巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子在慢性阻塞性肺疾病發(fā)病中的作用及機(jī)制研究進(jìn)展

田王斌 金發(fā)光 顧 興 張?zhí)鹛?王惠琴

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是以持續(xù)的呼吸道癥狀和氣流受限為特征的一種氣道疾病，鐘南山院士指出，在中國(guó)主要致死病因中COPD排第三位(17.6%)，僅次為腫瘤和腦血管疾病(19.3%和19.1%)[1-2]，由此可見(jiàn)COPD 嚴(yán)重危害我國(guó)公眾健康。COPD可防可控，了解其發(fā)病機(jī)制對(duì)于防治至關(guān)重要。目前COPD 的發(fā)病機(jī)制尚不明確，炎性反應(yīng)機(jī)制被學(xué)術(shù)界公認(rèn)是主要致病因素[3]。自從1966年Bloom和Bennett等研究遲發(fā)性超敏反應(yīng)時(shí)首先發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子(macrophage migration inhibitory factor, MIF)以來(lái)，MIF逐步成為研究的熱點(diǎn)，目前已經(jīng)對(duì)MIF的來(lái)源、結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能等基礎(chǔ)研究有了較深一步的認(rèn)識(shí)，同時(shí)研究者在臨床研究層面，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)MIF與支氣管哮喘、急性肺損傷(acute lung injury, ALI)/急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratorydistress syndrome, ARDS)、COPD、矽肺、肺間質(zhì)纖維化等多種肺部疾病有關(guān)，本文就MIF在COPD發(fā)病機(jī)制中的作用作一概述。

一、COPD的炎癥網(wǎng)絡(luò)

2018年GOLD倡議中指出[4]，COPD具體發(fā)病機(jī)制仍不清楚，但國(guó)內(nèi)外研究均報(bào)道氣道炎癥在COPD發(fā)病機(jī)制中起著重要作用。COPD炎癥反應(yīng)是由巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞等參與并釋放多種炎癥因子(腫瘤壞死因子、IL-6、IL-8、GM-CSF及MMP-2、CD4+等)所形成的復(fù)雜炎癥網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，造成炎癥細(xì)胞在患者氣道中積聚、浸潤(rùn)，造成肺組織反復(fù)損傷與修復(fù)、肺泡壁破壞，最終造成氣道重塑發(fā)生進(jìn)行性氣流受限、肺氣腫[5-6]。小氣道黏膜表面免疫屏障有利于維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，Allinson等[7]研究發(fā)現(xiàn)，慢阻肺既往吸煙者小氣道局部免疫球蛋白A(immunoglobulin A, IgA)分泌不足，驅(qū)動(dòng)細(xì)菌移位，促進(jìn)核因子 κB(nuclear factor-κB, NF-κB)增加，巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，從而導(dǎo)致小氣道炎癥和氣道重塑。肺氣腫可促進(jìn)血管結(jié)構(gòu)紊亂，但血管內(nèi)皮功能障礙和病理改變可發(fā)生在肺氣腫之前，CT肺灌注成像檢查有助于明確這一問(wèn)題[8]。

當(dāng)香煙或霧霾中有害的氣體或顆粒進(jìn)入呼吸道后引起機(jī)體局部炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，主要是由在氣管和肺組織巨噬細(xì)胞聚積、激活、分泌IL-8、TNF-α和LTB4等炎癥因子，同時(shí)巨噬細(xì)胞還促進(jìn)組織蛋白酶-K、-L、-S和金屬蛋白酶MMP系列蛋白酶釋放，共同導(dǎo)致氣道慢性炎癥及肺氣腫[9]。當(dāng)感染源為病毒或細(xì)菌時(shí)，T淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞共同參與這一炎癥過(guò)程，大量研究表明，COPD患者氣道分泌物、肺實(shí)質(zhì)中T淋巴細(xì)胞含量增多，特別是CD8+T 最為明顯，并且與氣流受限程度呈正相關(guān)。Lofdahl 等[10]報(bào)道，CD4+T 細(xì)胞在COPD 患者的肺上皮內(nèi)增多，局部氣道中激活的CD4+T細(xì)胞能分泌TNF-α和IL-6等細(xì)胞因子及激活 MMP-9，參與細(xì)胞外基質(zhì)破壞，進(jìn)而導(dǎo)致肺氣腫發(fā)生。

