李 進(jìn)綜述,秦光梅,廖 娟審校
(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)
依達(dá)拉奉在肺纖維化的應(yīng)用前景
李 進(jìn)綜述,秦光梅,廖 娟審校
(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; 氧化應(yīng)激; 依達(dá)拉奉; 綜述
肺纖維化(pulmonary fibrosis,PF)是一種以細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)取代正常肺組織為特征的慢性炎癥性間質(zhì)性肺疾病[1]。其組織病理學(xué)以肺泡上皮細(xì)胞(alveolar epithelial cells,AECs)完整性破壞、成纖維細(xì)胞(fibroblast,F(xiàn)B)激活及肌成纖維細(xì)胞(myofibroblast,MFB)增殖和大量ECM聚集為特征。PF按其病因可大致分為2種類型:病因不明者稱為特發(fā)性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF),病因已知者稱為繼發(fā)性肺纖維化。后者的常見病因包括粉塵、藥物、放射性損傷和彌漫性結(jié)締組織病[2]。對(duì)于繼發(fā)性肺纖維化,尚可針對(duì)其病因予以一定的防治。而IPF病因不明,發(fā)病機(jī)制極其復(fù)雜,是一種對(duì)人體健康危害極大的慢性致殘致死性疾病。Song等[3]對(duì)461例IPF患者做了回顧性調(diào)查,結(jié)果顯示,從最初被診斷為IPF之日起,患者的1、5年生存率分別為56.2%和18.4%,診斷后中位生存期約為3年。肺移植是目前唯一能夠延長(zhǎng)IPF患者生命的治療措施,但諸多因素限制了其在臨床上的廣泛應(yīng)用[4]。2011年IPF指南顯示,既往臨床上治療IPF的藥物(如N-乙酰半胱氨酸)等均為不推薦用藥,故目前暫無治療IPF的特效藥[5]。相關(guān)研究表明依達(dá)拉奉對(duì)PF有較好療效,主要通過抑制PF肺組織氧化應(yīng)激來實(shí)現(xiàn)的。本文就氧化應(yīng)激與PF的關(guān)系及依達(dá)拉奉在PF中的應(yīng)用研究作一綜述,為依達(dá)拉奉在PF的臨床應(yīng)用提供一定的參考依據(jù)。
氧化應(yīng)激(oxidative stress,OS)是指機(jī)體內(nèi)自由基和活性氧類(reactiveoxygenspecies,ROS)產(chǎn)生過多和(或)機(jī)體的抗氧化防御系統(tǒng)減弱,導(dǎo)致機(jī)體氧化/抗氧化失衡的一種狀態(tài)[6]。相對(duì)于其他組織,肺組織是持續(xù)性地暴露于高氧分壓的,這可能會(huì)加重ROS對(duì)肺組織的損傷[7]。在IPF患者的血漿和支氣管肺泡灌洗液中均發(fā)現(xiàn)過多的氧化劑和谷胱甘肽的減少,提示IPF患者的機(jī)體處于OS環(huán)境中[8]。當(dāng)發(fā)生OS時(shí),ROS極易與生物大分子物質(zhì)(如DNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì))發(fā)生氧化反應(yīng),損害細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能,最終導(dǎo)致PF等疾病的發(fā)生[6,9-10],如經(jīng)典的博來霉素致PF模型就是通過產(chǎn)生大量ROS損傷DNA鏈而建立的[7,11]。李愛敏等[12]對(duì)IPF患者的臨床-影像-生理評(píng)分與血清丙二醛、Ⅲ型前膠原、層粘連蛋白水平做了相關(guān)性分析,結(jié)果證實(shí)IPF患者的病情嚴(yán)重程度與OS密切相關(guān)。各種內(nèi)外刺激誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生的內(nèi)源性ROS可影響機(jī)體的氧化還原狀態(tài),進(jìn)而調(diào)節(jié)與細(xì)胞增殖、凋亡、遷移、分化等多種細(xì)胞功能相關(guān)的信號(hào)通路中各靶分子的活性,最終決定細(xì)胞的命運(yùn)[6,13-16],換句話說,ROS是貫穿機(jī)體生理和病理過程的命運(yùn)樞紐。研究表明,目前OS導(dǎo)致PF發(fā)生發(fā)展可能通過以下途徑。
