整合素在纖維化疾病中作用的研究進(jìn)展

周義霞，李武

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院感染與肝病科，昆明650032)

纖維化是指在各種損傷因素如慢性感染、藥物、毒物、放射線等作用下，組織發(fā)生慢性炎癥或損傷，引起組織內(nèi)纖維結(jié)締組織增多，實(shí)質(zhì)細(xì)胞減少，最終導(dǎo)致器官組織結(jié)構(gòu)改變和功能障礙的疾病。纖維化可發(fā)生于幾乎所有的組織器官，主要是肝臟、肺臟、腎臟、心臟、胰腺等。纖維化疾病早期不易發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)時(shí)大多已進(jìn)展至器官硬化，并發(fā)癥也隨之而來(lái)，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，最終危及患者生命。目前，纖維化疾病的治療選擇非常有限，器官移植是治療終末期纖維化疾病的唯一有效方法［1］。但由于供體器官有限，且價(jià)格昂貴，因此并不普及，目前迫切需要尋找有效的抗纖維化治療方法。

整合素是一類(lèi)細(xì)胞黏附因子，在人體組織和細(xì)胞中分布廣泛，其作為細(xì)胞表面受體與不同配體結(jié)合，參與細(xì)胞與細(xì)胞間以及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)間的黏附、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等。整合素與多種疾病密切相關(guān)，在血栓性疾病中，抗血栓藥阿昔單抗、替羅非班等整合素阻斷藥，通過(guò)與整合素αⅡbβ3受體結(jié)合，抑制血小板聚集，從而發(fā)揮抗血栓的效果［2］。目前，許多潛在的抗纖維化靶點(diǎn)正在積極研究中，包括各種信號(hào)分子、生長(zhǎng)因子和介導(dǎo)自分泌或旁分泌激活的促纖維化因子。整合素家族作為慢性炎癥和纖維化的關(guān)鍵調(diào)控因子備受關(guān)注，許多整合素抗體及抑制劑正在積極研發(fā)中，有望成為新的靶向抗纖維化的治療方法，給臨床纖維化疾病的治療帶來(lái)新的希望?，F(xiàn)就整合素在纖維化疾病中的作用及相關(guān)機(jī)制予以綜述。

1 整合素概述

整合素是一大類(lèi)細(xì)胞表面受體家族，是由α 亞基和β 亞基結(jié)合形成的異二聚體跨膜糖蛋白。在哺乳動(dòng)物中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)18 種α 和8 種β 亞基，這些亞基非共價(jià)鍵結(jié)合形成至少24 種不同的整合素，由各類(lèi)細(xì)胞差異表達(dá)并識(shí)別多種配體，介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)與細(xì)胞外基質(zhì)以及相鄰細(xì)胞間的信息傳遞［3］。整合素由胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)三部分組成，胞外N 端結(jié)構(gòu)域與特異性配體結(jié)合，胞內(nèi)區(qū)通過(guò)α 輔肌動(dòng)蛋白、踝蛋白以及黏著斑蛋白與細(xì)胞骨架蛋白相連接，形成配體-整合素-細(xì)胞骨架跨膜系統(tǒng)。根據(jù)整合素配體的特異性可將整合素分為3 種:結(jié)合層粘連蛋白類(lèi)整合素、結(jié)合膠原蛋白類(lèi)整合素以及結(jié)合精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列(Arg-Gly-Asp，RGD)類(lèi)整合素［4］。

整合素是一類(lèi)細(xì)胞黏附分子，作為細(xì)胞表面受體通過(guò)細(xì)胞膜雙向傳遞信號(hào)。外向內(nèi)信號(hào)傳遞:整合素與ECM 中的配體結(jié)合，導(dǎo)致整合素構(gòu)象變化，并在細(xì)胞膜上聚集，形成局灶性黏附，激活多個(gè)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，將信號(hào)從胞外轉(zhuǎn)導(dǎo)入胞內(nèi)，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附、擴(kuò)散、遷移、增殖、分化以及重塑［3，5］。內(nèi)向外信號(hào)傳遞:細(xì)胞內(nèi)信號(hào)誘導(dǎo)踝蛋白構(gòu)象發(fā)生改變，導(dǎo)致踝蛋白與整合素β 亞基胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域結(jié)合，這種結(jié)合解開(kāi)了胞質(zhì)內(nèi)α 亞基鏈尾和β 亞基鏈尾之間的鏈接，整合素頭部構(gòu)象發(fā)生變化，使其與胞外配體結(jié)合的親和力增加，增強(qiáng)了細(xì)胞的黏附能力［3］。

