摘要
近年来,对气道炎症和氧化应激的无创监测越来越受到人们的关注。几种挥发性和非挥发性物质可以在呼出气体中测定,并被认为是这些事件的潜在生物标志物。
呼出的气体,包括一氧化碳(CO)、烷烃(乙烷、戊烷)和在呼吸冷凝物中测量的物质,如过氧化氢(H2O.2)依赖于肺部氧化胁迫的潜在标志物。
匈牙188bet官网地址利临床过敏和免疫学议会的临床过敏和免疫学议会,匈牙利临床过敏和免疫学议会的临床过敏和免疫学组合,组织了欧洲呼吸协会(ERS)国际研究研讨会。1999年9月整合关于这些问题的最新知识,并加快该领域进一步改进。在这个为期两天的事件期间,提出了几个问题:呼出呼吸中测量的使用和标准化;测量的问题已过期h2O.2和其他介质在呼吸凝结;血氧酶(HO)-1在肺中的作用和调节;影响呼出有限公司的条件和因素。
本报告是研讨会主要演示的摘要,以及当前在此迅速扩展领域的研究领域。
炎症和氧化应激参与了多种肺部疾病的发病机制。这些病理过程存在于多种炎症性肺疾病,包括哮喘、慢性阻塞性肺疾病(COPD)和囊性纤维化(CF)。本次国际研究研讨会的主要目的是讨论氧化应激呼出标志物和不同肺部疾病中血氧合酶(HO)-1诱导的作用的最新结果。有四个主要部分,集中在氧化应激在不同肺部疾病中的机制和作用的不同方面,以及使用呼出呼吸样本对其进行无创监测:第一部分题为“炎性肺部疾病中的氧化应激”,包括三个主题,集中于肺部氧化应激的机制、气道表面的抗氧化防御以及慢性炎性肺部疾病中的临床症状、炎症和氧化应激之间的联系。第二部分(呼出气体冷凝物中氧化应激的标记物)讨论了呼出气体冷凝物的方法和问题2O.2肺部疾病中氧化应激的测量和氧气介质问题的测量标志物。在第三部分(呼出气息和肺部的一氧化碳(CO))中,介绍性谈判涉及呼吸道在呼气通道的定位,呼出CO在不同肺部条件下的增加,影响了呼出的水平的因素与氧化胁迫的保护作用。最后,在第四节(肺中六氧基酶-1诱导),浓缩在HO-1诱导的主题不同方面:作为血管保护反应,其在炎症反应中的作用及其通过一氧化氮的调节(NO)和气道上皮细胞因子。当关于这些主题提出若干问题时,所有部分都通过讨论关闭。在本报告中,介绍了研讨会和讨论主要领域的介绍性谈判。
炎症性肺病中的氧化应激反应
肺氧化应激的机制
炎症性肺病中增加的氧化负担的主要来源是从炎症白细胞和来自气道上皮细胞的反应性氧物质和氮物质(分别)释放反应性氧物质和氮物质(ROS和RNS)。此外,吸入的氧化剂,例如香烟烟雾和空气污染物的吸入氧化剂也有助于氧化应激,并且还发生内源性细胞内产生ROS和RN。
氧化应激是氧化剂和抗氧化剂之间的不平衡,其发生在氧化剂的增加和/或抗氧化剂的降低。许多抗氧化系统,酶系统和牺牲抗氧化剂都存在于肺部中,这些抗氧化剂含量在呼吸道中的不同部位有所不同。氧化应激可具有局部和全身性的影响,例如抗催化酶,上皮损伤,中性粒细胞螯合和迁移的灭活,以及用于促炎介质的信号转导和基因表达。相当大的研究专注于调节氧化还原敏感转录因子,如核因子-κB(NF-κB)和活化蛋白-1(AP-1),这在炎症反应中具有基本作用。ROS和RNS都可以激活NF-κB并增加NF-κB和AP-1的核结合。在ROS / RNS和炎症介质之间可以证明NF-κB的协同活化,例如肿瘤坏死因子-α(TNF-α),其本身产生氧化应激。氧化应激还产生涉及AP-1,C-JUM N-末端激酶(JNK)和P38的上调的反应。这种应力反应的一个方面是γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶如γ-谷氨酸琥珀酰基合成酶的上调,并因此增加了谷胱甘肽的产生。因此,临界因素可能是氧化应激的这些促炎和抗炎作用之间的平衡。氧化应激与炎症反应相关的进一步影响是诱导氧化剂是重要信号的凋亡。 Although there is a considerable amount of circumstantial evidence implicating oxidative stress in the pathogenesis of many inflammatory lung diseases, this hypothesis remains to be proven. One of the problems with proving this hypothesis is the lack of effective antioxidant therapy. The development of molecules with potent antioxidant properties should allow studies on proof of the concept that redressing the oxidant/antioxidant balance using effective antioxidants may be a novel treatment in inflammatory lung diseases1-5..
