免疫細(xì)胞在特發(fā)性肺纖維化發(fā)病機(jī)制中的作用研究進(jìn)展①

李高鵬 房 冉 饒 琳 趙小立

(浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，杭州310058)

特發(fā)性肺纖維化(Idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是肺纖維化疾病中較為嚴(yán)重的一種疾病，在全球每10萬人中就有超過60人患有該疾病[1]。這種疾病具有長期性、侵襲性以及不可逆性，患者確診后生存期僅為2～6年[2，3]。在IPF患者的肺組織中，成纖維細(xì)胞進(jìn)行大量增殖，其所分泌的胞外基質(zhì)充斥在正常組織中，長此以往肺泡結(jié)構(gòu)被破壞，肺順應(yīng)性降低，致使肺氣體交換功能遭到破壞，并最終導(dǎo)致個(gè)體呼吸衰竭和死亡[4]。

IPF的病因并不明確，基因差異、生存環(huán)境、衰老以及表觀重編程等多種因素均能誘導(dǎo)個(gè)體發(fā)病。越來越多的證據(jù)顯示，肺部免疫系統(tǒng)功能異常是IPF發(fā)病的重要因素?？諝庵械挠泻Τ煞直粴獾郎掀ぜ?xì)胞通過模式識別受體(Pattern-recognition receptors,PRR)進(jìn)行識別，而后上皮細(xì)胞通過產(chǎn)生趨化因子、白細(xì)胞介素-1β(Interleukin-1β，IL-1β)、IL-6、IL-8、轉(zhuǎn)化生長因子(Transforming growth factor-β，TGF-β)等參與免疫應(yīng)答以及炎癥反應(yīng)。TGF-β在促進(jìn)肺纖維化發(fā)生的過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。TGF-β既可以通過smad2/3提高膠原相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平來促進(jìn)胞外基質(zhì)的沉積，也可以促進(jìn)成纖維細(xì)胞向成肌纖維細(xì)胞分化[5]。此外，TGF-β還可以促進(jìn)二型肺泡上皮細(xì)胞的凋亡來加劇肺纖維細(xì)胞的嚴(yán)重程度[6]。除了TGF-β之外，前列腺素F2α受體、基質(zhì)金屬蛋白酶(Matrix metalloproteinase，MMPs)、IL-1β、IL-17A等多種關(guān)鍵分子在誘發(fā)肺纖維化過程中均扮演著重要角色。

1 固有免疫細(xì)胞在特發(fā)性肺纖維化中發(fā)揮的作用

1.1 巨噬細(xì)胞 肺部的巨噬細(xì)胞分為兩類：位于氣道的肺泡巨噬細(xì)胞(Alveolar macrophages，AMs)和位于實(shí)質(zhì)組織的間質(zhì)巨噬細(xì)胞(Interstitial macrophages，IMs)[7]。由于極化程度、周圍微環(huán)境以及纖維化嚴(yán)重程度的不同，AMs具有促進(jìn)和抑制纖維化的雙面效應(yīng)[8]。一方面，AMs可以通過分泌MMPs來分解胞外基質(zhì)或者直接攝取膠原來減少胞外基質(zhì)的沉積[9]。另一方面，AMs還可以分泌各種促纖維化的細(xì)胞因子和趨化因子如TGF-β1、血小板源性生長因子等，從而有助于肺纖維化的發(fā)生[10，11]。肺泡巨噬細(xì)胞的蛋白激酶B可以引起線粒體ROS的升高和線粒體自噬的發(fā)生，這會抑制巨噬細(xì)胞的凋亡，從而促進(jìn)肺纖維化的發(fā)展[6]。M2巨噬細(xì)胞在組織損傷修復(fù)過程中發(fā)揮著重要作用，包括分泌炎癥抑制因子和促進(jìn)上皮細(xì)胞產(chǎn)生胞外基質(zhì)。IMs往往表達(dá)M2巨噬細(xì)胞的表面標(biāo)記分子，如CD206、IL-10以及精氨酸酶1(Arginase-1，Arg1)從而具有促纖維化的作用[12]。

