獲得性喉氣管狹窄的形成機(jī)制和藥物治療研究進(jìn)展

劉曉君李曉艷

ALTS是一種潛在的嚴(yán)重危及生命的疾病，主要由創(chuàng)傷和長(zhǎng)時(shí)間的氣管插管引起，是喉氣管纖維化導(dǎo)致的嚴(yán)重后果[1]。ALTS最主要的病因是醫(yī)源性，即插管引起嚴(yán)重的缺血性損傷，使得上皮細(xì)胞受損、上皮下炎癥延長(zhǎng)，導(dǎo)致成纖維細(xì)胞增殖和膠原蛋白沉積。這種失調(diào)的傷口愈合反應(yīng)是由上皮細(xì)胞、免疫介質(zhì)和成纖維細(xì)胞之間復(fù)雜的信號(hào)傳導(dǎo)所驅(qū)動(dòng)的，它會(huì)刺激膠原蛋白的沉積，細(xì)胞外基質(zhì)重塑進(jìn)而導(dǎo)致氣道狹窄[2]。輕度的喉氣管狹窄可影響生活質(zhì)量，嚴(yán)重的情況下需要手術(shù)干預(yù)以緩解由此產(chǎn)生的喘鳴、呼吸窘迫等[3]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都在積極研究出一種抗纖維化藥物可以預(yù)防甚至完全阻止器官進(jìn)展性纖維化并治愈患者[4]。

由于ALTS是一種以膠原沉積過(guò)多為特征的疾病，成纖維細(xì)胞被認(rèn)為是主要的效應(yīng)細(xì)胞，主要表現(xiàn)為高代謝和促纖維化表型，可以通過(guò)自身產(chǎn)生的趨化因子和細(xì)胞因子來(lái)塑造和放大局部炎癥反應(yīng)[5]。一般來(lái)說(shuō)，傷口瘢痕的恢復(fù)是生理性的，但周?chē)h(huán)境的改變，可導(dǎo)致異常的傷口愈合和不受控制的組織重塑[6]。在ALTS中，喉氣管組織重構(gòu)發(fā)生異常，新產(chǎn)生的膠原蛋白等分子的合成速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)降解速度，逐漸取代正常組織，最終形成永久性瘢痕組織。這種粗糙的表面，容易導(dǎo)致湍流、喘鳴和發(fā)音困難等。

1 喉氣管狹窄的形成機(jī)制

1.1 免疫因素

研究表明，在喉氣管狹窄的發(fā)展過(guò)程中，適應(yīng)性免疫應(yīng)答起著至關(guān)重要的作用[7]。Hillel等[7]研究了炎癥細(xì)胞與喉氣管狹窄的關(guān)系：與正常對(duì)照組相比，ALTS組標(biāo)本顯示炎癥浸潤(rùn)顯著增加，CD3+T細(xì)胞、CD4+T細(xì)胞、T輔助細(xì)胞（TH）、巨噬細(xì)胞數(shù)量增加，白細(xì)胞介素（IL）-4基因表達(dá)也明顯增加，TH1、TH2、TH17細(xì)胞因子檢測(cè)組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其他細(xì)胞因子如IL-2、IL-6、IL-10、IL-17a、腫瘤壞死因子α、干擾素（INF）-σ與正常對(duì)照組相比表達(dá)無(wú)差異。炎癥浸潤(rùn)在第4天明顯，第7天達(dá)到高峰，在第14天減弱。有學(xué)者認(rèn)為炎癥平衡可促進(jìn)ALTS創(chuàng)面的生理性愈合和維持氣道通暢[7]。Motz等[8]證實(shí)IL-4基因在ALTS瘢痕中的表達(dá)增加了3.76倍，膠原蛋白（Coll）-1基因表達(dá)增加了13.68倍，初步認(rèn)為異常的膠原蛋白的生成可能由于Th2細(xì)胞介導(dǎo)IL-4表達(dá)所致。IL-4主要由TH2細(xì)胞分泌，目前已被證實(shí)可以促進(jìn)成纖維細(xì)胞分化與增殖以及膠原蛋白沉積。文獻(xiàn)中報(bào)道了IL-4與多種纖維增生疾病相關(guān)，包括系統(tǒng)性硬化癥、心臟纖維化、特發(fā)性肺纖維化等。

