肥大細(xì)胞在肺纖維化中的作用

盧 慧，郭胤仕

作者單位:200127上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院過敏 (變態(tài)反應(yīng))科

肺纖維化 (pulmonary fibrosis，PF)是一組進(jìn)行性纖維化性間質(zhì)性肺疾病的共同終末期表現(xiàn)，以特發(fā)性肺纖維化 (idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)最為常見。IPF是一類病因不明的、呈慢性進(jìn)行性纖維化改變的間質(zhì)性肺疾病，病變通常局限在肺部，好發(fā)于中老年男性，主要表現(xiàn)為進(jìn)行性加重的呼吸困難，伴限制性通氣功能障礙和氣體交換障礙，導(dǎo)致低氧血癥，甚至呼吸衰竭，預(yù)后差。PF患者的肺組織學(xué)和胸部高分辨率CT影像多表現(xiàn)為普通型間質(zhì)性肺炎 (usual interstitial pneumonia，UIP)［1］，其病理特征主要為肺間質(zhì)組織中細(xì)胞外基質(zhì) (extracellular matrix，ECM)和膠原蛋白進(jìn)行性聚積而逐步取代正常的肺間質(zhì)組織，導(dǎo)致肺間質(zhì)重塑，患者肺功能進(jìn)行性下降，最終因呼吸衰竭而死亡［2］。

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，肥大細(xì)胞在肺纖維化的發(fā)生及發(fā)展過程中發(fā)揮著非常重要的作用，現(xiàn)將肥大細(xì)胞在肺纖維化過程中的作用綜述如下。

1 肥大細(xì)胞的分類及主要功能

肥大細(xì)胞起源于骨髓表達(dá) CD34、C-kit和CD13抗原的多能祖細(xì)胞，在骨髓中進(jìn)行擴(kuò)增、成熟和歸巢。肥大細(xì)胞的成熟和分化受多種細(xì)胞因子的影響，包括神經(jīng)生長因子 (nerve growth factor，NGF)和集落刺激因子 (colony stimulating factor，SCF)等。成熟后的肥大細(xì)胞經(jīng)血液循環(huán)運(yùn)輸至全身，并沿血管分布，主要定植于人的皮膚、淋巴組織、子宮、乳腺、膀胱以及呼吸道系統(tǒng)和消化系統(tǒng)。肥大細(xì)胞膜與血管上皮細(xì)胞基底膜相互連接，共同構(gòu)成血管周邊微環(huán)境［3-4］。

肥大細(xì)胞主要分為T亞型 (mast cells type T，MCTs)和TC亞型 (mast cells type TC，MCTCs)兩大類。MCTs僅含有類胰蛋白酶，分泌白細(xì)胞介素 (interleukin，IL)-4和、IL-5，主要分布在黏膜組織中，是肺部主要的肥大細(xì)胞類型。肺部的MCTs分布于肺泡、氣道上皮和黏膜下。MCTCs含有類胰蛋白酶和類糜蛋白酶，只分泌IL-4，不分泌IL-5。MCTCs主要分布在結(jié)締組織中，肺部亦有分布，且集中在固有膜和黏膜下的上皮組織中［4］。

目前已知的肥大細(xì)胞的主要功能有招募、激活、分泌炎癥因子，調(diào)節(jié)血管通透性、平滑肌細(xì)胞的收縮及成纖維細(xì)胞的生長［5］?；罨姆蚀蠹?xì)胞分泌的活性物質(zhì)主要分為以下幾類: (1)酶類:主要有類胰蛋白酶 (tryptase)、類糜蛋白酶 (chymase)、肥大細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶 (matrix metalloproteinases，MMP)、羧肽酶 (carboxypeptidase);(2)細(xì)胞因子:主要有轉(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)、IL-4、IL-5、IL-6、IL-8、堿性成纖維細(xì)胞生長因子 (basic fibroblast growth factor，bFGF)、粒細(xì)胞-單核細(xì)胞集落刺激因子 (granulocyte-monocyte colonystimulating factor，GM-CSF)等;(3)血管活性胺:組胺、5-羥色胺;(4)蛋白聚糖:肝素、硫化軟骨素;(5)脂類:白三烯，包括白三烯B4(leukotriene B4，LTB4)、前列腺素2［5］。同時(shí)，肥大細(xì)胞的活化及功能亦受 IgE、CSF及其受體 c-kit(Thomas Hügle)、先天免疫受體等的調(diào)節(jié)，其中先天免疫受體主要包括Fc受體、Toll樣受體、TNF受體、核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域蛋白 (nucleotide binding oligomerization domain，NOD) 樣受體等［6］。