二、巨噬細(xì)胞在COPD發(fā)生發(fā)展中的作用與地位

慢性炎癥是COPD患者病情進(jìn)展及肺功能下降的首要因素，巨噬細(xì)胞在慢性炎癥反應(yīng)中貫穿始終，特別是在慢性炎癥反應(yīng)的初期具有決定性作用。巨噬細(xì)胞在受損肺泡的聚集表明巨噬細(xì)胞在慢性炎癥中起重要作用[11]。巨噬細(xì)胞表面表達(dá)多種趨化因子受體，受到有害物質(zhì)的刺激后，在相應(yīng)趨化因子作用下，經(jīng)毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙抵達(dá)炎癥灶并被局部炎癥因子激活發(fā)揮生物學(xué)功能。到達(dá)炎癥灶的巨噬細(xì)胞被局部炎癥因子激活，進(jìn)一步分泌MIP-1α/β、MCP-1、MIF等趨化因子，誘導(dǎo)更多巨噬細(xì)胞活化和聚集[11]，釋放細(xì)胞因子TNF-α、IL-8等，并伴隨炎癥反應(yīng)發(fā)展，逐漸發(fā)揮去除病原體和異物的功效，巨噬細(xì)胞的動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)功能在人體免疫功能中扮演了重要的角色[12]。

在COPD的諸多的病因中，肺部的煙霧暴露是持續(xù)炎癥進(jìn)展的必要條件。這些炎癥反應(yīng)不僅導(dǎo)致局部肺組織的結(jié)構(gòu)破壞，還伴有顯著的肺外效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，在部分患者戒煙后，疾病的進(jìn)展并未完全停止[13]。推測(cè)其可能與抑制巨噬細(xì)胞功能、激活、活化有關(guān)，但是否與細(xì)胞因子的釋放、炎癥通路的激活相關(guān)尚不清楚？MIF與多種炎癥性疾病相關(guān)，有研究報(bào)道MIF在過(guò)敏性氣道炎癥和矽肺中的表達(dá)增高[14-15]。因此，需要了解MIF的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)一步研究和探討MIF在COPD發(fā)病中的作用。

三、 MIF在COPD 發(fā)病機(jī)制中的作用

1. 巨噬細(xì)胞遷移抑制因子(MIF): MIF是一種具有趨化功能的獨(dú)特結(jié)構(gòu)的多效免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞因子。最早由Bloom和Benett等[16-17]在活化的T淋巴細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的。MIF是一種前炎性因子，主要作用是巨噬細(xì)胞活化功能，包括巨噬細(xì)胞的粘附、遷移、吞噬作用。還具有促炎癥反應(yīng)并促進(jìn)細(xì)胞的定向遷移，能拮抗糖皮質(zhì)激素，促進(jìn)其他促炎因子的方式釋放，抑制細(xì)胞凋亡等功能。因此，它與多種具有炎癥反應(yīng)過(guò)程的疾病如膿毒癥、子宮內(nèi)膜異位癥、ARDS、過(guò)敏性哮喘等有關(guān)。MIF主要是由T細(xì)胞、B細(xì)胞、垂體前葉細(xì)胞及單核巨噬細(xì)胞合成并儲(chǔ)存在胞質(zhì)中通過(guò)自分泌、內(nèi)分泌或旁分泌釋放。MIF本質(zhì)是蛋白質(zhì)，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，是由α鏈和β鏈組成一個(gè)獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)，不同種族的MIF分子間的氨基酸序列同源性>80%。MIF啟動(dòng)子包含細(xì)胞因子調(diào)控序列(NF-κB)，首先在活化的T淋巴細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，淋巴細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞是MIF的重要來(lái)源[18]。MIF參與了多種炎癥性疾病的發(fā)生和進(jìn)展[19]，在變態(tài)反應(yīng)疾病如過(guò)敏性鼻炎、支氣管哮喘等疾病中[20]，MIF和MIF-mRNA表達(dá)也均有所增加并與巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞的浸潤(rùn)程度有關(guān)。