肺表面的氧化应激和抗氧化防御
在正常情况下,由于肺细胞外表面有一层富含抗氧化防御的呼吸道内衬液(RTLF)缓冲,所以呼吸上皮的氧化损伤最小。非酶抗氧化剂包括还原型谷胱甘肽、尿酸、维生素C(抗坏血酸)和维生素E (α-生育酚)。酶抗氧化剂包括超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶。这可能是气道抗氧化网络的数量和质量是底层呼吸上皮抵抗氧化应激易感性的一个重要决定因素。
上呼吸道和下呼吸道的抗氧化防御存在显著差异。例如,从下呼吸道获得的支气管肺泡灌洗液(BAL)含有蛋白质青蓝蛋白和转铁蛋白,大量低分子量抗氧化剂还原型谷胱甘肽和维生素C,以及低浓度的尿酸和α-生育酚。相比之下,鼻腔灌洗含有大量尿酸,而三肽谷胱甘肽(GSH)和维生素c的含量要小得多。由于灌洗过程导致呼吸道不同区域的RTLF稀释程度不同,因此很难完全量化这些差异。因此,ERS关于" BAL液非细胞成分"的工作组最近建议使用标准化技术,并报告每毫升回收液的所有数据。
即使在正常人之间,RTLF抗氧化状态也有显著差异,这些差异似乎与时间一致。即便如此,关于RTLF中抗氧化防御的正常范围的信息仍然相对较少。此外,RTLF抗氧化防御的来源仍不清楚。例如,RTLF和血浆谷胱甘肽池之间有一个陡峭的浓度梯度,表明局部合成或分泌谷胱甘肽进入RTLF。另一方面,RTLF和血浆中的抗坏血酸浓度似乎相似,表明这种抗氧化剂在循环池和空气池之间可以自由流动。在下呼吸道尿酸浓度约为循环水平的一半,但在鼻腔尿酸浓度至少相等,表明尿酸在上呼吸道自由运动。提示抗坏血酸、谷胱甘肽和尿酸的RTLF池大小存在不同的调节机制。目前,RTLF抗氧化防御网络在不同肺病理中的状态(和响应)尚不清楚。例如,在两种涉及呼吸树炎症的情况下,即吸烟和特发性肺纤维化患者,谷胱甘肽的状态就有很大的不同。在吸烟者中,RTLF谷胱甘肽浓度较对照组升高,而在特发性肺纤维化(IPF)患者中则降低。 Recently, it has been reported that subjects with mild asthma have low RTLF vitamin C and E concentrations. The relative importance of each antioxidant体内那IE.目前还没有立即理解每种抗氧化剂对BALF的总抗氧化能力的相对贡献。很可能在某些情况下,许多抗氧化剂将协同行动,以提供免受氧化损伤的保护。这个问题,以及RTLF抗氧化状态如何将个体敏感性与氧化应激相关,这是未来研究设计的重要考虑因素6.-8..
慢性炎症肺病的“益智”中临床症状,炎症和氧化应激之间的联系
许多慢性炎症性肺部疾病与炎症和氧化应激相关。疾病特异性原因与炎症和氧化应激的特定原因之间的复杂相互作用导致临床图像和这种特异性疾病的进展的可能性。在阻塞性肺病(哮喘和COPD),间质肺病,囊性纤维化和支气管切除和成人呼吸窘迫综合征(ARDS)中,炎症和氧化胁迫的存在良好。未经侵染的炎症和氧化应激标记已经鉴定出来,理想情况下,应代表肺部内的持续病理过程的强度。从临床角度来看,医生可能期望呼出的标志物揭示了对病理生理学的洞察力,在评估炎症/氧化应激的严重程度方面具有作用,预测肺功能恶化,并提供(Pharmaco)治疗期间的个体指导。
H2O.2是由上下呼吸道的炎症细胞形成的。哮喘、慢性阻塞性肺病、支气管扩张和急性呼吸窘迫综合征患者的血药浓度均有升高。一般来说,呼出H2O.2在不稳定的疾病中似乎增加,并且(在哮喘中)与痰中的嗜酸性粒细胞总数有关,并且(在COPD中),具有诱导的痰液中多晶核素核素(PMN)S的总数。吸入的皮质类固醇(IC)降低了H的生产和呼气2O.2.CO由HO生产,并已被证明在CO中毒,哮喘和上呼吸道感染中的患者中患者增加。在哮喘中,呼出的CO和嗜酸性粒细胞细胞计数在痰中介绍了相关性。呼出的H.2O.2CO为慢性炎症性肺疾病的病理生理学提供了一种见解,在一定程度上与炎症/氧化应激的严重程度相关,并受到干预的影响。它们的预测价值和在评估个体患者中的作用仍有待确定9.-19.
