中醫(yī)藥干預(yù)細(xì)胞外基質(zhì)沉積抗肺纖維化研究進(jìn)展*

張冬冬，劉曉明，李芮

1.山東中醫(yī)藥大學(xué)，山東 濟(jì)南 250014； 2.山東省中醫(yī)院，山東 濟(jì)南 250014

細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrixc，ECM)是一種非細(xì)胞的大分子三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，主要由多種纖維蛋白和多糖等組成，在機(jī)體生理、病理狀態(tài)下，經(jīng)歷不斷地降解重構(gòu)過程，保證自身生成降解協(xié)調(diào)，維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)平衡[1]。ECM在肺間質(zhì)的大量沉積是肺纖維化病理特點(diǎn)之一。起始階段肺泡上皮細(xì)胞損傷，刺激生成多種促纖維化細(xì)胞因子誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增生、聚集、轉(zhuǎn)分化，生成分泌ECM更強(qiáng)的肌成纖維細(xì)胞[2]，高水平釋放ECM，促進(jìn)肺纖維化發(fā)生。病理狀態(tài)下，肺間質(zhì)中ECM的過量沉積可促使ECM合成增加，并使降解酶系基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)/組織金屬蛋白酶抑制劑(tissue inhibitor of matrix metalloproteinases，TIMPs)調(diào)控功能降低。因此，抑制轉(zhuǎn)化生長因子的表達(dá)激活，維持降解酶系的比例平衡，可延緩肺纖維化(pulmonary fibrosis，PF)的病情進(jìn)展。

1 TGF-β1、MMPs/TIMPs與肺纖維化

大量研究表明，TGF-β1與基質(zhì)金屬蛋白酶及其抑制因子之間存在多向調(diào)節(jié)機(jī)制，三者之間相互作用，互相關(guān)聯(lián)，均在細(xì)胞外基質(zhì)的生成與降解中發(fā)揮重要作用。

1.1 MMPs/TIMPs與肺纖維化正常肺組織中MMPs/TIMPs處于動(dòng)態(tài)平衡，兩者的比例失衡是導(dǎo)致ECM降解減少的重要原因[3]。MMPs是降解細(xì)胞外基質(zhì)的主要酶群，ECM的所有成分幾乎都能被其降解。正常肺組織中MMPs表達(dá)水平較低，由多種細(xì)胞以pro-MMPs的形式釋放到細(xì)胞間隙，在受到刺激時(shí)活化，旨在降解因炎癥等病理因素被破壞的ECM，保持ECM的結(jié)構(gòu)及功能協(xié)調(diào)有序[4]。先前有研究認(rèn)為，MMPs可降解ECM，對肺纖維化有延緩作用。近年來有研究發(fā)現(xiàn)，MMPs還可以調(diào)控多種生物活性因子(如TGF-β1)的釋放、激活，部分MMPs在肺纖維化過程中起到了促進(jìn)作用[5]。MMPs能合成并發(fā)揮其正常生理功能，主要靠轉(zhuǎn)錄激活、轉(zhuǎn)錄后的酶原活化和內(nèi)源性抑制因子來調(diào)控[6]。

TIMPs是MMPs的特異性內(nèi)源抑制因子，它與MMPs的活性位點(diǎn)以11的比例相結(jié)合。TIMPs除了可以抑制MMPs活性外，還可以因纖維細(xì)胞增生、膠原合成增加ECM的沉積，加快肺纖維化進(jìn)程。

