臭氧（ozone，O）是三个氧原子组成的气体。临床治疗中使用的O₃，即医用O₃，是O₃/氧气的混合气体。众多科学研究证明O₃治疗的作用是剂量赖性的，高剂量会诱导严重的氧化应激，导致炎症反应和组织损伤，而低剂量的O₃会诱导适度的氧化应激，从而激活抗氧化途径^[1]。因其调节免疫、抗氧化、改善组织氧供、抗炎镇痛等作用，O₃成为一种有用的医疗工具，可用于各种慢性缺氧、炎症和氧化还原失衡的疾病，近年来已逐渐应用于神经系统病。本文就医用O₃在神经系统疾病中的应用及研究进展进行总结。

O₃治疗的主要方式有局部和全身治疗。全身O₃治疗有两种治疗方式：O₃自血回输治疗和O₃直肠灌注。O₃并不遵循药理学的标准原则，它相当于前体药物，与分子反应后引起级联反应，通过诱导次级信使，增强随后的适应性反应。Mehraban等^[2]的实验也证明O₃自血回输的疗效可能与O₃与几种生物成分的反应有关。O₃能非常迅速地溶解在生物体液中，并与一系列生物分子发生反应，在这个短暂的过程中，主要产生两种化合物：活性氧（reactive oxygen species，ROS）和脂质臭氧化产物（lipid ozonation products，LOPs），它们代表“O₃信使”。ROS在初始阶段立即产生，主要是过氧化氢（hydrogen peroxide，H₂O₂）；而同时产生的LOPs，主要是4-羟基壬烯醛（4-hydroxynonenal，4-HNE），具有较长的半衰期，可随血液系统运送到全身，从而引发迟发效应。H₂O₂和4-HNE分别代表最相关的次级信使，在O₃的生物活性中发挥重要作用，见图1。

O₃进入血液后，主要会产生以下几种变化^[5]：①在受到影响的红细胞中，细胞内腺苷三磷酸（adenosinetriphosphate，ATP）的产生会随着糖酵解速率的增而短暂增加，从而影响2,3 -二磷酸甘油酸，改变氧离曲线，使得组织中的氧气释放增多；②在单核细胞中，它可诱导活化细胞核因子（nuclear factor of activated T cells，NFAT）的激活，进而诱导细胞因子的转录，如白细胞介素（interleukin，IL）-2、IL-6、IL-8、肿瘤坏死因子 -α（tumor necrosis factor-α ，TNF-α）和干扰素-γ（interferon-γ，IFN-γ），参与免疫应答，也可通过调节核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）来刺激免疫反应；③在血小板中，O₃会刺激部分释放生长因子。

O₃的抗氧化作用主要与激活核因子E2相关因子2（nuclear factor erythroid-2 related factor2，Nrf2）相关。LOPs可通过激活Nrf2来调节抗氧化反应元件（antioxidant response elements，ARE）的转录表达，例如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化氢酶（catalase，CAT）、血红素加氧酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）、还原型谷胱甘 肽（glutathione，GSH）、谷 胱 甘 肽 过 氧 化 物 酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）等。HO-1可通过催化血红素降解出胆绿素及一氧化碳（carbon monoxide，CO），其中，CO是另一个重要途径NF-κB的抑制剂，可降低促炎细胞因子的表达；胆绿素可转化为胆红素，是重要的抗氧化剂。O₃还可调节酪蛋白激酶2（casein kinase 2，CK2）从而磷酸化调控Nrf2的活性^[4]，调节抗氧化剂而减氧化应激。同时，研究发现O₃可通过抑制丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶（mitogen-activated protein kinase phosphataseMAPK）信号通路来抑制氧化应激^[6]。

O₃的作用可能与NF-κB和Nrf2信号的平衡相关，而NF-κB和Nrf2之间的串扰作用已有众多的研究。NF-κB是炎症反应的关键介质，NF-κB 被激活时产生细胞因子，促炎细胞因子TNF-α也是NF-κB的激活剂，O₃可以阻断NF-κB的作用，并降低TNF-α浓度，从而减少炎症。LOPs亦可通过激活Nrf2协调炎细胞的募集；HO-1可直接激活抗炎细胞因子、抑制促炎细胞因子，平衡炎症过程。不同的研究表明了O₃的抗炎作用，O₃可降低促炎性细胞因子IL-2/6/8、TNF-α等的水平，增加抗炎性细胞因子IL-4/10/13等的水平^[26]。

