李鹏飞 张建华 李浩闯 刘利凯 李阳 于红艳

乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine，NAC)是合成还原型谷胱甘肽的底物-半胱氨酸的N-乙酰化衍生物，作为前体药物，其在维持机体细胞正常生理功能方面发挥着重要作用。至今，NAC用于临床已有60年的历史，随着研究进展，其应用领域不断拓宽。目前，NAC常被作为解毒剂、粘液溶解剂和抗氧化剂使用，但是，它同时具有抗炎活性。以往和新近的研究表明NAC可通过相关途径抑制炎症状态下一氧化氮(Nitric Oxide，NO)的产生，以使气道、肺组织炎症反应减轻，这一机制可能为它作为抗炎药物治疗慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD，简称慢阻肺)增加了新的依据，为此，有必要对其进行全面的再认识和进一步研究。本综述主要阐述NAC抑制气道、肺组织NO产生的有关研究内容及进展情况，以期为慢阻肺的抗炎治疗寻找新的途径，同时，探讨了利用呼出气一氧化氮(Fractional exhaled nitric oxide，FeNO)评价NAC对慢阻肺患者气道NO水平影响的可行性，为开展进一步的临床研究提供借鉴。

当前，NAC粘液溶解和抗氧化活性已得到了广泛研究和证实，但其抗炎活性方面的研究显得有限，尤其是直接与慢阻肺抗炎治疗相关的研究。国内大部分研究主要集中在探讨NAC对慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD，简称慢阻肺急性加重)患者抗氧化应激标志物、氧合和细胞因子等方面的影响。为数不多的研究报道了NAC抗炎活性对慢阻肺的影响，其中一项动物实验发现，在烟草烟雾的诱导下，缺乏诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的小鼠，其慢阻肺的发病率显著下降[1]；另外，在慢阻肺急性加重患者离体支气管中的实验也显示，气道炎症水平与NO浓度相关[2]；此外，Lázár等的研究显示，慢阻肺急性加重期间，患者FeNO值较稳定期患者显著增加[3]。这些研究均表明NO参与了慢阻肺的发病，因此，抑制和调节炎症状态下NO的过度产生，可能是慢阻肺抗炎治疗的又一新途径。但是，作为调节NO产生的药物-选择性iNOS抑制剂，在临床实验中并未显示出有益效果[4]。最近几项研究显示，NAC可下调炎症小鼠肺组织iNOS表达，并减少慢阻肺患者气道NO的产生，这使得我们对其成为慢阻肺抗炎治疗的主要药物充满期待。

NAC抗炎活性在气道、肺组织和慢阻肺中的研究现况

NAC作为一含巯基化合物，最初用于慢阻肺，是由于其活性巯基能够分解粘液蛋白中的二硫键，以此发挥粘液溶解作用。之后的研究发现，NAC还可对抗氧化应激，并且在呼吸道组织细胞中也能发挥抗氧化作用，而进一步的研究显示，它具有直接和间接的抗氧化活性[5]，其抗氧化活性可减少慢阻肺急性加重[6]。但是，相对于NAC粘液溶解和抗氧化活性在慢阻肺的治疗中已得到广泛研究的情况下，其抗炎活性对慢阻肺的影响进展较慢，笔者总结既往该领域取得的研究成果，以2018年为界点，这之前，Sadowska和Radomska-Lesniewska提出了NAC调节炎症反应的可能途径[7-8]：首先，高剂量NAC通过对信号传导途径的直接影响(如p38MAPK和NF-κB)，发挥抗炎作用；其次，NAC可通过对细胞内巯基浓度的持续作用，引发细胞内氧化还原状态改变，进而调节氧化还原敏感转录因子的激活，以调节炎症反应。2018年以后的研究揭示了一些新发现的抗炎途径，这些抗炎途径可以独立于NAC抗氧化途径之外而发挥作用。比如，Calzetta等在人离体支气管(一种慢阻肺急性加重的验证模型)为研究标本的试验中，证实了NAC可经调节神经源性炎症途径抑制IL-6的表达[9]；此后，在慢阻肺患者肺组织和小鼠肺组织的研究中，NAC可分别作用于miR-29b-BRD4轴和瘦素以抑制IL-8表达和白细胞募集的抗炎作用也被相继报道[10-11]。由此可见，NAC具有独立、确凿的抗炎活性，在这些研究之中，NAC通过抑制炎症状态下NO的产生来发挥抗炎活性的研究也从未间断，对于这一特殊的抗炎路径如今也越来越受到人们关注。