纖維化形成的特征是成纖維細(xì)胞過(guò)度增殖分化為肌成纖維細(xì)胞，導(dǎo)致α-平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-SMA）表達(dá)升高，產(chǎn)生能夠收縮的細(xì)胞類(lèi)型，進(jìn)而在受影響的組織中增加細(xì)胞外基質(zhì)的沉積[1]。研究表明，與正常的氣管黏膜相比，人喉氣管瘢痕組織顯示IL-6、α-SMA和基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）-13的表達(dá)增加[9]。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGF）-β是由多種細(xì)胞類(lèi)型分泌的一種促纖維化細(xì)胞因子，是成纖維細(xì)胞分化最常見(jiàn)的觸發(fā)因素，可刺激成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，與膠原蛋白沉積和成纖維細(xì)胞增殖有關(guān)[10]。在TGF-β1/Smad信號(hào)通路中，激活的TGF-β1受體磷酸化后與Smad蛋白形成復(fù)合體，在細(xì)胞核內(nèi)與啟動(dòng)膠原蛋白的基因結(jié)合，引起膠原蛋白的沉積，最終導(dǎo)致瘢痕的形成。

1.2 代謝因素

在缺氧創(chuàng)面或炎癥組織中，T細(xì)胞發(fā)揮增殖作用時(shí)，依賴葡萄糖和谷氨酰胺代謝的增強(qiáng)。高增殖的成纖維細(xì)胞表現(xiàn)為有氧糖酵解和谷氨酰胺攝取的增加[11]。通過(guò)體外模型，Yin等[9]發(fā)現(xiàn)缺氧情況下，IL-6在12小時(shí)后升高，優(yōu)先于成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，其認(rèn)為一旦瘢痕成熟，缺氧不再驅(qū)動(dòng)炎癥微環(huán)境和成纖維細(xì)胞表型的改變，而是繼續(xù)誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞過(guò)度增殖，這使得成纖維細(xì)胞的增殖從一個(gè)依賴氧的途徑轉(zhuǎn)移到一個(gè)不依賴氧的途徑。同時(shí)也認(rèn)為缺氧影響纖維化表型的形成和維持，可能是由IL-6參與的炎癥通路介導(dǎo)的。Ma等[12]研究發(fā)現(xiàn)喉氣管狹窄來(lái)源的成纖維細(xì)胞與正常的成纖維細(xì)胞相比，氧化磷酸化降低，糖酵解/氧化磷酸化比率增加。是否存在代謝抑制劑阻礙成纖維細(xì)胞增生及表型的轉(zhuǎn)化，有待于更深層次的研究。

1.3 基因方面

有報(bào)道研究了ALTS相關(guān)的遺傳標(biāo)記，選取的單核苷酸多態(tài)性（Single Nucleotide Polymorphisms，SNP）位于候選基因CD14抗原簇、MMP-1和TGFβ1中，分別為rs2569190、rs1799750和rs1800469，結(jié)果顯示位于MMP-1上的SNP rs1799750與ALTS的發(fā)生最顯著相關(guān)[10]。MMP-1 SNP rs1799750是一種功能性SNP，可能由于G/G等位基因的存在導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子E-26結(jié)合增加，增加基因的表達(dá)，產(chǎn)生降解細(xì)胞外基質(zhì)成分的作用。

Anis等[13]在2018年研究與傷口愈合相關(guān)基因中試圖找出與ALTS相關(guān)的基因標(biāo)記。實(shí)驗(yàn)中選取了6個(gè)候選SNP分別影響各自參與的傷口愈合基因的表達(dá)，即rs2569190、rs1024611、rs1800469、rs 1799750、rs522616和rs2276109，分別位于CD14抗原簇、單核細(xì)胞趨化蛋白-1（MCP1）、TGF-β1、MMP-1、MMP-3、彈性蛋白酶（MMP-12）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：6個(gè)候選SNP均未發(fā)現(xiàn)與ALTS的發(fā)生有顯著相關(guān)性。故有關(guān)ALTS相關(guān)基因表達(dá)的矛盾部分有待進(jìn)一步探討研究及驗(yàn)證。

1.4 微生物

近些年，部分學(xué)者研究了分枝桿菌在聲門(mén)下狹窄的作用機(jī)制[14]。Hillel等[15]研究發(fā)現(xiàn)了瘢痕區(qū)與非瘢痕區(qū)以及不同采樣點(diǎn)之間的菌群群落多樣性差異，間接表明了微生物分布的失調(diào)可能是喉氣管狹窄發(fā)病機(jī)制的一個(gè)直接因素，也可能微生物的移位是疾病的一個(gè)次要因素。