多项研究表明，O₃给药可降低半胱氨酸蛋白酶（Caspase）1/3/9、B淋巴细胞瘤-2基因（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）相关X蛋白（Bcl-2-associated X，Bax）和p53基因的表达发挥抗凋亡作用，也可通过MAPK信号通路来抑制凋亡^[5,7]。

一项关于O₃对体外神经干细胞的研究，不仅证实O₃对细胞增殖的促进作用，还发现了对神经细胞迁移速度的显著提高^[8]。但仍需更多的研究来证明O₃给药对神经细胞的保护作用。

多发性硬化（multiple sclerosis，MS）是一种自身免疫疾病，主要的病理生理过程有：炎症、脱髓鞘、氧化应激、轴突损伤和修复机制。在已发表的文章中，笔者注意到MS患者的氧化应激水平增加，在MS活动期患者的血液和脑脊液中，有高水平的脂质过氧化和抗氧化剂的减少。因此，O₃的抗氧化和抗炎作用，可能使O₃治疗是MS辅助治疗的一种有效方法。既往的研究表明O₃治疗提高了全身组织的氧合水平。这与Molinari等^[13]的临床研究一致，在他们的研究中观察到，对照组的氧合增加比MS患者更明显，MS患者在接受O₃自血回输治疗结束后的1.5h，才达到实际的氧浓度增加；他们认为这可能是由于O₃诱导了代谢增强。他们还观察到MS患者在接受O₃自血治疗后细胞色素c氧化酶水平增加，同时MS病例典型的慢性氧化应激水平降低，活动水平改善。Delgado-Roche等^[4]对复发缓解型MS患者以直肠吹气的方式进行O₃治疗，在这些患者中观察到脂质和蛋白质的氧化损伤显著减少，O₃处理后TNF-α和IL-1β的水平较低，IL-10升高，抗氧化酶SOD、GSH-Px和CAT的活性显著改善。同时，MS患者单核细胞中CK2的表达和Nrf2的磷酸化增加。这都表明O₃治疗可调节MS患者的抗氧化剂/促氧化剂平衡，增强抗氧化机制，减少脂质和蛋白质氧化损伤。免疫学研究发现，辅助性T细胞（helper T cell，Th）1、Th17水平升高、促炎细胞因子水平升高、调节性T细胞（regulatory T cells，Treg）功能障碍和自身反应性B细胞的存在是与MS进展相关的重要原因。Izadi等^[14]观察到接受臭氧治疗后的患者Th17细胞的频率、IL-17的表达水平显著减少，并且IL-17细胞因子的分泌水平显著降低，这表明O₃自血治疗可降低MS患者外周血中Th17的反应。Tahmasebi等^[15]通过对20例复发缓解型MS患者的研究发现，与治疗前相比，治疗后患者的Treg细胞数量、IL-10和转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）的表达水平显著增加。Salem等^[16]通过对溴化乙锭诱导的脱髓鞘大鼠模型的研究，观察到与模型组相比，O₃治疗后的大鼠谷胱甘肽水平和对氧磷酶-1活性增高，MDA、p53、TNF-α、IL-1β和IFN-γ水平下降，并发现O₃和半剂量甲基强的松龙的组合可以实现最佳改善效果。这都表明O₃治疗可通过降低促炎因子水平，升高抗炎因子水平，提高抗氧化酶活性，充分发挥抗炎作用，可能是MS的一种有效方法。

