自噬調(diào)節(jié)EMT過程在間質(zhì)性肺病中的作用機(jī)制探討

徐存來　潘炯偉　金元虹

[摘要] 目的 研究不同階段肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞自噬變化，并通過增強(qiáng)自噬水平，觀察自噬對(duì)間質(zhì)性肺炎上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）的作用與調(diào)控機(jī)制。 方法 將小鼠隨機(jī)分為A空白對(duì)照組、B模型組、C自噬增強(qiáng)組各10只。B組及C組氣道滴注BLM建立模型，C組腹腔注射mTOR-siRNA。各組分別于干預(yù)第7天及第14天隨機(jī)處死3只小鼠，第28天處死剩下的4只小鼠。記錄每只小鼠體重。各組取肺組織進(jìn)行電鏡檢查，計(jì)數(shù)肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞自噬體數(shù)量，測(cè)定不同時(shí)期的小鼠肺泡組織中的Smad3、Smad7表達(dá)。 結(jié)果 模型7 d組自噬體有所增加，模型14 d、28 d組較空白對(duì)照14 d、28 d組無明顯變化;自噬增強(qiáng)組各時(shí)間組可減輕小鼠肺泡炎及纖維化程度;第14、28 d比較：自噬增強(qiáng)組小鼠Smad3蛋白表達(dá)較肺間質(zhì)纖維化模型組明顯降低（P<0.01），較空白對(duì)照組小鼠增高（P<0.01）;自噬增強(qiáng)組 Smad7 蛋白表達(dá)較肺間質(zhì)纖維化模型組增加（P<0.05），相比空白對(duì)照組低（P<0.01）。自噬增強(qiáng)組的各階段的肺泡炎和肺纖維化程度與模型組（B組）對(duì)比減輕（P<0.05）（除肺纖維化7 d組比較外）。 結(jié)論 肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞的自噬變化對(duì) EMT 具有重要調(diào)控作用，mTOR-siRNA可通過調(diào)節(jié)Smad 信號(hào)通路參與 EMT 過程的發(fā)生，減少肺間質(zhì)纖維化形成。

[關(guān)鍵詞] 間質(zhì)性肺疾病;自噬;肺泡 Ⅱ 型上皮細(xì)胞;上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化

[中圖分類號(hào)] R563? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? ? ? ? [文章編號(hào)] 1673-9701（2020）03-0030-05

[Abstract] Objective To study the changes of autophagy in alveolar type Ⅱ epithelial cells at different stages， and to observe the effect and regulation mechanism of autophagy on epithelial-mesenchymal transition（EMT） of interstitial pneumonia via enhancing autophagy level. Methods Mice were randomly divided into blank control group A， model group B and autophagy enhancement group C， with 10 mice in each group. Models of airway drip BLM were established in group B and group C. Group C was injected intraperitoneally with mTOR-siRNA. Three mice were randomly sacrificed on the 7th and 14th day of intervention in each group. On the 28th day， the remaining 4 mice were sacrificed. The body weight of each mouse was recorded. The lung tissue was collected for electron microscopy in each group. The number of autophagosomes in alveolar type Ⅱ epithelial cells was counted， and the expression of Smad3 and Smad7 in mice alveolar tissues at different stages was determined. Results The autophagosomes in the 7-day model group were increased， and the 14-day and 28-day model groups did not change significantly compared with the 14-day and 28-day blank control groups. The degree of alveolitis and fibrosis in mice could be alleviated in the autophagy enhanced group at each time; the comparison of 14 th and 28 th day： the expression of Smad3 protein in the autophagy enhanced group was significantly lower than that in the pulmonary interstitial fibrosis model group（P<0.01）， which was higher than that in the blank control group（P<0.01）; the expression of Smad7 in the autophagy enhanced group was higher than that in the model group at each stage（P<0.05）， which was lower than that in the blank control group （P<0.01）. The degree of alveolitis and pulmonary fibrosis at each stage in the autophagy enhanced group was reduced compared with the model group（group B）（P<0.05）（except the comparison of pulmonary fibrosis at 7th day）. Conclusion Autophagy changes in alveolar type Ⅱ epithelial cells have important regulatory effects on EMT. mTOR-siRNA can participate in the development of EMT by regulating the Smad signaling pathway and reduce the formation of pulmonary interstitial fibrosis.