1.5 其他

ALTS的發(fā)生發(fā)展與年齡、性別、BMI、種族和糖尿病之間沒(méi)有顯著的關(guān)聯(lián)[8，10]。有學(xué)者認(rèn)為對(duì)于通過(guò)鼻胃管進(jìn)行腸內(nèi)喂養(yǎng)的患者來(lái)說(shuō)，鼻胃管打開(kāi)食管上下括約肌，使喉部和氣管容易受到胃酸反流的刺激，進(jìn)而導(dǎo)致喉氣管的瘢痕狹窄[16]。

2 藥物治療

2.1 抗腫瘤藥物

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道干擾素（INF）-γ可降低ALTS成纖維細(xì)胞中TGF-β1基因的表達(dá)，顯著減少成纖維細(xì)胞的增殖和膠原蛋白的生成[17]。近年來(lái)的研究表明羧甲基殼聚糖通過(guò)抑制TGF-β1表達(dá)，降低膠原蛋白的生成，進(jìn)而抑制纖維化[18，19]。

絲裂霉素-c（mitomycin-C,MMC)可從鏈霉菌中分離得到，被認(rèn)為是一種預(yù)防組織纖維化潛力的藥物。Szabo等[1]實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)過(guò)MMC處理后，TGF-β誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞α-SMA表達(dá)顯著降低。此作者認(rèn)為MMC治療時(shí)間窗在傷口愈合過(guò)程的肉芽階段，也就是成纖維細(xì)胞增殖被激活的時(shí)候，可以達(dá)到最大的體內(nèi)抗纖維化作用。研究表明MMC抗增殖作用具有劑量依賴性，使用濃度可在0.1μg/ml和1μg/ml之間[1]。目前，MMC廣泛用于青光眼手術(shù)、創(chuàng)傷性骨感染、先天性直腸狹窄等，抑制術(shù)后纖維細(xì)胞的增生、瘢痕的形成[20-22]。Cataneo等[23]驗(yàn)證了MMC在內(nèi)鏡下治療喉氣管狹窄是有效的。Prasanna等[24]通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為MMC不能改變傷口愈合的過(guò)程，也不能預(yù)防喉氣管狹窄的發(fā)生。

5-氟尿嘧啶(5-FU)可用于治療炎癥性瘢痕增生。Mao等[25]在兔模型中研究了5-FU乙醇體在給藥21天后顯著減少了氣道狹窄，認(rèn)為此方法有可能成為改善氣道狹窄的新方法。

2.2 免疫抑制劑藥物

他克莫司（Tacrolimus）又名FK506，是一種新型的免疫抑制劑。有研究報(bào)道了低劑量全身性他克莫司通過(guò)抑制T細(xì)胞的活化，使得受損氣道黏膜中的免疫細(xì)胞不能活化，對(duì)喉氣管狹窄具有預(yù)防作用[26]。

既往研究表明，雷帕霉素是一種普通存在的蛋白，具有多種細(xì)胞功能，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝、細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖、以及免疫細(xì)胞活化等，其可降低成纖維細(xì)胞的增殖和膠原蛋白的沉積[3]。Namba等[27]報(bào)道了雷帕霉素顯著降低ALTS瘢痕組織的氧化磷酸化，顯示了細(xì)胞代謝與纖維化之間的關(guān)系。有報(bào)道揭示了雷帕霉素可抑制mTOR信號(hào)復(fù)合物，抑制T細(xì)胞分化，同時(shí)也作為代謝抑制劑[28]。雷帕霉素的抗成纖維細(xì)胞作用，也潛在的揭示了治療ALTS的代謝抑制的靶點(diǎn)。

2.3 糖皮質(zhì)激素類(lèi)藥物

20世紀(jì)70年代首次報(bào)道用糖皮質(zhì)激素注射來(lái)治療喉氣管狹窄[29]。部分機(jī)構(gòu)研究了體內(nèi)糖皮質(zhì)激素注射可降低膠原蛋白、纖維化的形成。曲安奈德是一種長(zhǎng)效的糖皮質(zhì)激素，具有抗炎、抗過(guò)敏作用。其通過(guò)降低膠原蛋白的形成和成纖維細(xì)胞的增殖，來(lái)抑制肉芽組織和瘢痕形成。Sekioka等[30]通過(guò)約1個(gè)月進(jìn)行10次手術(shù)，對(duì)6例聲門(mén)下狹窄的患兒連續(xù)注射曲安奈德（Triamcinolone Acetonide,TA），在整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重的并發(fā)癥，可有效的改善了聲門(mén)下狹窄的通暢性及發(fā)音的質(zhì)量。

