轉(zhuǎn)化生長因子β 與肺泡巨噬細(xì)胞在肺纖維化中的作用研究進(jìn)展

呂學(xué)文，曾 思，蘭志勛

(1.瀘州醫(yī)學(xué)院，四川 瀘州646000;2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院麻醉科，四川 成都610072)

肺纖維化(pulmonary fibrosis，PF)是一個(gè)復(fù)雜的病理過程，包括慢性炎癥反應(yīng)、成纖維細(xì)胞增殖以及異常的膠原沉積所導(dǎo)致的損傷過度修復(fù)。目前該病無有效的防治措施，其患病率和致死率都在逐年上升，因此也成為研究的熱點(diǎn)。大量基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和臨床研究表明，轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor beta，TGF-β)作為關(guān)鍵的致纖維化細(xì)胞因子之一，能啟動成纖維細(xì)胞的增殖分裂，導(dǎo)致膠原蛋白的大量合成，最終形成肺間質(zhì)的膠原沉積等纖維化的組織病理學(xué)改變［1］。肺泡巨噬細(xì)胞(alveolar macrophage，AM)是呼吸系統(tǒng)對抗外來刺激的第一道防線，其功能與活性維持著肺的正常功能。AM 等炎癥細(xì)胞的浸潤、活化以及大量細(xì)胞因子的分泌失衡與肺纖維化的發(fā)生、發(fā)展有著密切的聯(lián)系［2］。研究TGF-β 與AM 的相互關(guān)系以及它們分別在肺纖維化中的作用，對探討PF 的發(fā)病機(jī)制，尋求有效的治療措施有著重要的指導(dǎo)意義。因此，本文就肺纖維化時(shí)，TGF-β 與AM 作用的研究進(jìn)展作一綜述。

1 TGF-β 與AM 的關(guān)系

生長因子不僅能促進(jìn)有絲分裂和改變靶細(xì)胞的特性，而且在細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中扮演著重要的角色。多種生長因子在胚胎期都有表達(dá)并參與胚胎發(fā)育的調(diào)節(jié)過程。AM 是呼吸道的免疫核心細(xì)胞，其細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含有溶酶體及線粒體，具有強(qiáng)大的吞噬能力。同時(shí)，它在激活后又能產(chǎn)生和釋放多種細(xì)胞因子，參與炎癥和免疫過程的調(diào)節(jié)。在疾病早期AM 分泌的腫瘤壞死因子α(tumor Necorsis Factors alpha，TNF-α)，白介素β(interleukin beta，IL-β)以及粒細(xì)胞單核細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)調(diào)節(jié)并促進(jìn)肺部炎癥反應(yīng)。相反，TGF-α 和生長因子(hepatic growth factor，HGF)則能對損傷肺部肺泡上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)。而且，AM 和上皮細(xì)胞釋 放 的 HGF，比 如 TGF-β、血 小 板 衍 生 因 子(PDGF)、激活素A 以及TGF-β 超家族因子等，在成纖維細(xì)胞增殖和肺纖維化過程中扮演重要的角色。AM 是肺組織產(chǎn)生和分泌TGF-β 的主要細(xì)胞之一［3］。通過RNA 來干擾CD36 基因的表達(dá)，能夠抑制博來霉素誘導(dǎo)的大鼠AM 分泌的L-TGFβ1的活化［4］，提示我們CD36 可能是調(diào)節(jié)AM 分泌TGF-β活化的因素之一。

TGF-β 是一種多效能因子，從1985 年Assoian等首次從人血小板中分離出TGF-β1到目前為止，已發(fā)現(xiàn)TGF-β 有6 個(gè)亞型，而哺乳動物中僅發(fā)現(xiàn)TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3三種形式［5］。Wang 等［6］發(fā)現(xiàn)，紫杉醇通過抑制TGF-β1傳導(dǎo)通路，可以有效改善博來霉素造成的大鼠肺纖維化。而相反的，促進(jìn)TGF-β1的表達(dá)則可以誘導(dǎo)大鼠肺中纖維化相關(guān)基因GlcAT-l 的表達(dá)增加，最終促進(jìn)肺纖維化的發(fā)生［7］。肺組織發(fā)生炎癥損傷后，AM 向損傷部位聚集，激活后即能分泌大量的TGF-β，調(diào)節(jié)損傷部位修復(fù)。有趣的是，最初的少量TGF-β 是由血小板分泌的，并能趨化和刺激巨噬細(xì)胞進(jìn)一步激活和釋放更多的TGF-β［8］。此外，TGF-β 能通過線粒體通路來誘導(dǎo)小鼠RAW 264.7 巨噬細(xì)胞凋亡［9］。由此看來，AM 能產(chǎn)生和分泌TGF-β，而TGF-β 又可以調(diào)節(jié)AM的功能，它們是相互作用，密切相關(guān)的。