气道、肺NO的产生与NO和慢阻肺

NO是一种重要的内源性神经递质和介质，作为一种重要的气体信号分子，在低浓度水平时，NO维持着机体的正常代谢，对人体的各种生理功能，如炎症介质、信号转导、免疫调节和细胞毒性等发挥调节作用[12]。但在病理条件下，NO的浓度会过度升高，并产生细胞毒性，损害机体正常生理功能。目前大多数数据支持高浓度NO主要由iNOS产生[13]，在呼吸道局部炎症中，iNOS主要在炎症/免疫(嗜酸性粒细胞、巨噬细胞)、支气管和肺泡上皮细胞中激活[14]，产生高浓度水平NO[15]，进而通过转导细胞内信号途径影响嗜酸粒细胞，诱导嗜酸粒细胞性气道炎症，导致疾病发生和临床症状，并且，这种由呼吸道局部NO升高导致的炎症与全身性NO的产生没有相关性[16]。已有研究证明，暴露于香烟烟雾中的支气管上皮细胞和慢阻肺小鼠模型iNOS表达及NO水平均显著升高[17]，而iNOS缺陷的小鼠，其肺气肿及肺部炎症的发生、进展均较轻；一项分析慢阻肺患者人群FeNO分布水平的回顾性研究表明，有相当大比例患者的FeNO高于正常人群[18]。现已认为，iNOS失调导致NO过度产生是慢阻肺发病的一个潜在机制[14]，首先，当NO浓度增加时，其致炎性可促进炎细胞分泌炎症介质，诱导白细胞聚集、发生炎症瀑布效应，导致气道炎症反应和组织损伤；其次，NO的增加会导致过氧亚硝酸盐的形成，后者作为一种极不稳定的氧自由基，极易引发气道氧化应激反应增强，导致炎症和细胞凋亡[19]。

NAC抑制气道、肺NO的研究进展

目前关于抑制气道NO过度产生相关药物的研究报告较少，虽然iNOS强抑制剂GW274150在肺部炎症动物模型的试验中显示，其可以防止由急性变应原刺激引发的迟发性气道反应，但是在临床试验中，选择性iNOS抑制剂并未显示出明显的有益效果[4]。不可否认，未来寻找能够有效调节NO过度升高的药物将成为治疗慢性气道炎症性疾病的一个突破点，值得注意的是，既往和最近的基础研究显示了NAC在这方面的潜力。