研究發(fā)現(xiàn)，博萊霉素造模小鼠中MMPs、TIMPs表達(dá)水平均始終高于正常組[7-8]。譚善忠等[9]觀察利用博萊霉素誘導(dǎo)大鼠肺纖維化改變過程中ECM降解酶系的蛋白表達(dá)情況發(fā)現(xiàn)，在肺組織纖維化病變早期，MMPs蛋白表達(dá)明顯增加，TIMPs蛋白增加不明顯；至中后期，MMPs蛋白表達(dá)活躍度逐漸下降，但始終高于正常水平，TIMPs蛋白表達(dá)開始呈顯著上升趨勢。由此可推斷，在肺纖維化形成早期，MMPs/TIMPs比值升高，中后期逐漸下降，始終處于比例失衡狀態(tài)。趙承杰等[10]通過臨床觀察發(fā)現(xiàn)，服用吡非尼酮治療特發(fā)性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)的患者，MMPs水平較治療前降低，肺功能得到了明顯改善。因此，恢復(fù)MMPs/TIMPs的正常穩(wěn)態(tài)平衡是PF的重要治療靶點(diǎn)之一。

1.2 TGF-β1信號通路與肺纖維化TGF-β1由肺上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等產(chǎn)生，是促纖維化能力最強(qiáng)的纖維化因子[11]，研究表明，特發(fā)性肺纖維化患者外周血中TGF-β1含量明顯高于正常人[12]，因其可通過多途徑誘導(dǎo)肺纖維化的形成，被認(rèn)為是促進(jìn)IPF形成的核心介導(dǎo)因子[13]。TGF-β1可誘導(dǎo)肺組織中的成纖維細(xì)胞增生，轉(zhuǎn)化為有更高分泌膠原蛋白的ECM成分，被視為肺纖維化形成的終端效應(yīng)細(xì)胞的肌成纖維細(xì)胞[2，14-16]，能增加ECM的合成。有研究證實(shí)，TGF-β1、MMP-9、TIMP-1蛋白及基因表達(dá)在博來霉素誘導(dǎo)大鼠形成肺纖維化過程中呈動(dòng)態(tài)變化，但始終高于正常表達(dá)水平[17]，且在正常小鼠TGF-β1轉(zhuǎn)基因后，MMP-2蛋白表達(dá)降低，TIMP-1，2，3蛋白表達(dá)增強(qiáng)[18]。TGF-β1還可調(diào)控MMPs/TIMPs比例，使ECM降解減少，沉積增加。大量實(shí)驗(yàn)表明，肺纖維化模型中TGF-β1信號通路下游信號Smad3蛋白升高，在使用Smad3蛋白特異性抑制劑對博來霉素誘導(dǎo)的大鼠施行干預(yù)后發(fā)現(xiàn)，Smad3蛋白信號通路是促進(jìn)肺纖維化的重要途徑[19]。有研究發(fā)現(xiàn)，在肺纖維化大鼠模型中，TGF-β1、Smad3、TIMP及膠原蛋白增多，在給予抗纖維化治療后，TGF-β1、Smad3、TIMP及膠原蛋白表達(dá)降低，Smad7、MMP表達(dá)升高，纖維化程度減輕[15]。由此可知，Smad7可妨礙TGF-β1介導(dǎo)的信號通路，干擾TGF-β1對MMPs/TIMPs的調(diào)控作用。

2 中醫(yī)藥在PF過程中對TGF-β、MMPs/TIMPs干預(yù)作用的研究

古代文獻(xiàn)中并沒有與肺纖維化相對應(yīng)的中醫(yī)病名和明確記載，現(xiàn)代醫(yī)家根據(jù)其臨床表現(xiàn)，常將其歸屬于“肺痿”“肺痹”等范疇。西醫(yī)多應(yīng)用激素、免疫抑制劑來控制病情進(jìn)展，但并不能逆轉(zhuǎn)病理改變，且療效不佳，不良反應(yīng)大，價(jià)格較高，加重了患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。我國擁有豐富的中草藥資源，經(jīng)過數(shù)千年的傳承，中醫(yī)辨病辨證理論已趨于成熟，且中醫(yī)藥在此次治療新型冠狀病毒性肺炎肺纖維化過程中發(fā)揮了不可估量的作用，許多中藥制劑被廣泛應(yīng)用于臨床，收效顯著。