1.1 促使肺FB/MFB增多
1.1.1 TGF-β信號(hào)通路 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)是目前已知的最為強(qiáng)大的促纖維化細(xì)胞因子。研究發(fā)現(xiàn),ROS可刺激潛在TGF-β生成TGF-β,而TGF-β又可刺激NADPH氧化酶4(NADPH oxidase 4,Nox4)生成ROS,形成一個(gè)由ROS啟動(dòng)的正反饋環(huán),使得TGF-β大量生成而致PF。研究表明,ROS調(diào)節(jié)的TGF-β主要是通過以下兩個(gè)方面來致PF的:一方面,ROS可激活Fas/FasL凋亡途徑來誘導(dǎo)AECs凋亡;另一方面,ROS可調(diào)控Smad、Ras/Raf/MAPK和PI3KAkt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑來促使AECs向肺FB轉(zhuǎn)化即EMT。一定量的外源性谷胱甘肽補(bǔ)充到機(jī)體內(nèi)可抑制TGF-β誘導(dǎo)的纖溶酶原激活物抑制劑-1(plasminogen activator inhibitor 1,PAI-1)的表達(dá),同時(shí)伴隨著纖溶酶活性的恢復(fù)和膠原蛋白的降解,提示抗氧化劑可抑制PF的發(fā)展[9]。
TGF-β被認(rèn)為是最為關(guān)鍵的致纖維化細(xì)胞因子,主要依賴Smads蛋白家族和絲裂原活化蛋白激酶(mito gen activated protein kinase,MAPK)兩條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑發(fā)揮促纖維化作用。TGF-β可通過Smads蛋白通路發(fā)揮作用,促進(jìn)FB表型向MFB表型轉(zhuǎn)化,從而參與ECM沉積并抑制其降解,促使PF的發(fā)生發(fā)展[17-18]。此外,TGF-β可調(diào)節(jié)MAPK磷酸化活性變化,通過MAPK信號(hào)通路調(diào)節(jié)肺FB表型向MFB表型轉(zhuǎn)化,產(chǎn)生大量細(xì)胞外基質(zhì)蛋白,最終導(dǎo)致PF發(fā)生[19-20]。TGF-β信號(hào)通路抑制劑在體內(nèi)和體外均被證實(shí)具有抗纖維化作用,F(xiàn)ujita等[21]發(fā)現(xiàn),多西環(huán)素可通過抑制TGF-β、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(connective tissue growth factor,CTGF)等細(xì)胞因子的作用來改善PF。
1.1.2 Nox4 Amara等[22]研究發(fā)現(xiàn),在 IPF患者的肺FB中Nox4的表達(dá)上調(diào),Nox4生成的ROS在調(diào)節(jié)肺FB表型向以表達(dá)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscleactin,α-SMA)和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白為特征的MFB表型轉(zhuǎn)化中起到關(guān)鍵作用,還可通過調(diào)節(jié)血小板源性生長(zhǎng)因子(platelet derived growth factor,PDGF)來趨化循環(huán)FB遷移至受損AECs。Nox4依賴的H2O2可通過激活TGFSmad2/3信號(hào)通路來促進(jìn)α-SMA和Ⅰ型前膠原蛋白的表達(dá)[22-23],闡釋了ROS在IPF肺組織ECM大量沉積中的分子機(jī)制。
