生的重要诱因，也是RA产生的病理结果。目前，对RA患者体内氧化应激、抗氧化水平与疾病活动的关联性仍有争论，需要采集更多临床样本进行系统性研究，进一步完善RA发生中“氧化应激—抗氧化”的作用机制。同时，要加强SOD及其他相关抗氧化酶在RA治疗中的应用研究，包括重组酶表达、纳米药物构建、药效学、动物实验等，为实现抗氧化酶在RA临床诊断、药物治疗、预后评价等方面的应用奠定基础。

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收稿日期：2016-01-30；修回日期：2016-05-30