阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)显著增加动脉粥样硬化、全身性和肺动脉高压、心室肥厚、心肌梗死、中风和猝死性心律失常的风险;它也有不良的心理影响,包括白天嗜睡。临床和啮齿动物研究表明,氧化应激和炎症是这些并发症的发病机制。NADPH氧化酶复合物已成为这种氧化应激的关键来源,其在血管内皮中被解偶联一氧化氮合酶(eNOS)放大。缺氧引发黄嘌呤脱氢酶向黄嘌呤氧化酶的蛋白水解转化似乎是间歇性缺氧时NADPH氧化酶激活的上游。这种氧化应激下游NF-kappaB的激活促进了与OSA相关的炎症。这些考虑表明,当CPAP不能完全控制OSA时,治疗途径可能会减少该综合征的致病影响。螺旋藻的发色团藻蓝胆素可以以类似于胆红素的方式有效抑制NADPH氧化酶,从而可能解决OSA中NADPH氧化酶活性升高的问题。黄嘌呤氧化酶抑制剂别嘌呤醇可抑制OSA患者NADPH氧化酶的激活,并已被证明可改善OSA患者的内皮功能。n -乙酰半胱氨酸(谷胱甘肽前体)可能在一定程度上拮抗氧化应激的不利影响。 The uncoupling of eNOS – both a cause and a consequence of oxidative stress – could be combatted with supplemental citrulline and high-dose folate. Docosahexaenoic acid could be of potential benefit by promoting expression of phase 2 antioxidant enzymes. In patients who tolerate it adequately, moderate-dose salsalate could be employed to down-regulate canonical NF-kappaB activation.
阻塞性睡眠呼吸暂停对健康的不良影响
流行病学研究表明,与相关危险因素无关,阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)可增加心脏病发作和中风、交感神经激活相关的全身性高血压、肺动脉高压、心室肥厚和心力衰竭、心律失常、勃起功能障碍和猝死的风险[1-9]。OSA患者血流介导的血管舒张功能受损,循环中内皮激活的标志物增加,CPAP(慢性气道正压)治疗可改善[10-13]。当啮齿动物遭受慢性间歇性缺氧时,以一种旨在模拟OSA的偶发性缺氧的方式,可以观察到全身和肺高压、心室肥厚、内皮功能障碍以及饮食诱导的动脉粥样硬化的加剧[14-18]。心脏缺血-再灌注在先前遭受慢性间歇性缺氧[19]的大鼠中产生更大的梗死面积。阻塞性睡眠呼吸暂停也有不良的心理影响;OSA患者容易出现白天嗜睡,容易抑郁,而间歇性缺氧的啮齿动物会出现海马体依赖的空间学习障碍和焦虑反应增加[20-25]。
基于OSA患者的临床研究,以及慢性间歇性缺氧的啮齿动物研究,人们普遍认为OSA伴随着包括大脑在内的一系列器官的氧化应激和炎症的增加[15,25-28]临床上,比较OSA患者与匹配对照的研究,或比较OSA严重程度或严重程度较轻的患者,已记录了与严重OSA相关的氧化应激和/或炎症标志物的增加。OSA中发现较高的标志物包括LDL颗粒中的TBARs、体外LDL氧化的迟滞期、对氧磷酶水平、体外刺激中性粒细胞产生超氧化物、尿中8-羟基脱氧鸟苷和8-异前列腺素的排泄、8-异前列腺素的呼出、血浆中c反应蛋白和粘附分子(ICAM-1、VCAM-1、选择素、CD15、CD11c)水平以及二氯龙活性氧代谢产物[29-38]。相反,OSA患者[39]的全血抗氧化能力(trolox等效抗氧化能力)相对于对照组降低。在大多数研究中,据报道,在CPAP治疗一个疗程后,氧化应激和炎症标志物显著下降。
