結(jié)締組織生長(zhǎng)因子在致肺纖維化過(guò)程作用機(jī)制的進(jìn)展研究*

賀鳳群 綜述,秦光梅 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬永川醫(yī)院呼吸內(nèi)科，重慶永川 402160)

肺纖維化是肺間質(zhì)疾病的最終結(jié)局，主要累及肺間質(zhì)、肺泡和細(xì)支氣管，其病理生理過(guò)程包括肺泡上皮細(xì)胞的再生失敗、持續(xù)的成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞增殖、細(xì)胞外基質(zhì)沉積、肺結(jié)構(gòu)紊亂失調(diào)、有效換氣面積減少，最終導(dǎo)致低氧性呼吸衰竭[1]。其發(fā)病機(jī)制尚不明確，但近年大量研究提示纖維形成和纖維化不依賴于炎癥而發(fā)生發(fā)展，主張肺纖維化是一種間葉細(xì)胞疾病，間葉細(xì)胞因子在纖維化疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

CTGF是新近發(fā)現(xiàn)的一種富含半胱氨酸的即刻早期基因家族成員之一，它涉及多種疾病的發(fā)生、發(fā)展，如尿道狹窄、肺肉瘤、皮膚硬化癥、心和腎纖維化、非小細(xì)胞肺癌、黑色素瘤、肉瘤、軟骨肉瘤、胰癌、克羅恩病、肥胖及糖尿病并發(fā)癥等[2]。故CTGF成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)，肺纖維化也不例外，本文就CTGF在肺纖維化發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 CTGF的概述

1.1CTGF的結(jié)構(gòu)、來(lái)源、特性、表達(dá) CTGF是一種富含半胱氨酸的多肽，由349個(gè)氨基酸構(gòu)成，相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)36～38 kD，最先是在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞和鼠成纖維細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)。其基因位于人6號(hào)染色體與cmyb相鄰的長(zhǎng)臂23區(qū)1帶，由4個(gè)內(nèi)含子和5個(gè)外顯子組成，是即刻基因家族成員，該家族還包括nov、cyr61等且具有高度序列結(jié)構(gòu)的類似性和序列同源性[3]。CTGF是一種多功能的細(xì)胞行為調(diào)節(jié)蛋白，參與調(diào)節(jié)多種生物過(guò)程，如血管生成、細(xì)胞黏附、遷移、生存、擴(kuò)散、分化和基質(zhì)產(chǎn)生，也參與一些病理生理過(guò)程如組織損傷、修復(fù)、發(fā)炎、纖維化疾病和癌癥。有研究證實(shí)，CTGF還能抑制脂肪細(xì)胞分化和某些腫瘤的發(fā)展,CTGF不僅是發(fā)展和過(guò)程的積極調(diào)節(jié)器，也是抑制調(diào)節(jié)器。這種相對(duì)作用可能是不同類型的組織參與癌癥的結(jié)果[4]。

研究表明，在皮膚、肝臟、腎臟、肺、血管平滑肌細(xì)胞等均有CTGF的分泌。在正常組織中，CTGF可有基礎(chǔ)量分泌或不表達(dá)；在創(chuàng)傷愈合中，CTGF上調(diào)分泌表達(dá)由創(chuàng)傷激活啟動(dòng)，一旦修復(fù)完成即停止分泌，并在纖維化組織中，CTGF的水平與疾病嚴(yán)重程度一致[5]。

1.2CTGF的受體 低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白(LRP)是低密度脂蛋白家族成員，作為多配體受體蛋白，除了參與脂質(zhì)代謝，還表現(xiàn)出介導(dǎo)入胞，信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及吞噬病毒及壞死細(xì)胞的作用。研究發(fā)現(xiàn)LRP與CTGF有高度結(jié)合能力，提示LRP是CTGF的受體[6]。CTGF是第一個(gè)識(shí)別的與LRP直接相互作用的生長(zhǎng)因子，Segarini等[7]研究也證明LRP是CTGF的受體。

1.3CTGF受其他細(xì)胞因子的調(diào)節(jié) 各種生物過(guò)程的完成并不是由單個(gè)細(xì)胞因子介導(dǎo)的，而是由多個(gè)細(xì)胞因子通過(guò)協(xié)同或拮抗的相互作用結(jié)果。有研究證實(shí)，血管內(nèi)皮因子、表皮生長(zhǎng)因子、成纖維細(xì)胞因子、等離子體凝血因子、注射重組人凝血因子、凝血酶、溶血磷脂酸等正性調(diào)節(jié)CTGF細(xì)胞因子的表達(dá)；腫瘤壞死因子(TNF-α)、腎母細(xì)胞瘤抑制劑(WT1)與CTGF的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。