2.1 單藥及衍生物有學(xué)者對數(shù)據(jù)庫中近20年來中藥治療肺纖維化的文獻(xiàn)進(jìn)行篩選歸納排序分析，發(fā)現(xiàn)活血、補(bǔ)虛、滋陰、清熱四類中藥占比較大，黃芪、甘草、丹參在組方中出現(xiàn)頻率最高[20]。

2.1.1 補(bǔ)氣益肺類 欒智華等[21]觀察黃芪糖蛋白對肺纖維化模型小鼠的干預(yù)作用，發(fā)現(xiàn)黃芪糖蛋白可明顯減輕小鼠肺纖維化程度，降低肺組織中 TGF-β1 含量。另外，郭啟芬等[22]運(yùn)用復(fù)方赤芍黃芪提取物 (compound of Radix Paeoniae Rubra and Astragalus extract，CRAE)治療肺纖維化大鼠，4周后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)檢測，中高劑量治療組血清中的ECM成分、TGF-β1、Smad2蛋白、Smad3蛋白、TIMP-1含量均降低，同時(shí)上調(diào)了 Smad7蛋白、MMP-9的表達(dá)，CRAE通過干預(yù)TGF-β1/Smads信號通路，調(diào)控ECM的生成與降解，抑制肺纖維化的進(jìn)展。

甘草酸二銨可減少肺纖維化大鼠肺組織中轉(zhuǎn)化生長因子的產(chǎn)生及其轉(zhuǎn)錄基因的表達(dá)[23]。付鈺等[24]利用甘草查爾酮A治療肺纖維化小鼠，與模型組對比，結(jié)果顯示，治療組α-平滑肌肌動(dòng)蛋白、纖連蛋白、Ⅰ型膠原蛋白表達(dá)及Smad2/3蛋白磷酸化水平均降低，Smad信號通路被阻斷，成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化受到抑制，肺纖維化進(jìn)展延緩。

陳盼盼等[25]觀察人參總皂苷(total ginsenoside，TG)對實(shí)驗(yàn)性肺纖維化小鼠肺組織中基質(zhì)金屬蛋白酶表達(dá)情況的影響，測定結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組MMP-2、MMP-9蛋白水平下降，且肺纖維化程度得到一定程度改善。本次實(shí)驗(yàn)只測定了MMPs，未測定與之密切相關(guān)的TGF-β1/Smads信號通路中的相關(guān)指標(biāo)和TIMPs的變化情況。楊露[26]研究發(fā)現(xiàn)，人參總皂苷還可以下調(diào)TGF-β1、Smad2、Smad3、TIMP-1，上調(diào)Smad7水平，提示人參總皂苷的抗纖維化作用是通過調(diào)控TGF-β1/Smads信號通路和ECM降解酶系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。

2.1.2 活血通絡(luò)類 秦靜等[27]發(fā)現(xiàn)，丹參素早期應(yīng)用可抑制TGF-β1、Smad3 mRNA，促進(jìn)Smad7 mRNA的表達(dá)，減輕肺泡炎癥和纖維化程度。邵笑等[28]研究認(rèn)為，丹參酮ⅡA可上調(diào)抑制性信號蛋白Smad7，抑制TGF-β1、Smad2受體表達(dá)，阻礙肺成纖維細(xì)胞的增殖，達(dá)到控制肺纖維化的目的。于珊玲發(fā)現(xiàn)，丹參單體IH764-3可降低肺纖維化大鼠肺組織中MMP-2、TIMP-1表達(dá)，調(diào)整兩者的比例，減少細(xì)胞外基質(zhì)的沉積[29]。