在本节的讨论部分,氧化应激在炎症性肺病的临床图像中的作用,症状与氧化-抗氧化失衡的关系,以及能够影响氧化应激反应的因素进行了讨论。
呼出气体冷凝物中氧化应激的标记物
呼吸冷凝物中过氧化氢测量的方法和问题
已经描述了两种方法来测量h2O.2在呼吸冷凝物:分光光度法和荧光法(表1⇓).
分光光度法
h的相互作用2O.2,3,3',5,5'-四甲基苯胺(TMB)和马萝卜过氧化物(HRP)形式3,3',5,5'-四甲基-1,1'-二苯醌-4,4'-二胺,可以用450nm的吸光度测量。
肺部疾病中氧化应激的呼出标记物
传统上,氧化应激是通过测量循环细胞和血浆中活性氧或氧化最终产物的增加来监测的。最近,已经开发了几种技术来检测氧化应激,利用呼吸样本,这将更直接地取样肺部的局部生产。呼吸分析的主要优点是它可以很容易地重复,可以用于儿童,也可以用于非常严重的疾病患者,因为更多的侵入性测量是不合适的。几项研究报告了H2O.2在肺病过期的缩合。在呼吸缩合物中也可以检测包括亚硝酸盐和硝酸硝酸盐,亚硝基硫醇,过氧化硝基酯,脂质介质,8-异前烷和细胞因子的其他分子20.-21.
异丙醇是稳定的前列腺素,通过氧化arachidonic酸氧化通过非酶的途径22并被提倡作为氧化胁迫的新指标。人类中最普遍的异己烷烷种类是8-异前列烷(8-EPI-Frostagling F.2α).哮喘患者过期冷凝物中8-异前列腺素浓度增加,其水平与疾病严重程度和呼出CO水平相关23.在COPD和CF中的患者中,吸烟者中也增加了8-异前烷的水平也增加了24.
也可以在呼吸中检测挥发性气体,乙烷和戊烷,并已用于测量脂质过氧化以反映氧化应激。在哮喘加剧期间呼出的戊烷增加,恢复过程中减少25.呼出的乙烷水平在吸烟者中增加26并通过高剂量的抗氧化维生素C和E而降低,但不单单是维生素E27那28.在CF和COPD中呼出的乙烷水平升高,这与疾病严重程度和其他氧化应激标志物(如呼出CO)相关。哮喘中呼出的乙烷水平也升高,而吸入糖皮质激素治疗患者的乙烷水平较低29.其水平在间质肺病中也增加,这表明它也可能是肺实质炎症的标志物30..这种测量方法的缺点是昂贵和耗时,避免环境乙烷污染是很重要的。然而,它是有用的方式,以验证其他更容易测量氧化应激,如呼出CO20.-30..
呼吸中氧化应激的新标记
人类呼吸测试中的主要问题是:
呼吸中挥发性有机物的收集和分析
呼吸中的大多数挥发性有机化合物(VOCs)以皮摩尔浓度存在,需要专门的仪器来检测它们。开发了一种便携式呼吸收集装置(BCA),该装置将呼吸中的VOCs收集到吸附剂陷阱上,用于随后的气相色谱和质谱分析。这使得在远离研究实验室的地点进行呼吸VOCs的临床研究成为可能。
室内空气中存在的挥发性有机化合物的补偿
呼吸中的大部分挥发性有机化合物也存在于室内空气中。因此,有必要将呼吸信号与室内空气污染的人为因素区分开来。采集呼吸和空气中的挥发性有机化合物样本,以确定各挥发性有机化合物的肺泡梯度(呼吸浓度在空气中的浓度)。肺泡梯度随合成速率(VOC的清除速率)而变化。
正常受试者呼吸中挥发性有机化合物的特征
在50名正常人的研究中,观察到3481种不同的VOCs(肺泡梯度阳性1753例,阴性1728例)。然而,受试者共有的核心只有27种VOCs。这些主要是异戊二烯、烷烃、甲基烷烃和苯衍生物。
氧化应激呼吸标记的测定
烷烃是通过ROS的多不饱和脂肪酸的脂质过氧化产生的氧化应激的产物。已经鉴定了一种新的氧化胁迫标记,呼吸烷烃曲线。这包括作为碳链长度的函数绘制的C4-C20烷烃的肺泡梯度。在对50个正常受试者的研究中,平均呼吸烷烃曲线是来自C4-C11的阴性,来自C12-C20阳性。年龄较大的一半的平均年龄明显大于年轻的一半(47.56岁相对29.88岁,p<0.0001),四种烷烃(C5-C8)的平均肺泡梯度在老年受试者中显著升高(p<0.05)。男性和女性之间没有显著差异。结论是,正常人类呼吸中的烷烃光谱包含明显的氧化应激新标记物。平均清除率(通过细胞色素P450酶)对C4-C11烷烃的合成速率高于(ros介导的氧化应激),而对C12-C20烷烃的合成速率大于清除率。老年受试者中烷烃水平的升高与年龄相关氧化应激的增加是一致的。
患有囊性纤维化和慢性肺部感染的患者是否发生氧自由基介导的组织损伤?
