BCG灌注誘導的細胞因子與膀胱纖維化的研究進展

況夏雨 綜述，李州利 審校

(山西醫(yī)科大學第二臨床醫(yī)學院，山西太原　030001)

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·綜述·

BCG灌注誘導的細胞因子與膀胱纖維化的研究進展

況夏雨 綜述，李州利 審校

(山西醫(yī)科大學第二臨床醫(yī)學院，山西太原030001)

膀胱纖維化是以過量細胞外基質在膀胱間質、肌層聚集進而導致膀胱收縮、舒張功能減退、破壞甚至喪失為特征的病理過程。膀胱內灌注BCG在治療膀胱癌的過程中，產生了大量的細胞因子，這些細胞因子通過協(xié)同或拮抗作用，通過促進膀胱細胞表型轉變、促進成纖維細胞增殖活化、促進細胞外基質分泌、影響膀胱組織的血管生成等方式影響膀胱纖維化的進程。本文綜述了近年來有關膀胱內灌注BCG產生的細胞因子與膀胱纖維化發(fā)病機制的研究進展。

BCG;纖維化;細胞因子;成纖維細胞;血管生成

卡介苗(bacillus calmette-guerin，BCG)是牛型結核桿菌在特殊的人工培養(yǎng)基上，經數年的傳代，喪失對人類的致病能力，但仍保持有足夠高的免疫原性的疫苗。1970年BCG首次被應用為抗腫瘤治療。在動物實驗中，BCG被證實對非肌層浸潤性膀胱癌有效，是治療膀胱癌最有效的免疫療法。BCG灌注治療的副反應較為常見：全身副作用包括發(fā)熱、全身不適、肝功能異常甚至其他器官的結核感染；局部副作用包括尿頻、尿急、尿痛、血尿，嚴重者造成膀胱攣縮[1-2]。

膀胱內灌注BCG可引起膀胱纖維化，并非為少見并發(fā)癥，因纖維化很容易被修復，很少造成嚴重后果而被忽略。膀胱內間斷性、低劑量灌注BCG即人工誘導膀胱炎反復發(fā)作，其結果是膀胱組織炎癥細胞浸潤，黏膜下層及肌層細胞外基質沉積，膠原纖維增生，引起膀胱纖維化。黎瑋等[3]的研究表明，10例患者行膀胱內灌注6周后，黏膜下層的纖維化均可被觀察到。若纖維化持續(xù)進展，膀胱體積會明顯縮小甚至攣縮，膀胱順應性降低，繼發(fā)膀胱反流、輸尿管擴張甚至腎積水。BCG灌注引起膀胱攣縮的發(fā)病率僅占0.5%～2%[4]，但其發(fā)病的危險程度隨灌注次數及劑量的增加而增加，與結核桿菌導致的纖維化及攣縮高發(fā)病率相比[5]，BCG引起的膀胱纖維化弱而短暫，造成的攣縮率低，這可歸結為BCG的毒性低、感染易控制、引起的變態(tài)反應弱、感染持續(xù)時間短等。研究表明，BCG不引起組織的破壞性反應，因而可除外因組織損傷修復引起的纖維化病理反應[6]。據此我們推測BCG及結核桿菌引起的膀胱纖維化至少有一部分是因為其所激活的免疫細胞及其分泌的細胞因子所致。本文重點闡明膀胱灌注BCG產生的細胞因子引起膀胱纖維化的可能機制。

1　BCG誘導的細胞因子

膀胱內灌注BCG時，會發(fā)生一系列的免疫反應，可分為如下三個階段：第一階段，黏附，即BCG通過Ag85與膀胱上皮細胞表面的纖維連接蛋白相互作用而黏附于細胞上；第二階段抗原提呈階段， BCG被抗原提呈細胞和膀胱上皮細胞識別并提呈給CD4+T細胞；第三階段：誘導抗原特異性免疫反應，如CD8+T細胞、γδT細胞、巨噬細胞、自然殺傷細胞大量增值并分泌大量的細胞因子，包括白細胞介素1β(interlerleukin-1 beta，IL-1β)、包括白細胞介素2(interlerleukin-2， IL-2)、白細胞介素3(IL-3)、白細胞介素4(IL-4)、白細胞介素6(IL-6)、白細胞介素10(IL-10)、白細胞介素17(IL-17)、轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF-α)、血小板源性生成因子(platelet derived growth factor，PDGF)、成纖維細胞生成因子(fibroblast growth factor，FGF)、干擾素(interferon，INF)、結締組織生成因子(connective tissue growth factor, CTGF)等[7-9]。細胞因子除了來源于免疫細胞，也常來源于膀胱逼尿肌細胞及黏膜層細胞。MARCIA[9]的研究表明， BCG灌注時膀胱黏膜可被誘導表達40種基因與細胞因子，而膀胱逼尿肌則被誘導產生高達92基因與細胞因子，這些誘導產生的基因、細胞因子與膀胱內灌注LPS、TNF-α相比具有明顯統(tǒng)計學差異。

