支气管哮喘（简称哮喘）是一种以支气管收缩可逆性、肺部炎症及气道重塑为主要特点的慢性炎症性气道疾病。哮喘患者一般很少或没有痰，因此哮喘患者气道黏液高分泌的重要性常被人们忽视。黏液的过度分泌导致气道阻塞、肺功能下降、气道重塑和感染增加，是导致哮喘患者发病和死亡的一个重要因素。最近有文献报道氧化应激在哮喘气道黏液高分泌中起着重要作用，如气道“自由基损伤”、“氧化 /抗氧化失衡”学说。过度的活性氧自由基 /活性氮自由基产生造成气道炎症、气道高反应性、气道微血管高通透性和气道黏液高分泌，以及组织损伤和形态的改变。减轻氧化应激或增加抗氧化能够减轻气道嗜酸粒细胞浸润，减少黏液分泌，减轻气道高反应性。然而，目前这种现象的潜在机制尚不完全清楚，本文就氧化应激与哮喘气道黏液高分泌的关系作一综述。
气道黏液和黏液纤毛清除功能是肺先天免疫功能的重要组成部分。黏液主要由水、糖蛋白、脂质及无机盐组成。它由凝胶层和溶胶层构成，前者主要由杯状细胞和黏液腺细胞分泌，可吸附颗粒、病原菌和微生物等。后者由浆液腺细胞分泌。纤毛只在溶胶层摆动，通过摆动将黏液及其吸附的异物转运、清除，防止感染的发生。
黏蛋白（ mucin， MUC）是一种高度糖基化的蛋白质，由气道上皮杯状细胞和黏膜下层的黏液细胞分泌。它维持黏液的黏弹性，在黏液中占有的比例约为 2%。目前已有 21种 MUC在人类基因中被识别，就其特性可分为膜相关性 MUC和分泌性 MUC。膜相关性蛋白由跨膜和胞浆域允许其定位在质膜表面，参与细胞黏附、病原体结合和信号传导，还可切割蛋白水解或交替剪接，导致其释放到细胞外黏液层。分泌性 MUC的主要来源是气道上皮杯状细胞和黏膜下腺体细胞，它是构成细胞外黏液层的主要成分，并与细胞表面黏液的吸水性、黏性和黏弹性有关。在分泌性 MUC中， MUC5A和 MUC5B分别主要在气道内杯状细胞和黏膜下腺体的黏液腺细胞中表达分泌。
1 哮喘黏液高分泌特点
黏液分泌亢进是哮喘气道重塑的重要特点，也是致命性哮喘的重要因素。哮喘患者黏膜下腺体增生，分泌黏液的杯状细胞增多，纤毛细胞减少，黏液内有较多的酸性蛋白、纤维素、漏出的白蛋白和其他组织的损伤蛋白，使黏液变成胶冻样而形成黏液栓阻塞气道。通过对死于哮喘的患者进行尸解发现，广泛闭塞的小中型气道中，黏液和细胞碎片 MUC是黏液栓的最主要的大分子组成部分。因此，气道管腔阻塞的 MUC是导致致命性哮喘的主要原因，即使轻一中度的哮喘患者，其 MUC的分泌量也是显著增加的。
2 氧化与抗氧化失衡
氧化应激是指体内活性氧的生成超过抗氧化系统防御能力的一种状态。主要包括：活性氧自由基（ reactive oxygen species， ROS）和活性氮自由基（ rcactivcnitrogenspecies， RNS）。 ROS包括超氧阴离子、羟自由基和过氧化氢等； RNS包括一氧化氮、二氧化氮和过氧化亚硝酸盐等。外因：如环境污染、石化制品或重金属等导致直接接触高浓度 ROS/RNS。内因：如感染、营养物质缺乏等导致中性粒细胞释放 ROS/RNS，肺内炎性因子增加， MUC分泌增多。此外，生活方式如吸烟、喝酒、运动过度、服用药物、进食过量，紫外线辐射过多也会引起氧化应激，导致肺内炎症过程的发生发展。
机体存在两类抗氧化系统，一类是酶抗氧化系统，包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等；另一类是非酶抗氧化系统，包括维生素 C、谷胱甘肽（ glutathione， GSH）、褪黑素、 α-硫辛酸、类胡萝卜素、铜等。机体内抗氧化物质减少，抗氧化能力下降，间接导致氧化应激。而作为肺内最重要的抗氧化物质， GSH和氧化型 GSH是衡量氧化应激水平的重要指标，其比值下降表明存在氧化应激。
3 氧化应激中参与气道黏液高分泌的相关介质