1.4CTGF的信號(hào)通路 CTGF的信號(hào)路徑研究尚不明確。目前研究大多主張CTGF基因表達(dá)與多種信號(hào)途徑相關(guān)，如在人皮膚成纖維細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞中表達(dá)的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)Smad蛋白途徑，TGF-β1被定義為迄今為止在許多細(xì)胞中CTGF的最好刺激器，也是介導(dǎo)CTGF表達(dá)的最主要路徑，TGF-β1在胞外激活后，與其胞膜上特異性受體結(jié)合發(fā)出信號(hào)，繼而刺激細(xì)胞質(zhì)Smads蛋白介導(dǎo)胞內(nèi)信號(hào)傳遞，調(diào)解目的基因的轉(zhuǎn)錄，包括編碼細(xì)胞外基質(zhì)蛋白(ECM)如：Ⅰ、Ⅲ型膠原蛋白。Smads蛋白可以將TGF-β1信號(hào)直接由細(xì)胞膜激酶受體轉(zhuǎn)導(dǎo)入細(xì)胞核內(nèi)，是目前已知惟一的TGF-β1受體胞內(nèi)激酶底物，該轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑主要依賴Smad2、3、4介導(dǎo)表達(dá)，ALK5/Smad3途徑是TGF-β1介導(dǎo)CTGF的最主要路徑，但是激酶1受體的活化可阻礙該路經(jīng)，且受Smad7的完全抑制[8]；研究還指出rac-1的活化僅在成纖維細(xì)胞和軟骨細(xì)胞等比較局限類型中調(diào)節(jié)CTGF的表達(dá)，有研究指出血管緊張素Ⅱ通過(guò)rac-1的活化激活CTGF，導(dǎo)致CX43、神經(jīng)鈣黏著蛋白表達(dá)上調(diào)，形成間質(zhì)纖維化，且證實(shí)口服rac-1抑制劑治療可阻礙該過(guò)程[9]；另有文獻(xiàn)提示P13K-AKT信號(hào)路徑、活化磷脂酶C、PKC等也參與CTGF的表達(dá)調(diào)控。近年肺纖維化研究還認(rèn)為CTGF是一種基質(zhì)蛋白質(zhì)而不是生長(zhǎng)因子，它利用其多域結(jié)構(gòu)協(xié)同ECM，利用細(xì)胞表面的多種受體如整聯(lián)蛋白、類肝素蛋白聚糖、低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白、神經(jīng)因子酪氨酸激酶受體等，黏附其他細(xì)胞調(diào)整分子如TGF-β1、IGF等共同發(fā)揮作用[10]。

2 CTGF與肺纖維化

CTGF是新近發(fā)現(xiàn)的成纖維細(xì)胞分裂和膠原合成促進(jìn)劑，離體實(shí)驗(yàn)已證實(shí)在大鼠和人類肺成纖維細(xì)胞中有CTGF表達(dá)，CTGF可刺激有絲分裂、黏附、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生、多種類型細(xì)胞的遷移，有證據(jù)提示CTGF不僅是一個(gè)調(diào)節(jié)器還是組織纖維化的標(biāo)志。研究還表明CTGF表達(dá)在肺成纖維細(xì)胞和Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞，由二者通過(guò)自分泌或旁分泌方式產(chǎn)生，在調(diào)節(jié)膠原表達(dá)中起重要的作用[11]。過(guò)度纖維化的發(fā)生是以Ⅰ、Ⅲ型膠原纖維增加為特征的[12]，膠原是肺的細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，對(duì)維持正常肺結(jié)構(gòu)起著至關(guān)重要的作用，Ⅰ、Ⅲ型膠原是肺中最豐富的膠原亞型。CTGF在肺纖維化組織中過(guò)度表達(dá)，與TGF-β1、胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF)、血管緊張素Ⅱ(ANGⅡ)等的慢性纖維化直接相關(guān)，一起聯(lián)合介導(dǎo)成纖維細(xì)胞變成肌成纖維細(xì)胞使膠原沉積，最終導(dǎo)致器官瘢痕和功能障礙，最嚴(yán)重的還可能出現(xiàn)器官衰竭和死亡[13]。