2 整合素與肝纖維化

肝纖維化是一種由各種致病因子所致的慢性損傷后修復(fù)反應(yīng)，其主要病理改變?yōu)楦蝺?nèi)ECM 生成增加和降解減少導(dǎo)致的基質(zhì)過(guò)度沉積，引起肝臟結(jié)構(gòu)和功能改變?，F(xiàn)已經(jīng)明確肝星狀細(xì)胞是肝纖維化時(shí)ECM 的主要合成細(xì)胞［6］。整合素是介導(dǎo)細(xì)胞與其周?chē)鶨CM 相互作用的受體，直接與ECM 的組分結(jié)合并控制其重構(gòu)，在肝纖維化的演變和進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。

整合素β1在正常肝臟細(xì)胞中廣泛表達(dá)，在肝纖維化時(shí)表達(dá)明顯增多。整合素β1促纖維化的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)核心介質(zhì)包括絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶蛋白、機(jī)械敏感因子、Yes 相關(guān)蛋白1 (Yes-associated protein 1，YAP-1)。Martin 等［7］研究表明，人整合素α11β1在體外通過(guò)阻斷和逆轉(zhuǎn)肝肌成纖維細(xì)胞的促纖維化特性(細(xì)胞遷移、增殖、收縮和膠原蛋白的產(chǎn)生)，從而有效抑制肝纖維化中膠原蛋白的沉積。YAP-1 是體外肝星狀細(xì)胞活化所必需的。在體內(nèi)，單劑量的YAP-1 抑制劑維替泊芬可改善四氯化碳誘導(dǎo)的纖維化小鼠肝臟的纖維化程度［8］。因此有可能通過(guò)抑制體內(nèi)YAP-1 和絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶蛋白的功能而改善肝纖維化。

整合素α5β1作為ECM 的受體，存在于肝細(xì)胞和肝星狀細(xì)胞等細(xì)胞表面。黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)是整合素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的基礎(chǔ)分子，整合素受體的胞質(zhì)端與FAK 結(jié)合，引起FAK 活化。張坤等［9］的研究表明，肝復(fù)康可能通過(guò)抑制α5β1/FAK 通路信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制肝星狀細(xì)胞的增殖和活化、降低炎癥反應(yīng)程度，從而防治肝纖維化。

整合素αv 在許多細(xì)胞類(lèi)型中廣泛表達(dá)。迄今為止發(fā)現(xiàn)，αv 亞基可與5 個(gè)β 亞基(β1、β3、β5、β6和β8)組合，也可與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)和TGF-β3的潛伏相關(guān)肽(latencyassociated peptide，LAP)的RGD 序列結(jié)合，且具有激活潛伏TGF-β 的能力［1］。整合素與TGF-β 信號(hào)通路之間存在廣泛聯(lián)系，在組織纖維化過(guò)程中，整合素與TGF-β 形成正饋循環(huán)介導(dǎo)膠原重塑，阻斷整合素或TGF-β 的激活可抑制膠原合成，降低ECM 的異常沉積，有可能成為治療纖維化疾病的新的靶點(diǎn)［10］。在慢性膽道損傷小鼠模型中，αvβ6基因的破壞或選擇性靶向抗體可有效抑制HSC 活化，預(yù)防肝纖維化的發(fā)生［11］。

骨膜素是一種基質(zhì)細(xì)胞蛋白，可作為整合素的配體。肝星狀細(xì)胞活化誘導(dǎo)骨膜素表達(dá)，骨膜素通過(guò)整合素αv 發(fā)揮強(qiáng)有效的促纖維化活性，破壞整合素αv 和骨膜素的相互作用，顯著下調(diào)纖維化基因的表達(dá)［12］，提示整合素αv/骨膜素軸可作為肝纖維化新的治療靶標(biāo)。

3 整合素與肺纖維化

肺纖維化是大多數(shù)慢性肺疾病的終末期改變，其病理特征為肺成纖維細(xì)胞過(guò)度增殖與分化，轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞分泌大量膠原蛋白，導(dǎo)致ECM 在肺泡內(nèi)和肺間質(zhì)過(guò)度聚集，并伴隨炎癥損傷和組織結(jié)構(gòu)破壞，最終引起肺衰竭，甚至導(dǎo)致患者死亡。