过度活性氧产生时，肿瘤坏死因子 α（ tumornecrosis factor-α， TNF-α）转化酶，将转换生长因子前体裂解为转化生长因子 -β（ transforming growthfactor-β， TGF-β），诱导表皮生长因子受体（ epithelial growth factor receptor， EGFR）表达，基底分布的 EGFR移位到正常气道上皮细胞的最顶层表面，引起气道炎症、 MUC合成和杯状细胞化生等改变， IL-4、 IL-5等也参与上述过程。
体内或体外氧化应激会刺激激活一些信号通路产生核转录因子 κB、活化蛋白 1、环磷酸腺苷反应元件结合蛋白启动子等，诱导 MUC5B和 MUC5AC蛋白上调和基底细胞向杯状细胞化生，导致 MUC合成分泌增加。此外，终末细支气管上皮中的主要细胞——克拉拉细胞诱导 MUC的表达，这很可能是哮喘患者小气道黏液高分泌的一个重要机制。
3.1参与氧化应激的相关基因
3.1.1促炎基因 Stout等发现 STAT 1信号调节细胞内氧化强调通过正反馈机制涉及 P38MAPK/STAT 1/活性氧通路。 γ-干扰素（ interferon-γ， IFN-γ）诱导气道上皮细胞凋亡并短暂的激活 STAT 1区转移拮抗促凋亡基因 Bax到内质网，引起钙释放，导致气道高反应性和黏液高分泌。有研究表明内质网应激相关基因 Bax和细胞死亡基本上是没有 STAT 1的细胞，说明活化 STAT 1是上游的内质网应激。这表明 IFN-γ导致细胞凋亡涉及内质网，为我们提供了一个生理相关系统并且有依据进一步从内质网获得信息，也可以去确定候选药物从而减少气道黏液高分泌。
3.1.2抗氧化基因氧化应激可以激活促炎基因，同时也可以激活抗氧化基因表达增加。据报道核转录相关因子 -2（ NF-E2-related factor-2， Nrf-2）缺失小鼠在受到变应原刺激后表现了一种放大的哮喘炎症反应，其中包括显著的肥大细胞增生，氧化应激与 MUC表达相关。 Michaeloudes等发现激活 Nrf-2能上调抗氧化基因血红素加氧酶 -1（ hemeoxygenase-1， HO-1）、醌氧化还原酶和锰超氧化物歧化酶，并减少它们的增殖。 TGF-β通过诱导转录激活因子 -3的表达来减少 Nrf 2与介导的抗氧化基因转录。 TGF-β能减少 HO-1生成、气道平滑肌细胞增殖和 IL-6的释放，而激活 Nrf-2能减弱这一作用。
氧化应激能诱导凋亡因子 Bcl-2基因表达，表皮生长因子和 p44/42 MAPK能诱导 Bcl-2基因表达， Bcl-2的过度表达可减少氧自由基的产生和脂质过氧化物的形成。 Bcl-2基因在哮喘患者被检测到，这说明抑制 Bcl-2基因表达能降低杯状细胞化生，从而在一定程度上减轻哮喘的气道黏液高分泌。而 Cai等认为 Bcl-2的抗氧化作用是间接的，即可能是抑制超氧阴离子的产生而不是直接清除活性氧。细胞色素 -C会使超氧阴离子加速产生；而 Bcl-2可抑制细胞色素 -C的释放，从而抑制超氧阴离子的产生。 Bcl-2还可增加胞内的 GSH等抗氧化剂，升高 NAD/NADH的比值，抑制和凋亡相联系的 GSH降低，促进 GSH进入核内，从而影响细胞的氧化还原状态。
3.2 IFN-γ 最近研究发现 IFN-γ诱导活性氧调节酶参与生产或调节活性氧， IFN-γ可活化巨噬细胞，促进其释放过氧化氢，也是 NADPH氧化物 -1（ Nox1）的重要的反式激活因子，刺激上皮细胞 Nox1mRNA和蛋白导致超氧阴离子呈 4倍的增长。当内质网应对氧化应激过强或持续时间过长时，内质网功能障碍不能得到适当的恢复，细胞的凋亡程序启动。一个较常见的引发内质网应激反应的是细胞氧化还原调节的改变，因此 IFN-γ可能是通过内质网发挥其调节活性氧的作用。
3.3线粒体蛋白 ROS/RNS能触发信号通路和（或）造成氧化损伤细胞和线粒体大分子，导致线粒体功能障碍，引起一系列哮喘炎症反应。在一个哮喘模型实验中发现，在气道上皮细胞中标志线粒体超微结构的变化和线粒体呼吸链膜蛋白复合体蛋白的减少与氧化环境招募炎症细胞相关。气道上皮线粒体功能异常会加剧过敏原引起的嗜酸粒细胞、 MUC水平和气道高反应性增加。