2 TGF-β 與肺纖維化

TGF-β 是最為關(guān)鍵的致纖維化細(xì)胞因子，能導(dǎo)致膠原蛋白及其他基質(zhì)蛋白大量合成。早在1991年Khalil 等［10］就發(fā)現(xiàn)TGF-β 在肺纖維化中的重要作用。Das 等［11］通過在體和離體實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無論是在人細(xì)胞株還是小鼠中，TGF-β 有很強(qiáng)的促纖維化作用。P17 是一種TGF-β 抑制劑，在IMR-90 人胚肺成纖維細(xì)胞和小鼠肺纖維化模型中，能抑制TGFβ 介導(dǎo)的肺纖維化［12］。此外，通過對人類特發(fā)性肺纖維化的研究發(fā)現(xiàn)，抗纖維化藥物IFN-gamma-1b 能顯著降低肺組織中TGF-β 水平［13］。以上研究均證明TGF-β 在肺纖維化中的關(guān)鍵作用。

2.1 TGF-β 的結(jié)構(gòu)與受體 TGF-β 包括TGF-β 同源二聚體、潛態(tài)相關(guān)性多肽(latency-associated protein，LAP)與潛態(tài)TGF-β 結(jié)合蛋白(latent TGF-β binding protein，LTBP)三個(gè)部分。TGF-β 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要受體(TGRF)有Ⅰ型和Ⅱ型2 種，屬于絲/蘇氨酸激酶受體家族，由胞外區(qū)、跨膜區(qū)及含絲蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)的胞內(nèi)區(qū)3 個(gè)部分組成［14］。最初合成和分泌的TGF-β 是無活性的，可經(jīng)整合素aVβ6、甘露糖-6-磷酸受體等多種途徑激活后與受體結(jié)合并表現(xiàn)出生物活性。

2.2 TGF-β 信號傳導(dǎo)通路 目前TGF-β 的信號傳導(dǎo)通路主要分Smads 蛋白依賴型和非Smads 蛋白依賴型。而后者主要是指絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)通路?；罨蟮腡GF-β 首先與Ⅱ型受體結(jié)合，隨后與Ⅰ型受體結(jié)合，形成復(fù)合物。然后Ⅱ型受體自磷酸化，最后Ⅰ型受體的GS 結(jié)構(gòu)域也發(fā)生磷酸化而激活［14］。TGF-β 結(jié)合并激活TGF-β 受體后，其信號傳遞便由一系列受體后信號分子來進(jìn)行。TGF-β 的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可分為Smads 蛋白通路和非Smads 蛋白通路兩種。

2.2.1 Smads 蛋白通路 激活的Ⅰ型受體，可以與受體調(diào)節(jié)性Smad 2 和Smad 3 形成Ⅰ型受體-SARASmads 復(fù)合體。隨后將Smad 2 和Smad 3 磷酸化，后者繼而與Ⅰ型受體及SARA 解離，同時(shí)與Smad 4形成雜聚體，進(jìn)入細(xì)胞核，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。Smad 7 能與活化的Ⅰ型受體結(jié)合，抑制R-Smads 磷酸化，阻斷TGF-β 對靶基因的轉(zhuǎn)錄。Smad 通路抑制劑HSc025和SB203580 能阻斷TGF-β/Smads 蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而抑制肺纖維化的發(fā)生［15，16］。因此，TGF-β/Smads 蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在肺纖維化的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要的作用。

2.2.2 非Smads 蛋白通路 TGF-β/MAPK 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是參與細(xì)胞增殖、分化、凋亡等過程的重要信號通路。MAPK 是絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)4 條MAPK 通路即ERK、JNK/SAPK、BMK/ERK5和p38MAPK 通路。MAPK 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路采用高度保守的三級激酶級聯(lián)傳遞信號:胞外刺激通過某些環(huán)節(jié)使MAPK 激酶的激酶(MAPKinase kinase kinase，MKKK)激活，轉(zhuǎn)而激活MAPK 激酶(MAPKinase kinase，MKK);然后通過對蘇氨酸和酪氨酸雙位點(diǎn)磷酸化從而激活MAPK。TGF-β 活化的MAPK通路有很強(qiáng)的致纖維化效應(yīng)。有研究表明［17］，TGFβ 誘導(dǎo)MAPK 磷酸化，通過MAPK 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)人肺成纖維細(xì)胞系向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生大量細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，導(dǎo)致肺間質(zhì)纖維化。相對于Smads 信號傳導(dǎo)通路，MAPKs 通路在肺纖維化中的作用還有待進(jìn)一步研究。

