肺纖維化形成中的關(guān)鍵細(xì)胞及分子研究進(jìn)展

陳 騁，張 旋，洪志鵬

(1.昆明醫(yī)科大學(xué) 藥學(xué)院 云南省天然藥物藥理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650500； 2.昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院泌尿外科, 云南 昆明 650032； 3.昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 胸外科，云南 昆明 650032)

肺纖維化(pulmonary fibrosis，PF)是多種原因引發(fā)的慢性間質(zhì)性肺疾病，患者5年生存率僅20%[1]。其主要病理學(xué)特點(diǎn)是早期彌漫性肺泡炎，后期則出現(xiàn)大量成纖維細(xì)胞增殖分化、細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)異常積聚并取代正常肺組織結(jié)構(gòu)[2-3]。目前，雖然已確認(rèn)多種細(xì)胞及分子參與了PF形成過(guò)程，但該類(lèi)疾病仍缺乏有效藥物治療。探尋PF形成中的關(guān)鍵細(xì)胞、分子及其作用，將有助于相應(yīng)藥物的研發(fā)。因此，現(xiàn)將參與PF形成的關(guān)鍵細(xì)胞及分子的研究現(xiàn)狀綜述如下， 為對(duì)應(yīng)藥物研發(fā)等研究提供參考。

1 肺纖維化發(fā)病機(jī)制概述

雖然，PF的發(fā)病機(jī)制仍未徹底明確，但大量研究表明，各種類(lèi)型PF發(fā)病過(guò)程中存在以下共同的重要病理機(jī)制：肺泡上皮細(xì)胞(alveolar epitnelial cells, AECs)損傷和凋亡，成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞增殖分化，膠原和其他ECM的過(guò)度沉積，以及后期肺組織異常修復(fù)等病變[4]。此外，多種致纖維化細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子和趨化因子在PF的發(fā)病機(jī)制中也作用巨大[5]。因此，這些細(xì)胞及分子已成為抗PF治療藥物干預(yù)的關(guān)鍵靶點(diǎn)。

2 肺纖維化形成中的關(guān)鍵細(xì)胞

2.1 肺泡上皮細(xì)胞及上皮-間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化

作為肺組織的結(jié)構(gòu)細(xì)胞，AECs能表達(dá)和釋放多種細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子、趨化因子和炎性反應(yīng)介質(zhì)，促進(jìn)成纖維細(xì)胞增生和膠原合成，還可通過(guò)上皮-間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transi-tion, EMT)分化為成纖維細(xì)胞，并在轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1 (transforming growth factor beta, TGF-β1)作用下轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞[6]。EMT是指上皮細(xì)胞失去其特有表型獲得新的表型，并轉(zhuǎn)化為間質(zhì)細(xì)胞(成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞)的過(guò)程。該過(guò)程中，作為上皮細(xì)胞標(biāo)志物的E-caherin表達(dá)下調(diào)，而間充質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscleactin，α-SMA)的表達(dá)上調(diào)。在PF形成過(guò)程中，約25%的成纖維細(xì)胞源于EMT作用AEC轉(zhuǎn)化[7]。此外，AECs凋亡作用也參與了PF的形成。AECs可受成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞的誘導(dǎo)而過(guò)表達(dá)TGF-β1，進(jìn)而激活Fas/FasL通路及caspase8，上調(diào)促凋亡基因表達(dá)，導(dǎo)致其發(fā)生凋亡或壞死。AECs凋亡過(guò)度可導(dǎo)致成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞增殖和肺組織異常修復(fù)，最終形成PF[8]。因此，AECs是肺損傷的主要靶細(xì)胞及PF過(guò)程的重要參與者，該細(xì)胞的凋亡和EMT的發(fā)生是PF形成的關(guān)鍵過(guò)程。

