特發(fā)性肺纖維化發(fā)病機(jī)制及血管新生作用的研究進(jìn)展

龔 玲綜述，劉代順審校

0 引 言

特發(fā)性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是一種進(jìn)展性、致死性、不可逆的慢性肺纖維化疾病，具有普通型間質(zhì)性肺炎(usual interstitial pneumonia，UIP)的組織病理學(xué)特征，主要表現(xiàn)為彌漫性肺間質(zhì)纖維化伴隨輕度炎癥、成纖維細(xì)胞灶與正常肺組織并存、細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的大量增生和沉積、蜂窩組織的形成［1-2］。肺間質(zhì)纖維化早期以肺泡炎為主，包括多種細(xì)胞因子的滲出和大量炎性細(xì)胞的浸潤。后期成纖維細(xì)胞大量增生、膠原沉積，逐漸發(fā)展為不可逆的肺間質(zhì)纖維化。美國新墨西哥州伯納利歐縣的一項研究結(jié)果顯示，IPF的男性年發(fā)病率約為10.7/10 萬，女性約為7.4/10萬［3］。英國的一項研究認(rèn)為IPF年發(fā)病率為4.6/10萬，但1991至2003年，IPF發(fā)病率以每年約11%的速度增長，并認(rèn)為與人口老齡化或輕癥患者確診率增加無關(guān)。另據(jù)美國一個大規(guī)模的健康保險數(shù)據(jù)庫推算，IPF 的年發(fā)病率為(6.8 ～16.3)/10 萬［4］。由于 IPF病因尚不明確，患者確診后的平均生存時間為3～5年［4-5］。60% 患者直接死于 IPF［6］，主要死亡原因包括IPF的急性惡化、急性冠狀動脈綜合征、充血性心力衰竭、肺癌、感染和靜脈血栓栓塞性疾病［7］。目前，血管新生在IPF發(fā)病機(jī)制中的探討越來越被國內(nèi)外學(xué)者重視，故了解血管新生在IPF中的影響極為重要。文章從IPF發(fā)病機(jī)制最新研究進(jìn)展及血管新生在IPF中的作用等方面進(jìn)行綜述。

1 IPF發(fā)病機(jī)制研究新進(jìn)展

IPF主要是肺組織受損后修復(fù)調(diào)節(jié)失控及重建異常所引起的病變。在這過程中，一系列細(xì)胞因子和生長因子等表達(dá)異常、炎性反應(yīng)、血管新生和重塑、纖維蛋白溶解障礙、基質(zhì)金屬蛋白酶以及外界環(huán)境等因素導(dǎo)致的氧化應(yīng)激參與IPF的發(fā)病過程，由此造成上皮細(xì)胞缺損、成纖維細(xì)胞增生和積聚等主要病變［2］，最終結(jié)果是成纖維細(xì)胞替代了行使正常功能的肺泡上皮細(xì)胞，導(dǎo)致了纖維化的發(fā)生。

最新研究表明，炎性反應(yīng)并不是發(fā)生IPF的必需條件，而只是在早期發(fā)揮一定的推動作用。炎性反應(yīng)程度和IPF嚴(yán)重程度并不具有相關(guān)性［8］，機(jī)體在缺乏免疫抑制時仍可通過效應(yīng)T細(xì)胞發(fā)揮促纖維化作用［9］。某些遺傳和環(huán)境因素，如吸煙、慢性誤吸、病毒感染、MUC5B基因啟動子區(qū)域的多態(tài)性［10］和端粒酶基因突變［11］可能在 IPF的發(fā)生發(fā)展進(jìn)程中起一定作用。這些因素可能會潛在地導(dǎo)致上皮細(xì)胞中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的增加，最終引發(fā)上皮細(xì)胞凋亡和上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial mesenchymal transition，EMT)［12］。在 IPF 中，主要表現(xiàn)出Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞損傷，但Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞所涉及的蜂窩病變卻被激活，從而造成肺泡表面活性物質(zhì)異常表達(dá)和肺泡塌陷。此外，在上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中，Wnt信號通路的參與以及SHH蛋白表達(dá)的上調(diào)、磷酸酶與張力蛋白同源物表達(dá)的下調(diào)都預(yù)示著不良的修復(fù)過程［13］。

肺微環(huán)境中異常活化的肺泡上皮細(xì)胞有促纖維的效應(yīng)。存在于異常激活的肺泡上皮細(xì)胞上的凝血因子Ⅶa因子X絡(luò)合物能活化激活成纖維細(xì)胞的X因子。此外，活化的凝血因子X能誘導(dǎo)凝血酶的激活，從而在蛋白酶激活受體-I的介導(dǎo)下刺激肌成纖維細(xì)胞分化成纖維細(xì)胞［13］。肌成纖維細(xì)胞較成纖維細(xì)胞有更高的促纖維化潛能。因此，這些細(xì)胞將會造成ECM沉積和肺結(jié)構(gòu)的破壞。一方面，隱藏于肺泡上皮細(xì)胞的一些介質(zhì)如血小板衍生生長因子(plateletderived growth factor，PDGF)、轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)及內(nèi)皮素-1 會導(dǎo)致間充質(zhì)細(xì)胞的遷移、增殖和分化;另一方面，在IPF中上皮細(xì)胞內(nèi)基細(xì)胞源性生長因子12的表達(dá)顯著增加，這會引起血液循環(huán)中的趨化因子受體4大量涌入肺成纖維細(xì)胞，上皮細(xì)胞可能會通過EMT快速增加成纖維細(xì)胞和肌纖維母細(xì)胞的數(shù)量［13］。