3 AM 與肺纖維化

3.1 AM 起源和功能 AM 由骨髓干細(xì)胞分化而來，可表達(dá)多種膜受體，如甘露糖受體、Toll 樣受體、清道夫受體等［18］。AM 通過分泌多種細(xì)胞因子、炎性介質(zhì)、胞外酶類物質(zhì)等參與炎性反應(yīng)和免疫調(diào)節(jié)作用。

3.2 AM 在肺纖維化中的作用 肺纖維化過程包括肺組織的炎性損傷以及組織過度修復(fù)。在此過程中，AM、肺泡上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等通過分泌細(xì)胞因子等生物活性物質(zhì)來發(fā)揮直接或間接的作用。肺損傷早期支氣管肺泡灌洗液及肺組織病理切片中AM浸潤顯著增加，而且浸潤的程度與肺纖維化的程度密切相關(guān)［19］，這與肺纖維化病變早期，AM 促進(jìn)炎癥反應(yīng)的功能相符。然而AM 在促進(jìn)炎癥反應(yīng)的同時(shí)也造成肺損傷加重，并為過度修復(fù)造成的肺纖維化提供病理基礎(chǔ);另外，AM 通過分泌TGF-β、PDGF等細(xì)胞因子來促進(jìn)纖維細(xì)胞在損傷區(qū)域聚集、活化和增殖，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的合成，加重肺纖維化;AM還可以產(chǎn)生骨橋蛋白，增強(qiáng)纖維母細(xì)胞的轉(zhuǎn)移、粘附和PDGF 介導(dǎo)的DNA 合成。

3.3 AM 表型與肺纖維化 1992 年Stein 等［20］提出巨噬細(xì)胞選擇性激活這一概念，隨著研究的逐步深入，目前按照誘導(dǎo)激活因子，表面標(biāo)志物和分泌的細(xì)胞因子可以將巨噬細(xì)胞分為兩種極化類型，即經(jīng)典活化(Classically activated)的M1 型和選擇性活化(Alternatively activated)的M2 型巨噬細(xì)胞。

M1 亞型由脂多糖(LPS)和干擾素-γ(IFN-γ)等刺激激活，高表達(dá)一氧化氮合酶(iNOS)、TNF-α、IL-12 等，具有較強(qiáng)的細(xì)胞毒活性。細(xì)胞因子IL-4、IL-10 以及糖皮質(zhì)激素能誘導(dǎo)激活M2 型巨噬細(xì)胞。M2 的分子標(biāo)志物有CD206、精氨酸酶1(Arg1)等，與炎癥抑制、組織重塑和寄生蟲感染相關(guān)［21］。Pechkovsky 等［2］在對PF 患者AM 的研究中發(fā)現(xiàn)，趨化因子CCL17，CCL18 和CCL22 的含量增多，同時(shí)CD206 的表達(dá)升高。由此我們可以推測，PF 患者AM 可能向M2 型發(fā)生了轉(zhuǎn)化。IL-4 是誘導(dǎo)AM 向M2 型轉(zhuǎn)化的重要誘導(dǎo)因子，用IL-4 和/或IL-10 對離體的正常人AM 進(jìn)行刺激后發(fā)現(xiàn)，IL-4 能誘導(dǎo)CCL18和IL-1RA 的表達(dá)以及STAT3 的強(qiáng)烈活化，而且IL-10對此過程有協(xié)同作用，這證明了AM 向M2 型轉(zhuǎn)化在PF 發(fā)病機(jī)制中的重要作用。更為有趣的是，TGF-β也具有誘導(dǎo)AM 向M2 型轉(zhuǎn)化的作用，而且TGF-β 本身即為鑒定M2 型巨噬細(xì)胞的標(biāo)志物之一。這又將TGF-β 與AM 以及PF 聯(lián)系在了一起。

4 總結(jié)與展望

TGF-β 與PF 的密切相關(guān)性已得到人們的共識，它可以通過細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，直接促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)沉積，產(chǎn)生復(fù)雜的生物化學(xué)效應(yīng)。目前，對于TGF-β 相關(guān)的肺纖維化過程，我們需要進(jìn)一步研究在疾病的動態(tài)變化過程中，對應(yīng)某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，TGF-β的即時(shí)作用。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)基于TGF-β 機(jī)制的治療措施的研究，試圖找到合適的藥物通過影響該通路來抑制肺纖維化的進(jìn)展。而對于AM 與PF 的關(guān)系，特別是AM 的表型對肺纖維化過程的影響，則會成為以后研究的主要方向。

［1］John AE，Luckett JC，Tatler AL，et al. Preclinical SPECT/CT imaging of αvβ6 integrins for molecular stratification of idiopathic pulmonary fibrosis［J］.J Nucl Med，2013，54(12):2146-2152.

