上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化在肺部慢性高發(fā)性疾病中的研究進(jìn)展

李志梅，姚冬

（桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，廣西 桂林 541000）

0 引言

EMT 是由以轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor β，TGF-β）為核心的多種信號通路誘導(dǎo)的病理生理過程。在這個(gè)過程中，上皮細(xì)胞功能逐漸喪失并向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化，其標(biāo)志性特點(diǎn)是E-cadherin 的減少和N-cadherin 表達(dá)的增加[1]。EMT 與胚胎發(fā)育、傷口愈合以及腫瘤細(xì)胞的發(fā)生和遷移等密切相關(guān)。近年來，許多研究證明EMT 與肺纖維化[2]、支氣管哮喘[3,4]、慢性阻塞性肺疾病[5]、及肺癌[6]等肺部慢性高發(fā)性疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。因此，本文將對EMT 在常見肺部慢性高發(fā)性疾病中的作用，以及通過靶向EMT 對相關(guān)疾病的治療進(jìn)展展開綜述。

1 上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition, EMT）概述

1.1 EMT 的概念及分型

當(dāng)組織或細(xì)胞受到損傷或外來抗原( 如病毒、細(xì)菌等) 侵襲時(shí)，一系列信號級聯(lián)反應(yīng)激活免疫系統(tǒng)，引起炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致緊密連接的極性上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)換為具有遷移能力的間質(zhì)細(xì)胞，這一過程稱為上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelialmesenchymal transition，EMT）[7]。在TGF-β 家族、音猬因子因子（Sonic Hedgehog ，Shh）、Wnt/β-catenin, 纖維母細(xì)胞生長因子（fibroblast growth factor ，F(xiàn)GF）以及表皮生長因子（epidermal growth factor ，EGF）等信號作用下，EMT 相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子（包括Snail, ZEB, Twist 等）被激活，經(jīng)過一系列級聯(lián)反應(yīng)，細(xì)胞上皮特性被抑制，間充質(zhì)特性表達(dá)增加[8]。在正常情況下，形成上皮層的細(xì)胞表現(xiàn)出根尖基底極性，并通過緊密連接和貼壁連接橫向連接在一起，貼壁連接由細(xì)胞表面上皮鈣粘蛋白(E-cadherin)介導(dǎo)的，它的存在對上皮結(jié)構(gòu)完整性有著至關(guān)重要的作用[9]。當(dāng)EMT 被激活后，細(xì)胞的E-cadherin 表達(dá)被抑制，導(dǎo)致上皮細(xì)胞失去典型的緊密多邊形鋪路石狀形態(tài)，逐漸轉(zhuǎn)化為較為疏松的紡錘狀間充質(zhì)細(xì)胞形態(tài)，并表達(dá)間充質(zhì)細(xì)胞相關(guān)標(biāo)記物,包括神經(jīng)鈣粘蛋白(Ncadherin)、波形蛋白（vimentin），以及膠原蛋白（collagen）和纖維連接蛋白（fibronectin）等細(xì)胞外基質(zhì)蛋白（extracellular matrix，ECM），這一系列變化使細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性增強(qiáng)[10-12]。此外，金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）等胞外蛋白酶的表達(dá)增加導(dǎo)致ECM 的降解，從而使細(xì)胞更具轉(zhuǎn)移性和侵襲性[13]。

1.2 EMT 的分類

EMT 與包括胚胎發(fā)育、傷口愈合和組織修復(fù)以及細(xì)胞遷移等密切相關(guān)。這些過程被細(xì)分為三個(gè)不同的類型。Ⅰ型EMT 與胚胎發(fā)育相關(guān)，是指胚胎著床至子宮上皮的過程中，滋養(yǎng)外胚層的原始上皮細(xì)胞發(fā)生EMT 并在內(nèi)部細(xì)胞群內(nèi)遷移，并發(fā)生間充質(zhì)向上皮轉(zhuǎn)化(MET)，形成細(xì)胞，細(xì)胞繼續(xù)形成各種器官[9]；Ⅱ型EMT 主要與傷口愈合、組織再生和器官纖維化相關(guān)[14]。盡管被稱為上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)變，但EMT 并不局限于上皮細(xì)胞，在內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞中，也觀察到了相似的過程[15,16]。這表明這個(gè)過程不僅局限于上皮組織修復(fù)。Ⅲ型EMT 是目前研究最多的EMT 類型，它參與惡性細(xì)胞生長和轉(zhuǎn)移。在EMT 進(jìn)程中，E-Cadherin 的降低導(dǎo)致細(xì)胞間緊密連接的解除，因此，經(jīng)分化的上皮細(xì)胞可以通過組織甚至血液自由遷移到損傷區(qū)域。然而，這一過程同樣可以使癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)處的器官并形成繼發(fā)性腫瘤[17,18]。

