石英粉塵引起肺組織纖維化的原因，尚未完全闡明。近年來(lái)的報(bào)道表明，矽肺的發(fā)生可能與自由基有關(guān)。自由基可以引起生物膜磷脂、蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子結(jié)構(gòu)和功能的改變，導(dǎo)致矽肺的形成。對(duì)自由基在矽肺發(fā)生發(fā)展中作用的研究，為矽肺的發(fā)病機(jī)理、預(yù)防和治療提供了新的線索與途徑。

一、矽肺發(fā)病中自由基的來(lái)源。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用新技術(shù)新方法，可以直接或間接地檢測(cè)到矽肺發(fā)病中存在的自由基，它可能來(lái)源于石英自身，或者來(lái)源于石英對(duì)肺組織的作用。

1.石英自身產(chǎn)生的自由基

石英粉塵經(jīng)機(jī)械破碎后，表面的Si—O鍵斷裂，形成Si·—和Si—O·基團(tuán)，然后與水作用產(chǎn)生羥自由基（·OH），其濃度與石英的劑量有關(guān)。磨過(guò)的石英長(zhǎng)期放置會(huì)變?yōu)殛惻f的石英，新鮮的石英要比陳舊的石英產(chǎn)生更多的·OH，造成更為嚴(yán)重的損傷。粉塵表面存在的一些金屬離子，特別是過(guò)渡金屬元素，能催化氧化石英粉塵表面吸附的生物基質(zhì)—磷脂、游離脂肪酸、氨基酸以及化學(xué)吸附的氧，形成自由基。粉塵、石棉表面·OH的產(chǎn)生與鐵離子濃度有關(guān)，這對(duì)煤工塵肺、石棉肺的形成起著重要作用。

2.石英刺激肺巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的自由基

在細(xì)胞內(nèi)存在著產(chǎn)生自由基的酶，如細(xì)胞液中黃嘌呤氧化酶、醛氧化酶，是常見的能產(chǎn)生自由基的酶；位于質(zhì)膜上的NADPH氧化酶可以使NADPH氧化為NADP，同時(shí)使氧還原為超氧陰離子（O）；線粒體是產(chǎn)生自由基的重要場(chǎng)所，其中的呼吸鏈，由許多的酶和輔酶組成，在進(jìn)行電子傳遞時(shí)，可以催化自由基的產(chǎn)生。在正常情況下，機(jī)體產(chǎn)生的自由基維持在較低的水平，但當(dāng)外界的刺激（如粉塵等）作用吞噬細(xì)胞時(shí)，可以通過(guò)肌酸磷酸化，蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸化等多步信號(hào)作用，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)活性氧增加。

用化學(xué)發(fā)光法測(cè)定矽肺病肺泡巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的氧自由基，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些病人氣管肺泡沖洗液中，巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的O可能對(duì)矽肺的發(fā)病起著重要作用。將石英粉塵作用于豚鼠肺泡巨噬細(xì)胞（體外）或者注入大鼠氣管內(nèi)（體內(nèi)）均檢測(cè)到自由基，但體外直接測(cè)定活性氧的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，石英對(duì)巨噬細(xì)胞活性氧的釋放早期呈刺激性增加，隨作用時(shí)間的延長(zhǎng)，其釋放減少，推測(cè)這可能是石英損傷肺泡巨噬細(xì)胞，破壞產(chǎn)生活性氧酶的結(jié)果。石英誘導(dǎo)肺巨噬細(xì)胞產(chǎn)生活性氧的作用有待進(jìn)一步探討。

3.細(xì)胞內(nèi)抗氧化物的耗損

正常情況下產(chǎn)生的自由基，對(duì)機(jī)體維持新陳代謝，合成生物活性物質(zhì)及防御外來(lái)微生物的入侵等起著重要作用，但過(guò)多的自由基會(huì)對(duì)機(jī)體造成損害，引起疾病。因此，在體內(nèi)存在清除自由基的體系，如SOD可以促使O轉(zhuǎn)變?yōu)镠O和O，它對(duì)O的作用是特異的；過(guò)氧化氫酶（CAT）可以特異地降低細(xì)胞內(nèi)HO的濃度；谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH—Px）可以清除過(guò)氧化氫和脂質(zhì)過(guò)氧化物（LPO）。當(dāng)體內(nèi)抗氧化物的量或活性下降時(shí)，可造成自由基相對(duì)增加。對(duì)細(xì)胞內(nèi)抗氧化物如GSH—Px和SOD減少，有明顯的劑量-效應(yīng)關(guān)系。其原因可能是石英本身及其誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生自由基消耗了抗氧化物；或者石英粉塵損傷細(xì)胞膜，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶大量外漏；或者石英粉塵損傷氧化酶，使其活性下降，導(dǎo)致胞內(nèi)自由基相對(duì)增加所致。