CF患者经常患有慢性细菌肺部感染33.细菌气道殖民与多种机会主义病原体的确切机制,特别是假单胞菌铜绿假单胞菌,在CF中仍然是推测性的,但很可能与CF特定的宿主因素有关34.尽管有功能的外周血多形核白细胞(中性粒细胞)迅速而有力地涌入气道腔内,并产生高滴度的针对感染病原体的特异性抗体,但一般情况下仍不能实现细菌根除34.假设中性粒细胞不能在CF气道中产生氧自由基。因此,H.2O.2在呼吸缩合物中测定63例CF患者和51例正常受试者的水平。此外,在CF痰液中,测定髓样品(MPO)和过氧化氢酶(猫)的活性和浓度,以及MPO / H.2O.2- 细胞培养测定中CF痰的介导的细胞毒性。有发现h2O.2CF患者和法线中的水平相似35.这可能是由于h的清除剂的存在2O.2在CF痰样品中。或者,H.2O.2可能无法在CF Airways中制作。38CF Sputa中可检测到人类猫和MPO的高浓度和活性。进一步的实验表明,CF痰,在H存在下2O.2,不引起细胞毒性体外,即使从痰中取出CAT。这一令人惊讶的结果是由于高度正电荷的MPO固定在CF痰液中大量的负电荷大分子。为了调查H2O.2可能无法在CF Airways中生产,研究了氧气分压(P.O.2)在CF痰中降低。这P.O.2在痰塞中体内在六种CF患者和14个痰标本中体外被评估。高P.O.2在无痰的CF中,当氧探头进入塞子时,支气管迅速显著下降,说明CF塞子是无氧的。缺氧可显著降低中性粒细胞对细菌的杀灭作用,因为中性粒细胞无法产生ROS,这有助于解释CF患者肺部感染的慢性,以及其他患者组可能出现的慢性肺部感染33-35.
更详细地讨论了处理,测量的呼吸缩合,测量再现性,升高的介质和疾病活性与标记水平之间的关系的重要性。
一氧化碳在呼出气息和肺部
正常和哮喘受试者气道墙中血氧酶的定位:皮质类固醇治疗的影响
HO是一种能分解血红生成CO和胆绿素的抗氧化酶。肺中HO活性的诱导对氧化诱导的炎症和支气管高反应性具有保护作用,例如暴露于臭氧诱导的炎症和支气管高反应性。测定HO的两种同工酶HO-1和HO-2在哮喘患者气道中的表达和分布,并确定吸入皮质类固醇治疗的效果。两种酶的免疫染色广泛分布于气道黏膜下层,特别是通过双免疫染色检测到的气道上皮和粘膜下巨噬细胞(CD68+)。在正常(n=10)和轻度哮喘(n=10)受试者的活检中,染色强度和范围没有差异。吸入皮质类固醇(布地奈德1600µg·d)治疗1个月后-1),八例轻度哮喘患者气道黏膜下层HO-1或HO-2的表达和分布无显著变化,尽管气道嗜酸性粒细胞显著减少,对甲胆碱的支气管反应性降低。结果表明,处理后小鼠呼出的NO水平显著降低,而CO水平保持不变。使用安慰剂吸入器治疗(n=8)对这些参数没有影响。因此,HO-1和HO-2在正常和哮喘患者中广泛均匀分布,在哮喘患者中不受吸入皮质类固醇治疗的调节。HO可能是一种重要的内源性抗氧化酶36那37.