［2］Pechkovsky DV，Prasse A，Kollert F，et al. Alternatively activated alveolar macrophages in pulmonary fibrosis-mediator production and intracellular signal transduction［J］.Clinical Immunology，2010，137(1):89-101.

［3］Shi Y，Gochuico BR，Yu G，et al. Syndecan-2 exerts antifibrotic effects by promoting caveolin-1-mediated transforming growth factorβ receptor I internalization and inhibiting transforming growth factorβ1 signaling［J］. Am J Respir Crit Care Med，2013，188(7):831-841.

［4］王欣，柏建蕓.RNA 干擾CD36 對大鼠肺泡巨噬細(xì)胞TGF-β1 活化影響［J］.中國公共衛(wèi)生，2013，29(003):363-365.

［5］于露，劉躍建.腫瘤壞死因子-α 及轉(zhuǎn)化生長因子-β1 在肺纖維化形成中的作用研究進(jìn)展［J］. 實(shí)用醫(yī)院臨床雜志，2012，9(3):163-165.

［6］Wang C，Song X，Li Y，et al.Low-Dose Paclitaxel Ameliorates Pulmonary Fibrosis by Suppressing TGF-β1/Smad3 Pathway via miR-140 Upregulation［J］.Plo Sone，2013，8(8):e70725.

［7］Venkatesan N，Tsuchiya K，Kolb M，et al. Glycosyltransferases and Glycosaminoglycans in Bleomycin and Transforming Growth Factorβ1-Induced Pulmonary Fibrosis［J］. Am J Respir Cell Mol Biol，2013.

［8］Wang P，Nie X，Wang Y，et al.Multiwall carbon nanotubes mediate macrophage activation and promote pulmonary fibrosis through TGFβ/Smad signaling pathway［J］.Small，2013，9(22):3799-3811.

［9］Li Y，Liu Y，F(xiàn)u Y，et al.The triggering of apoptosis in macrophages by pristine graphene through the MAPK and TGF-beta signaling pathways［J］.Biomaterials，2012，33(2):402-411.

［10］Khalil N，Greenberg AH.The role of TGF-beta in pulmonary fibrosis［J］.Ciba Found Symp，1991，157:194-211.

［11］Das S，Kumar M，Negi V，et al.MicroRNA-326 regulates pro-fibrotic functions of transforming growth factor-β in Pulmonary Fibrosis［J］.Am J Respir Cell Mol Biol，2013.［Egub ahead of Print］

［12］Arribillaga L，Dotor J，Basagoiti M，et al.Therapeutic effect of a peptide inhibitor of TGF-β on pulmonary fibrosis［J］. Cytokine，2011，53(3):327-333.

［13］Bouros D，Tzouvelekis A.Interferon-gamma for the treatment of idiopathic pulmonary fibrosis［J］.Pneumon，2009，22(1):15-17.

［14］Kubiczkova L，Sedlarikova L，Hajek R，et al. TGF-β-an excellent servant but a bad master［J］. Journal of translational medicine，2012，10(1):1-24.

［15］Hasegawa M，Matsushita Y，Horikawa M，et al. A novel inhibitor of Smad-dependent transcriptional activation suppresses tissue fibrosis in mouse models of systemic sclerosis［J］.Arthritis ＆ Rheumatism，2009，60(11):3465-3475.

［16］Li Y，Song LW，Peng RY，et al.Effects of SB203580 and WP631 on Smad signal transduction pathway in lung fibroblasts after irradiation［J］.Chinese Journal of Cancer，2008，27(7):25-28.

［17］Zhang YE. Non-Smad pathways in TGF-β signaling［J］. Cell research，2008，19(1):128-139.

［18］Dockrell DH，Collini PJ，Marriott HM.Alveolar Macrophages［M］//Mucosal Immunology of Acute Bacterial Pneumonia. New York:Springer，2013:1-48.

［19］Karo-Atar D，Moshkovits I，Eickelberg O，et al.Paired Immunoglobulin-like receptor-B inhibits pulmonary fibrosis by suppressing profibrogenic properties of alveolar macrophages［J］. Am J Respir Cell Mol Biol，2013，48(4):456-464.

［20］Stein M，Keshav S，Harris N，et al. Interleukin 4 potently enhances murine macrophage mannose receptor activity:a marker of alternative immunologic macrophage activation［J］. The Journal of experimental medicine，1992，176(1):287-292.

［21］Gordon S，Martinez FO.Alternative activation of macrophages:mechanism and functions［J］.Immunity，2010，32(5):593-604.