二、矽肺發(fā)病中自由基的作用

石英粉塵損傷肺組織，導(dǎo)致肺組織結(jié)構(gòu)和功能的改變。一般認(rèn)為，矽肺的形成包括兩個(gè)病理過(guò)程：（1）肺巨噬細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能的改變及崩解。（2）成纖維細(xì)胞的增生和膠原的合成。目前報(bào)道的文獻(xiàn)表明，石英可能通過(guò)自由基對(duì)肺組織造成損傷，引起肺纖維化的發(fā)生，即自由基參與了矽肺形成的兩個(gè)病理過(guò)程。

1.對(duì)肺巨噬細(xì)胞的作用

石英粉塵作用于肺組織及肺泡巨噬細(xì)胞，引起膜脂質(zhì)過(guò)氧化的發(fā)生。脂質(zhì)過(guò)氧化是自由基作用于膜磷脂的產(chǎn)物。它與細(xì)胞內(nèi)自由基量的增加，抗氧化能力的降低一致。大量的實(shí)驗(yàn)顯示，石英粉塵肺致組織脂質(zhì)過(guò)氧化的終產(chǎn)物丙二醛（MDA）含量增加，與巨噬細(xì)胞游走能力下降，吞噬功能降低，胞漿標(biāo)志酶乳酸脫氫酶釋放增多，細(xì)胞死亡率增加等細(xì)胞損傷指標(biāo)一致，加入自由基清除劑，可以減輕巨噬細(xì)胞損傷程度和降低脂質(zhì)過(guò)氧化的水平。這提示肺泡巨噬細(xì)胞的損傷與自由基有關(guān)。

2.對(duì)成纖維細(xì)胞的作用

自然吸入石英粉塵的大鼠，5天后肺內(nèi)自由基含量增高，3個(gè)月達(dá)到最高水平，這與肺內(nèi)成纖維細(xì)胞產(chǎn)生的羥脯氨酸（HOP）增加曲線一致。這表明肺組織的纖維化與自由基之間尚有一定的關(guān)系。Giri等給實(shí)驗(yàn)動(dòng)物氣管內(nèi)灌注黃嘌噙氧化酶和次黃嘌呤氧化酶，結(jié)果可見肺組織內(nèi)HOP和MDA含量升高，肺泡間隔細(xì)胞釋放的一些成分使成纖維細(xì)胞發(fā)生功能性的改變。最近報(bào)道認(rèn)為：自由基可以直接作用于成纖維細(xì)胞導(dǎo)致纖維化。張尚明用Fenton體系（Fe+HO——·OH+OH+Fe）產(chǎn)生·OH作用于人胚肺成纖維細(xì)胞（HELF），·OH在體外能促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增殖和膠原的合成，并且這種作用能被·OH清除劑葡萄糖和苯甲酸鈉減輕。George等用黃嘌呤/次黃嘌噙體系產(chǎn)生的O作用于成纖維細(xì)胞增生中各自的作用。自由基可使胸腺嘧啶核苷結(jié)合率降低，若在實(shí)驗(yàn)中加入自由基清除劑，可使胸腺嘧啶核苷結(jié)合率恢復(fù)。當(dāng)加入金屬離子鰲和劑，胸腺嘧啶核苷結(jié)合率恢復(fù)到正常對(duì)照組的45%；加入SOD后，恢復(fù)到對(duì)照組的45%；加入CAT后，可恢復(fù)到對(duì)照組的85%；而當(dāng)這三種清除劑共同加入時(shí)，則胸腺嘧啶核苷結(jié)合率幾乎與對(duì)照組相同。自由基引起成纖維細(xì)胞增殖的機(jī)制目前尚不清楚，是否與自由基對(duì)其它細(xì)胞的操作機(jī)制相同，還有待進(jìn)一步研究。

三、矽肺形成中自由基的作用機(jī)制

自由基含有未配對(duì)的電子，為了達(dá)到穩(wěn)定，在體內(nèi)易與有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)磷脂和膜、蛋白質(zhì)和酶、核酸和染色體的損傷，引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的改變，使機(jī)體代謝異常，從而發(fā)生病理生理現(xiàn)象。盡管自由基致矽肺形成機(jī)制尚不清楚，但從對(duì)自由基和矽肺研究的水平看，可從以下幾方面進(jìn)行探索。