神经退行性疾病（neurodegenerative diseases，NDs）是由于神经元和（或）其髓鞘的丧失，进行性发展，逐渐出现功能障碍的疾病，包括肌萎缩侧索硬化、阿尔茨海默病、帕金森病等。这些疾病的一个共同特征是都有线粒体功能受损、炎症和ATP消耗，这导致ROS产生增加，当ROS积累超过抗氧化防御系统，会影响蛋白质结构并使它们更容易形成细胞内聚集体。而这些疾病的另一个共有特征是其本质为蛋白质病。氧化应激在NDs的发病机制和进展中具有重要意义。氧化应激是蛋白质错误折叠的主要驱动因素之一，错误折叠蛋白质的积累引起神经退行性疾病的发生。O₃可调节氧化应激；也可以调节蛋白质降解系统，不仅通过激活Nrf2发挥自噬清除受损蛋白质，还可直接激活 AMPK/mTOR 信号传导通路来诱导自噬^[17]。衰老是一个与神经退行性改变相关的正常过程，ROS和活性氮（reactive nitrogen species，RNS）是细胞衰老的主要因素，衰老过程中体内平衡丧失，出现认知和运动功能下降。El-Sawalhi等^[18]对大鼠进行长期预防性O₃给药，观察到O₃治疗缓解了大鼠海马中与年龄相关的氧化还原失衡和能量衰竭。这些数据为预防性O₃治疗的抗衰老潜力提供了新的证据，之后的研究也证明O₃治疗可改善与年龄相关的变化。El-Mehi等^[19]对不同年龄组的大鼠进行连续8周，每周3次的O₃腹腔注射，首次发现O₃治疗可调节老年大鼠额叶皮质的神经退行性改变，O₃治疗的老年大鼠额叶皮质内谷胱甘肽、SOD和CAT显著上调，MDA、Caspase3和乙酰胆碱酯酶活性显著降低，这证明O₃治疗可改善老化诱导的氧化应激和细胞凋亡，改善与衰老相关的神经退行性改变，也可能通过降低胆碱酶活性而改善与年龄相关的认知障碍。这与Elkholy等^[20]的研究一致。Elkholy等首次阐明O₃治疗在减轻大鼠小脑年龄相关变化中的作用，医用O₃通过减少氧化应激、凋亡、星形胶质细胞活化和改善神经发生来发挥保护作用，从而改善大鼠小脑年龄相关的变化。

肌萎缩侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）是一种无法治愈的神经退行性疾病，其中进行性运动神经元丢失和相关炎症是主要的病理特征。铜（锌）超氧化物歧化酶-1（superoxide dismutase 1，SOD1）的突变是家族性ALS发病最常见的致病基因，但近年来的研究也发现其他新的相关基因，如TAR DNA结合蛋白（TAR DNA binding protein，TDP-43）等。Frakes等^[21]的研究通过分析家族性和散发性ALS星形胶质细胞的基因表达数据，强调NF-κB是炎症的最高调节因子。同样地，Nrf2激活可防止SOD1突变促进的氧化应激和细胞死亡。相关研究表明，神经胶质细胞中Nrf2过表达提高了脊髓运动神经元的存活率并延长了它们的存活寿命。在转染人SOD1 G93A基因的NSC-34细胞中，观察到Nrf2/ARE信号受损和细胞对氧化应激反应的能力降低，还发现Nrf2及HO-1的转录和蛋白质水平均显著降低^[22]在TDP-43突变的NSC-34细胞中也观察到氧化应激增加和HO-1水平降低，这些影响可被蛋白酶抑制剂MG132逆转，但不能被Nrf2激活剂萝卜硫素逆转。这可能是因为MG132对HO-1的诱导与Nrf2无关；然而，突变TDP-43如何降低HO-1水平并阻止萝卜硫素激活Nrf2信号仍不清楚。Bette等^[23]等通过选用SOD1 G93A小鼠建立ALS模型，在临床症状开始时，给予医用O₃进行连续5d的腹腔注射，应用O₃治疗的三叉神经运动核中与SOD1相关的空泡化减少，神经变性减慢。O₃治疗后小胶质细胞增生减少，而星形胶质细胞的增生基本不受影响。同时，出生后第60天的小鼠血液、脾脏和肠系膜淋巴结中的单核细胞数量减少。这项动物研究揭示了医用O₃作为治疗剂时具有选择性的神经保护作用和可能的抗炎能力。

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）是发生于老年和老年前期的中枢神经系统退行性病变，其病理学特征是神经炎性斑和神经原纤维缠结。有AD的发病机制，有β-淀粉样蛋白（amyloid β-protein，Aβ）瀑布假说、氧化应激、炎性机制等多种假说。关于AD患者脑组织的研究表明，参与神经退行性过程的细胞中NF-κB活性增加^[24]。而由Aβ诱导的NF-κB活性上调，不仅促进促炎因子的表达，还促进Aβ的生和参与AD的进展。在具有联合淀粉样蛋白病变和tau蛋白病变的AD小鼠模型中敲除Nrf2，观察到促进了炎症和氧化应激。在星形胶质细胞中过表达Nrf2的APP/PS1小鼠中，可观察到Aβ沉积和磷酸化tau蛋白积累减少，并改善了神经变性和行为/认知缺陷^[25]。Branca等^[26]观察到缺乏Nrf2会加剧认知障碍，但不会改变斑块数量，会增加可溶性Aβ40和Aβ42，因此突出了淀粉样蛋白负荷与AD患者认知缺陷的严重程度并不相关。Lin等^[27]选用APP/PS1转基因小鼠建立AD模型，连续24d给予O₃行腹腔注射，结果表明，长期给予O₃治疗可不同程度地影响脑组织中Aβ斑块的数量，并改善AD模型小鼠的认知能力，降低前额叶皮质和海马中淀粉样蛋白-β前体蛋白的水平。目前有相关O₃治疗在认知障碍中应用的论述，但亟需更多的基础及临床研究进一步验证。