急性哮喘、上呼吸道感染和变应性鼻炎的一氧化碳增加
为了检查内源性CO在气道炎性疾病中的作用,在CO监测(EC50分析仪,Bedfort Technology Instruments Ltd,UK)上测量呼出的共浓度。CO在所有受试者的呼出空气中可重复地检测。与非莫斯莫治疗健康对策的人相比,呼出的CO浓度在没有接受吸入的皮质类固醇和接受吸入皮质类固醇的哮喘患者中的哮喘患者较高。在吸入皮质类固醇治疗后4周后,12例患有12例患有症状哮喘的患者呼出的CO浓度降低。呼出的Co水平的变化与痰中嗜酸性粒细胞细胞计数的CO水平有显着相关。这些研究结果表明,哮喘患者呼出的CO升高,随着皮质类固醇治疗减少。因此,呼出的CO水平的增加可能反映了哮喘气道中的炎症38.还研究了治疗哮喘急性加剧后呼出CO浓度的变化时间。哮喘的恶化引起了峰值呼气流速(PEFR)的衰退,所有患者呼出的CO升高,并且口服糖皮质激素治疗逆转了这些参数的这些变化。PEFR的改善与治疗后呼出CO的减少密切相关39.研究了上呼吸道感染是否提高了正常人呼出的呼出空气中的CO浓度。在症状时,呼出的CO浓度升高,恢复过程中减少。呼出的CO的恢复值与年龄匹配的非莫斯文控制受试者相似40.为了确定季节性过敏性鼻炎患者是否增加了CO水平,在86例过敏鼻炎患者中,在雪松花粉季节的86名患者中进行了测量38-40.在季节期间,呼出CO浓度升高,在非季节时下降到正常水平。
肺部疾病时呼出一氧化碳
在各种炎症性肺部疾病中,呼出的CO水平会增加,这可能是炎症/氧化应激的有用标志。呼出CO的来源很可能是HO酶家族。证据是哮喘患者呼出CO水平升高,气道巨噬细胞中HO-1表达增加,诱导痰中胆红素水平升高。此外,正常人吸入HO底物血红素后呼出CO增加41.
哮喘患者的呼出CO水平增加,哮喘患者未被吸入皮质类固醇治疗38那41.该水平通常在被吸入皮质类固醇治疗的患者的正常范围内,但患有高剂量吸入类固醇或维持口服类固醇的严重哮喘患者具有更高的水平,表明呼出的CO可能反映疾病严重程度42.儿童哮喘也增加了CO水平,但只有在症状的儿童中43.呼出的有限公司在一些无症状的某些特征成人中增加,尽管在较小程度上的程度上比呼出的少44.暴露在过敏原后的反应中呼出的CO水平会增加,在过敏原挑战的几分钟内的早期反应中也是如此45.慢性阻塞性肺病患者的气道中有中性粒细胞炎症,慢性阻塞性肺病患者呼出的CO水平增加。这在一定程度上是由于吸烟导致呼出CO的显著升高,但呼出CO的水平在吸烟者中也会增加。在正常人和哮喘患者中,吸烟也会导致呼出CO的类似增加,这种影响会持续数小时。支气管扩张患者的呼出CO水平升高,而吸入皮质类固醇治疗的患者的呼出CO水平没有降低46.在囊性纤维化(CF)中,呼出的CO水平增加,在感染性加剧期间进一步增加47那48.而在稳定的CF吸入类固醇患者中,似乎没有影响CO的水平,口服皮质类固醇与较低的值相关。这些研究的含义是呼出的CO可用于检测囊性纤维化的劣化,并且可能是增加氧化应激的反映,这也导致呼出的不通过不同氧化剂的快速反应而导致呼气不低49.在原发性纤毛运动障碍(PCD)和Kartagener综合征患者中,鼻腔和呼出NO的诊断水平较低。相比之下,这些患者呼出的CO升高,可能反映了这些患者下气道的慢性炎症50..正常人上呼吸道感染后呼出CO水平升高40,以类似的方式与呼出的不增加。病毒感染可能直接激活HO-1或诱导的一氧化氮合酶(Inos)通过转录因子激活,或者可以通过增加促炎细胞因子来诱导这些酶。呼出的CO也升高了呼吸道感染患者,并通过抗生素治疗减少。
由于HO如此广泛分布并被许多刺激激活,因此在许多全身疾病中,CO生产可能会增加,这可能会因呼出的CO增加而反映。已经完成了这一领域的工作很少,但在此领域未来有必要确定不同的条件如何影响呼出的CO。糖尿病患者已发现呼出的CO的增加,并且与血糖水平有关,并且可以反映这种条件下增加的氧化应激和活化葡萄糖51..
总之,呼出的CO测量易于制造并且是可重复的。在气道的几种疾病中,CO水平增加,与炎症和氧化应激相关。该水平与呼气不呼出的疾病严重程度和症状更密切,并且在呼出的疾病等疾病中具有潜在价值,其中呼出的不含水平较小。CO分析仪相对简单,便宜,因此该测量可以广泛可用。呼出的CO的测量并不通过鼻污染复杂,这是呼出的主要问题,没有测量。另一方面,呼出的CO水平明显受环境CO的影响,这在一天中可能会波动,特别是在城市。以前暴露于高环境CO水平也可能导致随后的呼出CO增加,如来自羧苯并氟葡萄球菌的CO。主动和被动吸烟显着影响呼出的CO水平,通过测量尿cotinine或nikcheck试剂条(Dynagen Inc.,Cambridge,Ma,Ma,美国)来检查吸烟状态可能是很重要的。少对呼出的CO的起源而不是NO。虽然有些呼出的CO来自呼吸道,但是大部分呼出的CO可以衍生自肺泡,并且可以从循环中漫射38-51..