1.1.3 Wnt/β-catenin信號(hào)通路 經(jīng)典Wnt/β-catenin信號(hào)通路是由WNT靶基因編碼的WNT1誘導(dǎo)信號(hào)蛋白-1(WISP1)在增殖的AECs中過度表達(dá)而促使PF發(fā)生。過氧化物可通過ROS敏感性核氧還蛋白來上調(diào)Wnt/βcatenin信號(hào)通路[24]。WISP1可誘導(dǎo)AT-Ⅱ發(fā)生EMT,并釋放促纖維化物質(zhì)如纖溶酶原激活抑制劑等,還可誘導(dǎo)FB向MFB轉(zhuǎn)化進(jìn)而產(chǎn)生大量ECM。通過靶向β-catenin的siRNA阻斷Wnt/β-catenin信號(hào)通路可下調(diào)MMP-2和TGF-β的表達(dá),進(jìn)而改善博來霉素所致的PF,提示阻斷Wnt/β-catenin信號(hào)通路有可能成為PF的可行性治療方案[25]。
1.2 導(dǎo)致肺組織中ECM調(diào)節(jié)酶失調(diào) ROS可調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)和基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制因子的活性,這在維持ECM穩(wěn)態(tài)中起到關(guān)鍵作用[10]。ROS很可能是通過氧化還原敏感的MAPK途徑和NF-κB途徑來上調(diào)PAI-1基因表達(dá),從而抑制PF患者肺組織纖溶酶活性,導(dǎo)致細(xì)胞外膠原蛋白降解不及時(shí)而出現(xiàn)大量ECM沉積,最終引起PF發(fā)生。這在一定程度上解釋了為什么在PF過程中MMPs升高仍會(huì)造成ECM沉積的病理特征[26]。Rac1定位于石棉肺肺泡巨噬細(xì)胞的線粒體中,具有增加線粒體H2O2生成的作用,導(dǎo)致OS發(fā)生,繼而促進(jìn)PF的發(fā)生發(fā)展[27]。Rac1介導(dǎo)的H2O2生成可下調(diào)MMP-9的基因轉(zhuǎn)錄,而條件性缺失Rac1小鼠可免于石棉誘導(dǎo)的PF且MMP-9的基因轉(zhuǎn)錄水平是上升的,這預(yù)示著Rac1有望成為控制PF發(fā)生發(fā)展的重要靶點(diǎn)[28]。
1.3 致細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)失衡 ROS的過??捎赡[瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白介素(interleukin,IL)等導(dǎo)致NADPH損耗而導(dǎo)致OS發(fā)生[29]。ROS可通過影響蛋白酪氨酸激酶受體和蛋白酪氨酸磷酸酶受體來調(diào)節(jié)相關(guān)信號(hào)通路以促進(jìn)TGF-β、PDGF、CTGF、TNF、IL等表達(dá),產(chǎn)生瀑布效應(yīng),加劇細(xì)胞損傷凋亡,最終導(dǎo)致PF發(fā)生發(fā)展[10,30]。
TNF-α主要是由巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞合成和分泌的強(qiáng)力促炎細(xì)胞因子和促纖維化細(xì)胞因子,AECs受損時(shí)也會(huì)釋放出TNF-α,后者可與其膜受體結(jié)合而激活細(xì)胞內(nèi)的NF-κB和MAPK途徑以調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄,產(chǎn)生TGF-β、IL-1和IL-6等多種細(xì)胞因子而致PF[31-32]。TNF-α在博來霉素所致的PF中具有雙重作用,其既可促進(jìn)PF進(jìn)展,又可抑制PF進(jìn)展[33]。Cosgrove等[34]研究發(fā)現(xiàn),TNF-α可減輕肺組織炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)并改善博來霉素所致的PF,其可能的機(jī)制是TNF-α介導(dǎo)的炎性反應(yīng)過程誘導(dǎo)了FB/MFB的凋亡。