帕金森病（Parkinson's disease，PD）是常见于中老年的中枢神经系统退行性疾病，病因及发病机制尚未明确，其中，氧化应激和神经炎症学说得到广泛认可。PD的病理特征之一是路易小体，α-突触核蛋白（α-synuclein，α-Syn）是路易小体的主要成分。Nrf2和NF-κB被认为是可能的治疗靶点。一项关于小鼠的实验证实了化学诱导Nrf2可改善由α-Syn引起的损伤^[28]；在表达α-Syn的Nrf2缺陷小鼠中，则观察到会加剧多巴胺能神经元的丢失和蛋白质的聚集；而突变α-Syn转基因小鼠模型中Nrf2的表达水平增加，可观察到明显的神经保护作用^[29]。

诸多研究表明NF-κB也参与PD，且NF-κB通路参与诱导的神经炎症反应在PD的发生和进展中都有影响。在PD患者的研究中，也观察到NF-κB在多巴胺能神经变性中的重要作用。已表的文章研究了O₃在PD大鼠模型中的作用，Re等^[30]观察到臭氧预处理显著减少PD大鼠皮质和纹状体中GSH的降低及多巴胺和去甲肾上腺素的下降，降低了NO、MDA、氧化型谷胱甘肽和蛋白质羰基的水平，改善了PD大鼠大脑皮质以炎症、出血和神经退行性改变为主要表现的组织病理学损伤和以神经细胞核核溶解和血管周围水肿为主要表现的组织病理学特征。邓兵梅等^[31]观察到O₃治疗增强了PD大鼠的抗氧化能力，但未观察到对黑质相关凋亡蛋白的影响。Nrf2和NF-κB可能是O₃应用于PD治疗的潜在靶点，仍需进一步的研究。

神经痛可按病因或部位进行分类，分类众多，在神经内科较常见，炎症、缺血、压迫等均可刺激产生疼痛。O₃具有良好的组织扩散能力，故而在神经痛的治疗中，O₃的局部治疗较全身治疗更为常见。O₃给药后可通过调节NF-κB而降低促炎因子的表达以发挥抗炎镇痛作用。亦有研究^[32]通过建立大鼠坐骨神经慢性压迫损伤（chronic constriction injury of the sciatic nerve，CCI）模型，发现O₃可减轻CCI导致的神经病理性疼痛，并表明O₃可能是通过抑制谷氨酸酸受体6（Glutamate receptor 6，GluR6）-NF-κB/p65信号通路而发挥其镇痛作用。Wu等^[33]研究表明O₃治疗可显著减少自噬体的形成，抑制神经根细胞的自噬，并显著降低Caspase 3的表达，减轻神经根细胞的凋亡。当O₃应用于椎间盘突出症时，除上述的抗炎镇痛、抗凋亡、改善局部循环外，还可作用于髓核，与髓核内的蛋白多糖和胶原蛋白发生反应，从而使椎间盘缩小，降低椎间盘内的压力。

三叉神经痛常为剧烈的疼痛，可分为原发性和继发性两种。近年来有关于计算机断层扫描（computed tomography，CT）引导下经皮臭氧注射治疗三叉神经痛的研究，比较治疗了原发性三叉神经痛及带状疱疹导致的三叉神经痛，均得到了明显的长期改善^[34]。对比药物治疗可能对部分患者无效且容易产生副作用，手术治疗可能仅部分缓解疼痛且复发率较高，臭氧注射可能是相对安全、损伤小的有效治疗方法。