花粉粒具有内在的 NADPH氧化酶和水化后产生活性氧，进而诱导气道上皮细胞氧化应激，从而增加炎症趋化因子和细胞因子生长，加重气道炎症和黏液高分泌。 Aguilera-Aguirre等发现通过豚草花粉提取物暴露氧化损伤线粒体蛋白后，一种复杂的蛋白Ⅲ（鸡心线粒体辅酶 Q-细胞色素还原酶核心蛋白Ⅱ（ uqcrc2）缺乏，实验结果表明缺乏 uqcrc2会增加气道上皮细胞的活性氧，进而加剧气道变应性炎症，黏液高分泌。说明复杂的蛋白Ⅲ中的核心蛋白是主要的活性自由基的受体，被氧化后改变其结构和（或）功能导致线粒体活性氧产量增加。此外，线粒体是通过母亲继承的，因此提出了线粒体基因组和哮喘的发病机制相关。
3.4透明质酸 Casalino-Matsuda等发现 MUC5B在气道上皮杯状细胞和杯状细胞中表达，而且氧化应激诱导正常人支气管上皮细胞中 MUC5B基因和蛋白表达增加是由透明质酸解聚， CD44/EGFR的相互作用以及 44/42 MAPK激活等一系列反应完成的。活性氧诱导人体呼吸道上皮细胞的表皮生长因子受体和 44/42 MAPK激活是由透明质酸受体 CD44调控的。此外，透明质酸能够抑制组织激肽释放酶（ tissu kallikrein， TK）活性，透明质酸解聚通过 pro-EGF处理 TK后导致 TK激活，使杯状细胞增生和 MUC5AC蛋白增加。这提示透明质酸解聚在哮喘炎症反应可以直接参与诱导黏液分泌作用。
3.5过氧化脂质哮喘患者肺局部的炎症反应可导致自由基生成增多，引起脂质过氧化作用增多，在造成肺损伤的同时又进一步引起自由基反应播散，进而加重炎症反应和肺损伤，引起气道黏液高分泌。有文献报道 TK能诱导过氧化脂质产生，这表明杯状细胞不仅在氧化应激下增加气道黏液，还通过过氧化脂质提高清除气道黏液活性氧的能力。
3.6 Notch 最近实验表明 Notch信号转导通路的最重要的组件 Pofutl失活，导致气道表型特征明显的杯状细胞化生、克拉拉细胞数量的下降和纤毛细胞的增加。因为氧化应激导致 DNA损伤突变，如 PofutlcTb3突变体中，在这些突变体中中断的 Notch信号与调节杯状细胞分化的基因（如 Spdef、 Foxa3和 Agr2）表达增强一直相关， Notch也可直接下调 MUC5AC转录。 Notch信号转导通路可能是调节气道上皮细胞炎症的独立因素， Notch信号转导通路调控黏液基因的表达是不受 STAT-6的干扰。 Notch抑制克拉拉细胞的杯状细胞基因表达从而减少杯状细胞生成。这可能通过微调配体、受体表达的水平或者 Notch，从而改变分泌细胞表型。
4 抗氧化剂在临床治疗的运用
N-乙酰半胱氨酸在临床上作为抗氧化剂可清除多种氧自由基，也能增加肺 GSH含量，减少氧化损伤；它也是黏液溶解剂，能减轻哮喘的气道黏液阻塞。
Ahmad等在小鼠哮喘模型中，发现辛伐他汀与减少炎症细胞浸润、黏液化生和支气管旁胶原蛋白的沉积有关，说明它能防止气道炎症、黏液高分泌和气道重塑。辛伐他汀诱导一氧化氮合成酶在肺上皮细胞中表达和提高一氧化氮代谢，从而减轻氧化损伤。
叶绿素及其组成部分（桧醇和刺槐素）由显著抑制 5-烯酸和白三烯 B4形成，对 5脂氧合酶有抑制作用，也减少一氧化氮和 TNF-α生成，进而可减少气道黏液的分泌。绿茶中具有很强抗氧化能力的茶多酚，其抗氧化能力是人工合成抗氧化剂 BHT、 BHA的 4～ 6倍，维生素 E的 6～ 7倍，维生素 C的 5～ 10倍。
Bhujade等发现翡翠阁的茎可抑制环氧合酶、环氧合酶 -2和 5-脂氧合酶活性，也可有效地下调一氧化氮合酶、 TNF-α，并上调 HO-1.在一定程度上减轻氧化损伤。
5 展望
综上所述，氧化应激是形成哮喘的大多数分子途径和机制的最终结果，可直接或间接通过基因水平或胞内外的信号分子调节肺组织，引起气道黏液高分泌等一系列病理生理变化，最终引起哮喘不可逆损伤。胞内或胞外与氧化应激信号传递相关的分子缺失或增加可能共同作用于哮喘气道黏液高分泌的发生发展。积极预防、治疗哮喘气道黏液高分泌，对哮喘患者病情控制有重要意义。抗氧化药在治疗哮喘气道黏液高分泌方面将起着重要的作用，还能在一定程度上减少哮喘的发病率和病死率。