（一）自由基與膜功能的改變

自由基對(duì)不飽和共價(jià)鍵有一種特殊的親和力。因此，在體內(nèi)自由基最易攻擊生物膜磷脂中不飽和脂肪酸，引起脂質(zhì)過(guò)氧化，導(dǎo)致生物膜的完整性和代謝功能的改變，造成細(xì)胞受損。大量的體內(nèi)外研究表明，石英可以引起肺泡巨噬細(xì)胞及溶酶體、線粒體等膜的脂質(zhì)過(guò)氧化。脂質(zhì)過(guò)氧化可以使膜流動(dòng)性下降，通透性改變，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)離子失平衡，酶失活和能量代謝率亂，引起線粒體膨脹，溶酶體釋放，最終引起細(xì)胞死亡。

（二）自由基與免疫功能的改變

已有許多研究表明，矽肺患者體液免疫功能增強(qiáng)，細(xì)胞免疫功能減弱。在矽肺患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了自身抗體，且矽結(jié)節(jié)透明性改變被認(rèn)為是來(lái)自抗原抗體的反應(yīng)。近十年的研究逐漸發(fā)現(xiàn)了矽肺患者體內(nèi)細(xì)胞免疫和體液免疫的改變與石英粉塵危害的關(guān)系，表現(xiàn)在隨接塵時(shí)間的延長(zhǎng)和矽肺病變的加重，血清抗體（IgG和IgA）含量升高，白蛋白含量降低，γ球蛋白增高。但矽肺患者體液免疫和細(xì)胞免疫功能率亂及自身抗體形成的原因尚不清楚。有人認(rèn)為可能與自由基及MDA有關(guān)?；钚匝蹩墒狗尉奘杉?xì)胞表面CD/CD分子數(shù)量增多，抗原表達(dá)增強(qiáng)， 且與活性氧呈相關(guān)性?；钚匝蹩梢允笽gG分子中的—CH—CH—區(qū)域變得更為活潑，導(dǎo)致體液免疫功能增強(qiáng)。MDA也可影響巨噬細(xì)胞的吞噬功能，使C3b受體陽(yáng)性率降低，導(dǎo)致細(xì)胞免疫功能下降。石英可以通過(guò)自由基使矽肺患者的免疫功能紊亂，抗原與抗體的比例失調(diào)，形成抗原抗體復(fù)合物沉積在肺組織，引起肺組織的損傷和纖維化的發(fā)生。

（三）自由基與細(xì)胞因子的分泌

Heppleston認(rèn)為巨噬細(xì)胞吞入石英粉塵后形成和釋放巨噬細(xì)胞致纖維化因子（MFF），MFF使成纖維細(xì)胞產(chǎn)生大量的羥脯氨酸即纖維化。對(duì)MFF的研究表明，MFF可能與白細(xì)胞介素-1（IL-1），腫瘤壞死因子（MDGF）等纖維因子和炎性因子有關(guān)。這些細(xì)胞因子在單獨(dú)或聯(lián)合作用時(shí)，均能不同程度地促進(jìn)纖維化細(xì)胞的增生。近期的研究表明，自由基可以影響肺巨噬細(xì)胞分泌致纖維化因子以及影響致纖維化因子的活性。從而誘導(dǎo)成纖維化細(xì)胞的增生和膠原的合成。

（四）自由基與酶活性的改變

自由基及MDA可以作用于酶分子上的活性基因——巰基，導(dǎo)致酶分子的生物學(xué)活性改變，功能喪失；也可以與酶分子中的金屬離子反應(yīng)，影響酶的活性。自由基通過(guò)對(duì)酶活性的調(diào)節(jié)，來(lái)影響矽肺的形成。

1.自由基可以影響Ca-MgATP酶的活性，使跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)受阻，胞漿內(nèi)的鈣不能及時(shí)被轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞外，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子迅速增加，胞漿內(nèi)游離鈣升高不僅可以激活某些存在于質(zhì)膜、線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)鈣依賴性酶，降解細(xì)胞膜性結(jié)構(gòu)，也可以使細(xì)胞的骨架系統(tǒng)受影響，微管微絲解聚，阻止新的微管微絲形成，而影響細(xì)胞的功能。不少實(shí)驗(yàn)證實(shí)，石英粉塵可使肺巨噬細(xì)胞內(nèi)Ca-MgATP酶的活性下降，鈣離子含量增高。目前認(rèn)為細(xì)胞內(nèi)鈣離子增高是導(dǎo)致肺泡巨噬細(xì)胞死亡的重要原因之一。