柯春錦等[30]利用黃芪聯(lián)合姜黃提取物對PF大鼠進(jìn)行干預(yù)，運(yùn)用免疫組織化學(xué)分析法檢測不同時(shí)間段大鼠肺組織中MMP-9和TIMP-1的含量，結(jié)果顯示，1周后MMP-9下降明顯，4周后TIMP-1減少較顯著，且兩者比值呈持續(xù)下降趨勢。薛愛芹等[31]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，姜黃素干預(yù)組肺纖維化大鼠 TGF-β1 表達(dá)顯著降低。張少波等[32]在姜黃素對肺纖維化小鼠的保護(hù)作用及機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn)，中高劑量姜黃素可有效降低MMP-9水平。推測姜黃有效成分可以調(diào)控TGF-β1信號通路，影響MMP-9/TIMP-1比值，干預(yù)ECM的生成與降解，阻礙肺纖維化。

2.1.3 養(yǎng)陰生津類 張喆[33]以阿膠、黃明膠對成功建立肺纖維化小鼠進(jìn)行干預(yù)，16周后取小鼠肺做病理切片觀察發(fā)現(xiàn)，阿膠組、黃明膠組小鼠肺間質(zhì)膠原含量、膠原纖維面積均較對照組減少，測定肺泡灌洗液中MMP-2、MMP-9基因及蛋白表達(dá)下降，肺組織中TGF-β1、Smad3蛋白表達(dá)下調(diào)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，黃明膠組療效更為顯著。

張心月等[34]觀察麥冬對肺纖維化小鼠肺組織中的MMP-9及TIMP-1表達(dá)的影響，結(jié)果顯示，麥冬可降低MMP-9、TIMP-1蛋白的表達(dá)。

2.1.4 清熱解毒類 金曉瀅等[35]采用氣管內(nèi)注射博來霉素的方法模擬具有肺纖維化病理特點(diǎn)的大鼠模型，分別在造模前2天(預(yù)防組)和造模后第3天、第7天、第14天(治療組)用虎杖進(jìn)行干預(yù)，發(fā)現(xiàn)與模型組相比，預(yù)防組和各治療組纖維化程度及膠原沉積均較輕，通過RT-PCR法檢測大鼠肺成纖維細(xì)胞中MMP-2及TIMP-1轉(zhuǎn)錄基因的表達(dá)，提示虎杖可以在肺纖維化的不同發(fā)展階段抑制成纖維細(xì)胞中此兩種mRNA的過度表達(dá)，減少ECM沉積，阻止肺纖維化進(jìn)展。趙光輝[36]以相同的方式制造肺纖維化大鼠模型，用不同劑量的兩種虎杖有效成分(虎杖苷、白藜蘆醇)進(jìn)行治療，結(jié)果顯示，虎杖苷治療組及白藜蘆醇治療組大鼠肺纖維化程度均有不同程度減輕，膠原蛋白沉積減少?；⒄溶罩委熃MTGF-β1、Samd3表達(dá)降低，成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞合成減少，且具有高劑量依賴性。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組的研究結(jié)果顯示，虎杖有效成分可通過抑制TGF-β1/Samd3信號通路，減少成纖維細(xì)胞合成轉(zhuǎn)化，進(jìn)而阻礙 MMP-2 及TIMP-1的表達(dá)，減少ECM沉積，對肺纖維化起到治療作用，此設(shè)想有待更為深入的實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，連翹可降低肺纖維化小鼠肺組織中MMP-9、TIMP-1的含量，調(diào)節(jié)兩者之間的比值，發(fā)揮抑制纖維化的作用[34]。