2.2 成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞

肺內(nèi)大量成纖維細(xì)胞增殖和肌成纖維細(xì)胞的出現(xiàn)是PF的重要特征之一。通常，PF形成時(shí)肺內(nèi)肌成纖維細(xì)胞主要源于：1)常駐肺內(nèi)的成纖維細(xì)胞發(fā)生增殖、分化； 2)AECs發(fā)生EMT轉(zhuǎn)化；3)骨髓衍生的循環(huán)纖維細(xì)胞(circulating fibrocytes, CFCs)[9]。肌成纖維細(xì)胞可以表達(dá)α-SMA和ECM(Ⅰ型和Ⅲ型膠原)，更是PF過(guò)程中Ⅰ型膠原蛋白來(lái)源的關(guān)鍵細(xì)胞[10-11]。成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞遷移、增殖、分化以及ECM的合成與分解作用受各種生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子和趨化因子的調(diào)控，特別是致纖維化細(xì)胞因子TGF-β 的誘導(dǎo)作用尤為重要。此外，肌成纖維細(xì)胞還可誘導(dǎo)AECs死亡， 導(dǎo)致肺泡上皮不可逆性損傷。因此，成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞是PF形成過(guò)程中肺組織損傷修復(fù)和再生的關(guān)鍵參與者，也是導(dǎo)致ECM過(guò)度沉積的重要細(xì)胞。

2.3 循環(huán)纖維細(xì)胞及其分化

CFCs是成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞擴(kuò)充的肺外潛在來(lái)源。研究發(fā)現(xiàn)，在PF的人和動(dòng)物肺內(nèi)CXCR4+循環(huán)纖維細(xì)胞數(shù)量和 CXCL12水平增加。CXCL12為AECs合成的CXCR4的特異性配體，CXCR4/CXCL12可促進(jìn)CFCs在肺組織聚集。在肺損傷時(shí)，CFCs遷移至肺內(nèi)并分化為肌成纖維細(xì)胞，產(chǎn)生ECM、α-SMA及多種致纖維化細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子和其他介質(zhì)，參與組織修復(fù)和再生[12]。因此，CFCs的遷移和分化是PF時(shí)肺內(nèi)肌成纖維細(xì)胞的另一個(gè)重要來(lái)源，在PF形成中發(fā)揮重要作用，故此成為抗PF藥物干預(yù)作用的靶細(xì)胞。

2.4 肺泡巨噬細(xì)胞

肺泡巨噬細(xì)胞(alveolar macrophage，AM)是肺內(nèi)常駐細(xì)胞，具有吞噬和抗原提呈功能、防御病原入侵，構(gòu)建肺內(nèi)天然免疫系統(tǒng)。同時(shí)，還能分泌多種補(bǔ)體、生長(zhǎng)因子、TNF、IL和活性氧等，參與調(diào)節(jié)和啟動(dòng)免疫炎性反應(yīng)。根據(jù)激活形式的不同，AM分為經(jīng)典激活的M1細(xì)胞和選擇性激活的M2細(xì)胞。M1巨噬細(xì)胞通過(guò)釋放促炎細(xì)胞因子IL-1β、TNF-α和趨化因子IL-8等參與炎性反應(yīng)的啟動(dòng)和進(jìn)展；而選擇性激活的M2巨噬細(xì)胞則通過(guò)釋放抗炎細(xì)胞因子IL-4、IL-10、IL-13和生長(zhǎng)因子TGF-β，參與炎性反應(yīng)消退和組織重構(gòu)[13-14]。如果M1和M2之間的平衡向M2傾斜，M2則可通過(guò)釋放促纖維化細(xì)胞因子，引起AM和成纖維細(xì)胞之間的惡性循環(huán)，進(jìn)而加速PF的形成[15]。因此，調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的激活狀態(tài)也成為抗PF藥物研究的一個(gè)重要方向。

3 肺纖維化形成中的關(guān)鍵分子

3.1 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1及其信號(hào)傳導(dǎo)通路

TGF-β1是一個(gè)多功能的細(xì)胞因子，是PF形成中關(guān)鍵的致纖維化細(xì)胞因子，參與PF的誘導(dǎo)和啟動(dòng)并制約PF的發(fā)展方向[16]。肺內(nèi)許多細(xì)胞均可產(chǎn)生TGF-β1，而AM是其主要來(lái)源細(xì)胞。TGF-β1可刺激成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞合成促炎和致纖維化細(xì)胞因子TNF-α、PDGF、IL-13和IL-1β，參與PF形成。TGF-β1也是ECM產(chǎn)生的最強(qiáng)誘導(dǎo)劑，能抑制基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)的活性，提高金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)的作用，減輕膠原和其他基質(zhì)蛋白的分解[17]。此外，TGF-β1還能夠誘導(dǎo)AECs發(fā)生EMT和促進(jìn)其凋亡，引發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)。TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)通路包括Smad依賴和非Smad依賴通路(ERK、p38MAPK和PI3K-Akt)，該信號(hào)傳導(dǎo)通路的激活是PF過(guò)程中一個(gè)關(guān)鍵步驟[17]。因此，TGF-β1及其信號(hào)傳導(dǎo)通路是抗PF藥物干預(yù)的靶點(diǎn)之一。