2 EMT 與肺部疾病關(guān)系

2.1 特發(fā)性肺纖維化(Idiopathic pulmonary fibrosis, IPF)

IPF 是一種慢性、進(jìn)行性的間質(zhì)性肺部疾病，病理過程比較復(fù)雜，是很多肺部疾病的終末階段，確診后存活期為3-5 年，目前尚無藥物可根治[19,20]。IPF 通常被認(rèn)為是遺傳和環(huán)境因素交互作用的結(jié)果，在肺組織受到損傷時(shí)，肺泡上皮作為首先被攻擊的細(xì)胞，肺泡上皮被異常激活,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生ECM和膠原蛋白的肌成纖維細(xì)胞,這被認(rèn)為是肺纖維化發(fā)生的主要原因[21]。目前，肌成纖維細(xì)胞被認(rèn)為主要來自：1）原位肺成纖維細(xì)胞的增殖和分化；2）肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞（Alveolar typeⅡ epithelial cells，AT Ⅱ cells）經(jīng)過EMT 轉(zhuǎn)化；3）骨髓源性成纖維細(xì)胞以及循環(huán)祖細(xì)胞的轉(zhuǎn)化[1]。大量ECM 的異常沉積，導(dǎo)致肺組織的不可逆改變以及正常肺功能的喪失[22]。

研究表明，TGF-β 能在體外誘導(dǎo)AT Ⅱ細(xì)胞EMT 的發(fā)生，從而導(dǎo)致肺纖維化[23]。但EMT 是否在人體內(nèi)導(dǎo)致IPF 的發(fā)生，目前尚存在爭議。Rock 等人利博來霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化轉(zhuǎn)基因模型中跟蹤AT-II 細(xì)胞的遷移，發(fā)現(xiàn)標(biāo)記的AT-II 細(xì)胞沒有向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變[24]。然而近年來多項(xiàng)研究表明，EMT 是驅(qū)使肺泡上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞的關(guān)鍵因素[25,26]，在博來霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化過程中，EMT也在肺泡上皮細(xì)胞中發(fā)生[27,28]。并且最近有重要研究表明，在EMT 過程中，AT Ⅱ細(xì)胞中的ZEB1 介導(dǎo)的旁分泌信號通過形成促纖維化微環(huán)境來增強(qiáng)肺纖維化的局部肌成纖維細(xì)胞分化[8]，促進(jìn)了間質(zhì)纖維化的早期發(fā)展。

綜上所述，盡管IPF 的詳細(xì)發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，但目前大多數(shù)研究都認(rèn)為EMT 在一定程度參與其發(fā)病過程[25-28]。在這些研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索與EMT 相關(guān)的致病因素及信號通路，有可能為IPF 提供新的診斷標(biāo)記物及治療方案。

2.2 支氣管哮喘

支氣管哮喘是一種以氣道炎癥、氣道重構(gòu)和氣道高反應(yīng)性為特征的疾病[29]，其已成為影響全球3 億人的嚴(yán)重公共衛(wèi)生問題，我國是哮喘發(fā)病率和死亡率最高的國家[30,31]。哮喘氣道炎癥主要由輔助性 T 細(xì)胞( helper T cell，Th 細(xì)胞) 2 產(chǎn)生的細(xì)胞因子[如白細(xì)胞介素( interleukin，IL) -4、IL-5 和IL-13]介導(dǎo)的免疫反應(yīng)所導(dǎo)致[32,33]。氣道重塑是指氣道基底膜增厚伴上皮下纖維化、上皮脫落和平滑肌肥大或增生[34]。正常情況下，損傷的上皮能夠進(jìn)行自我修復(fù)，然而哮喘患者氣道中慢性炎癥造成的持續(xù)損傷導(dǎo)致纖毛細(xì)胞的數(shù)量大大減少，使基膜表面僅部分覆蓋有能夠抵抗細(xì)胞凋亡的基膜細(xì)胞[34]。

Hackett 等在哮喘患者體內(nèi)觀察到了促EMT 標(biāo)志物E-cadherin 的降低[35]，Johnson 等在塵螨誘導(dǎo)的小鼠哮喘模型中觀察到了氣道上皮細(xì)胞中連接蛋白E-cadherin 的降低和間充質(zhì)相關(guān)蛋白Vimentin 等表達(dá)的升高[36]，由此可見，EMT能夠參與哮喘發(fā)病。那么EMT 是如何參與哮喘發(fā)病的呢？近年多項(xiàng)研究表明，EMT 與哮喘氣道重塑密切相關(guān)。Liu 等在哮喘患者和OVA 誘導(dǎo)的哮喘小鼠模型氣道中觀察到了氣道EMT 和氣道重塑[37]。