影响呼出的一氧化碳水平的因素
呼出的CO在健康的非助剂中内源性生产,并在不同的炎症肺条件下增加。有人建议可用于监测炎症性肺病。然而,在使用该测量作为疾病活动的非侵入性标记之前,更多需要了解可能影响呼出CO水平的因素。
在CO的产生方面,研究了运动对健康受试者呼出CO浓度和总输出量的影响。在症状受限的运动中,呼出CO浓度逐渐降低。然而,在运动测试结束时,CO输出增加了大约3倍。测试10分钟后CO输出恢复正常52..这种输出量的增加在健康儿童和成人、哮喘患者(无论是否接受类固醇治疗)以及CF患者中是相似的。这种增加可能归因于肺中CO产量的增加,可能是因为HO-2的突然激活;然而,尚需进一步研究以明确气道壁与周围空气之间CO梯度变化的影响。
从实验研究中,已知缺氧是调节CO生产的因子。在由于非玻璃疾病导致的患者患有明动脉缺氧的患者中,与具有相同条件相同的非石棉患者相比,发现心衰竭,呼出CO水平增加。改善他们的临床状况与呼出的CO减少有关。在类固醇治疗患者中,呼出的CO水平没有升高,无论存在严重缺氧的严重程度如何,都表明呼出气息的CO增加来源HO-153..不仅长期存在的缺氧会导致呼出CO的增加,而且急性缺氧也可能会。这在一项调查稳定状态下CF儿童的研究中得到了证实。一些受试者在症状限制的运动测试中出现缺氧,随后测试后呼出的CO水平增加52..
由于CO生产的增加被认为是由导致氧化应激的因素调节的,因此似乎有理由探讨抗氧化剂对哮喘呼出CO的影响。然而,具有高剂量的维生素C和E两周的口服补充在14例轻度哮喘患者中,没有调节双盲交叉研究中的CO浓度增加。更有效的抗氧化剂和抗氧化剂进入气道的局部应用可能影响呼出的CO水平。最后,虽然众所周知,虽然采取了特殊性,但是在哮喘患者中调节呼出的呼出水平,而呼出的有限公司似乎似乎没有这种情况。特征和非含有患者之间的呼出CO水平没有差异疾病53..
己氧基酶-1和一氧化碳对氧化应激的保护作用
HO催化血红素降解的第一步和限速步骤,生成等摩尔量的胆绿素IXa、CO和铁55..存在的HO的三种同种型:HO-1高诱导,而HO-2和HO-3是组成思考的。虽然HOEM是HO-1的主要基材,但各种非生剂包括重金属,细胞因子,激素,内毒素和热休克也是HO-1表达的强诱导剂56..HO-1诱导剂的多样性进一步支持了HO-1除了在血液降解中发挥作用外,还可能在维持细胞内环境稳定中发挥重要作用的推测。此外,HO-1是由多种引起氧化应激的物质高度诱导的,包括H2O.2、谷胱甘肽消耗剂、紫外线照射、内毒素和高氧56.-58..这种发现的一种解释是HO-1可以作为适应和/或防御氧化应激的关键生物分子,其最近在HO-1缺陷小鼠和人类中得到加强59.那60..已经表明,HO-1的诱导提供了保护体内和体外在各种氧化应激模型中56.-58.那61..此外,本文作者将回顾其他的观察结果,表明外源基因转移HO-1也提供了抗氧化应激的保护61.,而一氧化碳可以调节这种保护62..CO可能在其他炎症疾病状态中发挥重要的保护作用,因此具有潜在的治疗意义。
A.M.K. Choi实验室对HO-1是否由外源性给药进行了研究通过转基因可诱导HO-1在大鼠肺中的表达,并对高氧模型大鼠氧化性肺损伤具有保护作用。HO-1信使核糖核酸(mRNA)和HO-1蛋白在Ad5-HO-1给药仅数小时后升高。对照组大鼠在56 h高氧后出现明显的肺出血、水肿、肺泡间隔增厚、炎症细胞内流和纤维蛋白沉积,而AD5-HO-1大鼠肺结构得以保留。作者还观察到,与正常缺氧的对照大鼠相比,单独暴露于高氧环境的大鼠表现出高度显著的肺凋亡指数的诱导。Ad5-HO-1预处理后的高氧大鼠与单纯高氧大鼠相比,肺凋亡指数明显降低。最后,接受载体对照的大鼠在高氧暴露66 h后全部死亡,而接受Ad5-HO-1的大鼠对高氧有显著的耐受性。
单独暴露于高氧环境的大鼠均在72 h内死亡,而暴露于低浓度CO环境的高氧环境的大鼠对高氧的耐受性非常显著:这些动物均在72 h时间点存活。CO的这种保护作用依赖于浓度,其作用范围为50 - 500ppm。血中一氧化碳含量的标准测量方法——羧血红蛋白水平,与一氧化碳暴露浓度的增加和动物在致命高氧环境下的存活有关。仅暴露于低浓度一氧化碳(50 - 500ppm)的大鼠没有表现出任何不良影响62..