1.2 中性粒細(xì)胞 與巨噬細(xì)胞一樣，中性粒細(xì)胞不僅僅具有抗菌功能，也可以通過釋放蛋白酶、氧化酶、細(xì)胞因子以及趨化因子來塑造組織環(huán)境[13]。將小鼠體內(nèi)的中性粒細(xì)胞剔除會使得肺組織內(nèi)TGF-β1、腫瘤壞死因子-α(Tumor necrosis factor，TNF-α)、IL-17、MMP-8 和 金屬蛋白酶組織抑制因子-2表達(dá)水平降低，這有助于減輕肺纖維化的嚴(yán)重程度[14]。IPF患者肺泡灌洗液中中性粒細(xì)胞的數(shù)量與患者早期死亡率呈正相關(guān)關(guān)系，因此可以作為患者生存狀況的預(yù)測指標(biāo)[15]。作為中性粒細(xì)胞的關(guān)鍵趨化因子和生長因子，IL-8/CXCL趨化因子8和粒細(xì)胞集落刺激因子在IPF患者組織中的表達(dá)水平也是明顯升高的[16]。在IPF患者肺泡灌洗液中，肺泡上皮細(xì)胞的標(biāo)記分子細(xì)胞角蛋白19與中性粒細(xì)胞的數(shù)量呈現(xiàn)相關(guān)性，表明中性粒細(xì)胞與肺泡上皮細(xì)胞損傷存在相關(guān)性[17]。

除了數(shù)量增加外，中性粒細(xì)胞在IPF患者中的活化程度也得到了提高。通過分析主要蛋白水解產(chǎn)物和中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶(Neutrophil elastase,NE)，研究人員發(fā)現(xiàn)IPF患者氣道內(nèi)中性粒細(xì)胞的活化水平明顯增高[18]。NE會水解支氣管組織，分解各種胞外基質(zhì)組分，包括Ⅰ型膠原、層黏連蛋白、巢蛋白、纖連蛋白以及彈性蛋白，損傷肺泡上皮細(xì)胞和毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞，破壞肺泡結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致肺纖維化的產(chǎn)生[19]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，NE可以促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增殖和成肌纖維細(xì)胞的分化[20]。NE敲除會導(dǎo)致TGF-β信號通路活化受阻，進(jìn)而使肺纖維化程度減輕[19]。相似的是，NE的抑制劑西維來司鈉通過抑制TGF-β信號通路的活化以及炎性細(xì)胞在肺部的募集來減輕肺纖維化的程度[21]。此外，中性粒細(xì)胞可以分泌包括MMP-2、MMP-8、MMP-9在內(nèi)的多種MMPs，它們能夠抑制肺纖維化的形成。

1.3 嗜酸性粒細(xì)胞 通過檢測嗜酸性粒細(xì)胞陽離子蛋白，發(fā)現(xiàn)IPF患者肺泡灌洗液中嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)量明顯增加[22]。有研究表明，來自嗜酸性粒細(xì)胞的肽酰脯氨酰異構(gòu)酶能夠促進(jìn)TGF-β mRNA的穩(wěn)定性，從而有助于肺纖維化的形成和發(fā)展[23]。肺部組織中的TNF-α能夠募集更多的嗜酸性粒細(xì)胞，后者可以分泌一些促炎癥和纖維化的細(xì)胞因子如單核細(xì)胞趨化因子1、TGF-β等來加劇肺纖維化的嚴(yán)重程度[24]。但是在博來霉素誘導(dǎo)小鼠模型中，嗜酸性粒細(xì)胞的募集對于肺纖維化的發(fā)生并不是必要條件[25]。

1.4 肥大細(xì)胞 肥大細(xì)胞在肺纖維化發(fā)展過程中也扮演著重要角色。與其他肺部纖維化疾病相比，IPF患者纖維化肺部組織中肥大細(xì)胞數(shù)量更多，其所分泌的TGF-β也更加多[26]。并且來自肥大細(xì)胞的糜蛋白酶可以將TGF-β從胞外基質(zhì)中釋放出來，從而有助于TGF-β前體的活化[27]。另外，來自肥大細(xì)胞的組胺H1和血管緊張肽Ⅱ與成纖維細(xì)胞表面的相應(yīng)受體結(jié)合后能促進(jìn)后者的增殖以及TGF-β1的分泌和膠原的合成，從而促進(jìn)纖維化的發(fā)生[28]。肥大細(xì)胞與肺部成纖維細(xì)胞也可以直接相互作用從而活化肥大細(xì)胞。活化的肥大細(xì)胞能夠釋放類胰蛋白酶，后者可以通過PAR-2/PKC-α/Raf-1/p44/42信號通路刺激成纖維細(xì)胞快速增殖以及胞外基質(zhì)的產(chǎn)生[29]。并且成纖維細(xì)胞通過細(xì)胞黏附分子1與肥大細(xì)胞相互接觸可以有助于肥大細(xì)胞的活化與存活[30]。