然而，哮喘中氣道上皮作為氣道受損的第一道屏障，其發(fā)生EMT 的驅(qū)動(dòng)因素還未闡明。研究表明，Th2 介導(dǎo)的慢性炎癥可以使嗜酸性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的TGF-β1 增加，導(dǎo)致氣道中TGF-β1 水平升高，進(jìn)而誘導(dǎo)EMT 和上皮下纖維化[36]。Haddad 等人通過提取重癥哮喘患者外周血中的中性粒細(xì)胞，將其與原代氣道上皮細(xì)胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)重癥哮喘患者的中性粒細(xì)胞能夠誘導(dǎo)氣道上皮細(xì)胞EMT，說明中性粒細(xì)胞作為EMT 誘導(dǎo)者和的TGF-β1 重要來源，可能在重癥哮喘氣道重塑和纖維化的發(fā)生發(fā)展中起重要作用[38]。Loffredo 等人通過分析哮喘患者的EMT 相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子，發(fā)現(xiàn)哮喘患者的EMT 還涉及與轉(zhuǎn)錄因子持續(xù)改變相關(guān)的代謝和表觀遺傳學(xué)的調(diào)節(jié)，而不僅是由慢性炎癥的損傷和修復(fù)所驅(qū)動(dòng)[39]。

盡管EMT 與哮喘發(fā)病之間的機(jī)制尚未完全闡明，但進(jìn)一步研究 EMT 在哮喘氣道重塑中的機(jī)制是非常有必要的，對EMT 靶向干預(yù)可能是逆轉(zhuǎn)哮喘氣道重塑的新途徑。

2.3 慢性阻塞性肺疾?。–hronic obstructive pulmonary disease, COPD）

COPD 是一種以呼吸困難、慢性咳嗽、咳痰主要表現(xiàn)，以持續(xù)性氣流受限為主要特征的可以預(yù)防和治療慢性氣道炎癥性疾病，反復(fù)的炎癥損傷和組織修復(fù)可導(dǎo)致氣道重塑[40,41]。COPD 通常是由長期吸煙引起的，據(jù)統(tǒng)計(jì)，超過50%的長期吸煙者患有COPD，估計(jì)到2030 年COPD 將成為世界第三大死亡原因[40,42]。

Sohal[43]等人在2010 年通過對48 名吸煙者（包括COPD罹患者與非罹患者）的肺組織通過免疫組化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)與15 名未吸煙者相比，吸煙者支氣管網(wǎng)狀基底膜（Reticular basement membrane ，Rbm）斷裂顯著，且斷裂程度與COPD患者吸煙史呈正相關(guān)。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)吸煙者Rbm 裂隙內(nèi)的基底上皮細(xì)胞中EMT 相關(guān)蛋白（S100A4、vimentin、EGFR、MMP-9）表達(dá)均較正常組明顯增加，表明EMT 在吸煙者以及COPD 患者中能夠促進(jìn)氣道重塑和纖維化。隨后，在2013 年，西班牙[44]和國內(nèi)[45]的研究者通過對COPD 患者的氣道上皮細(xì)胞以及對氣道組織進(jìn)行分析，在其中均發(fā)現(xiàn)了E-cadherin的降低和N-cadherin 的上調(diào)。盡管這些研究無法表現(xiàn)EMT在COPD 患者體內(nèi)的動(dòng)態(tài)過程，但相似的結(jié)果在不同群體中均表現(xiàn)為EMT 在吸煙者中活躍，特別是吸煙導(dǎo)致的COPD 患者中提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。研究者們還需要通過縱向研究以及細(xì)胞培養(yǎng)等方式，充分了解EMT 在COPD 炎癥和氣道重塑過程中的作用及發(fā)生機(jī)制。

2.4 肺癌

肺癌是世界上最常見的癌癥，其中非小細(xì)胞肺癌（Nonsmall-cell lung cancer，NSCLC）占肺癌發(fā)病的85% 左右。EMT 與癌細(xì)胞的侵襲性和轉(zhuǎn)移能力高度相關(guān)，在EMT 過程中，癌細(xì)胞不僅失去了自身的粘附性，呈現(xiàn)出更高的能動(dòng)性和侵襲性，而且對細(xì)胞凋亡和化療藥物的抵抗力增強(qiáng)，甚至呈現(xiàn)出類似干細(xì)胞的特性[46]。