整合素α5β1是纖維連接蛋白的主要受體，可與纖維連接蛋白結(jié)構(gòu)中的RGD 序列結(jié)合。在博萊霉素誘導(dǎo)的大鼠肺纖維化中，α5β1、纖維連接蛋白的表達(dá)增加，經(jīng)TGF-β 作用后，肺成纖維細(xì)胞中整合素α5β1的表達(dá)進(jìn)一步增加，表明整合素α5β1在肺間質(zhì)細(xì)胞活化、增殖、分化及ECM 合成中發(fā)揮極其重要的作用［13］。在機(jī)械通氣誘導(dǎo)的肺纖維化過(guò)程中，α7β1通過(guò)α7亞基特異性結(jié)合層粘連蛋白調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、遷移和分化，阻斷層粘連蛋白/α7β1信號(hào)通路可以抑制肺組織中成纖維細(xì)胞的增殖，從而抑制肺纖維化［14］。

整合素αvβ1在活化的成纖維細(xì)胞中高度表達(dá)，其直接與TGF-β1的LAP 結(jié)合介導(dǎo)TGF-β1的活化。Reed 等［15］設(shè)計(jì)并合成整合素αvβ1的特異性抑制劑，該抑制劑可減弱博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化，表明整合素αvβ1可作為抗肺纖維化的靶點(diǎn)。

整合素αvβ3在多種細(xì)胞類(lèi)型中表達(dá)，參與炎癥反應(yīng)、切口愈合和腫瘤血管生成等病理生理過(guò)程。纖溶酶原激活物抑制劑1(plasminogen activator inhibitor 1，PAI-1)是TGF-β1下游的關(guān)鍵靶基因，TGF-β1能調(diào)控人胚肺成纖維細(xì)胞PAI-1 的表達(dá)，而整合素αvβ3拮抗劑西侖吉肽能抑制PAI-1 的表達(dá)，PAI-1 小干擾RNA 能顯著抑制Ⅰ型膠原的表達(dá)。劉博［16］對(duì)放射性肺纖維化小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，西侖吉肽能通過(guò)干預(yù)TGF-β1/αvβ3/PAI-1 通路調(diào)節(jié)關(guān)鍵蛋白的表達(dá)，減弱放射性肺纖維化的發(fā)生，為臨床上使用西侖吉肽干預(yù)治療放射性肺纖維化提供理論依據(jù)。

αvβ6和αvβ8均能與TGF-β1和TGF-β3LAP 中相同的RGD 序列結(jié)合，αvβ6通過(guò)直接細(xì)胞-細(xì)胞間接觸激活TGF-β1，而αvβ8則是通過(guò)將LAP 復(fù)合物呈遞給細(xì)胞表面的基質(zhì)金屬蛋白酶，從而激活TGF-β1［1］。研究表明，抗αvβ6抗體能夠減弱博來(lái)霉素誘導(dǎo)的肺纖維化，同時(shí)降低TGF-β 活性［17-18］。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了靶向αvβ6的人源化單克隆抗體STX-100，目前正處于治療特發(fā)性肺纖維化的Ⅱ期臨床試驗(yàn)中。在IL-1β和白蛋白誘導(dǎo)的小鼠氣道纖維化模型中，肺成纖維細(xì)胞αvβ8的條件性缺失可抑制小鼠氣道纖維化［19］。

4 整合素與腎纖維化

腎纖維化是各種慢性腎臟疾病進(jìn)展到慢性腎衰竭的共同途徑和病理基礎(chǔ)，其病理過(guò)程包括腎小球硬化、腎小管萎縮、ECM 異常增多和過(guò)度沉積及腎間質(zhì)纖維化。研究發(fā)現(xiàn)，腎纖維化過(guò)程中，腎間質(zhì)炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)、成纖維細(xì)胞激活、ECM 過(guò)度沉積等均與整合素的異常表達(dá)有關(guān)［20］。