2. MIF介導(dǎo)的炎癥反應(yīng): MIF是一種多功能炎性因子，當(dāng)機(jī)體發(fā)生炎癥、過(guò)敏及應(yīng)激反應(yīng)時(shí)，可刺激垂體前葉細(xì)胞釋放MIF，局部炎癥反應(yīng)巨噬細(xì)胞激活釋放大量MIF。MIF大量分泌進(jìn)一步誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞活化形成正反饋調(diào)節(jié)，MIF一方面誘導(dǎo)產(chǎn)生花生四烯酸、Cox-2、PGE2等炎性介質(zhì), 另一方面引起基質(zhì)金屬蛋白酶 (matrix metalloproteinase, MMP-2)的表達(dá), 從而發(fā)揮促進(jìn)炎癥和免疫反應(yīng)的作用。正常狀況下，當(dāng)機(jī)體發(fā)生嚴(yán)重感染時(shí)HPA軸被激活，血液中ACTH、腎上腺皮質(zhì)激素水平迅速升高，起到抑制免疫反應(yīng)、抗炎、保護(hù)宿主的作用。早在Abraham 等[21]的研究中就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)體嚴(yán)重感染或處于應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，血中MIF水平明顯升高，并發(fā)現(xiàn)此時(shí)血中皮質(zhì)醇和MIF水平在一定范圍內(nèi)成正相關(guān)。隨后體外研究應(yīng)用動(dòng)物模型，采用低濃度的地塞米松(10-14M)和高濃度的地塞米松(10-7M)分別誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞，測(cè)定巨噬細(xì)胞產(chǎn)生MIF的含量，研究發(fā)現(xiàn)低濃度地塞米松可誘導(dǎo)單核細(xì)胞源性的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生MIF，相反高濃度地塞米松卻抑制巨噬細(xì)胞產(chǎn)生MIF。說(shuō)明MIF與皮質(zhì)類固醇激素相互拮抗調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)[22]。

臨床相關(guān)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明MIF參與了多種呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生和發(fā)展。MIF在過(guò)敏性氣道炎癥和矽肺血清中的表達(dá)均增高；在OSAHS患者中，血清 MIF水平也升高，血清MIF的變化反映了其病情的嚴(yán)重程度和低氧血癥的嚴(yán)重程度[23]。同樣，急性過(guò)敏性哮喘患者血清中MIF顯著升高，并且在哮喘大鼠肺中MIF和NF-κB的激活也增加，NF-κB激活的鈍化降低，MIF在肺組織中表達(dá)[24]，表明MIF與NF-κB密切相關(guān)。在非小細(xì)胞肺癌患者血清中MIF也增加[25]，而且吸煙是肺癌和COPD的主要病因。這表明MIF參與了呼吸疾病的發(fā)生和發(fā)展(特別是炎癥的初始階段)，且與NF-κB信號(hào)通路相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)MIF通過(guò)ERK-促分裂原活化蛋白激酶(mitogenic activated protein kinase, MAPK)信號(hào)通路和ERK1/2-MAPK 通路誘導(dǎo)產(chǎn)生MMP-8，導(dǎo)致自由基金屬蛋白表達(dá)增加引發(fā)氧化與抗氧化失衡。MIF也可通過(guò)抑制糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)NF-κB的合成，促使NF-κB進(jìn)入核內(nèi)與相應(yīng)DNA序列結(jié)合而釋放大量炎性因子(TNF-α、IL-6、IL-8等)[26]。因而，MIF可能與COPD發(fā)生發(fā)展有關(guān)，并可能在COPD發(fā)病過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。

3. MIF與COPD氣道重塑關(guān)系: COPD發(fā)生發(fā)展過(guò)程主要是慢性炎癥反應(yīng)，氣道重塑是COPD的重要表現(xiàn)，長(zhǎng)期慢性炎癥刺激，巨噬細(xì)胞在氣道、肺內(nèi)聚積，釋放MIF，同時(shí)MIF正反饋調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞，巨噬細(xì)胞增多促進(jìn)組織蛋白酶系列和金屬蛋白酶MMP系列蛋白酶釋放，破壞肺組織，造成肺組織反復(fù)修復(fù)與損失導(dǎo)致小氣道重塑?；|(zhì)金屬蛋白酶( matrix metalloproteinase, MMPs)通常以酶原的形式存在，在正常情況下血漿中的濃度很低，但在機(jī)體受到炎癥刺激時(shí)，其濃度明顯增加[27]。MMPs在COPD炎癥反應(yīng)及氣道重塑中發(fā)揮了重要的作用，其通過(guò)炎性細(xì)胞如中性粒細(xì)胞向細(xì)胞外滲出、降解分子間隙基底膜、激活和釋放生長(zhǎng)因子，從而促進(jìn)組織重塑[28]。Verschu ren 等[29]對(duì)動(dòng)脈瘤的研究發(fā)現(xiàn)MIF能夠誘導(dǎo)MMP-9表達(dá)，通過(guò)降解血管基底膜中的膠原成分，從而破壞血管的正常結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)階段研究盡管已經(jīng)明確發(fā)現(xiàn)MMP-9參與了COPD氣道炎癥及氣道重塑的發(fā)生、發(fā)展，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)血清MMP-9水平有助于判斷COPD的病情及預(yù)后[30]，但在COPD患者中還未有MIF誘導(dǎo)MMP-9表達(dá)的報(bào)道。成纖維細(xì)胞 (fibroblast, FB)是氣道黏膜下的主要結(jié)構(gòu)細(xì)胞之一，基底膜層主要是由Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ膠原纖維和成肌纖維細(xì)胞產(chǎn)生的纖維連接蛋白組成，陳培芳等[31]研究發(fā)現(xiàn)，MIF通過(guò)激活Rho激酶途徑刺激成纖維細(xì)胞膠原Ⅰ型合成，并參與哮喘氣道結(jié)構(gòu)重塑。國(guó)外研究顯示MIF可強(qiáng)烈促進(jìn)TGF-β1表達(dá)，TGF-β1與膠原代謝有關(guān) ,MIF促進(jìn) MRC-5細(xì)胞膠原表達(dá)增多，可能與其它細(xì)胞因子相互作用有關(guān)[32]，同時(shí)MIF通過(guò)ERK-促分裂原活化蛋白激酶(mitogenic activated protein kinase, MAPK)信號(hào)通路再激活ERK1/2-MAPK通路，誘導(dǎo)產(chǎn)生MMP-8導(dǎo)致自由基金屬蛋白表達(dá)增加，引發(fā)氧化與抗氧化失衡，進(jìn)一步加重小氣道損傷。

