慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一种常见的、可预防和治疗的慢性气道疾病,主要特点为不可逆的气流受限和相应的呼吸系统症状,常伴有一些影响疾病发生发展的肺外因素,尤其是肌少症,在COPD患者中尤为多见。肌少症是一种与增龄相关的肌肉量减少、肌肉力量下降和/躯体功能减退的老年综合征,可进一步加剧COPD患者肺功能恶化。因此COPD合并肌少症的认识和防治极为重要。
COPD患者合并肌少症的机制
1、全身炎性反应
全身炎性反应可致COPD发生肌少症,COPD合并肌少症与非肌少症相比,其肿瘤坏死因子α(TNF-α)和白细胞介素6(IL-6)水平显著升高,与握力骨骼肌量指数呈负相关。血浆促炎因子升高可影响骨骼肌生长和维持所需的关键激素的生物利用度和生物效应,如睾酮、胰岛素样生长因子-1(IGF-I)、脱氢表雄酮等。炎症反应通过诱导氧化应激和肌肉细胞凋亡参与骨骼肌功能障碍。TNF-α激活泛素依赖的蛋白水解系统,增加肌肉蛋白降解。IL-6可增加肌松蛋白和半胱天冬酶-3在肌纤维中表达,导致肌蛋白水解。此外,一项研究发现外泌体作为一种细胞间信号传递的重要信使和载体,可驱动局部和全身炎症,影响骨骼肌数量及功能。香烟烟雾诱导气道上皮细胞分泌富含miR-142-3p的外泌体,通过循环系统传递至骨骼肌细胞,抑制PI3K-AKT(磷脂酰肌醇3-肌酶/蛋白激酶B)通路,激活泛素-蛋白酶体系统,促进骨骼肌细胞蛋白分解代谢,介导COPD肌少症的发生发展。
2、氧化应激和线粒体功能障碍
氧化应激是COPD发生和发展的主要机制之一。缺氧、慢性炎症、吸烟、呼吸频率增加均导致肺部氧化应激增加。过氧化氢阴离子和一氧化氮阴离子是生物体内最重要的自由基。活性氧/氮(RON)可诱导膜磷脂的脂质过氧化,导致膜的结构和功能严重改变。此外,蛋白质的氧化或硝化可改变蛋白质的结构或化学性质,导致蛋白质功能的降低。最后,RONs可以与DNA相互作用,导致DNA损伤、缺失、突变和DNA-蛋白交联,使氧化型Ⅰ型肌纤维减少。Parkin(一种E3泛素化连接酶)介导的线粒体自噬不足导致线粒体活性氧化物(ROS)增加,上调肌肉环指蛋白1(MuRF-1)的表达,参与COPD相关肌少症的发生。
3、骨骼肌代谢紊乱
骨骼肌萎缩是蛋白水解加速,合成减少所致。COPD自噬异常增加引起肌肉蛋白质降解,通过抑制丝氨酸—苏氨酸激酶/哺乳动物雷帕霉素复合物1靶点(Akt/mTORC1)信号(诱导自噬的启动)和激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)、钙蛋白酶、半胱天冬酶-3和其他蛋白水解系统,导致肌肉功能障碍。COPD体力活动减少可诱导骨骼肌纤维中ROS增加和胰岛素生长因子1/蛋白激酶B(IGF-1/Akt)信号通路减少,进一步诱导叉头蛋白O(FOXO)和转录调控下核因子κB(NF-κB)转录激活,使蛋白水解系统激活。IGF-I是骨骼肌蛋白合成的阳性调节因子,主要通过PI3K/Akt/mTOR和PI3K/Akt/GSK3β信号通路,能促进骨骼肌细胞增殖、分化和成熟。此外,PI3K/Akt/mTOR信号通路在肌肉无活性期间可被抑制,致蛋白质合成减少。
4、药物—糖皮质激素
糖皮质激素(GC)具有抗炎作用,用于COPD急性加重,也可用于COPD的长期维持治疗。GC通过抑制mTOR信号转导及抑制胰岛素、IGF-1和氨基酸对eIF4E结合蛋白1和核糖体蛋白S6激酶1磷酸化的刺激作用,减少蛋白质的合成,通过多种途径增加蛋白质的降解,促进肌少症的发生,增加患病率。
5、营养不良
与非营养不良的COPD患者相比,营养不良的COPD患者有更大的过度充气、较差的肺弥散能力和运动耐量下降。这些生理和病理生理变化进一步对营养状况产生负面影响。营养不良可能加速呼吸功能下降,导致肺组织丧失以及与相关的肌肉(如膈肌)的大小和收缩力下降。营养不良时,呼吸肌变弱,疲劳较早,这可能影响产生足够的咳嗽压力,进而影响有效排痰和清除分泌物的能力。在呼吸功能受损的患者中,呼吸肌力下降和早期疲劳的合并症可诱发呼吸衰竭或延迟机械通气的撤机时间。
6、其他
COPD中睾酮和维生素D缺乏以及吸烟暴露也可通过多种机制促进肌少症发生。研究发现睾酮与呼吸道参数如1秒用力呼气量(FEV1)、用力肺活量(FVC)、FEV1/FVC和体质量指数呈正相关。研究发现吸烟可增强肺部氧化应激,抑制卫星细胞活化,增强泛素蛋白酶体系统,也可导致肌纤维类型的慢速转化和总肌纤维大小的减少,促进肌少症的发生。
COPD患者呼吸困难的存在是由于肺功能的丧失以及外周肌肉组织的丧失。肌少症作为COPD的肺外表现,不仅导致运动能力下降,还可导致更明显的肌肉重量的丢失,因此,COPD患者的恶性循环始于这些肌肉量的丢失之后,可加重患者病情,显著降低患者生活质量,应做到尽早筛查,尽早干预,延缓疾病进展,改善COPD合并肌少症的预后。
参考来源:[1]武柳君,王宸,王水利,等.慢性阻塞性肺疾病合并肌少症研究进展[J].临床肺科杂志, 2024(004):029.