2 肥大細(xì)胞在組織、器官纖維化中的重要作用

除了在超敏反應(yīng)中扮演重要角色外，肥大細(xì)胞在組織及器官纖維化中的重要作用也逐漸為人們所認(rèn)識。肥大細(xì)胞主要通過分泌以下多種細(xì)胞因子和生物活性物質(zhì)來誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞的增殖、遷徙和、收縮，并以合成分泌膠原蛋白等方式參與組織、器官的纖維化進(jìn)程［7］。

2.1 類糜蛋白酶

活化的肥大細(xì)胞所分泌的類糜蛋白酶是一種重要的纖維促進(jìn)因子。繼發(fā)性下肢淋巴水腫常伴皮膚增厚、色素沉積和組織纖維化，增厚的真皮層中有大量的肥大細(xì)胞的異常聚集，特別是在血管和擴(kuò)張的淋巴管附近，這些病理組織中類糜蛋白酶和類胰蛋白酶表達(dá)均明顯增高［8］。在自身免疫性肝炎中，類糜蛋白酶、α-平滑肌肌動蛋白 (α-smooth muscle actin，α-SMA)和TGF-β1表達(dá)增加，且肝纖維化程度與類糜蛋白酶的表達(dá)量有關(guān)［9］。類糜蛋白酶在腎間質(zhì)細(xì)胞中的異常增高激活TGF-β和血管緊張素Ⅱ的信號通路，進(jìn)而參與纖維化過程。在瘢痕組織中，類糜蛋白酶通過激活TGF-β1而促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增殖和ECM的分泌［8］。在來源于瘢痕疙瘩組織的成纖維細(xì)胞中，類糜蛋白酶通過增加血管緊張素Ⅱ、膠原蛋白Ⅰ、IL-1β的表達(dá)而誘發(fā)纖維化。使用類糜蛋白酶抑制劑可降低這些信號分子的表達(dá)［10］。

2.2 類胰蛋白酶

類胰蛋白酶是肥大細(xì)胞分泌的一種蛋白酶，為肥大細(xì)胞所特有，在其他類型的細(xì)胞中未有發(fā)現(xiàn)?；罨姆蚀蠹?xì)胞脫顆粒后類胰蛋白酶被釋放到細(xì)胞基質(zhì)中，刺激成纖維細(xì)胞的增殖和膠原蛋白的合成。在許多與纖維化有關(guān)的病灶組織中均可檢測到合成類胰蛋白酶的肥大細(xì)胞異常增殖，如慢性頜下腺炎、纖維性丘疹、口腔纖維瘤［11］、瘢痕形成［12］、藥物誘導(dǎo)的牙齦增生［13］等。類胰蛋白酶可與多種調(diào)節(jié)因子相互作用，從而誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖，如激活蛋白酶激活受體2(protease activation receptor，PAR-2)、誘導(dǎo)靜止期成纖維細(xì)胞DNA合成、促進(jìn)膠原蛋白α-1合成［11］。

2.3 TGF-β

TGF-β是纖維化進(jìn)程中的一個(gè)重要的調(diào)節(jié)因子，肥大細(xì)胞也是病灶組織中TGF-β的重要來源之一。TGF-β有3個(gè)亞型，人體細(xì)胞中以TGF-β1含量最高［14］。TGF-β1是血管緊張素Ⅱ的重要下游信號分子，可通過共同通路 (canonical pathway)、非共同通路 (noncanonical pathway)和非Smad通路 (non-Smad pathway)誘導(dǎo)各種與纖維化相關(guān)的生物學(xué)效應(yīng):激活前纖維化細(xì)胞因子、上調(diào)膠原蛋白表達(dá)、促進(jìn)肌纖維母細(xì)胞和ECM合成。這三個(gè)途徑涉及的信號通路和信號分子主要有:Smad 2/3/4、 PI3k/PAK2/Abl、 Akt/mTOR1、 ERK/MAPK通路、P38/MAPK 通路、Rho/ROCK/mDia1等［15］。在淋巴水腫［16］、硬皮?。?7］、系統(tǒng)性硬化癥 (systemic sclerosis，SSc)［18］、瘢痕疙瘩［19］等肥大細(xì)胞參與的纖維化病變的病灶中均可發(fā)現(xiàn)TGF-β表達(dá)的上調(diào)。在霍奇金淋巴瘤患者淋巴結(jié)組織中還可檢測到異常增殖的TGF-β表達(dá)陽性的肥大細(xì)胞［20］。