IL-17A是由Th17細(xì)胞在內(nèi)的多種細(xì)胞分泌的一種促炎細(xì)胞因子,可參與機(jī)體的各種免疫反應(yīng),主要通過TGF-β的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用來參與PF的發(fā)生發(fā)展。研究表明,阻斷IL-17A的活性可抑制博來霉素或二氧化硅(SiO2)所致的PF,其中的機(jī)制是阻斷IL-17A可促進(jìn)炎性反應(yīng)的轉(zhuǎn)歸和激活自噬活性,從而抑制PF的發(fā)生發(fā)展。IL-17A通過調(diào)節(jié)PI3K(Ⅰ型)-GSK3β-Bcl-2信號(hào)通路中各靶分子的活性來抑制Bcl-2的降解并抑制自噬活性,從而加劇PF的進(jìn)展[35-36]。
1.4 其他 ROS可上調(diào)人類白細(xì)胞DR抗原和共刺激分子(CD40、CD86)繼而導(dǎo)致Th1型免疫應(yīng)答向Th2型免疫應(yīng)答漂移,該應(yīng)答漂移是通過受損AECs釋放促纖維化細(xì)胞因子而致PF發(fā)生發(fā)展的[10,37]。T細(xì)胞亞群(即CD4+CD25+FOXP3+Tregs)的受抑制為Th2免疫應(yīng)答占優(yōu)勢(shì)提供了合理解釋。這些細(xì)胞是參與免疫赦免和防止自身免疫所必需的,其中支氣管肺泡灌洗液中Tregs的功能紊亂與PF的嚴(yán)重程度密切相關(guān)[38-39]。Tregs與Th1型和Th2型免疫應(yīng)答同時(shí)受抑制有關(guān),Tregs的功能紊亂可能促進(jìn)了Th1型應(yīng)答向Th2型應(yīng)答發(fā)生漂移,該漂移是PF機(jī)體的特點(diǎn)[37]。此外,ROS還可通過線粒體和P53介導(dǎo)的凋亡途徑來誘導(dǎo)AECs凋亡而致PF發(fā)生發(fā)展[40]。
依達(dá)拉奉于2001年在日本首次批準(zhǔn)上市,是目前公認(rèn)的高效自由基清除劑,臨床上主要用于缺血性腦卒中患者的治療。依達(dá)拉奉,通??s寫為MCI-186,其化學(xué)名稱為3-甲基-1-苯基-2-吡唑啉-5-酮,有3種互變異構(gòu)體(即酮式、氨式、烯醇式)和一種陰離子形式,該陰離子形式僅由依達(dá)拉奉的互變異構(gòu)體烯醇式轉(zhuǎn)化而來[41]。依達(dá)拉奉pKa為7.0,在人體生理pH下以將近50%的陰離子形式存在,其陰離子形式具有最強(qiáng)的自由基清除活性。依達(dá)拉奉是兼水溶性抗氧化能力和脂溶性抗氧化能力為一體的抗氧化劑,其在體內(nèi)代謝主要轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的氧化產(chǎn)物(即2-氧-3苯腙丁酸)。依達(dá)拉奉以其陰離子形式存在于生理pH下,其可通過失去1個(gè)電子給自由基以消除自由基含有未配對(duì)電子的特性而實(shí)現(xiàn)清除自由基的目的。基于依達(dá)拉奉具有脂溶性的理化性質(zhì),故易透過人體血腦屏障以有效的藥物濃度進(jìn)入腦組織。依達(dá)拉奉是通過清除腦組織中自由基和(或)ROS,抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng),從而抑制神經(jīng)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞的氧化損傷,以升高N-乙酰門冬氨酸達(dá)到腦保護(hù)作用的。隨著對(duì)依達(dá)拉奉不懈地深入研究,發(fā)現(xiàn)依達(dá)拉奉對(duì)其他有OS參與的疾?。ㄈ鏟F)也有治療效果。