研究發(fā)現(xiàn)，與原位瘤相比，肺癌中表達(dá)有上皮標(biāo)記物EpCAM 的循環(huán)腫瘤細(xì)胞（Circulating tumour cells，CTCs）量更少，不表達(dá)EpCAM 的CTC 與原位瘤在數(shù)量上相似，表明經(jīng)歷EMT 的肺癌CTC 失去其上皮表型[47]。研究者通過對125例初治期晚期肺癌患者進(jìn)行追蹤調(diào)查以及細(xì)胞學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)在肺癌晚期的患者中，CTC 的增加預(yù)示著不良的預(yù)后，且來自EGFR 突變的NSCLC 的CTCs 表現(xiàn)出上皮向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的特征[48]。盡管有越來越多的研究表明EMT 與肺癌相關(guān)，但并沒有直接證據(jù)證明EMT 動(dòng)態(tài)參與到了肺癌的腫瘤轉(zhuǎn)移過程中。

目前晚期肺癌治療的主要方式為放化療以及靶向藥物治療，近年多項(xiàng)研究表明，發(fā)生EMT 的癌細(xì)胞往往會對多種抗癌治療失去敏感性[49,50]，針對這種特性，近期研究人員發(fā)現(xiàn)循環(huán)腫瘤DNA（circulating tumor DNA ，ctDNA）的甲基化與癌細(xì)胞耐藥性相關(guān)，這一過程可以從藥理學(xué)上逆轉(zhuǎn)，并在ctDNA中進(jìn)行非侵入性監(jiān)測，以預(yù)測其對治療的耐藥性，這也為肺癌的輔助治療提供了更多的可能性[51]。

3 以EMT 為靶點(diǎn)的肺部疾病潛在治療方向

隨著對EMT 在多種肺部疾病中作用機(jī)制的研究日趨成熟，通過逆轉(zhuǎn)或抑制EMT 來達(dá)到治療疾病目的的嘗試也日益增多。研究者通過使用三七總皂苷干預(yù)TGF-β1 刺激的體外培養(yǎng)的肺泡上皮細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)與TGF-β1 組比較,三七總皂苷能夠顯著增加細(xì)胞的圓形度值、降低平滑肌肌動(dòng)蛋白α（Alpha-smooth muscle actin，α-SMA）和纖連蛋白（Fibronectin, FN）的表達(dá)，并且能增加基質(zhì)金屬蛋白酶9（(matrix metalloprotein-9，MMP-9)的分泌量，減少基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑-1（tissue inhibitor of metalloproteinase-1，TIMP-1）的分泌量，這表明三七總皂苷能抑制肺泡上皮細(xì)胞的間質(zhì)轉(zhuǎn)化,促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)分解[52]。并且，隨后有研究發(fā)現(xiàn)，三七總皂還能夠抑制肺癌A549 細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化[53]，表明三七總皂苷具有治療肺纖維化和肺癌的應(yīng)用前景。與以上研究相似，劉濤等[54]使用積雪草苷干預(yù)TGF-β1 刺激的體外培養(yǎng)的肺泡上皮細(xì)胞后，通過Western blot 檢測細(xì)胞中EMT標(biāo)志蛋白Vimentin、E-cadherin 的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)積雪草苷抑制TGF-β1 誘導(dǎo)肺泡上皮細(xì)胞增殖活性和EMT，減少細(xì)胞分泌炎癥因子,并且調(diào)控細(xì)胞因子的表達(dá),具有一定的抗肺纖維化作用。除肺部疾病外，針對EMT 的靶向治療在其他系統(tǒng)疾病中也多有研究，研究者發(fā)現(xiàn)橙皮素通過調(diào)節(jié)mTOR 通路對TGF-β1 誘導(dǎo)的足細(xì)胞EMT 具有保護(hù)作用[55]，由此可見，橙皮素可能是抑制各種慢性腎臟病腎纖維化的一個(gè)良好天然候選藥物。EMT 在腫瘤化療耐藥中起重要作用，研究顯示，甲基蓮心堿（Neferine，NEF）可以通過抑制miR-130b-5p 下調(diào)介導(dǎo)的EMT 來增強(qiáng)鼻咽癌紫杉醇耐藥細(xì)胞系對紫杉醇的敏感性[55]。

4 總結(jié)與展望

綜上，近年來EMT 與慢性肺部疾病之間的關(guān)系被廣泛而深入的研究，然而其詳細(xì)的參與機(jī)制還未完全闡明。逆轉(zhuǎn)EMT 不僅能使肺纖維化、支氣管哮喘以及COPD 的氣道重塑以及氣道炎癥得以改善，還有利于改善肺癌的預(yù)后和耐藥性。以EMT 為靶點(diǎn)對多種肺部疾病的治療也得到了初步進(jìn)展。因此，在肺部疾病中針對EMT 的研究具有重要意義，還需要進(jìn)一步研究以明晰其參與機(jī)制進(jìn)而拓寬治療思路。