2 適應(yīng)性免疫細(xì)胞在特發(fā)性肺纖維化中發(fā)揮的作用

2.1 輔助性T細(xì)胞 有大量的證據(jù)表明，Th1/Th2平衡在肺纖維化炎癥階段起著重要的調(diào)節(jié)作用[31]。Th1細(xì)胞因子γ干擾素(Interferon-γ，IFN-γ)和 白細(xì)胞介素-12可以減輕肺纖維化，然而Th2細(xì)胞因子IL-4、IL-5和IL-13能夠刺激成纖維細(xì)胞增殖、膠原的產(chǎn)生以及成纖維細(xì)胞向成肌纖維細(xì)胞的活化，因此從這個(gè)角度來說，Th1細(xì)胞是有益的，而Th2細(xì)胞是有害的[3]。在轉(zhuǎn)錄水平上，過表達(dá)Th2轉(zhuǎn)錄因子GATA綁定蛋白3(GATA binding protein 3)或者抑制Th1轉(zhuǎn)錄因子T-bet均可以加劇肺纖維化的嚴(yán)重程度[32]。但是過表達(dá)重組IFN-γ或者使用單克隆抗體中和IL-13并不能明顯緩解IPF癥狀[33]。

Th17在IPF中所發(fā)揮的作用并不十分清楚。在IPF患者的血清、肺泡灌洗液以及肺組織中均檢測到了IL-17的升高[34]。封閉或者中和Th17細(xì)胞來源的IL-17A能夠延緩肺纖維化的進(jìn)程和促進(jìn)肺纖維化的康復(fù)[35]。在二氧化硅誘導(dǎo)的肺纖維化模型中，中和IL-17A能夠延遲T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答，也由此減弱肺纖維化的進(jìn)程[35]。然而，有研究指出Th17細(xì)胞對于肺纖維化并沒有直接的作用[36]。在肺纖維化過程中，Th9細(xì)胞也發(fā)揮著多重作用。體內(nèi)過表達(dá)IL-9能夠使膠原和層黏連蛋白在支氣管內(nèi)大量聚集，從而產(chǎn)生促纖維化效應(yīng)[37]。然而其他研究表明，IL-9能夠減緩石棉誘導(dǎo)的肺纖維化，并且通過前列腺素E2來抑制博來霉素所誘導(dǎo)的肺纖維化的形成[38]。

2.2 調(diào)節(jié)性T細(xì)胞 調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cells,Tregs)在肺纖維化過程中所扮演的角色目前還存在爭議。博來霉素誘導(dǎo)的小鼠模型外周血和肺泡灌洗液Tregs細(xì)胞數(shù)量變化在不同研究中并不一致[39]。研究數(shù)據(jù)顯示，在肺部損傷階段，Tregs可以促進(jìn)TGF-β1的釋放和膠原的沉積，而在后續(xù)階段則會抑制這些物質(zhì)的產(chǎn)生[40]。在IPF患者中，Treg細(xì)胞數(shù)量明顯升高，并且Treg/Th17比例處于失衡狀態(tài)[39]。Xiong等[41]發(fā)現(xiàn)Tregs細(xì)胞剔除后能夠促進(jìn)Th17細(xì)胞的應(yīng)答以及Th1細(xì)胞的極化從而有效抑制輻射誘導(dǎo)的肺纖維化的產(chǎn)生。另外，在IPF患者肺泡灌洗液和血清中，CD4+CD2+FOXP3+Treg細(xì)胞活性受到抑制[42]。Tregs也能夠通過抑制成纖維細(xì)胞生長因子9(Fibroblast growth factor-9,FGF-9)和CXC趨化因子配體(CXC chemokine ligand，CXCL)12來抑制成纖維細(xì)胞的募集和肺纖維化的形成[43]。