3 CTGF與某些細(xì)胞因子在肺纖維化中的相互作用

3.1CTGF與TGF-β1TGF-β1是縮氨酸家族成員，是一種多效性細(xì)胞生長(zhǎng)因子，主要由嗜酸性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞分泌，它增強(qiáng)CTGF誘導(dǎo)肌成纖維細(xì)胞生成效應(yīng)，其促纖維化的信號(hào)通過(guò)CTGF向下轉(zhuǎn)導(dǎo)。TGF-β1在肺纖維化形成中起著關(guān)鍵作用，參與CTGF、ECM、成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化的誘導(dǎo)，促進(jìn)CTGF表達(dá)，以Ⅰ型膠原和纖維連接蛋白(FN)為代表的ECM的產(chǎn)生，促使成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為以平滑肌肌動(dòng)蛋白表達(dá)為特征的肌成纖維細(xì)胞，CTGF通過(guò)TGF-β1的誘導(dǎo)高表達(dá)促進(jìn)肺纖維化的發(fā)展，轉(zhuǎn)化的肌成纖維細(xì)胞比成纖維細(xì)胞產(chǎn)生更多的ECM，最終導(dǎo)致進(jìn)展性纖維化[14]。在皮膚成纖維細(xì)胞中的整聯(lián)蛋白αVβ5和凝血酶1(TSP1)兩種隔膜蛋白可促進(jìn)微環(huán)境中潛在的TGF-β1的激活,CTGF基因在不同細(xì)胞中表達(dá)通過(guò)TGF-β1Smad蛋白途徑起作用[15]，但Sonnylal等[16]的研究證明在硬皮病患者纖維化區(qū)域中，在沒(méi)有TGF-β1水平高表達(dá)情況下，CTGF出現(xiàn)獨(dú)立的高表達(dá)水平，肺纖維化是否能得出相似的結(jié)論還有待進(jìn)一步研究。

3.2CTGF與IGF-Ⅰ IGF-Ⅰ也被稱為肺泡巨噬細(xì)胞源生長(zhǎng)因子(AMDGF)，是巨噬細(xì)胞分泌的一種含70個(gè)氨基酸，76 kD的單鏈多肽，是由6個(gè)外顯子組成的IGF-Ⅰ基因編碼的，是一種與胰島素有關(guān)的多效性細(xì)胞因子，并已證實(shí)在肺纖維化患者肺中呈高水平表達(dá)，在肺成纖維細(xì)胞中，它是一種促有絲分裂的分裂素，能解除這些細(xì)胞的自發(fā)細(xì)胞凋亡反應(yīng)及誘導(dǎo)膠原合成，從而發(fā)揮促纖維化作用。而且在博萊霉素介導(dǎo)的肺纖維化動(dòng)物模型研究中還證實(shí)IGF-Ⅰ受體功能的缺失可促進(jìn)纖維化的發(fā)生[17]。CTGF與nov和cry61一起被納入IGF-Ⅰ蛋白超家族成員，CTGF和IGFBP-1已被指定為有待進(jìn)一步調(diào)查研究的IGFBP-rP(IGF-Ⅰ黏附蛋白-相關(guān)蛋白)，CTGF被命名為IGFBP-rP2，成纖維細(xì)胞中IGFBP-rP2部分增強(qiáng)TGF-β1的促分裂作用，研究發(fā)現(xiàn)IGFBP超家族以單獨(dú)方式或與IGF-Ⅰ配體相聯(lián)合方式共同形成一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)肺部反應(yīng)到疾病發(fā)生發(fā)展的整個(gè)過(guò)程。Kopinski等[18]研究提出細(xì)胞凋亡也可能是參與間質(zhì)性肺疾病肺容量降低的病理過(guò)程的重要機(jī)制，在肺泡巨噬細(xì)胞(AM)和肺泡淋巴細(xì)胞(AL)中的存活和凋亡信號(hào)傳導(dǎo)路徑的不平衡在肺間質(zhì)疾病的開(kāi)始、進(jìn)展和凋亡中發(fā)揮重要作用。但也有研究主張IGF-Ⅰ可能是AL和AM的一種潛在的分裂素，目前尚無(wú)證據(jù)證實(shí)其在間質(zhì)性肺疾病中的抗凋亡和促纖維化作用。