[Key words] Interstitial lung disease; Autophagy; Alveolar type Ⅱ epithelial cells; Epithelial-mesenchymal transition（EMT）

間質(zhì)性肺?。↖nterstitial lung disease，簡稱ILD）是一類主要累及肺臟間質(zhì)，以炎癥及纖維化為主的疾病，其病理基本改變是肺泡炎及肺間質(zhì)纖維化，最常見的癥狀是漸進(jìn)性呼吸困難[1]。目前而言，間質(zhì)性肺炎病因復(fù)雜，機(jī)制尚未完全明了，當(dāng)間質(zhì)性肺病后期發(fā)展到肺纖維化后常缺乏有效的治療辦法，既往常用的抗炎、抗氧化、抗凝或擴(kuò)張肺部血管藥物如糖皮質(zhì)激素、N-乙酰半胱氨酸、吡非尼酮、尼達(dá)尼布、西地那非和華法令等均無法從根本機(jī)制上阻止或改善損傷與修復(fù)異常[2];同時(shí)大規(guī)模臨床研究也表明，這些藥物不能給患者帶來肺功能和生存獲益，相反，部分藥物甚至存在遠(yuǎn)期不良反應(yīng)[3]。因此，從損傷與修復(fù)異常的調(diào)控機(jī)制入手，深入探索間質(zhì)性肺纖維化中參與這一過程的重要靶點(diǎn)，對(duì)于尋找新的和有效的肺纖維化防治方法、改善預(yù)后將具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

從溫州醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心購買8周齡、體重約25 g雄性清潔級(jí)C57BL/6 小鼠（SPF級(jí)）30只，隨機(jī)分為A空白對(duì)照組、B模型組、C自噬增強(qiáng)組各10只，標(biāo)準(zhǔn)飼料分籠飼養(yǎng)，相對(duì)濕度35%～40%、室溫維持在22℃～23℃、每12小時(shí)照明交替一次，各組小鼠間無飲食或飼養(yǎng)環(huán)境區(qū)別。處理實(shí)驗(yàn)小鼠的一切程序均按照《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的指導(dǎo)意見》。

1.2 博萊霉素（BLM）誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化的模型建立

取20只小鼠腹腔注射速眠新注射液0.1 mL稀釋后注射，仰臥于動(dòng)物臺(tái)上，2 mg/kg劑量的BLM溶于生理鹽水中抽取1 mL進(jìn)行快速滴注，另外空白對(duì)照組10只小鼠則給予等量生理鹽水。滴畢，快速直立并旋轉(zhuǎn)小鼠使藥液分布均勻。

1.3 藥物干預(yù)自噬水平變化

1.3.1 分組干預(yù)? 自造模第2天起，每天向空白對(duì)照組小鼠（A 組）腹腔注射生理鹽水1 mL;每天向模型組小鼠（B 組）腹腔內(nèi)注射生理鹽水 1 mL。每天向自噬增強(qiáng)組（C組）腹腔注射2 mg/kg的mTOR-siRNA 1 mL。各組分別于干預(yù)第7天及第14天用隨機(jī)數(shù)表法隨機(jī)處死3只小鼠，第28天處死剩下的4只小鼠，以干預(yù)因素和處死時(shí)間分為：空白對(duì)照7 d組（A1組），空白對(duì)照14 d組（A2組），空白對(duì)照28 d組（A3組），模型7 d組（B1組），模型14 d組（B2組），模型28 d組（B3組），自噬增強(qiáng)7 d組（C1組），自噬增強(qiáng)14 d組（C2組），自噬增強(qiáng)28 d組（C3組）。

1.3.2 siRNA慢病毒表達(dá)載體的構(gòu)建? 根據(jù) Genebank序列，構(gòu)建靶向 mTOR、LC3基因siRNA真核質(zhì)粒表達(dá)載體并驗(yàn)證;利用慢病毒包裝系統(tǒng)，構(gòu)建慢病毒載體，并擴(kuò)增、純化、鑒定。