整合素參與調(diào)節(jié)嚙齒類(lèi)動(dòng)物腎纖維化的形成［21］。整合素α1β1和α2β1是膠原蛋白的主要受體，在腎臟中廣泛表達(dá)。整合素α1β1主要結(jié)合Ⅳ型膠原，而整合素α2β1主要結(jié)合Ⅰ型膠原。在新月體腎小球腎炎的大鼠模型中，整合素α1β1在腎小球和腎小管間質(zhì)過(guò)度表達(dá)，用整合素α1β1抑制性抗體治療可減少腎臟纖維化形成［22］。研究表明，從中藥丹參中分離的生物活性成分隱丹參酮可通過(guò)抑制TGF-β1/Smad3/整合素β1信號(hào)通路，部分改善腎纖維化和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，使中藥抗腎纖維化成為可能［23］。但有研究表明，整合素α1缺失小鼠較野生型小鼠會(huì)發(fā)生更嚴(yán)重的腎小球硬化［24-25］，這可能與α1β1增加活性氧的產(chǎn)生及下調(diào)膠原沉積有關(guān)［26］。與野生型小鼠相比，α2缺陷型小鼠過(guò)表達(dá)TGF-β 和結(jié)締組織生長(zhǎng)因子，促進(jìn)腎纖維化形成［27］。

αvβ1是腎成纖維細(xì)胞上唯一能結(jié)合并激活TGF-β 的αv 整合素，是腎纖維化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。Chang 等［28］研究表明，小分子抑制劑C8 在體外能阻斷αvβ1，減輕腎纖維化并改善腎功能，其具體的作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。Hayashida 等［29］研究表明，在人腎小管細(xì)胞系中，整合素β1基因敲除后，整合素αvβ3的活性增強(qiáng)，導(dǎo)致Rac1 的活性增加，刺激胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶活化，從而導(dǎo)致Ⅰ型膠原轉(zhuǎn)錄增加，促使腎纖維化發(fā)生。Hahm 等［30］研究表明，αvβ6在人類(lèi)腎臟疾病中的表達(dá)高度上調(diào)，靶向αvβ6的阻斷抗體可抑制腎纖維化形成。整合素αvβ8在腎小球系膜細(xì)胞中的表達(dá)豐富，主要配體是潛在TGF-β。生理情況下，整合素αvβ8結(jié)合LAP/TGF-β 復(fù)合物，使TGF-β 保持無(wú)活性狀態(tài);在無(wú)整合素αvβ8的情況下，TGF-β 的生物活性水平升高，導(dǎo)致腎小球損傷［31］。有學(xué)者提出，抑制多種整合素亞型可能會(huì)對(duì)糖尿病腎病中的蛋白尿和腎纖維化產(chǎn)生有意義的影響。在大鼠糖尿病腎病模型中，用αv 抑制劑MK-0429 長(zhǎng)期治療后，蛋白尿、腎纖維化顯著減少，提示該αv 抑制劑可能會(huì)改善糖尿病腎病的腎纖維化進(jìn)展［32］。

在正常腎臟中，整合素α8亞基僅在腎小球系膜細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞上表達(dá)，當(dāng)腎小球損傷時(shí)α8的表達(dá)上調(diào)［33］。有研究表明，上調(diào)的α8在糖尿病腎病中起保護(hù)作用，可能有助于改善腎小球損傷［34］。此外，Hartner 等［35］研究發(fā)現(xiàn)，在單側(cè)輸尿管梗阻誘導(dǎo)的腎纖維化小鼠中，管狀上皮細(xì)胞和間質(zhì)成纖維細(xì)胞出現(xiàn)α8亞基的表達(dá)，引起α8亞基及其配體表達(dá)的增加，但并未增加間質(zhì)纖維化，而缺乏α8亞基的小鼠則發(fā)生更嚴(yán)重的腎纖維化。由此得出，整合素α8亞基在腎臟疾病中的上調(diào)可能是保護(hù)性的，而非促纖維化的。

近年來(lái)對(duì)整合素連接激酶(integrin-linked kinase，ILK)的研究越來(lái)越多。ILK 可與整合素β1、β3亞基胞質(zhì)區(qū)域結(jié)合，參與整合素的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)ECM 積聚、細(xì)胞黏附、遷移、凋亡等過(guò)程，與腎間質(zhì)纖維化的發(fā)生密切相關(guān)。ILK 抑制劑QLT0267 可以部分抑制ILK 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的下游效應(yīng)分子，從而降低HK-2細(xì)胞上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的進(jìn)展速度，延緩糖尿病腎病的腎間質(zhì)纖維化進(jìn)程［36］。在多囊性腎病中，囊性上皮細(xì)胞異常分泌骨膜素，激活I(lǐng)LK-蛋白激酶B-哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白途徑，促進(jìn)囊腫生長(zhǎng)和纖維化，靶向骨膜素-整合素-ILK 軸可能是緩解多囊性腎病中囊腫生長(zhǎng)和纖維化的潛在治療方法［37］。