上述免疫細胞及細胞因子在抗腫瘤過程中發(fā)揮重要作用。在這些細胞因子中，輔助型TH1細胞因子(IFN-γ、IL-2、IL-12)是抑制腫瘤細胞分裂和生長最重要的細胞因子，其中 IL-2可促進T細胞的增殖活化并促進NK細胞分泌細胞因子；IL-12可促進TH0和CTL的增殖，是調控免疫應答的重要因子；IFN-γ可提高人體HLA抗原的表達，促進免疫細胞分泌大量的細胞因子，并通過抑制血管生成等機制抑制腫瘤細胞生成。其他細胞因子如IL-4、IL-6、TNF-α、IL-17等也在抗腫瘤免疫中發(fā)揮重要作用。這些細胞因子在殺傷、限制膀胱腫瘤細胞的過程中發(fā)揮了重要作用。然而細胞因子對機體的影響是多方面的，這些細胞因子在一定濃度、活性范圍內時具備積極的生理功能，一旦失去平衡將會不可避免的對周圍的組織、細胞如成纖維細胞、間質細胞等產生作用，促進這些細胞的增殖活化，分泌細胞外基質，進而引起膀胱纖維化及攣縮?，F已發(fā)現BCG誘導的細胞因子中，有的可單獨引起纖維化，有的可協(xié)同或拮抗其他細胞因子起作用。

2　細胞因子與膀胱纖維化

2.1TGF-βTGF-β即轉化生長因子-β，其具有廣泛的生物學效應，在炎癥和纖維化過程中均發(fā)揮著關鍵作用。已證實TGF-β在很多膀胱疾病如糖尿病性膀胱疾病、膀胱出口梗阻、間質性膀胱炎及泌尿系腫瘤中起著重要作用[10]。

膀胱內灌注BCG時TGF-β的表達增加與膀胱纖維化關系密切。學者認為TGF-β主要來源于活化的中性粒細胞、巨噬細胞及成纖維細胞，其影響膀胱纖維化的作用主要表在如下方面。

首先，TGF-β可介導膀胱上皮細胞向間質細胞轉化。間質細胞根據其在膀胱中的位置可分為固有層間質細胞、肌層間質細胞、肌束間間質細胞及血管周圍間質細胞，這些細胞與膀胱功能密切相關并具有向成纖維細胞轉化的趨勢，在病理情況下，可引起膀胱纖維化[11]。TGF-β通過Smad2/3/4復合體將信號傳遞至細胞核，改變細胞基因的表達，通過減少膀胱上皮細胞表面分子標志如上皮-鈣黏素(E-cadherin)、細胞角蛋白5(cytokeratin5)、細胞角蛋白14(cytokeratin14)，增加間質細胞表面分子標志如神經-鈣粘素(N-cadherin)、α-平滑肌肌動蛋白(α smooth muscle actin，α-SMA)，促使上皮細胞向間質細胞轉化并增加膠原纖維等細胞外基質的分泌[12]。

第二，TGF-β可促進促纖維化因子CTGF、基質金屬蛋白酶2(matrix metalloproteinase-2，MMP-2)、基質金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)的表達[13-14]。CTGF具備很多生物學功能包括誘導細胞外基質的分泌及細胞的遷移和分化等，正常情況下很少表達，但在纖維化病變中表達急劇升高并能促進細胞外基質中MMP-2、MMP-9的產生。MMP-2、MMP-9具備降解基膜的功能，隨著基膜的降解，細胞外基質可發(fā)生遷移，在與CTGF/CCN2協(xié)同作用下，進一步促進上皮細胞向間質細胞的轉化，加快膀胱纖維化的進程[15]。

第三,TFG-β可以改變膀胱膠原纖維的表達。膠原纖維是細胞外基質的主要成分，膀胱壁的膠原纖維主要為Ⅰ和Ⅲ型膠原纖維，其中，Ⅲ型膠原纖維的含量是膀胱順應性的決定性因素，其含量增加將會導致膀胱壁彈性喪失和平滑肌功能減退。TFG-β通過Smad3途徑傳遞信號，增加Ⅰ和Ⅲ型膠原纖維的含量，促進膀胱纖維化[16]。除此之外，相關研究表明AP-1和miR-133在調控TGF-β的表達，促進上皮細胞向間質細胞轉化的過程中起重要作用[17-18]。