国内一项探讨核转录因子-κB(NF-κB)、iNOS及NO在脂多糖(LPS)诱导大鼠急性肺损伤(ALI)所起的作用的试验中，发现LPS诱导的ALI大鼠(LPS组)肺组织NF-κB、iNOS表达及NO的合成较正常对照组明显增加(P<0.05)，当预先给予ALI大鼠NF-κB活化抑制剂NAC或地塞米松(DXM)进行干预(NAC干预组或DXM干预组)后，结果见该两组大鼠肺部NF-κB、iNOS表达及NO合成均较LPS组明显降低(P<0.05)，同时肺组织病理较LPS组明显改善；而预先给予ALI大鼠生理盐水，则未见上述变化。他们推测NAC可通过抑制肺部iNOS的表达，进而减少NO生成，来发挥抗炎作用[20]。失重会使肺功能受到影响，并可导致一定程度肺组织损伤，国内另一项研究药物干预对模拟失重后大鼠肺组织蛋白组学变化影响的研究，研究者将健康雄性S-D大鼠随机分为模拟失重7天(悬吊)、正常对照、NAC干预和银杏叶提取物干预4组，结果显示其中悬吊组大鼠肺组织iNOS表达水平明显高于对照组(P<0.05)，而NAC干预组大鼠肺组织iNOS表达水平明显低于7天悬吊组(P<0.05)，并且大鼠肺组织iNOS mRNA表达也有相应的变化(P<0.05)，同样说明NAC可能会通过降低失重大鼠肺组织iNOS的表达以减轻肺组织损伤[21]。管东波等[22]直接在甲醛暴露后人支气管上皮细胞中，研究了NAC对NO生成的抑制作用，他们发现低剂量甲醛暴露组人支气管上皮细胞内还原型谷胱甘肽(GSH)/氧化型谷胱甘肽(GSSG)值低于对照(无菌空气)组，低剂量甲醛暴露组+NAC(0.01 mol/L)保护组GSH/GSSG值高于低剂量甲醛暴露组，并且低剂量甲醛暴露组+NAC组细胞培养上清中NO浓度和细胞内iNOS活力均低于低剂量甲醛暴露组，差异均有统计学意义(P<0.05)，低剂量甲醛暴露组+NAC组与对照组的上述各指标间差异均无统计学意义。由于高浓度NO的产生直接依赖iNOS的活性，而iNOS的表达受细胞内巯基状态的调节，还原型谷胱甘肽(GSH)或谷胱甘肽(GSSG)可以增加或抑制iNOS的表达，因此，该研究表明NAC可能通过对GSH/GSSG值的调节抑制炎症刺激下人支气管上皮细胞iNOS的活力和NO的产生，这也与Sadowska等提出的NAC在高浓度时可通过调节GSSG/GSH状态影响iNOS的假设相符。国外学者Bernareggi等[16]在探索高压氧(HBO)暴露对大鼠气管组织微血管通透性变化影响的研究中发现，暴露于HBO大鼠(实验组)与暴露于环境空气大鼠(对照组)相比，实验组小鼠气管组织微血管血浆渗出量显著增加、气管匀浆中iNOS蛋白水平也显著升高，但是，测定两组间空气中FeNO水平的差异却无统计学意义(P>0.05)，作者在讨论中指出，后一结果与他们期望的实验组大鼠FeNO会明显升高的预测相悖，Bernareggi 解释这个“无意义”结果可能与呼吸道内膜生化环境变化及NO在呼吸道被局部灭活有关。此外，当分别给予氟尼缩松(Flunisolide)和NAC治疗实验组小鼠后，其气管组织血浆外渗量均有减轻，目前已知氟尼缩松治疗的有益作用可能与糖皮质激素抑制iNOS表达有关，但对于NAC的治疗作用，Bernareggi指出，虽然他们在NAC治疗的大鼠中没有测量iNOS蛋白的表达，但是鉴于氧化应激已被证明可以诱导肺泡上皮细胞iNOS表达[23]，所以，仍然可以推断NAC会降低HBO处理大鼠气管匀浆中iNOS的表达。Rota等[24]在LPS处理后的动物模型中，研究了NAC对NO生成的调节，并与iNOS抑制剂 N-[3-(氨基甲基)苄基]乙脒(1400W)进行了比较。结果显示二者均可抑制NO的产生，在讨论NO生成减少的机制时，他指出这并不是由于iNOS的活性被NAC直接抑制，而可能是其在转录水平上产生了一些作用，抑制了NF-κB激活上游的一些步骤，最终抑制了iNOS的表达，进而导致NO生成减少。同样来自国外的一项旨在探讨抗结晶二氧化硅(CS)诱导肺纤维化的作用以及观察NAC对CS所诱导的肺纤维化和炎症影响的研究中，研究者发现与对照组相比，CS处理组小鼠(实验组)肺组织中NOX2，iNOS，SOD2和XO mRNA的表达呈时间依赖性增加，而在应用NAC处理后，与矽肺小鼠模型相比，NAC处理小鼠肺组织中NOX2，iNOS，SOD2和XO mRNA的表达出现下降，并且肺组织损伤也有减轻[25]。综上所述，可以看出NAC减少NO的生成是通过抑制iNOS的活性实现的。