大量证据表明NADPH氧化酶复合物是OSA氧化应激的关键来源,NF-kappaB激活增加是相关炎症的中介。此外,在血管内皮中,内皮型一氧化氮合酶(eNOS)的解耦导致氧化应激和保护性NO生物活性的丧失。40、41
NADPH氧化酶和未偶联的eNOS是OSA致病影响的关键介质
在啮齿动物研究中,NADPH氧化酶作为慢性间歇性缺氧(CIH)许多致病效应的中介物的核心作用清晰地显现出来。gp91phox基因缺失(又名Nox2)的小鼠不受野生型小鼠CIH引起的肺动脉高压、全身性高血压、心室重塑、嗜睡、认知缺陷和焦虑的影响[17,24,42-45]。类似地,用罗夹桃苷(一种NADPH氧化酶复合物抑制剂)治疗,可以保护啮齿动物免受CIH引起的全身高血压、勃起功能障碍、嗜睡和脑氧化损伤[16,42,45,46]。在暴露于CIH的啮齿动物组织中观察到NADPH氧化酶各种亚单位的表达增加,并且在未治疗的OSA患者中观察到来自晨痰的巨噬细胞和中性粒细胞中p22phox mRNA水平升高(与睡前收集的痰相比)[10,17,19,47,48]。
NADPH氧化酶是如何被间歇性缺氧激活的,目前还不完全清楚。在PC12细胞[49]中研究了颈动脉体中间歇性缺氧增加nox2依赖的NADPH氧化酶活性的机制——这是CIH中交感神经激活和全身性高血压的关键作用。黄嘌呤脱氢酶向黄嘌呤氧化酶的蛋白水解转化似乎是从NADPH氧化酶活化[50]开始的。这是由蛋白质水解活性介导的,由缺氧引起,由胰蛋白酶抑制剂[51]抑制。黄嘌呤氧化酶最初产生的超氧化物,由于腺苷核苷酸的缺氧去磷酸化而提供嘌呤分解代谢产物,增加细胞内的游离钙,这反过来促进蛋白激酶C活性的激活,导致完整和活跃的NADPH氧化酶复合物[50]的膜组装。与NADPH氧化酶激活相关的更高水平的超氧化物产生通过抑制诱导其蛋白酶体降解的脯氨酸羟化酶促进缺氧诱导因子-1 α (hif -1 α)的表达。HIF-1活性增加的影响之一是Nox2基因[49]的转录增加,因此建立了一个恶性循环,其中HIF-1活性增加Nox2的表达,导致更大的超氧化物产生,进一步促进HIF-1 α的表达。值得注意的是,在HIF-1alpha基因敲除杂合的小鼠中,CIH诱发的全身高血压和脑氧化应激未观察到[49]。这些机制在多大程度上可以解释cih介导的NADPH在其他组织(如血管)的激活,还需要进一步研究。
最近的其他研究指出,在OSA患者和CIH大鼠中,未耦合的eNOS是氧化应激的来源,也是内皮依赖性血管舒张受损的原因[40,41]。这可能是NADPH氧化酶产生的氧化应激的下游结果,并有望进一步放大这种氧化应激[53]。精氨酸酶抑制(在大鼠中)和提供eNOS辅因子四氢生物蝶呤(在人类中)已被证明能使该酶偶联[40,41]。这些发现表明,精氨酸和不对称二甲基精氨酸(ADMA)的不平衡,以及四氢和二氢生物蝶呤的不平衡,都有助于与OSA相关的解耦。关于ADMA,有临床研究报道在OSA患者中ADMA水平升高,提示ADMA是OSA eNOS解耦的中介因子[54,55]。
内皮依赖性血管舒张障碍(OSA的特征)似乎可归因于NO生物活性的丧失[56-58],因此可能既反映了eNOS的解耦,也反映了NADPH氧化酶或未偶联的eNOS产生的超氧化物可与NO自发反应形成过氧亚硝酸盐。静脉注射维生素C能够显著改善OSA患者的血流介导的血管舒张,可能是由于抗坏血酸水平升高对超氧化物的清除。[59]
NF-KappaB激活促进OSA炎症