除了治療缺血性腦卒中外,依達(dá)拉奉在PF[42-46]、器官缺血/再灌注損傷(如急性心肌梗死)[47]、系統(tǒng)性硬化[44]、肝硬化[48]、帕金森病[49]等多種疾病中也顯現(xiàn)出治療效果。殷娜等[42]研究發(fā)現(xiàn),依達(dá)拉奉可能是通過抑制肺組織OS、抑制促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生和釋放,減輕AECs的損傷及異常修復(fù),繼而阻止脂多糖所致PF的進(jìn)展。Zhi等[43]研究發(fā)現(xiàn),依達(dá)拉奉是通過抑制肺組織OS、下調(diào)TGF-β1水平、減輕肺間質(zhì)水腫及炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)來阻止百草枯所致PF進(jìn)展的。Yoshizaki等[44]研究表明,依達(dá)拉奉是通過抑制OS所致的促纖維化細(xì)胞因子上調(diào)、膠原蛋白合成增多以及炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)來阻止博來霉素所致的PF進(jìn)展的。Tajima等[45]研究表明依達(dá)拉奉是通過抑制脂質(zhì)過氧化和上調(diào)COX-PG途徑增加前列腺素E2來消除IL等炎癥介質(zhì)以改善博來霉素致小鼠的PF。尹慶和[46]對(duì) 85例 IPF患者采用隨機(jī)分組法,分為對(duì)照組(常規(guī)潑尼松處理)42例和治療組(在對(duì)照組基礎(chǔ)上加用依達(dá)拉奉處理)43例,經(jīng)過6周的干預(yù)處理,兩組均有顯著的療效,治療組的血氧分壓及一氧化碳彌散量升高程度、血清TGF-β1下降程度和臨床總有效率均高于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),兩組患者的不良反應(yīng)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),由此肯定了依達(dá)拉奉治療IPF的確切療效及安全性,印證了依達(dá)拉奉通過清除肺組織中自由基/ROS、下調(diào)TGF-β1水平來改善PF的機(jī)制。Fujita等[11]用依達(dá)拉奉干預(yù)博來霉素所致的PF小鼠,發(fā)現(xiàn)其在干預(yù)開始的7 d有減輕PF的作用,而10 d后卻加重PF程度,其可能的機(jī)制是依達(dá)拉奉阻斷了MFB的凋亡,繼而導(dǎo)致了ECM合成增加和膠原沉積,該研究顯示依達(dá)拉奉在對(duì)博來霉素所致的PF小鼠中的作用可能是雙向的。
PF是一類以ECM取代正常肺組織為特征的慢性炎癥性間質(zhì)性肺疾病。氧化應(yīng)激主要通過促使肺FB/MFB增多、導(dǎo)致肺組織中ECM調(diào)節(jié)酶失調(diào)、致細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)失衡來促進(jìn)PF發(fā)生發(fā)展的。依達(dá)拉奉主要通過抑制PF肺組織氧化應(yīng)激來實(shí)現(xiàn)改善PF的。如今依達(dá)拉奉在臨床上主要用于治療缺血性腦卒中患者,而在其他方面的達(dá)成共識(shí)的臨床應(yīng)用甚少。但因其清除自由基/ROS和抑制脂質(zhì)過氧化的抗氧化作用已得到肯定和證實(shí),各種基礎(chǔ)的和臨床的實(shí)驗(yàn)研究也顯示,依達(dá)拉奉對(duì)其他多種器官或組織損傷具有不可忽視的保護(hù)作用,暗示依達(dá)拉奉的臨床應(yīng)用不僅僅局限于治療缺血性腦卒中,也可治療各種與OS密切相關(guān)的疾病如PF。人類對(duì)提高生活質(zhì)量和延長(zhǎng)壽命的渴望始終推動(dòng)著人類不斷地去探索去發(fā)現(xiàn),加之PF對(duì)人體危害極大,故對(duì)PF的有效治療刻不容緩。諸多研究表明,依達(dá)拉奉對(duì)PF顯現(xiàn)出良好的治療效果及安全性,但也有研究認(rèn)為依達(dá)拉奉在PF中的作用是雙向的,故依達(dá)拉奉治療PF的臨床療效也有待進(jìn)一步的臨床試驗(yàn)去考證。隨著人類對(duì)依達(dá)拉奉堅(jiān)持不懈地深入研究,依達(dá)拉奉在臨床上可能會(huì)有更為廣闊的應(yīng)用前景。
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A
1009-5519(2015)20-3099-04
2015-05-27)
李進(jìn)(1987-),男,四川鄰水人,在讀碩士研究生,主要從事肺纖維化的基礎(chǔ)與臨床研究;E-mail:454853814@qq.com。