在暴露于高氧基的大鼠中,在低浓度的CO存在下,观察到胸腔积液量的显着抑制,与单独暴露于高氧化的大鼠相比,蛋白质积累的水平显着降低。单独暴露于高氧化的大鼠中,在暴露于高氧的大鼠中,观察到肺部出血,水肿,肺泡隔膜增厚,炎症细胞的涌入和纤维蛋白沉积。相比之下,在CO存在下暴露于高氧的大鼠肺部在宏观上和显微镜正常。在CO存在下暴露于高氧的大鼠表现出嗜中性粒细胞流入和肺凋亡指数的显着减少,当单独暴露于高氧时。
总之,本报告中描述的有效的抗炎和抗凋亡效应和最近积累的数据,展示了HO-1的抗炎作用,突出了HO-1用于保护细胞,器官和宿主生物的主要机制抗氧化应激。CO在介导HO-1的保护作用的潜在作用也突出了。未来的研究需要解决CO独立或与铁蛋白和胆红素结合介导这些保护作用的机制9.那10, HO-1的其他副产品55.-62..
肺中的血氧合酶-1诱导
六氧酶-1血管保护反应
本节试图总结HO-1诱导和外源性CO给药对异种移植小鼠心脏到大鼠模型的保护作用。如果老鼠接受抑制补体激活(眼镜蛇毒液因子(CVF))和阻断t细胞反应(CyA)的治疗,老鼠的心脏就能在其中无限期存活。如果不进行治疗,老鼠的心脏会在3-5天内发生排斥反应。对长期存活心脏的检查显示,HO-1在心脏的内皮细胞(EC)和平滑肌细胞(SMC)中上调,而在被排斥的心脏中则很少或没有上调。为了检测HO-1是否对心脏的生存起作用,将HO-1缺陷的心脏移植到接受上述免疫抑制的大鼠(CVF+CyA)。尽管进行了这种治疗,但HO-1缺陷的心脏在3-7天内遭到排斥,这清楚地表明,在这种模型中,HO-1在保证移植心脏长期存活方面发挥着至关重要的作用。为了测试一氧化碳(CO) (HO-1作用于血红素的三种产物之一)是否部分或全部作用于HO-1的长期存活,使用锡原卟啉(SnPP)抑制HO-1的作用。正常(野生型)小鼠心脏移植到接受CVF+CyA+SnPP的大鼠体内后会迅速发生排斥反应,其方式与ho -1缺陷心脏相似。接受小鼠心脏移植的大鼠随后暴露在400ppm的一氧化碳中。在这种情况下,IE.在没有HO-1作用但存在外源性CO的情况下,小鼠心脏长期存活。实验表明,在该模型中,CO可以完全取代HO-1的作用。胆红素的产生被测量以确保在CO存在或不存在时HO-1的作用被抑制。被大鼠排斥的小鼠心脏显示出严重的炎症迹象,而那些没有被排斥的心脏则没有这种迹象。CO完全抑制了与排斥反应相关的炎症反应。研究表明,在某些情况下,CO可以替代HO-1的作用,而且这两种物质都具有高度的抗炎作用63..这些发现可能导致HO-1和/或CO的临床应用63..
血氧酶-1诱导在炎症条件下的作用
威利斯等等。64.分析了从卡拉胶诱导的大鼠急性炎症模型中分离的炎症细胞中HO的活性。炎症诱导24 h后,HO活性显著升高。这种活性的增加与高度诱导的HO亚型的出现相一致,这是由Western Blot分析确定的。与对照组相比,ho诱导剂铁原卟啉预处理动物24小时后,炎症细胞数量减少50%,细胞渗出量减少73%。这些结果表明,HO可能代表了急性炎症中抗自由基的内源性保护机制,并可能参与了急性炎症的解决。HO-1可能代表了一种新的治疗靶点来调节炎症反应64..