2.3 B淋巴細(xì)胞 研究顯示B細(xì)胞活化異常與肺纖維化的形成和發(fā)展密切相關(guān)[44]。與健康人相比，IPF患者的外周單核細(xì)胞可以產(chǎn)生更多的B細(xì)胞生長和分化因子，CD20+的B淋巴細(xì)胞在IPF患者的肺組織中數(shù)量明顯升高，從而產(chǎn)生更多的IgM和IgA[45]。在博來霉素誘導(dǎo)的小鼠模型中，B細(xì)胞活化因子可以通過與IL-1β 和 IL-17A協(xié)同發(fā)揮作用，從而促進(jìn)肺纖維化的發(fā)生[46]。此外，B細(xì)胞能夠提高IL-9的表達(dá)，同時(shí)促進(jìn)肺泡巨噬細(xì)胞和胸腔巨噬細(xì)胞前列腺素E2的表達(dá)水平，最終抑制小鼠肺纖維化的發(fā)展[47]。IPF患者外周血中存在大量靶向B淋巴細(xì)胞的自身免疫性抗體[48]。最近一項(xiàng)研究顯示，自身免疫性抗體的存在如抗波形蛋白抗體能夠使得肺功能紊亂，并且與預(yù)后較差存在相關(guān)性[49]。類似的，在IPF患者體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了抗熱激蛋白70的自身抗體[50]。但是，也有研究顯示B細(xì)胞實(shí)際上能夠抑制纖維化的發(fā)生[47]。因此人們需要進(jìn)一步探究B細(xì)胞與IPF之間更為詳細(xì)的作用機(jī)制。

3 特發(fā)性纖維化的臨床治療

TGF-β是一個(gè)潛在的促纖維化調(diào)節(jié)因子，因此抑制TGF-β信號通路活化是治療IPF十分重要的治療方案[5]。紫杉醇作為一種抗癌藥，可以通過上調(diào)micro RNA140降低TGF-β/Smad3信號通路的活性從而降低肺纖維化的發(fā)生[51]。作為一種新合成的化學(xué)藥物，吡非尼酮可以抑制TGF-β的信號通路，減緩肺活量下降趨勢，同時(shí)提高無進(jìn)展生存期長達(dá)52周[52]。使用單克隆抗體將肺部環(huán)境中的TGF-β中和或者將TGF-β的活化因子整合素αvβ6作為靶點(diǎn)進(jìn)行中和，發(fā)現(xiàn)博來霉素誘導(dǎo)小鼠模型肺纖維化嚴(yán)重程度得到減輕[53]。PPAR的激動劑可以抑制TGF-β介導(dǎo)的成纖維細(xì)胞向成肌纖維細(xì)胞的分化過程，從而抑制肺纖維的發(fā)生[54]。相應(yīng)地TGF-β受體也可以作為藥物靶點(diǎn)來治療IPF。作為TGF-βⅠ受體的選擇性抑制劑，SB-431542能夠通過降低R-Smad的活性來抑制博萊霉素所誘導(dǎo)的肺纖維化的發(fā)生[55]。在博來霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化模型中，一些TGF-β的肽抑制劑能夠抑制成纖維細(xì)胞向成肌纖維細(xì)胞的分化[56]。除了靶向TGF-β之外，纖維化的肺組織中的多個(gè)免疫分子均可以作為潛在的靶分子。比如，中和肺組織中的IL-13以及IL-17A也能夠減輕肺纖維化的產(chǎn)生[57]。除此之外，一些針對諸如CC類趨化因子配體2和6的抗體也能夠降低博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化癥狀。

4 結(jié)束語

IPF是一種復(fù)雜的，并且與衰老相關(guān)的疾病，具有較高的侵襲性和致死性，然而對于該疾病，人們可選擇的治療方案和藥物是十分有限的。在過去的20年里，人們已經(jīng)從肺部的微環(huán)境、細(xì)胞功能、基因和表觀遺傳等多個(gè)方面揭示了IPF的發(fā)病機(jī)制。上皮損傷、炎癥、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、成纖維細(xì)胞活化以及重復(fù)性的肺損傷均會引起肺纖維化的發(fā)生。此外，現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)顯示通過調(diào)控肺部免疫系統(tǒng)，IPF的嚴(yán)重程度可以得到明顯的改善。例如，抑制AMs向M2的極化，促進(jìn)其向M1的極化能夠減輕IPF的癥狀，反之，IPF的癥狀加重。再比如，抑制成熟DCs向肺部的募集能夠減少慢性炎癥在肺部的形成，從而減少肌成纖維細(xì)胞的活化和胞外基質(zhì)的沉積等等。然而，想要開發(fā)出更為有效的治療方法，人們還需要詳細(xì)地探究免疫系統(tǒng)在肺纖維化發(fā)生過程中所扮演的角色，以找到更為有效的潛在分子靶點(diǎn)，為IPF的藥物治療開辟新篇章。