1.4 肺組織病理學(xué)分析

各組取小鼠新鮮肺組織，以20 cmH2O壓力向肺組織內(nèi)灌注10%中性甲醛，將肺組織置入10%中性甲醛中24 h，常規(guī)石蠟包埋和切片，行 HE染色、Masson 染色。遵循盲法原則，請(qǐng)我院病理?？漆t(yī)師按照 Ashcroft方法進(jìn)行肺泡炎癥及纖維化評(píng)分。

1.5 組織冰凍切片免疫熒光染色與TUNEL測(cè)定

取小鼠新鮮肺組織，OCT包埋，冰凍連續(xù)切片，貼附于聚賴氨酸包被好的載玻片上，-80℃保存待用。染色時(shí)取出，先后經(jīng) PBS、PBST漂洗后，小牛血清封閉，一抗孵育過夜，熒光二抗孵育，PBS 漂洗等過程后，以中性甘油封片，共聚焦顯微鏡觀察并拍照。取冰凍組織切片，按照 Tunel 試劑盒（DeadEndTM Fluorometric TUNEL System，Promega，USA）說明操作。

1.6 透射電鏡取材

取小鼠新鮮肺組織，取小塊置于石蠟平面，滴2.5%戊二醛溶液于組織表面，快速將組織切成1 mm×1 mm×1 mm左右的小塊約5～6 塊，浸入2.5%戊二醛固定后送透射電鏡檢測(cè)。肺泡 Ⅱ型上皮細(xì)胞的判定可根據(jù)其特征性板層小體，自噬體在電鏡下呈位于細(xì)胞質(zhì)中的雙層膜結(jié)構(gòu)。

1.7 肺組織膠原、羥脯氨酸水平測(cè)定

取小鼠新鮮肺組織于液氮速凍，-80℃保存待用。測(cè)定時(shí)取出，按照 Sircol collagen assay（Biocolor，UK）、羥脯氨酸測(cè)試盒（南京建成生物工程研究所）說明操作。

1.8 免疫組化染色（S-P 法）操作步驟

Smad3、Smad7免疫組化試劑盒購自北京中杉金橋生物公司，具體操作按照說明書進(jìn)行。

1.9 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

全部統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算均在Windows10 SPSS21.0軟件中進(jìn)行，計(jì)量資料以（x±s）表示，多組資料對(duì)比首先行正態(tài)分布檢驗(yàn)及方差齊性檢驗(yàn)，通過后再進(jìn)行單因素方差分析。使用秩和檢驗(yàn)進(jìn)行多組等級(jí)資料統(tǒng)計(jì)分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 各組肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞自噬體數(shù)量比較

各組分別取肺組織進(jìn)行電鏡檢查，計(jì)數(shù)肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞自噬體數(shù)量，發(fā)現(xiàn)模型7 d組與空白對(duì)照7 d組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01）;自噬增強(qiáng)各組肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞自噬體數(shù)量與相應(yīng)時(shí)間空白對(duì)照組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01）。見封三圖2及表1。

2.2 增強(qiáng)自噬對(duì)BLM誘導(dǎo)的小鼠肺間質(zhì)纖維化結(jié)局的影響

各組小鼠28 d處死后取組織行H&E，Masson病理染色與評(píng)分。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，mTOR-siRNA可減輕小鼠肺泡炎及纖維化程度。見封三圖 3、4。

2.3 各組不同時(shí)間的肺泡炎及肺纖維化分級(jí)半定量比較

各時(shí)間自噬增強(qiáng)組和模型組與空白對(duì)照組比較均有顯著性差異（aP<0.01）;自噬增強(qiáng)組與相應(yīng)時(shí)間模型組比較P值如下，僅自噬增強(qiáng)7 d組與模型7 d組比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（dP=0.061>0.05），其他組均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（bP<0.01，cP=0.01，eP=0.019，fP=0.012），見表2。