2.4 IL-4

系統(tǒng)性硬化癥 (systemic sclerosis，SSc)患者皮膚中肥大細(xì)胞數(shù)量增多，肥大細(xì)胞多與IL-4表達(dá)陽性細(xì)胞伴隨分布。增加的肥大細(xì)胞被激活后分泌大量的功能蛋白質(zhì)，參與皮膚的纖維化過程，組胺分泌增加 (至少是在病程早期)。同時(shí)，肥大細(xì)胞囊泡里合成大量TGF-β，并被轉(zhuǎn)移至鄰近的成纖維細(xì)胞，將其激活后使膠原蛋白的合成增加，在肥大細(xì)胞顆粒中貯存的IL-4和GM-CSF參與下，外周血來源的單核細(xì)胞被激活，后者促進(jìn)肌纖維母細(xì)胞的聚積和內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，加速纖維化進(jìn)程。GM-CSF還誘導(dǎo)膠原蛋白和α-SMA表達(dá)，而在內(nèi)皮素-1的協(xié)同作用下，GM-CSF誘導(dǎo)膠原蛋白表達(dá)的效率最高，可以提高30倍［6］。

2.5 IL-13

骨髓纖維化患者骨髓中的肥大細(xì)胞數(shù)量顯著增多，且與骨髓纖維化程度呈正相關(guān)。這些異常增加的肥大細(xì)胞分泌TGF-β和IL-13，進(jìn)而參與纖維化進(jìn)程。它們通過旁分泌刺激成纖維細(xì)胞的增殖和纖維化，其中IL-13主要通過三個(gè)途徑促進(jìn)纖維化:(1)直接激活成纖維細(xì)胞，誘導(dǎo)纖維化;(2)上調(diào)巨噬細(xì)胞中精氨酸酶活性，促進(jìn)L-鳥氨酸的合成，促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖和纖維; (3)可能參與IgG4相關(guān)的纖維化［7］。在霍奇金淋巴瘤患者淋巴結(jié)組織中也觀察到類似的現(xiàn)象［20］。

3 基于患者的肥大細(xì)胞與肺纖維化關(guān)系的研究

在肺纖維化的發(fā)生和發(fā)展過程中，肥大細(xì)胞發(fā)揮著非常重要的作用，主要表現(xiàn)為肺組織切片中肥大細(xì)胞數(shù)量增加且活性增強(qiáng)，激活的肥大細(xì)胞分泌多種調(diào)節(jié)因子，參與整個(gè)疾病的病理過程。有研究顯示，在多種肺纖維化疾病的患者肺組織病理切片中均可觀察到肥大細(xì)胞數(shù)量的增加，如隱匿性機(jī)化性肺炎、矽肺等［21］。在IPF患者的肺組織中，間質(zhì)肥大細(xì)胞的數(shù)量是未纖維化肺病患者的10倍［22］。活化的肥大細(xì)胞主要分布于血管和支氣管周圍，尤其多見于纖維化位點(diǎn)和Ⅱ型肺泡細(xì)胞附近［5］，其中以 MCTCs的增加尤為明顯［23］。研究發(fā)現(xiàn)肥大細(xì)胞的總數(shù)在胸膜下、小氣道中不變，在肺血管中周圍不變或減少［22-23］。肺纖維化程度與肺組織內(nèi)肥大細(xì)胞的數(shù)量呈正相關(guān)［22］，同時(shí)肺功能損傷也隨之加劇。肥大細(xì)胞數(shù)量較多的IPF患者用力肺活量 (forced vital capacity，F(xiàn)VC)的下降速率高于肥大細(xì)胞數(shù)量較少的患者［5，21］。

纖維化過程可使肺組織中的肥大細(xì)胞活化，分泌產(chǎn)物隨之增加。在間質(zhì)性肺疾病 (包括IPF)患者的與小氣道相連的結(jié)締組織中，c-kit+的活化肥大細(xì)胞所分泌的產(chǎn)物的表達(dá)量均增加，如類胰蛋白酶、類糜蛋白酶和MMP［22］。IPF患者肺組織中肥大細(xì)胞所合成的TGF-β含量增多，MCTCs密度和百分率與纖維化程度之間呈正相關(guān)。MCTCs的密度和TGF-β表達(dá)量與IPF患者肺功能間均呈負(fù)相關(guān)［23］。另有研究發(fā)現(xiàn)，IPF患者肺組織和肺泡灌洗液中肥大細(xì)胞分泌的類糜蛋白酶表達(dá)水平上調(diào)，而組氨酸分泌的增加、腎素-血管緊張素系統(tǒng)的激活均可刺激纖維母細(xì)胞，使膠原蛋白的分泌量增加［24］。