4. MIF與COPD肺功能的關(guān)系: COPD是以持續(xù)的呼吸道癥狀和氣流受限為特征的一種氣道疾病，因肺功能進(jìn)行性惡化，降低患者生存質(zhì)量。COPD患者因長(zhǎng)期的慢性炎癥促進(jìn)巨噬細(xì)胞釋放大量MIF，巨噬細(xì)胞MIF正反饋進(jìn)一步促進(jìn)T細(xì)胞分泌產(chǎn)生更多的炎癥因子，從而促進(jìn)COPD的級(jí)聯(lián)炎癥反應(yīng)，加重疾病進(jìn)展。劉琛琛等[33]的研究通過(guò)誘導(dǎo)COPD患者痰中T淋巴細(xì)胞MIF的表達(dá)，得出MIF表達(dá)的增強(qiáng)與FEV1%及CAT評(píng)分均呈負(fù)相關(guān)的結(jié)論。佘惟檳等[34]的研究表明在吸煙未患COPD的患者中肺組織表達(dá)少量MIF蛋白，而吸煙患COPD的患者肺組織中MIF表達(dá)顯著增加，并且肺組織中MIF的mRNA表達(dá)與FEV1，F(xiàn)EV1/FVC呈負(fù)相關(guān)。郁昊達(dá)等[35]將健康人作為對(duì)照組，同樣發(fā)現(xiàn)MIF在COPD穩(wěn)定期、急性加重期的表達(dá)均增加，但在穩(wěn)定期與急性加重期之間差異不明顯，這與上述研究不太一致，可能與納入的病例數(shù)較少，設(shè)置對(duì)照組不同有關(guān)。但都說(shuō)明COPD的急性加重期時(shí)，MIF表達(dá)明顯升高。

COPD的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，各種機(jī)制之間相互作用和相互影響，其中炎癥機(jī)制占其核心地位。在COPD炎癥反應(yīng)中，各種細(xì)胞因子及炎性介質(zhì)在氣道組織中聚集、浸潤(rùn)，造成肺組織損傷與修復(fù)交替出現(xiàn)，最終導(dǎo)致氣流進(jìn)行性、不可逆性受限。MIF廣泛表達(dá)于多種組織的細(xì)胞中，是一種重要的前炎癥因子，參與炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng),活化巨噬細(xì)胞，通過(guò)抑制其游走移動(dòng)，增強(qiáng)其粘附、吞噬及殺滅炎癥細(xì)胞和/或炎癥介質(zhì)的活性從而發(fā)揮作用，并參與氣道重塑，加重COPD進(jìn)展。國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)研究均表明MIF產(chǎn)生于COPD炎癥反應(yīng)，但是關(guān)于MIF在COPD炎癥反應(yīng)中的具體機(jī)制仍不明確，相信隨著研究的增多，會(huì)有更多關(guān)于MIF在COPD發(fā)病機(jī)制中的作用機(jī)理得以闡述。目前COPD的急性加重期及穩(wěn)定期治療均涉及抗炎治療，MIF作為一個(gè)前炎性因子，參與疾病進(jìn)程，能否針對(duì)MIF致炎進(jìn)程找到新的治療靶點(diǎn)，提高COPD患者生活質(zhì)量，尚有待于進(jìn)一步研究。