在未经治疗的OSA患者中,在单核细胞、中性粒细胞和新鲜采集的静脉内皮细胞中观察到NF-kappaB活性增加;CPAP治疗逆转了这一效应[13,60 -62]。在遭受CIH的啮齿动物中,活化的NF-kappaB已被报道存在于动脉组织、心肌细胞、血管内皮、肺和肝脏[14,61,63-66]。在间歇性缺氧的培养细胞中也有NF-kappaB激活的报道[67-69]。在某些情况下,这种激活不伴随HIF-1的激活,但依赖于p38 MAP激酶和IkappaB激酶β的激活;因此激活通过规范途径发生[68,69]。暴露于CIH的小鼠心肌细胞中NF-kappaB的激活在类似处理的gp91phox敲除小鼠中未见,这表明NADPH氧化酶作为NF-kappaB激活的上游介质[14]。然而,喂食高胆固醇饮食的野生型小鼠暴露于CIH时出现了动脉粥样硬化,而在NF-kappaB[18]的p50亚单位基因缺陷的小鼠中没有观察到这种影响。
这些考虑表明,能够安全下调NAPDH氧化酶激活、再联eNOS和/或降低NF-kappaB激活的措施可能有缓解OSA病理后果的潜力。虽然定期和正确应用CPAP治疗可以提供该综合征所需的所有保护,但对CPAP治疗的依从性并不理想,对一些患者来说可能是笨拙和不舒服的- CPAP设备有时会故障[70,71]。因此,如果安全方便的辅助措施确实能有效降低与阻塞性睡眠呼吸暂停相关的风险,那么与CPAP联合使用似乎是谨慎的。
螺旋藻作为NADPH氧化酶活性的拮抗剂
最近有证据表明,未结合胆红素在细胞内作为NADPH氧化酶复合物的抑制剂起作用;这可能解释了血红素加氧酶为何具有如此强的抗氧化活性,该酶在感知到氧化应激时,会裂解血红素产生一氧化碳、游离铁和(通过胆绿素)胆红素[72-75]。此外,螺旋藻发色团藻蓝绿素(PhyCB)是胆绿素的结构类似物和衍生物,约占螺旋藻干重的0.6%,已被证明可以模拟胆绿素/胆红素抑制NADPH氧化酶复合物的能力——即使在啮齿动物中口服。(76、77)。这可能解释了在啮齿动物研究中报告的口服螺旋藻(或口服藻蓝蛋白,一种含有藻蓝酚作为发色团的螺旋藻蛋白)具有多种抗炎和抗氧化作用[76-80]。如果PhyCB在人体内的代谢与其在啮齿动物体内的代谢相当相似,那么应该可以得出,足够高的螺旋藻、藻蓝蛋白或游离PhyCB的摄入量将是临床上有效的NADPH氧化酶活性抑制剂。因此,PhyCB/螺旋藻可能在OSA的治疗中具有重要的潜力。从啮齿动物研究中推断,为了达到最佳的抗氧化效果,可能需要每天摄入15-30克螺旋藻[76]。
别嘌呤醇抑制黄嘌呤氧化酶
鉴于有证据表明,在CIH中,黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶是NADPH氧化酶激活的上游,有理由怀疑别嘌呤醇治疗可能对OSA有良好的临床影响。事实上,在一项安慰剂对照的交叉临床研究中,2周的别嘌呤醇(每天300毫克)改善了OSA患者的流量介导的血管舒张,并降低了氧化应激的血浆标志物[81]。类似地,在暴露于CIH的大鼠中,别嘌呤醇给药促进了乙酰胆碱诱导的血管舒张,并对心功能和心脏氧化应激和细胞凋亡标志物有积极影响[82,83]。
支持n -乙酰半胱氨酸合成谷胱甘肽
过度超氧化物产生的一些下游效应——无论是源于NADPH氧化酶激活、eNOS解耦还是其他来源——都可以通过提高组织中还原型谷胱甘肽含量来拮抗。超氧化物产生过氧化氢,过氧化氢氧化蛋白质中的弱酸性半胱氨酸基团,改变其结构和功能;还原型谷胱甘肽通常可以逆转这些作用,同时也有助于过氧化氢的分解代谢[84-87]。补充半胱氨酸——最好使用n -乙酰半胱氨酸(NAC)——可以提高组织谷胱甘肽水平,有证据表明,这可能对老年人特别有益,因为他们的谷胱甘肽合成能力减弱[88-92]。大多数NAC临床试验采用的日剂量为1200- 1800mg。