2.4 各組小鼠不同時(shí)間的肺勻漿中羥脯氨酸含量結(jié)果比較

各組羥脯氨酸表達(dá)與相應(yīng)時(shí)間段空白對(duì)照組比較均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（aP<0.01）;自噬增強(qiáng)組第7天時(shí)與模型組比較無顯著性差異（bP=0.171>0.05）;第14、28天時(shí)自噬增強(qiáng)組較模型組升高（cP<0.01），見表3。

2.5 各組小鼠不同時(shí)間肺組織中 Smad3 蛋白的表達(dá)水平比較

各組與相應(yīng)時(shí)間空白對(duì)照組Smad3 蛋白表達(dá)比較均有顯著性差異（aP<0.01）;自噬增強(qiáng)組與模型組比較，第7天無顯著性差異，第14、28天有顯著性差異（bP=0.177>0.05，cP<0.01），見表4。

2.6 各組小鼠不同時(shí)間Smad7的表達(dá)情況比較

各組與相應(yīng)時(shí)間空白對(duì)照組Smad7的表達(dá)水平比較均有顯著性差異（aP<0.01）;自噬增強(qiáng)組與模型組比較第7天無顯著性差異，第14、28天有顯著性差異（bP=0.557，cP=0.039，dP<0.01），見表5。

3 討論

肺間質(zhì)纖維化被認(rèn)為是一種異常的病理生理學(xué)進(jìn)程，過多的細(xì)胞外基質(zhì)導(dǎo)致肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞損傷，最終引起纖維瘢痕組織形成，臨床上表現(xiàn)為肺功能的不可逆損傷[4]。調(diào)查顯示，歐洲肺間質(zhì)纖維化的發(fā)病率和死亡率逐年升高，但有效的治療方法仍較少[5]。間質(zhì)性肺病治療中以IPF（特發(fā)性肺纖維化）較為困難，因IPF 的確切病因不清，且預(yù)后極差，中位生存時(shí)間僅2～3 年，5年生存率僅20%～30%[6-7]，目前當(dāng)間質(zhì)性肺病后期發(fā)展到肺纖維化后缺乏有效的治療辦法且合并細(xì)菌感染預(yù)后較差[8-10]。

自噬是一種保護(hù)機(jī)制，LPS 可引起肺組織中某些細(xì)胞發(fā)生自噬[11]。目前已證實(shí)，自噬在心、腎、肝纖維化的發(fā)生發(fā)展具有重要意義，通過調(diào)節(jié)自噬水平變化可改變纖維化程度[12-14]。在肺動(dòng)脈高壓中，缺氧肺血管自噬體增多，LC3B-/-小鼠在慢性缺氧環(huán)境下肺動(dòng)脈壓力指數(shù)增高，提示自噬具有保護(hù)作用[15];因此我們認(rèn)為，自噬在IPF 中也可能扮演重要角色。

肺炎上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）是指上皮細(xì)胞通過特定程序轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)細(xì)胞表型的生物學(xué)過程。目前，在乳腺癌、原發(fā)性肝癌的研究中已初步發(fā)現(xiàn)自噬參與調(diào)節(jié) EMT 過程的依據(jù)[16]。目前國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)肺間質(zhì)纖維化發(fā)病過程中，上皮細(xì)胞損傷導(dǎo)致局部組織的炎癥反應(yīng)和缺氧環(huán)境促使EMT發(fā)生。其中，TGF-β被認(rèn)為是特發(fā)性肺纖維化中誘導(dǎo)EMT發(fā)生的關(guān)鍵因子[17]。TGF-β與上皮細(xì)胞跨膜絲氨酸/蘇氨酸激酶Ⅰ、Ⅱ型受體結(jié)合，主要通過激活 Smad通路，使Smad2/3磷酸化并與Smad4結(jié)合進(jìn)行核轉(zhuǎn)位，使上皮細(xì)胞表型向間充質(zhì)細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化。目前，在乳腺癌及原發(fā)性肝癌的研究中已初步發(fā)現(xiàn)自噬參與調(diào)節(jié)EMT過程的依據(jù)。通過饑餓誘導(dǎo)人肝癌細(xì)胞株HepG2、BEL7402自噬水平上調(diào)可通過TGF-β/Smad途徑誘導(dǎo)間充質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記表達(dá)增加、上皮標(biāo)記表達(dá)減少，從而促進(jìn) EMT發(fā)生、腫瘤轉(zhuǎn)移[18]。