3.2 血小板源生長(zhǎng)因子

血小板源生長(zhǎng)因子(platelet-derived growth factor, PDGF)能刺激成纖維細(xì)胞產(chǎn)生膠原，調(diào)節(jié)ECM的合成和降解，參與PF形成[18]，主要來(lái)源于AM。PDGF對(duì)成纖維細(xì)胞具有強(qiáng)烈的致有絲分裂活性、趨化作用和誘導(dǎo)生長(zhǎng)因子分泌作用[19]。國(guó)外已將PDGF作為抗PF藥物作用的靶點(diǎn)，研制出能阻斷TGF-β和PDGF受體的PDGF受體拮抗劑(gleevec)，并已進(jìn)入Ⅲ期臨床試驗(yàn)[20]。

3.3 結(jié)締組織生長(zhǎng)因子

結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(connective tissue growth factor, CTGF)是成纖維細(xì)胞基質(zhì)產(chǎn)生和肌成纖維細(xì)胞分化的另一個(gè)強(qiáng)烈刺激因子，可誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖和分泌ECM，促進(jìn)PF形成[21]。PF形成時(shí)，增殖的Ⅱ型AECs和活化成纖維細(xì)胞表達(dá)CTGF增加，而IFN-γ能明顯降低PF患者CTGF的表達(dá)。TGF-β1作為CTGF致PF途徑的啟動(dòng)子，可通過(guò)Ⅰ型TGF-β受體 (TβRI)/激活素受體樣激酶5(ALK-5)依賴Smad2信號(hào)途徑上調(diào)CTGF mRNA表達(dá)[22]。CTGF拮抗劑(FG-3019)是一種直接拮抗CTGF的中和抗體，能減少膠原合成，在國(guó)外已被作為抗肺纖維化藥物的干預(yù)靶點(diǎn)，進(jìn)入了Ⅱ期臨床試驗(yàn)。

3.4 趨化因子

趨化因子為白細(xì)胞趨化劑，能夠促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和其他效應(yīng)細(xì)胞遷移到組織受損部位。巨噬細(xì)胞炎性反應(yīng)蛋白1α(MIP-1α)和單核細(xì)胞趨化蛋白1(MCP-1)屬CC-趨化因子，被認(rèn)為是重要的致PF趨化因子，能促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞在肺損傷部位聚集，參與PF形成[23]。干預(yù)趨化因子的活化與產(chǎn)生能夠減少成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞和CFCs在肺內(nèi)的聚集，抑制PF的形成[23-24]。因此，這些趨化因子可作為抗PF藥物作用的重要靶點(diǎn)。

4 問(wèn)題與展望

PF的形成是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，有多種細(xì)胞及分子的參與。其中，AECs可發(fā)生EMT分化為纖維細(xì)胞，AM激活并向M2分化可釋放促纖維化細(xì)胞因子，CFCs遷移分化、成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞產(chǎn)生ECM，以及TGF-β1、PDGF和CTGF等多種分子共同作用并促進(jìn)PF的發(fā)生發(fā)展。筆者研究也發(fā)現(xiàn)，通過(guò)下調(diào)TGF-β1、CTGF表達(dá)以及抑制EMT可能有助于減輕博萊霉素誘導(dǎo)的大鼠肺纖維化程度[25]。

然而，目前對(duì)于PF形成過(guò)程中以上各種關(guān)鍵性細(xì)胞及分子的具體作用機(jī)制、關(guān)鍵作用靶點(diǎn)以及如何有效拮抗其作用等研究仍不透徹。隨著更廣泛的運(yùn)用基因芯片、高通量測(cè)序和蛋白質(zhì)組學(xué)等技術(shù)，參與PF形成的新分子及相應(yīng)的信號(hào)通路將不斷被發(fā)現(xiàn)，相應(yīng)細(xì)胞與分子機(jī)制也將被探明。這些關(guān)鍵細(xì)胞及分子將可能成為潛在的治療靶點(diǎn)，為PF的藥物研發(fā)和基因治療提供新的思路。