將來源于IPF患者的肺肥大細(xì)胞與肺成纖維細(xì)胞 (human lung fibroblasts，HLFs)共培養(yǎng)后可激活肥大細(xì)胞，導(dǎo)致類胰蛋白酶和Ⅰ型膠原的分泌量增加，同時(shí)HLFs的增殖速度加快，可能與PAR-2/PKC-α/Raf-1/p44/42通路激活有關(guān)。與IPF成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)可提高肥大細(xì)胞的存活率和增殖力，這種細(xì)胞間的相互作用與c-kit/SCF信號通路有關(guān)［5］。

4 基于肺纖維化動物模型的研究

博來霉素 (bleomycin，BLM)誘導(dǎo)模型是目前最常見的肺纖維化動物模型，可用于制做大鼠、小鼠和倉鼠的肺纖維化模型。PF大鼠的研究發(fā)現(xiàn)滲透入肺組織中的肥大細(xì)胞數(shù)量增加，主要定植于血管、支氣管及肺泡組織纖維化病變周圍。肥大細(xì)胞通過分泌組胺和肥大細(xì)胞特異蛋白酶等促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖和肺泡纖維化［25-26］。

對BLM誘導(dǎo)的小鼠PF模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，與其同系對照小鼠相比，肥大細(xì)胞基因缺陷小鼠［mast-cell-deficient WBB6F1-W/W(v)，MCD mice］對PF有保護(hù)作用，向MCD小鼠肺部移植肥大細(xì)胞可逆轉(zhuǎn)這一作用。肥大細(xì)胞分泌的組胺和腎素通過血管緊張素Ⅱ參與纖維化進(jìn)程，人和大鼠的成纖維母細(xì)胞表達(dá)組胺H1受體和血管緊張素Ⅱ受體AT1，當(dāng)它們被激活時(shí)TGF-β的表達(dá)及膠原蛋白的合成和分泌量均上調(diào)［27］。

抗脂肪酸氧化的柑桔甙可抑制肥大細(xì)胞遷移至肺組織，從而延緩肺纖維化進(jìn)程。二烯丙基硫醚(diallylsulfide，DAS)是一種從大蒜提取的有機(jī)硫化合物，對BLM誘導(dǎo)的PF有保護(hù)作用，其主要機(jī)制是通過抑制活性氧復(fù)合物誘導(dǎo)的肥大細(xì)胞增殖及激活，阻斷G蛋白偶聯(lián)受體 (protein-coupled receptors，PAR)-2超家族成員信號，減少ECM和膠原蛋白合成，抑制肺泡上皮細(xì)胞凋亡［25，28］。

類糜蛋白酶抑制劑可降低肺纖維化倉鼠的肺組織纖維化評分，減少肺內(nèi)肥大細(xì)胞數(shù)量并抑制其活性，細(xì)胞中類糜蛋白酶表達(dá)降低，繼而降低TGF-β、MMP-2、膠原蛋白的表達(dá)，減少內(nèi)皮素-1介導(dǎo)的肺動脈血管收縮，使右心室重塑和增生減少，肺血管和肺纖維化減少，有效地緩解肺動脈高壓和肺纖維化［29］。肥大細(xì)胞特異的類糜蛋白酶4(MCs and MC protease，MCPT4)是一種與人MCPT基因同源性最高的小鼠 MCPT基因，對MCPT4基因缺陷小鼠KitW-sh/W-sh進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)MCPT4參與BLM注射所致的肺早期炎癥損傷，但野生型和基因缺陷型小鼠最終纖維化程度相當(dāng)。研究提示，類糜蛋白酶不是唯一的誘導(dǎo)PF病程進(jìn)展信號分子，單獨(dú)使用類糜蛋白酶抑制劑治療PF可能效果不理想［26］。

5 結(jié)論與展望

綜上所述，PF是一類異質(zhì)性的肺部病變，肥大細(xì)胞在某些類型的PF中扮演著重要的角色。深入研究不同類型PF中肥大細(xì)胞的作用有助于加深對PF病因和病理發(fā)展過程的認(rèn)識，促進(jìn)PF診療技術(shù)的發(fā)展。