近年來有研究證實(shí)敲除Smad3基因的小鼠和野生型小鼠采用致炎因子處理后有明顯不同的肺纖維化改變及膠原蛋白沉積，提示在 TGF-β1信號(hào)傳導(dǎo)通路調(diào)控肺纖維化發(fā)生過程中Smad3蛋白起到一部分的作用[19]，提示Smad蛋白是TGF-β1的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子和轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的下游轉(zhuǎn)錄因子，其異常表達(dá)在肺纖維化中起著關(guān)鍵作用[20]。TGF-β1的信號(hào)通路簡單描述如下：TGF-β1首先與TGF-β1受體結(jié)合，使受體磷酸化Smad2/3，然后磷酸化的Smad2/3與Smad4結(jié)合，形成Smad2/3-Smad4二聚體進(jìn)入肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞細(xì)胞核[18]，影響有關(guān)靶點(diǎn)基因的表達(dá)情況。而Smad7作為TGF-β1信號(hào)傳導(dǎo)通路中起抑制作用的蛋白，起到負(fù)反饋調(diào)節(jié)的功能[21]。

RNA 干擾技術(shù)通過體外合成短雙鏈小干擾 RNA（siRNA）轉(zhuǎn)入細(xì)胞，可高效、特異地抑制細(xì)胞內(nèi)特定基因的表達(dá)。目前技術(shù)相當(dāng)成熟，已被用于病毒性疾病、遺傳性、腫瘤性疾病的治療研究。目前針對(duì)調(diào)節(jié)自噬的藥物與試劑主要有：雷帕霉素、氯喹、3-甲基腺嘌呤（3-MA）等。本研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果：與模型組相比，自噬增強(qiáng)組第14、28天肺纖維化分級(jí)減低，結(jié)果有顯著性差異（P<0.05）;根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與模型組小鼠相比，自噬增強(qiáng)組（mTOR-siRNA組）羥脯氨酸含量在第14、28天時(shí)顯著降低，上述結(jié)果說明mTOR-siRNA 對(duì)博來霉素所誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化模型有明顯抑制作用。造模成功后的模型組在第7、14、28天時(shí)的Smad3蛋白表達(dá)都較空白對(duì)照組顯著升高，并呈時(shí)間依賴性，有顯著性差異（P<0.01），提示 Smad3蛋白可能參與博來霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化過程中肺泡炎癥損傷及膠原蛋白的沉積。另外我們的研究結(jié)果也顯示與模型組比較，自噬增強(qiáng)組第14、28天的Smad3蛋白表達(dá)量均有所下降，有顯著性差異（P<0.01），而自噬增強(qiáng)組Smad7表達(dá)量逐漸降低，第14、28天與模型組相比較具有顯著性升高（P<0.05）;以上數(shù)據(jù)顯示在疾病發(fā)生發(fā)展過程中伴有Smad7的低表達(dá)，解除了對(duì)TGF-β1/Smad通路中Smad3因子的抑制，而mTOR-siRNA可能通過自噬抑制Smad3高表達(dá)、同時(shí)通過促進(jìn)通路中發(fā)揮負(fù)性調(diào)控作用的Smad7的高表達(dá)來進(jìn)一步調(diào)控TGF-β1/Smad通路促纖維化發(fā)生的作用。本次研究僅涉及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及組織學(xué)水平研究，具體機(jī)制仍有待蛋白及基因水平進(jìn)一步證實(shí)。上述結(jié)果提示mTOR-siRNA能發(fā)揮抗纖維化作用與其調(diào)控Smad蛋白表達(dá)有關(guān)，可進(jìn)一步用于機(jī)制研究與新藥開發(fā)，為間質(zhì)性肺病的治療帶來新契機(jī)。

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（收稿日期：2019-04-15）