2.4 基因組織工程

研究表明miRNA-1343目前是一種治療器官纖維化疾病的一個(gè)有前途的新候選藥物[31]。miRNA-1343通過(guò)靶向降低TGF-β受體1和2的表達(dá)，減弱纖維化途徑。MMC可能通過(guò)促進(jìn)miR-200b啟動(dòng)子區(qū)甲基化表達(dá)下調(diào)，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞凋亡[32，33]。早前研究顯示仙臺(tái)病毒載體可攜帶至少5個(gè)kb大小的基因?qū)爰?xì)胞，并且已證實(shí)其介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因可表達(dá)在黏膜損傷的喉氣管狹窄的模型中，有望成為一種有前途的喉氣管疾病基因治療策略[34]。

間充質(zhì)干細(xì)胞（Mesenchymal stem cell,MSCs）是一種多能干細(xì)胞，其特征是具有黏附性、表達(dá)表面抗原以及分化為各種結(jié)締組織譜系（包括脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、肌肉細(xì)胞等）的能力。MSCs作為組織工程的一個(gè)組成部分，具有抗炎和免疫抑制特性，能夠準(zhǔn)確遷移到損傷部位，其分泌的可溶性因子對(duì)細(xì)胞存活和增殖至關(guān)重要[35]。MSCs治療特發(fā)性肺纖維化的臨床應(yīng)用已被證明是安全的[36，37]。MSCs是否有利于治療ALTS，有待于進(jìn)一步研究。

2.5 藥物支架

ALTS局部給藥的一種潛在的方法是藥物支架，其可以將藥物直接送到病變區(qū)域，避免了全身副作用。Duvvuri等[28]利用ALTS小鼠模型研制了一種具有雷帕霉素緩釋作用的藥物洗脫生物降解支架。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，聚己內(nèi)酯（PLLA-PCL）支架比聚乙丙交酯（PDLGA）支架具有更好的機(jī)械穩(wěn)定性和藥物穩(wěn)定性，且PLLA-PCL支架置入體內(nèi)是可行的,能夠在特定的環(huán)境下維持3周的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。研究結(jié)果顯示：當(dāng)PLLA-PCL支架置入未受損傷的小鼠氣管時(shí)，未見(jiàn)B淋巴細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞或巨噬細(xì)胞的表達(dá)，說(shuō)明PLLA-PCL在體內(nèi)產(chǎn)生炎癥很小。在接受雷帕霉素洗脫支架治療的小鼠，與普通PLLA-PCL支架相比，前者治療的小鼠其Coll1、α-SMA、TGF-β基因表達(dá)均下降。對(duì)照組小鼠氣管與經(jīng)雷帕霉素洗脫支架處理的小鼠相比，固有層厚度增加，氣管腔變狹窄[28]。除此之外，PLLA-PCL支架的力學(xué)特性可以適應(yīng)和抵抗氣管形狀的變化[28]。近幾年，藥物支架的研究非常熱門(mén)，適用于聲門(mén)下及氣管的支架也在不斷改進(jìn)。

2.6 其他

谷氨酰胺拮抗劑6-重氮-5-氧代-1-正亮氨酸（DON）通過(guò)抑制ALTS成纖維細(xì)胞的糖酵解和氧化磷酸化來(lái)逆轉(zhuǎn)纖維化進(jìn)程。與未處理的ALTS瘢痕組織相比，Coll1和Coll3基因表達(dá)、可溶性膠原蛋白產(chǎn)量、基礎(chǔ)代謝率和增殖率顯著降低。這些結(jié)果表明DON或其衍生物可能是治療獲得性喉氣管狹窄的強(qiáng)有力的輔助治療手段[3]。黃汝施[19]研究了羧甲基殼聚糖霧化吸入能夠有效的抑制氣管創(chuàng)傷后的纖維化進(jìn)程。

3 小結(jié)

ALTS是一種多種因素疾病，由炎癥、免疫、代謝、遺傳易感性、缺氧以及局部微生物群改變共同引起的。對(duì)于喉氣管狹窄，外科手術(shù)的方案，包括內(nèi)鏡下切除和擴(kuò)張、環(huán)氣管切除和喉氣管重建術(shù)，來(lái)擴(kuò)大氣道或者切除瘢痕組織。但手術(shù)治療創(chuàng)傷性大，需要經(jīng)驗(yàn)極其豐富的醫(yī)師，且可能術(shù)后導(dǎo)致嚴(yán)重并發(fā)癥等，故目前迫切需要確定輔助治療的方案。近些年，藥物治療效果甚微，說(shuō)明對(duì)ALTS發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)有限。未來(lái)的研究需要更好地理解各種機(jī)制之間的相互作用，以及是如何共同導(dǎo)致喉氣管瘢痕狹窄的形成。