成纖維細(xì)胞被認(rèn)為是IPF發(fā)病過程中主要的效應(yīng)細(xì)胞。在IPF發(fā)展過程中，與之發(fā)展關(guān)系較為密切、明顯和重要的肺組織形態(tài)學(xué)特征是成纖維細(xì)胞灶的出現(xiàn)。成纖維細(xì)胞灶的形成被認(rèn)為是IPF發(fā)病的前兆因素。高機(jī)械應(yīng)力(力傳導(dǎo))活躍的TGF-β增加以及基質(zhì)蛋白(如ED-A)的產(chǎn)生，是成纖維細(xì)胞向肌纖維母細(xì)胞分化過程中所需的3種成分。肌纖維母細(xì)胞能誘導(dǎo)ECM的過度積聚、基底膜的分解和上皮細(xì)胞的凋亡［13］。TGF-β和內(nèi)皮素-1被認(rèn)為在成纖維細(xì)胞對凋亡抵抗過程中起重要的作用。

正常肺組織中90%以上的肺泡上皮均為Ⅰ型肺泡上皮。但在肺纖維化中，Ⅰ型肺泡上皮會大量減少［13］。Ⅰ型肺細(xì)胞的減少導(dǎo)致IPF纖維化的機(jī)制尚不清楚，但抗肺纖維化分子，如caveolin-1的減少和晚期糖基化終產(chǎn)物受體可能導(dǎo)致上皮再生障礙。

在一些研究中發(fā)現(xiàn)，存在于基底膜和血管周圍襯里的周細(xì)胞是間質(zhì)衍生細(xì)胞是肌成纖維細(xì)胞的來源［14］。與此一致的是，有報道說明胸膜間皮細(xì)胞通過誘導(dǎo)TGF-β展現(xiàn)EMT。雖然血管新生的確切作用還沒有得到證實，但是新生血管形成在組織損傷后的再生中必不可少［13］。在纖維組織如成纖維細(xì)胞灶中，幾乎很難看到新血管的形成，然而非纖維化組織以豐富的新生血管形成為特點，顯示了血管重塑。

2 血管新生形成機(jī)制

血管新生是從先前存在的血管上生長新的毛細(xì)血管的生理過程。其過程實際上就是沿著血管排列的血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖的過程，包括內(nèi)皮細(xì)胞的趨化、移動、增殖，形成新的管腔［15］。目前血管新生在腫瘤以及許多缺血性和炎癥性疾病，如糖尿病視網(wǎng)膜病變、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎和動脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。

血管生成是脈管系統(tǒng)以生成血管內(nèi)皮細(xì)胞的形式重新構(gòu)造的過程。血管生成過程中最重要的一環(huán)就是血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖及遷移，血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)在血管的發(fā)生、淋巴管的形成和血管生成過程中都具有重要的作用。

血管新生雖然不同于血管生成，但兩者均是由刺激血管生長因子和抑制血管生長因子的精妙平衡所調(diào)控［15］。當(dāng)這種平衡被破壞時，如在組織損傷的情況下所產(chǎn)生的結(jié)果可能是血管新生。

3 IPF與血管新生

3.1 IPF中的血管新生 血管新生是傷口愈合的重要組成部分，異常血管新生與皮膚傷口的纖維化形成相關(guān)聯(lián)［16］。在動物模型中，肺損傷之后就會發(fā)生包括新生血管形成的顯著肺血管的變化。有研究發(fā)現(xiàn)，在IPF患者中存在廣泛的血管新生。同時，在IPF患者血漿中發(fā)現(xiàn)了促血管生成因子和細(xì)胞因子的表達(dá)增加［15］。此外，F(xiàn)arkas等［17］發(fā)現(xiàn) IPF 中存在微血管和大血管重塑。

早期研究在IPF中發(fā)現(xiàn)血管新生。這一現(xiàn)象被解釋為組織在缺氧的條件下會發(fā)出血管生成的信號，從而刺激血管新生來改善組織的供氧情況。然而最近有研究表明，在IPF成纖維細(xì)胞灶中的血管新生減少，且在IPF患者的血清中血管生成抑制因子即血管內(nèi)皮素的表達(dá)水平升高［16］。因此，引發(fā)了有關(guān)新生血管是否為IPF發(fā)病機(jī)制的爭議。IPF中的微纖維化區(qū)或正常肺組織區(qū)毛細(xì)血管密集程度增加，但在纖維化程度最嚴(yán)重的區(qū)域毛細(xì)血管密集程度卻減少，IPF中的成纖維細(xì)胞灶無血管組織，其周圍是由毛細(xì)血管分布的雜亂無章的組織所包繞［15］。