在啮齿动物研究中,有报道称给NAC可以缓解CIH对勃起功能障碍的不良影响,并预防CIH对肝脏的促炎、促氧化作用[93,94]。但特别有趣的是一项临床研究,该研究将20名OSA患者随机分为NAC组或安慰剂组,为期30天;通过多导睡眠描记术评估补充前后的睡眠功能[95]。NAC组的一些测量参数——包括睡眠效率、每小时氧饱和度降低事件和Epworth嗜睡评分——都有显著改善,但安慰剂组没有。如果这项小型研究的发现被证明是可复制的,那么它们表明中枢神经综合征中的氧化应激倾向于促进呼吸暂停发作。作者提出,“对OSA患者进行长期NAC治疗可能会减少他们对CPAP的依赖。”有必要尝试复制这一有趣的临床研究。
瓜氨酸和高剂量叶酸用于偶联eNOS
eNOS只有在与底物精氨酸和辅因子四氢生物蝶呤(BH4)[53]结合时才完全偶联。BH4的氧化产物二氢生物蝶呤(BH2)与BH4竞争与eNOS的结合;因此,BH2与BH4比值的升高与eNOS解耦有关[96-98]。类似地,ADMA与精氨酸竞争与eNOS的结合,而相对较高的ADMA与精氨酸比值同样促进eNOS的解耦[99]。内皮氧化应激,无论是源于NADPH氧化酶活性还是其他来源,都倾向于提高BH2和ADMA[53]的水平。BH2在氧化应激下增加,原因是BH4被过氧化亚硝酸盐等氧化剂直接氧化;此外,氧化应激可能以某种方式下调内皮细胞二氢叶酸还原酶的表达,这种酶能够将BH2重新转化为BH4[97,98,100]。氧化应激还通过抑制负责ADMA分解代谢的酶二甲基精氨酸二甲胺水解酶(DDAH)来提高内皮细胞ADMA水平[101-103]。eNOS可以通过谷胱甘肽化来解耦,这更有可能发生在氧化剂提高双谷胱甘肽的细胞水平时[106-106]。因此,eNOS的解耦可能是OSA中NADPH氧化酶激活的结果——导致氧化剂产量进一步增加,从而倾向于维持eNOS的解耦处于恶性循环中。
幸运的是,有一些实用的营养策略可以促进eNOS的再联。ADMA升高和精氨酸酶活性增加的不良影响可以通过增加内皮细胞的精氨酸水平来抵消。最好是补充氨基酸瓜氨酸,而不是精氨酸本身[107-109]。补充精氨酸的效用受到胃肠道和肝脏中可诱导的精氨酸酶活性的影响,因此只有一小部分补充精氨酸完整地到达外周组织。然而,瓜氨酸被很好地吸收并分布到身体组织中;在细胞内,它被有效地转化为精氨酸。因此,补充瓜氨酸作为细胞内精氨酸的有效传递形式。在与eNOS解耦相关的临床情况中,已记录了补充瓜氨酸的效用——通常每天服用3-6克,分次服用——[107,110-114]。
关于BH2/BH4不平衡,高剂量叶酸有可能纠正这种不平衡。这似乎反映了两种现象。当被细胞吸收时,叶酸迅速转化为还原形式,如5-甲基四氢叶酸,它可以作为过氧亚硝酸盐和可能的其他氧化剂的高效清除剂,这些氧化剂倾向于氧化BH4;当使用超生理浓度的叶酸时,这种影响最有意义[115-117]。此外,最近有证据表明,高剂量叶酸对内皮细胞中的二氢叶酸还原酶有诱导作用,反映其基因转录增加[118-120]。由于该酶不仅在叶酸代谢中起关键作用,而且在介导BH2向BH4的再转化中也起关键作用[97,98],叶酸介导的二氢叶酸还原酶诱导也可能有助于偶联eNOS。在临床和啮齿动物研究中已记录了eNOS与高剂量叶酸的再联[121-125]。叶酸剂量范围在10-80毫克每天已用于血管疾病的管理,没有明显的毒性或副作用;几十年前,心脏病学家库尔特·奥斯特(Kurt Oster)据闻称,这种剂量对治疗心绞痛和间歇性跛行很有效[126-128]。同时补充高剂量维生素B12(约每天1毫克)可用于纠正任何同时存在的B12缺乏,从而消除高剂量叶酸可能掩盖恶性贫血早期症状的风险[129](这一风险是FDA禁止高剂量叶酸产品的理由[130])。
二十二碳六烯酸是氧化应激的传感器