2.丙二醛作用于核糖核酸酶，使之失活，導(dǎo)致RNA穩(wěn)定性增加，從而使蛋白的合成增加。石英粉塵使部分成纖維細(xì)胞多聚糖體的核糖核酸滅活，使RNA穩(wěn)定，而影響矽肺的形成。

3.自由基可以提高細(xì)胞內(nèi)磷酸酶A的活性，導(dǎo)致花生四烯酸的釋放和體內(nèi)氧化物的形成，作用于環(huán)加氧酶，影響血栓素A和前列腺素的合成，促進(jìn)慢性炎癥和纖維化的進(jìn)程。

4.自由基可以通過(guò)對(duì)膠原蛋白的合成。石英可使矽肺酸溶性膠原結(jié)構(gòu)與正常膠原在質(zhì)和量上不同，表現(xiàn)在Si已結(jié)合于膠原分子鏈上，且結(jié)構(gòu)疏松。推測(cè)石英粉塵可以通過(guò)自由基影響膠原合成中脯氨酰羥化酶而影響膠原分子結(jié)構(gòu)。

5.鳥苷酸環(huán)化酶和腺苷酸的活性可受到自由基的影響，鳥苷酸環(huán)化酶催化GTP轉(zhuǎn)變?yōu)镃GMP，ATP轉(zhuǎn)化為CAMP，而CGMP和CAMP是細(xì)胞內(nèi)信息傳遞的二級(jí)信使，在調(diào)節(jié)體內(nèi)生化過(guò)程和生理功能方面具有重要的作用。在矽肺形成的過(guò)程中，自由基通過(guò)對(duì)CGMP的影響而促進(jìn)肺纖維化的形成。

（五）自由基與膜蛋白功能的改變

膜蛋白在維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能方面具有重要作用。自由基可以修飾氨基酸殘基，引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，使膜蛋白的功能異常，影響肺組織的代謝，參與矽肺的形成。

1.SiO粉塵可以影響肺表面活性物質(zhì)相關(guān)蛋白（SP-A）的合成和作用，SP-A極易發(fā)生氧化，而氧化的SP-A失去對(duì)肺泡功能的調(diào)節(jié)作用。SiO粉塵可以通過(guò)自由基作用SP-A，造成肺組織的損傷。

2.熱應(yīng)激蛋白（HSPs）在正常細(xì)胞中介導(dǎo)其他蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)和正確的裝配，起著分子伴侶的重要作用。染矽塵大鼠肺泡巨噬細(xì)胞HSP70的表達(dá)增加。據(jù)報(bào)道，活性氧基團(tuán)及能量抑制劑可誘導(dǎo)HSP70的產(chǎn)生，而石英塵能產(chǎn)生活性氧基團(tuán)和干擾肺泡巨噬細(xì)胞的能量，因此矽塵引起的肺泡巨噬細(xì)胞HSP70表達(dá)的增加，而影響細(xì)胞分化、細(xì)胞周期、細(xì)胞激活等重要生理過(guò)程，參與矽肺的形成機(jī)制。

（六）自由基與核酸的損傷

自由基可以直接作用于核酸，發(fā)生堿基的修飾和鏈的斷裂。堿基是核酸重要的組成成分，堿基的改變可導(dǎo)致在基因控制下進(jìn)行的許多過(guò)程受到破壞；核酸分子鏈的斷裂可使核酸的完整性和構(gòu)型受到破壞，最終引起細(xì)胞的死亡。修飾過(guò)的DNA一方面具有抗原性，刺激機(jī)體產(chǎn)生抗體，導(dǎo)致機(jī)體自身免疫反應(yīng)的發(fā)生，影響矽肺的形成；另一方面，DNA攜帶有遺傳信息，自由基作用于DNA導(dǎo)致遺傳信息改變，從而控制以DNA為模板的蛋白質(zhì)的合成，參與機(jī)體的代謝。體外實(shí)驗(yàn)表明，石棉可以引起肺上皮細(xì)胞DNA鏈的斷裂，這可能與其表面鐵離子催化產(chǎn)生的·OH有關(guān)。石英粉塵作用于肺巨噬細(xì)胞，其釋放NO