3.2 IPF中的血管生成及血管生成抑制因子 趨化因子作用于特定的跨膜受體，并通過與白細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的相互作用調(diào)節(jié)血管的生成。有研究發(fā)現(xiàn)，在人類IPF中存在血管生成因子［15］。在博萊霉素誘導(dǎo)的IPF模型中，抑制炎癥和血管新生是抗纖維化治療的一種方法［15］。在IPF中，存在著血管生成CXC趨化因子IL-8和血管生成抑制因子干擾素誘導(dǎo)蛋白-10(interferon inducible protein-10，IP-10)生成失衡。這些研究表明，血管生成和血管生成抑制因子失衡是 IPF 發(fā)病機(jī)制之一［15，17］。

VEGF是迄今已知的最有力的血管生成因子之一［15，17］。VEGF能增加血管通透性，是維持血管完整性的關(guān)鍵因素。VEGF在博來霉素誘導(dǎo)的IPF中存在作用，纖維化肺組織中存在大量含VEGF的II型肺泡細(xì)胞和肌纖維母細(xì)胞，它們中的VEGF活性增強(qiáng)可能會誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞活化的和肥大細(xì)胞的遷移和聚集，從而將參與纖維化形成過程的細(xì)胞與血管新生聯(lián)系起來［15］。

除了這一經(jīng)典的血管生成的元素外，缺氧誘導(dǎo)因子1a是一種轉(zhuǎn)錄因子，也可以促進(jìn)血管新生，是氧平衡的主調(diào)節(jié)器。缺氧時通過缺氧誘導(dǎo)因子1α的轉(zhuǎn)錄活性來誘導(dǎo)幾乎所有的促血管生成因子的表達(dá)。其他血管新生刺激因子包括胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factors-1，IGF-1)、PDGF 和 TGF-β［18］均高度表達(dá)于IPF中，并與IPF的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。此外，血管生成趨化因子IL-8和ENA-78在纖維化肺組織中表達(dá)增加，而內(nèi)皮素-1則通過誘導(dǎo)VEGF來增強(qiáng)血管的新生［15］。

在人和動物的成纖維細(xì)胞灶中已提及血管生成抑制因子色素上皮細(xì)胞源因子(pigment epitheliumderived factor，PEDF)的存在［17］。纖維化組織中PEDF表達(dá)增加與VEGF的減少相關(guān)，這與PEDF控制VEGF在纖維化肺組織中的表達(dá)具有一致性。在肺損失修復(fù)過程中，PEDF和VEGF之間的定位差異可能預(yù)測到血管的變化。但纖維化組織中PEDF表達(dá)的確切機(jī)制仍然未知［15，17］。

血管內(nèi)皮抑素是另一種抗血管新生的多肽［15，17］。IPF患者血清中內(nèi)皮抑素水平升高，內(nèi)皮抑素可能通過激活組織成纖維細(xì)胞而釋放，并且可能會通過參與膠原代謝而直接參與IPF形成［15］。

血管生成素(Angiopoietin，Ang)-1和-2也是血管新生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)介質(zhì)，其是否在IPF的發(fā)病機(jī)理中的作用尚不得而知［15，17］。在 IPF中發(fā)現(xiàn) Ang-1顯著減少，而Ang-2蛋白水平卻增加。從而推測在IPF中，這種強(qiáng)烈的抑制血管生成的因子可能在IPF中參與抑制血管新生［15］。

3.3 IPF血管新生中的基質(zhì)及其降解物 IPF的特點是過度和異常的ECM沉積。在IPF中，ECM動態(tài)平衡和組織重塑的機(jī)制涉及基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)，這是由金屬蛋白酶組織抑制劑(tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP)調(diào)節(jié)［2］。在IPF中，高水平的MMP-1、-8和-9與TIMP-1、-2水平的改變有關(guān)。由于MMPs是血管新生必不可少的條件，因此很可能MMPs和TIMPs在纖維化中的異常調(diào)節(jié)是IPF中血管新生的一個重要影響因素［15］。

透明質(zhì)酸(Hyaluronan，HA)是一個豐富的ECM成分。HA與間-胰蛋白酶抑制劑(inter-a-trypsin inhibitor，IAI)相互作用，且促進(jìn)肺損傷后纖維化的血管新生［19］。在體外，IAI能顯著增強(qiáng)HA的小碎片在血管新生中的作用。相反，IAI缺乏會導(dǎo)致炎癥的增強(qiáng)，并且會減少博萊霉素誘導(dǎo)的肺損傷模型的血管新生［19］。目前，IAI與HA均被發(fā)現(xiàn)于IPF的成纖維細(xì)胞灶中，并在成纖維細(xì)胞灶的周圍血管區(qū)域高度表達(dá)，這表明HA是IPF促血管新生的分子。

4 展 望

迄今為止，科學(xué)家們正逐步關(guān)注到IPF發(fā)病機(jī)制中血管新生/血管新生抑制機(jī)制的重要性。只有通過越來越多更深入和更具科學(xué)性的論證，才有可能發(fā)現(xiàn)血管生成相關(guān)因子及其抑制因子在IPF中的作用，并由此提出靶向治療的研究方案［20］。

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