长链omega-3脂肪酸二十二碳六烯酸(DHA),当与细胞膜结合时,在氧化应激下很容易在组织中被氧化。随后氧化的DHA代谢生成化合物4-羟基己烯醛(4-HHE)[131](相反,亚油酸或二十碳五烯酸氧化生成4-羟基壬烯醛)。最近的研究表明,4-HHE是nrf2转录因子的一种异常有效的激活剂,nrf2转录因子介导一系列阶段抗氧化酶(包括血红素加氧酶-1)以及谷氨酰半胱氨酸合成酶的编码基因的转录,限制了谷胱甘肽合成的速率[131-133]。因此,DHA可以被视为氧化应激的传感器,促进自然细胞抗氧化机制的反馈诱导。
这一最新发现可能会使两项啮齿动物研究合理化,在这些研究中,DHA补充剂被证明可以防止CIH。在有动脉粥样硬化倾向的载脂蛋白e缺陷小鼠中,CIH加剧了动脉粥样硬化。研究发现,同时补充DHA可对抗CIH对动脉粥样硬化形成的这种上调作用,而当这些小鼠未接受CIH时,DHA对动脉粥样硬化形成没有影响[134]。在大鼠中,CIH已被用于促进肺动脉高压;同时服用DHA对肺动脉血压升高、肺动脉壁增厚和心室肥厚有有利影响[135]。有理由怀疑DHA的抗氧化功能促成了这些益处。然而,这些啮齿动物研究中使用的DHA剂量相对于人类长期使用的剂量是高的;但实际临床剂量的DHA是否对阻塞性睡眠呼吸暂停症有益仍有待观察。
一项评估OSA患者的研究发现,与不太严重的OSA患者相比,重度OSA患者红细胞膜中的DHA水平往往明显较低[136]。DHA能减轻OSA的严重程度吗?或者严重的OSA会通过氧化应激或其他机制使OSA膜衰竭?在任何情况下,补充富含dha的鱼油浓缩物治疗OSA的临床评估似乎是有根据的——正如之前所建议的[136,137]。
用水杨酸盐处理NF-KappaB激活
对于NF-kappaB,临床可耐受浓度的水杨酸可通过直接抑制IkappaB激酶- β的激酶活性,通过典型途径抑制其激活[138-140]。事实上,这种作用目前被用于治疗2型糖尿病,并且可能是水杨酸盐治疗类风湿性关节炎的抗炎作用的原因(因为水杨酸盐本身-与其衍生物阿司匹林相对-只是一种非常弱的环氧合酶活性可逆抑制剂)[141-144]。由于水杨酸酯对环加氧酶活性没有生理上的显著抑制作用,因此它不会引起胃肠道出血或肾损害,而这些会使非甾体抗炎药治疗复杂化[145]。大剂量水杨酸盐的剂量限制不良反应是完全可逆的耳毒性(耳鸣,轻度听力损失);当每天两次使用1.5 g剂量时,这种情况仅在少数患者中出现,该剂量足以达到临床有用的抗炎或降血糖作用[142,145,146]。水杨酸最好以合成水杨酸二聚体(二酸)的形式给药,它在碱性肠道中裂解释放游离水杨酸;水杨酸盐比水杨酸盐更不容易引起轻微的胃刺激[147-152]。水杨酸盐,每日两次,剂量1.5 g,通常耐受性良好,在OSA的管理中可能有价值的潜力。
然而,最近的一些临床研究未能显示水杨酸盐对内皮依赖性血管舒张的有利作用,在某些情况下还具有负面作用[153,154]。这表明水杨酸盐可能有一些额外的未知靶点,损害了它对心血管健康的效用。研究水杨酸盐对OSA患者内皮功能的影响将引起人们的兴趣。
图1概述了OSA中氧化应激和炎症的分子机制,以及被认为有可能对抗这些机制的药物。
实际考虑
因此,每天摄入螺旋藻(或富含PhyCB的螺旋藻提取物)、瓜氨酸、高剂量叶酸、NAC、DHA、别嘌呤醇和水杨酸盐(对于耐受良好的人)可能对无法很好地控制夜间间歇性呼吸暂停的OSA患者的健康有潜在的有利影响。尽管为此目的所需要的螺旋藻和瓜氨酸的剂量可能相当大,但将它们与高剂量叶酸一起纳入功能食品中是可行的。事实上,这类食物可能对管理一系列与血管氧化应激和eNOS解耦有关的疾病有价值。NAC因其辛辣的味道,DHA因其易氧化性,最好以胶囊的形式服用。
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