最近一项在LPS诱导的慢阻肺急性加重人离体支气管模型中进行的试验，进一步增加了NAC作为慢性气道疾病主要抗炎药物的潜力。实验中用LPS(100ng/mL)过夜孵育显著增加了人离体支气管产生的NO浓度(NO: +46.59±10.01%；相对于对照，P<0.001)，当予以≥1μM 浓度的NAC处理后，NO的浓度显著降低(NO：-24.06±1.79%;相对于LPS培养的支气管，P<0.05)[2]。正如这些基础研究的结果，从动物到支气管细胞再到人离体支气管试验均证明NAC可有效抑制炎症状态下NO的产生，从而减轻了炎症反应对组织细胞造成的损伤。这些试验成果为在临床实践中进一步探讨NAC对慢阻肺患者气道NO水平的影响奠定了基础。

NAC治疗慢阻肺价值的评估(FeNO的应用)

FeNO即测定的呼气中一氧化氮的浓度，可反应气道内一氧化氮的水平[26]。其作为一种简单无痛苦、易于操作的检查，相比于传统炎症指标及血液炎症因子等能够更好地反映气道嗜酸性炎症，被认为是气道Th2炎症的标志物[27]，目前多应用于支气管哮喘的诊治和评估预后。尽管大多数研究表明中性粒细胞、巨噬细胞以及Th1细胞因子的表达增加是慢阻肺气道炎症的主要特征，但最近的一些研究显示，部分(20%～40%的慢阻肺患者出现嗜酸性粒细胞炎症[28])慢阻肺患者倾向于Th2型炎症，表明Th2炎症也参与了慢阻肺的进展[27]。因此，近年来，随着对慢阻肺病理、发病机制认识的加深，FeNO在慢阻肺诊断及治疗指导中的应用逐渐增多[29]。已有的研究表明，FeNO水平变化与慢阻肺的严重程度[27]和急性加重相关；FeNO≥20ppb持续12个月的慢阻肺患者将有更大的急性加重风险[30]，同时，在慢阻肺急性加重患者中也观察到FeNO水平的升高[31]。由此可见，FeNO水平的升高与慢阻肺的严重程度及急性加重具有良好的相关性。在临床治疗方面，糖皮质激素可有效抑制气道嗜酸性炎症反应、下调FeNO水平，使慢阻肺患者收益的研究已有较多报道[28]，而对于应用FeNO评估NAC对气道炎症影响的报道极少，鉴于NAC在基础试验中显示了对气道、肺组织NO过度生成的有效调节，关于它在临床真实世界中对慢阻肺患者气道NO产生的影响值得探讨，以进一步确定其治疗慢性气道疾病的临床价值，同时为临床应用增添新的证据支持。

展 望

炎症状态下NO过度产生与慢阻肺急性加重有关，有效调节NO异常升高可能是慢阻肺抗炎治疗的又一途径，基础研究已表明NAC可调节炎症气道NO的生成而发挥抗炎作用。纵观目前NAC在慢阻肺中的研究，多是侧重于关注对患者症状、氧合等指标的改善情况，而对患者气道NO水平的影响，仍有待于进一步的临床研究。得益于慢阻肺发病机制和FeNO应用的研究进展，为临床开展相关研究提供了可能，相信随着这一领域的研究进展，将会有助于推动慢阻肺个体化治疗方向的发展。