5 整合素與心肌纖維化

心肌纖維化是以心臟間質(zhì)成纖維細(xì)胞過(guò)度增殖、膠原過(guò)度沉積及異常分布為特征的心臟間質(zhì)重構(gòu)，最終導(dǎo)致心臟功能衰竭。其病理特點(diǎn)主要表現(xiàn)為ECM 合成和降解失衡，各類(lèi)型膠原比例失衡、排列紊亂，同時(shí)伴有心肌成纖維細(xì)胞的增生。

心臟成纖維細(xì)胞表達(dá)含β1亞基的整合素、αvβ3和αvβ5，通過(guò)與ECM 相作用在心臟重塑中發(fā)揮關(guān)鍵作用。含β1亞基的整合素在心臟細(xì)胞中的表達(dá)最為豐富，主要介導(dǎo)細(xì)胞與ECM 間的黏附。β1亞基作為Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白的主要受體，與ECM 結(jié)合引起FAK 酪氨酸磷酸化，從而激活FAK，介導(dǎo)成纖維細(xì)胞遷移［38］。林傳欽等［39］發(fā)現(xiàn)，阻斷整合素β1能夠抑制FAK 的磷酸化，下調(diào)TGF-β1、基質(zhì)金屬蛋白酶9、Ⅰ型膠原α1及Ⅲ型膠原α1的表達(dá)，從而改善心肌細(xì)胞纖維化。但也有研究認(rèn)為，在心肌纖維化中，Ⅰ型膠原可通過(guò)降低整合素α2β1的表達(dá)，增強(qiáng)成纖維細(xì)胞的分化和增殖，促進(jìn)心肌纖維化［40］。因此，α 亞基與β1亞基結(jié)合后可能發(fā)揮不同的生物學(xué)效應(yīng)。

整合素αvβ3和αvβ5在纖維化期間介導(dǎo)TGF-β1活化，促進(jìn)成纖維細(xì)胞分化為具有收縮功能的肌成纖維細(xì)胞［41］。Sarrazy 等［42］提出，抑制整合素αvβ3和(或)αvβ5可能是阻止人心臟成纖維細(xì)胞分化為肌成纖維細(xì)胞的有效策略。此外，Perrucci 等［43］發(fā)現(xiàn)，西侖吉肽可通過(guò)抑制整合素αvβ5的表達(dá)，顯著減少自發(fā)性高血壓大鼠成纖維細(xì)胞分化為有害的肌成纖維細(xì)胞。大量研究證明，整合素αv 的特異性缺失或應(yīng)用αv 抑制劑可以抑制TGF-β1的激活，有效治療和預(yù)防器官纖維化，包括心臟、肺、肝和腎纖維化，且不會(huì)引起不良反應(yīng)［44-45］。因此，靶向抑制整合素αvβ3、αvβ5或αv 亞基可作為抗纖維化治療的有效途徑之一。

6 小 結(jié)

隨著慢性疾病的不斷進(jìn)展，人體各組織器官均可發(fā)生纖維化病變，引起器官功能衰竭，最終危及生命。纖維化形成的核心是ECM 生成增多和(或)降解減少，如何阻止或逆轉(zhuǎn)ECM 過(guò)度沉積成為治療的關(guān)鍵。整合素作為ECM 受體，單獨(dú)或與各細(xì)胞信號(hào)通路相互作用參與纖維化的形成。目前，已經(jīng)研發(fā)了針對(duì)不同整合素亞型的抑制劑，主要為含β1或αv 亞基的整合素抑制劑，并且動(dòng)物研究顯示其在多個(gè)器官有抗纖維化潛力。隨著整合素在纖維化疾病中研究的深入，將會(huì)給臨床研發(fā)治療纖維化的有效藥物提供新的思路。但目前大部分研究尚處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，因此整合素抑制劑運(yùn)用于臨床還需要繼續(xù)探索。