2.2 復(fù)方藥物

2.2.1 降低TGF-β1表達(dá)，減少ECM合成 何欽等[37]研究表明，復(fù)方肺形草顆粒(肺形草、山藥、黨參、麥冬等)可改善患者臨床證候、肺功能、血?dú)夥治鲋笜?biāo)，降低TGF-β1水平。賈丹等[38]研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)肺化纖飲加減(三七、水蛭、瓜蔞皮、仙鶴草等)部分作用機(jī)制在于降低患者血清中TGF-β1及纖維化指標(biāo)，減少肺組織中ECM的沉積。付玲等[39]研究結(jié)果顯示，蔞貝棱術(shù)湯(瓜蔞、浙貝、三棱、莪術(shù)等)可大幅度降低特發(fā)性肺纖維化患者血清 TGF-β1 水平，改善患者肺功能，提高其生活質(zhì)量。彭艷芳等[40-41]用芪歸方(黃芪30 g，當(dāng)歸6 g)治療特發(fā)性肺纖維化，同時(shí)做了臨床及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，將50名特發(fā)性肺纖維化患者隨機(jī)分為觀察組及對照組，觀察組在對照組基礎(chǔ)上加用芪歸方，療程結(jié)束后與對照組比較，觀察組患者癥狀明顯改善，活動(dòng)耐力得到提高，血清TGF-β1明顯降低。造模肺纖維化大鼠實(shí)驗(yàn)針對TGF-β1信號通路做了更為深入的研究，低、中、高不同劑量芪歸方干預(yù)組肺纖維化大鼠在用藥后的第7天、第28天，微小RNA-21表達(dá)均降低，TGF-β1、P-Smad2/3蛋白含量減少，療效以中劑量最為理想，且具有時(shí)間依賴性，治療時(shí)間延長，有助于推進(jìn)療效。

2.2.2 調(diào)整MMPs和TIMPs失衡發(fā)揮作用 任培中等[42]發(fā)現(xiàn)，通肺絡(luò)補(bǔ)宗氣方(生黃芪、升麻、旋覆花、威靈仙、海浮石、三棱、莪術(shù)、甘草)可降低博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化大鼠肺組織中纖維連接蛋白、Ⅳ型膠原蛋白、MMP-9、TIMP-1表達(dá)含量，減輕肺纖維性增生，推測通肺絡(luò)補(bǔ)宗氣方或許是通過調(diào)節(jié)MMP-9/TIMP-1比例，減少細(xì)胞外基質(zhì)沉積，提高肺功能，抑制大鼠肺纖維化進(jìn)程。晏軍等[43]研究認(rèn)為，補(bǔ)腎益肺消癥方可調(diào)控MMP-2、MMP-9基因的表達(dá)，緩解細(xì)胞外基質(zhì)蛋白及膠原蛋白的沉積，縮減肺纖維化病變范圍。喬世舉等[44]研究表明，肺痿膏(地龍、麥冬、黃芪、雙花等)通過降低肺纖維化大鼠MMP-2和TIMP-1蛋白的過度表達(dá)，調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶及其抑制因子之間失衡的比例，降低肺系數(shù)及纖維化程度。王祺等[45]經(jīng)免疫組化染色法測定發(fā)現(xiàn)，血府逐瘀湯可抑制MMP-7在纖維化肺組織中的異常表達(dá)，減輕肺纖維化程度。

2.2.3 調(diào)控TGF-β1信號通路及基質(zhì)金屬蛋白酶系 竇曉燕[46]運(yùn)用旋覆花湯合參苓白術(shù)散化裁治療IPF患者，觀察組有效率達(dá)89.47%，血清中TGF-β1 減少，MMP-9/TIMP-1比值降低，透明質(zhì)酸及膠原含量下降，認(rèn)為旋覆花湯合參苓白術(shù)散加減可減少TGF-β1合成，阻斷其信號通路，調(diào)整MMPs/TIMPs比例，降低ECM沉積，延緩肺纖維化進(jìn)展。劉銳等[47]研究麥門冬湯抗纖維化的機(jī)制發(fā)現(xiàn)，麥門冬湯治療組肺纖維化大鼠肺組織中TGF-β1、MMP-9和TIMP-1表達(dá)水平明顯降低。此外，在臨床療效觀察中，麥門冬湯治療組患者透明質(zhì)酸、層粘蛋白與Ⅲ型前膠原含量較治療前明顯降低，肺功能相關(guān)指標(biāo)明顯改善[48]。兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)合表明，麥門冬湯拮抗TGF-β1，維持MMPs/TIMPs比例平衡，降低ECM沉積率。張千一等[49]設(shè)立動(dòng)物實(shí)驗(yàn)觀察遹肺飲(人參、黃芪、白術(shù)、沙參等)對肺纖維化大鼠的影響并探討其作用機(jī)制，最終根據(jù)實(shí)驗(yàn)檢測指標(biāo)得出結(jié)論，遹肺飲可以降低肺組織中TGF-β1、MMP-9和TIMP-1蛋白及基因表達(dá)水平，調(diào)整MMP-9/TIMP-1比例平衡，增加細(xì)胞外基質(zhì)降解量，減少其在肺間質(zhì)的累積。樊茂蓉等[50]探討肺痹通方抗肺纖維化機(jī)制，結(jié)果顯示，高劑量肺痹通方治療組的肺纖維化大鼠血清TGF-β1、層粘連蛋白及肺組織MMP-1、TIMP-1、Ⅰ型膠原蛋白、Ⅲ型膠原蛋白水平均較模型組顯著降低，其作用機(jī)制在于干預(yù)TGF-β1信號分子，調(diào)整MMPs/TIMPs之間的比例，降低層黏連蛋白、Ⅰ型膠原蛋白、Ⅲ型膠原蛋白的堆積，減輕肺纖維化。