一氧化氮和细胞因子对上皮细胞血氧合酶-1诱导的调控
HO-1可以由各种细胞应激和炎症介质诱导56.那65.那66..CO是何种活动的产品,在呼出的呼吸受试者的呼气中升高,具有各种气道疾病。CO的细胞来源尚不清楚,尽管与哮喘患者的痰液中已检测到HO-1蛋白的增加水平,但与正常受试者相比41.本节旨在审查气道上皮是否可以促进在许多呼吸道疾病中呼出的CO增加。
用白细胞介素(IL)-1β、干扰素(IFN)-γ和肿瘤坏死因子(TNF)-α (cytomix)处理人原代气道上皮细胞24 h,用逆转录聚合酶链反应检测HO-1、HO-2、iNOS和还原性甘油醛-磷酸脱氢酶(GAPDH)的表达。流式细胞术后,HO-1表达在4h时升高,在12h时降低,在24h时恢复到基础水平,而HO-2表达没有变化。iNOS的表达遵循不同的时间过程,在24 h时表达量最大。地塞米松未抑制HO-1的表达和iNOS活性(培养基中亚硝酸盐的积累)。特异性iNOS抑制剂1400W可抑制细胞融合诱导的HO-1,提示iNOS衍生的NO可刺激人原代上皮细胞对HO-1的诱导。NO供体NOC-18 (deanooate)可诱导HO-1,但对HO-2的诱导无影响。HO-1的诱导不受地塞米松的抑制。加入鸟苷酸环化酶抑制剂[1-H-1那2那4.氧基奥[4,3-a]喹喔啉-1-一(ODQ)和蛋白激酶G抑制剂Kt5823未能抑制HO-1的NOC-18诱导,这意味着HO-1在人原发中的诱导上皮细胞是通过环鸟苷单磷酸(GMP)的独立途径。HO-1蛋白在基础条件下未表达;然而,细胞培养24小时后,HO-1蛋白的表达不受地塞米松的抑制。HO-2蛋白在这些细胞中组成表达,并在地塞米松存在时上调。流式细胞术治疗诱导HO活性增加13倍;NOC-18处理后HO活性呈剂量依赖性增加,最高活性为500 μM(23倍)。这与NOC-18对mRNA诱导的影响有很大的不同。这意味着NO可以直接激活HO。目前还没有特定的酶抑制剂,因此,不可能确定这种活性的增加是由于HO-1或HO-2的激活。
综上所述,人气道上皮细胞可通过cytomix诱导表达HO-1 mRNA和蛋白,糖皮质激素不抑制这一过程。NO也能诱导HO-1,也不是类固醇敏感。因此,气道上皮可能是呼吸道疾病中呼出CO的一个来源65.-66..
结论
讨论了人体内一氧化碳的产生、影响呼出一氧化碳的因素和条件,以及呼出一氧化碳的可能来源。详细讨论了血氧合酶-1和血氧合酶-2活性的调控,炎症介质和活性氧诱导血氧合酶-1的机制,以及血氧合酶活性最终产物在生理和病理生理条件下的多重作用和作用。表2⇓总结了对不同肺部条件下最多研究的呼出生物标志物的参考(未包括呼出的一氧化物)。
致谢
该研讨会由欧洲呼吸协会赞助,匈牙利呼吸道学协会以及匈牙利教育部的科188bet官网地址学和技术方案的额外帮助。
研讨会的椅子: P.J.巴恩斯。发起者和协调员:I.Horváth。参与者:一、英国阿德考克;拉赫曼,英国;k . Thethi英国;l . Otterbein美国;d·戴克,美国;m·苏亚雷斯,美国;s . Loukides希腊;P.J.巴恩斯、英国;s . Petruzzelli意大利;r . Foresti英国; G. Döring, Germany; G. Joos, Belgium; A. Antczak, Poland; G. Becher, Germany; F. Kelly, UK; A.M.K. Choi, USA; P.N.R. Dekhuijzen, the Netherlands; W. MacNee, UK; M. Phillips, USA; F. Bach, USA; M. Yamaya, Japan; Z. Csoma, Hungary; G. Losonczy, Hungary; P. Magyar, Hungary; G. Papp, Hungary; É. Huszár, Hungary; E. Barát, Hungary; G. Böszörményi-Nagy, Hungary; R. Horváth, Hungary; I. Herjavecz, Hungary; J. Strausz, Hungary; Z. Lohinai, Hungary; L. Donnelly, UK; J. Homolka, Czech Republic; E. Hídvégi, Hungary; K.F. Chung, UK; M. Leckie, UK; N. Sterfors, Sweden; D. Willis, UK; T. Lawrence, UK; P. Paredi, UK; B. Bálint, Hungary; C. Dunster, UK; J.T. Chapman, USA; K. Ganas, Greece; Z. Novák, Hungary; R. Motterlini, UK; D. Worlitzsch, Germany; M. Krol, Poland; K. Nakayama, Japan; S. Culpitt, UK; K. Torén, Sweden; A-C. Olin, Sweden; I. Horváth, Hungary.
- 收到了2001年3月27日。
- 公认2001年3月27日。
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