带状疱疹后神经痛是一种临床上常见的疼痛性疾病，目前尚无简便有效的治疗方法。O₃逐渐用于治疗急性带状疱疹及带状疱疹后神经痛。O₃水、O₃油外用于皮损处，O₃自血回输治疗带状疱疹及带状疱疹后神经痛，O₃局部皮内注射、椎旁注射和/或联合神经阻滞治疗状疱疹后神经痛，有诸多文章对各种不同方式的O₃治疗带状疱疹及带状疱疹后神经痛的安全性和有效性进行了研究。最近的一项关于不同干预措施治疗带状疱疹后神经痛的疗效的Meta分析结果表明，O₃+皮下注射或局部浸润+神经阻滞的联合治疗是次要有效选择^[35]。

化疗诱发的周围神经病变是癌症治疗常见的并发症之一，对患者的生活质量有很大影响。Clavo等^[36]对O₃治疗预防或治疗几种化疗药物引起的副作用进行了总结，也报道了正在进行的一项随机对照试验，评估在奥沙利铂治疗的结直肠癌患者继发的周围神经病变的治疗中应用O₃疗法的有效性和成本效益。

痛性糖尿病周围神经病变是糖尿病最常见的慢性并发症，高血糖、缺血、缺氧、周围神经病变及外周氧化应激可能在其发病中有重要作用。一项针对大鼠的研究评估了O₃在药物性糖尿病神经病变中的作用，这项研究表明，O₃治疗可部分预防药物引起的神经病变，并且这种作用是通过调节氧化应激来介导的^[37]。在临床上也观察到联合O₃治疗可获得更好的疗效。

椎间盘突出症主要是导致脊神经根和脊髓等受到刺激或压迫，而产生颈、肩、腰腿痛等一系列症状。使用O₃治疗椎间盘突出症（包括颈椎和腰椎）是目前发表文章数量最多，研究较清楚的一类疾病。目前常见的治疗方式主要是椎间盘内注射、椎旁注射和硬膜外注射。一项Meta分析得出结论：椎间盘内注射治疗腰椎间盘突出症的推荐等级为1C，椎旁治疗的推荐等级为1B^[38]。这是强有力的建议。局部注射O₃，主要是注射针头的创伤，较小的创伤提供了更好的重复治疗的可能，而O₃的杀菌特性，理论上也可以降低感染的风险，这也使得O₃治疗具有明显的优势。通常，颈椎间盘突出的治疗比腰椎更为保守，O₃治疗的有效性和安全性也提供了除手术外更好的选择。但是，尚无统一的标准来规定O₃注射的剂量、浓度与频率，仍需进一步研究。

中枢神经系统感染性疾病可根据病原微生物及感染部位分为不同的类型，卢展宏等^[39]对急性病毒性脑炎患者辅助应用O₃治疗，明显提高了疗效。目前尚无关于O₃治疗其他类型中枢神经系统感染性疾病的报道。O₃在慢性乙肝、慢性丙肝、带状疱疹等多种感染性疾病中的应用已被证实有效，在最近的新冠肺炎中，应用O₃辅助治疗是有益的。研究发现O₃治疗后CD8+细胞数降低、CD4+细胞及CD4+/CD8+比值升高，这也提示O₃可调节免疫^[40]。这提示O₃治疗中枢神经系统感染性疾病有潜在的可能性。

O₃治疗是一种在医学上应用广泛的治疗方法，目前已应用于口腔科、疼痛、神经系统、心血管、外周血管、糖尿病、皮肤病、新冠肺炎、癌症治疗等的辅助治疗等。O₃治疗的多功能性是由于O₃衍生物能作用于多个靶点，从而诱导调节多种改变。臭氧与生物体液接触后，可快速引起反应，诱导适度的氧化应激，氧化应激目前被认为在炎症性疾病、缺血性疾病、帕金森病、阿尔茨海默病、代谢综合征等许多其他疾病的发展中起重要作用，基础或临床实验也逐步证实O₃治疗的有效性医用O₃容易获取，O₃治疗操作简单、经济有效、安全性好，值得在临床上进一步推广应用。医用O₃在缺血性脑卒中及带状疱疹的治疗上取得了确切的疗效，然而，对于其余的潜在适应证，尚无明确的证据，仍需进行更深入的研究。此外，目前的临床应用中，O₃治疗方案缺乏标准化，这可能与良好的安全性有关，不同剂量和治疗时间之间的疗效也有待进一步探究。我们需要更多的基础及临床研究来增加对医用O₃适应证的了解，并确定最佳给药方案，以提高疗效。