2.2bFGFbFGF即堿性成纖維細胞生長因子，被認為是成纖維細胞、內皮細胞、甚至某些上皮細胞有效的促分裂原，在膀胱生成、發(fā)育以及對損傷反應中有促進細胞增殖的作用，低氧、缺血、各種損傷、炎癥等可迅速提高bFGF基因的表達。研究表明bFGF參與很多膀胱纖維化疾病的進展，如膀胱出口梗阻、慢性膀胱炎、神經源性膀胱等。膀胱內灌注BCG時，膀胱黏膜下層及肌層大量淋巴細胞浸潤，并形成肉芽腫[19]，嚴重的炎癥反應迅速促進bFGF的合成并從巨噬細胞、平滑肌細胞等細胞中釋放出來，促進周圍成纖維細胞的增殖，增加平滑肌細胞間膠原纖維的沉積[20]。此外FGF-2/FGFR信號通路還能促進成纖維細胞向肌成纖維細胞轉化、增加細胞外基質的合成、降低上皮細胞表面標志如E-cadherin等功能[ 20-21]。

2.3TNF-αTNF-α主要由激活的巨噬細胞、NK細胞、T細胞產生和分泌的具有廣泛生物學活性的細胞因子。膀胱內灌注BCG時，TNF-α能增加巨噬細胞的吞噬功能，對許多免疫細胞有趨化和粘附作用，在防止感染擴散及殺滅腫瘤細胞起到很重要的作用。然而，過度的TNF-α表達在促纖維化中的作用也不容忽視，其參與膀胱內灌注BCG引起膀胱纖維化的可能機制如下：①誘導膀胱成纖維細胞的增值、分化，促進膠原的合成。Ⅰ型和Ⅲ型膠原纖維是膀胱纖維組織中最重要的膠原成分。TNF-α可促進成纖維細胞增殖，誘導纖維母細胞合成I型、Ⅲ型前膠原纖維[22]。②TNF-α可促進BCG灌注時膀胱的炎癥反應。TNF-α對巨噬細胞和中性粒細胞有較強的趨化作用，可促進免疫活性細胞產生大量炎癥細胞和炎癥介質，繼而增加成纖維細胞增殖，促進膀胱纖維化。

2.4細胞因子與血管生成血管生成是一個涉及多種細胞、多種分子的復雜過程,是促血管形成因子和抑制因子協(xié)調作用結果，正常情況下二者處于平衡狀態(tài)，一旦此平衡打破，血管生成將發(fā)生紊亂，導致器官的功能紊亂及纖維化。

抑制腫瘤血管生成是BCG灌注治療膀胱癌一個很重要的途徑[23]。研究表明，BCG灌注誘導的過程中產生的細胞因子對膀胱血管生成的影響是多方面的，如INF-γ、TNF-α、IP-10有明顯的抗血管生成作用，而VEGF和bFGF具有明顯促進血管生成的作用，但這些細胞因子的綜合作用是抑制膀胱血管生成[24]。在諸多具備血管活性的細胞因子中，VEGF是最重要的促進血管生成的細胞因子，在BCG治療膀胱癌的過程表達明顯上調，但相關研究表明，細胞因子的總體作用是抑制血管生成，提示其他細胞因子如INF-γ、TNF-α、IP-10等在拮抗VEGF的過程中發(fā)揮重要作用[25]。在這些細胞因子的綜合作用下，膀胱血管生成紊亂，導致膀胱局部缺血、缺氧，間質細胞增生，細胞外基質沉積而致纖維化。而最新研究發(fā)現，通過納米技術持續(xù)向膀胱內釋放VEGF促進膀胱血管生成，能夠明顯延緩甚至逆轉膀胱纖維化及膀胱攣縮的病程[26]，提示組織缺血缺氧是膀胱纖維化一個很重要的因素。

3　小結與展望

BCG所致的膀胱纖維化涉及多個細胞因子，是一個非常復雜的過程。事實上，上述研究存在很多局限性，細胞因子構成的細胞因子網絡及各種細胞因子的相互作用、相互影響遠非想象中的簡單；并且隨著灌注時間的推移，細胞因子的種類及數量也會發(fā)生變化，因而還有許多促纖維化機制需要進一步闡明。BCG感染是研究結核的經典模型，可作為膀胱結核研究的切入點，為臨床上預防及治療結核性膀胱纖維化及攣縮提供理論依據及實驗模型。上述的機制可部分解釋膀胱纖維化的原因，相信通過對BCG致纖維化的機制進一步研究，將為結核性膀胱纖維化及攣縮尋找有效的治療靶點提供新的途徑。

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(編輯王瑋)

2016-02-17

2016-03-09

李州利，主任醫(yī)師. E-mail：lizhouli@medmail.com

況夏雨(1992-)，男(漢族)，碩士研究生.研究方向：泌尿系腫瘤.E-mail：kxy0502@163.com

R737.14

ADOI：10.3969/j.issn.1009-8291.2016.10.020