2.3 中成藥大量研究表明[51]，丹紅注射液臨床用于治療特發(fā)性肺纖維化，可降低患者血清中 TGF-β1 及多種ECM成分水平，大幅度改善或消除臨床癥狀，增強(qiáng)肺功能，具有較高的安全性。欒智華等[52]對紅花注射液治療肺纖維化機(jī)制進(jìn)行研究，紅花注射液可拮抗肺纖維化小鼠TGF-β1蛋白的表達(dá)，改善肺功能。王鑫[53]研究發(fā)現(xiàn)，血必凈注射液可降低因百草枯所致的纖維化肺損傷大鼠體內(nèi)MMP-2、MMP-9和TIMP-1的高表達(dá)。徐秋穎[54]針對康復(fù)新液對PF模型TGF-β1/Smads信號通路的MMPs/TIMPs調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行研究，結(jié)果表明，康復(fù)新液可降低TGF-β1誘導(dǎo)人胚肺成纖維細(xì)胞中Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原、層粘連蛋白、纖維聯(lián)結(jié)蛋白等mRNA及蛋白的過度表達(dá)，可提高TGF-β1誘導(dǎo)肺纖維化細(xì)胞模型中MMP-1、MMP-9、Smad2的表達(dá)，下調(diào)Smad7，明確其作用機(jī)制尚待進(jìn)一步的研究探索。

3 結(jié)語

肺纖維化疾病臨床致死率高，且其發(fā)病率也逐年增高，去年新爆發(fā)的新型冠狀病毒性肺炎轉(zhuǎn)歸期亦呈現(xiàn)纖維化病理表現(xiàn)。目前，PF臨床實(shí)踐用藥指南中推薦使用的兩種特效藥物吡非尼酮、尼達(dá)尼布僅可減緩病情進(jìn)展，且具有不良反應(yīng)，故大量學(xué)者將視線投向了中藥。本文從調(diào)控ECM生成與降解的TGF-β1-MMPs/TIMPs信號通路著手，總結(jié)了近年來治療肺纖維化療效顯著的單味中藥、提取物及中藥復(fù)方，以期為臨床遣方用藥治療肺纖維化拓寬診療思路?？偨Y(jié)發(fā)現(xiàn)，針對此通路的臨床研究較少，且樣本量小、觀察期短，可觀察的相關(guān)指標(biāo)存在局限性；動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究大多集中在對TGF-β1、Smads、MMPs/TIMPs三類指標(biāo)的單獨(dú)檢測，具體作用機(jī)制尚不明確，且Smads、MMPs、TIMPs均包括多種家族成員，眾成員的功能及它們之間相互產(chǎn)生的作用尚待深入研究。今后，需進(jìn)一步明確中藥發(fā)揮抗纖維化的作用機(jī)制，為中藥臨床治療肺纖維化提供新治療靶點(diǎn)。