3.3CTGF與ANGⅡ ANGⅡ是纖維化疾病中的一個(gè)關(guān)鍵凋亡先兆因子，在大量纖維化疾病患者中發(fā)現(xiàn)有ANGⅡ的合成并證實(shí)是由患者纖維化病灶組織的成纖維細(xì)胞在細(xì)胞水平經(jīng)自分泌和旁分泌兩種方式產(chǎn)生，ANGⅡ有4種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，即蛋白質(zhì)磷酸酶激活、NO-cGMP激活、磷脂酶-A2激活、蛋白激酶C激活[19]。其功能是由G蛋白偶聯(lián)受體AT1R(ANGⅠ受體)和AT2R(ANGⅡ受體)共同調(diào)節(jié),AT1R借助NADH/NADPH氧化酶依賴機(jī)制刺激活性氧(ROS)的產(chǎn)生來(lái)對(duì)調(diào)節(jié)多種生理功能起主要作用，其主要表達(dá)在肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞、支氣管細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞中。以往研究發(fā)現(xiàn)ANGⅡ有調(diào)控膠原蛋白合成和降解的作用，CTGF的過(guò)度表達(dá)與ANGⅡ所致高血壓上升有密切關(guān)系，并證實(shí)CTGF借助血壓和鈣化磷酸酶依賴路徑調(diào)節(jié)心臟、腎臟中ANGⅡ介導(dǎo)的纖維化。研究還證實(shí)在系膜細(xì)胞中，CTGF是ANGⅡ介導(dǎo)的Ⅳ型膠原產(chǎn)生的下游因子[20]。

3.4內(nèi)皮素(ET-1) ET-1是一種強(qiáng)力的血管收縮劑，能激活血管平滑肌細(xì)胞，促使擴(kuò)散、肥大和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白(ECM)的合成如纖維連接蛋白(FN)和Ⅰ型膠原蛋白，還能刺激細(xì)胞活性物質(zhì)如腫瘤壞死因子(TNF-α)、生長(zhǎng)因子和增強(qiáng)TGF-β和PDGF的作用。哺乳動(dòng)物具有其兩種受體即ETA和ETB受體，ET-1借助表達(dá)在血管平滑肌細(xì)胞的ETA受體促進(jìn)血管收縮、細(xì)胞生長(zhǎng)、附著、纖維化和血栓形成。然而，表達(dá)在內(nèi)皮細(xì)胞的ETB受體釋放NO刺激血管舒張，防止細(xì)胞凋亡等來(lái)拮抗于ETA受體。拮抗ETA可減少ET-1介導(dǎo)的CTGF基因表達(dá)和產(chǎn)生，ET-1通過(guò)ETA受體引出幾個(gè)涉及CTGF表達(dá)調(diào)控的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)路徑：RhoA/Rho激酶的激活、膠原激活蛋白激酶及活化氧的產(chǎn)生。在血管平滑肌細(xì)胞中，ET-1不能上調(diào)TGF-β蛋白或基因的表達(dá)，TGF-β的中和抗體不能影響ET-1介導(dǎo)CTGF的產(chǎn)生，說(shuō)明ET-1是獨(dú)立不依賴于TGF-β，借助ETA受體激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)調(diào)控CTGF[21]。ET-1是已知在肺動(dòng)脈高壓中起關(guān)鍵作用的因子，而肺動(dòng)脈高壓是肺纖維化患者的死亡重要原因之一，在臨床肺纖維化患者血漿中也發(fā)現(xiàn)ET水平升高，并證實(shí)ET增加了CTGF在成纖維細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞中的基因表達(dá)[22]。

4 展 望

肺纖維化是一種慢性致死性疾病，臨床上的治療方法大多以糖皮質(zhì)激素、吸氧、抗纖維化治療、肺移植等治療為主，但這些治療是治標(biāo)不治本的，因?yàn)橹委煼较虿⑽粗赶蚍卫w維化形成機(jī)制，近年大量研究提示纖維形成和纖維化不依賴于炎癥而發(fā)生、發(fā)展，主張間葉細(xì)胞因子在纖維化疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用。因此，治療肺纖維化應(yīng)從傳統(tǒng)的治療方法轉(zhuǎn)變?yōu)閺募?xì)胞因子入手，阻止成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化和膠原沉積，從而減少或防止肺纖維化形成。這也是肺纖維化在細(xì)胞因子方面的理論研究越來(lái)越多的重要原因，盡管這方面的成功理論和相關(guān)文獻(xiàn)眾多，但均尚未用于臨床實(shí)踐，需進(jìn)一步臨床檢驗(yàn)證實(shí)，這些研究為從細(xì)胞因子角度治療肺纖維化提供了正確的方向、依據(jù)和前景。

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