慢性阻塞性肺疾病氣道重塑機(jī)制及中醫(yī)藥防治研究進(jìn)展?

杭 宇，危 蕾，劉芳英，李 莉，錢葉長

上海寶山區(qū)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院，上海 200000

氣道重塑主要指慢性炎癥刺激引起氣道反復(fù)損傷和修復(fù)，導(dǎo)致氣道壁結(jié)構(gòu)改變，主要包括炎性細(xì)胞浸潤、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、細(xì)胞外基質(zhì)沉積和平滑肌細(xì)胞增生等病理改變［1］。慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)氣道重塑的病變主要發(fā)生在小氣道（內(nèi)徑＜2 mm），這些病理改變使氣道壁增厚，氣道固定性阻塞，使得肺功能不可逆性損失，是導(dǎo)致患者持續(xù)氣流受限及疾病預(yù)后不良的主要原因［2-3］。由于COPD無法治愈，故探索如何阻止氣道重塑、緩解氣流受限，改善患者生活質(zhì)量成為治療COPD 的重要突破口。目前，常規(guī)藥物可一定程度上緩解臨床癥狀，但不能有效緩解由于氣道重塑導(dǎo)致的長期惡化的肺功能，且存在不同程度的不良反應(yīng)［4］。而中醫(yī)藥干預(yù)COPD 氣道重塑具有多靶點(diǎn)、多通路特點(diǎn)，具有較高的研究價值。本文就COPD 氣道重塑機(jī)制及中醫(yī)藥干預(yù)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為COPD 的藥物治療提供參考。

1 COPD氣道重塑的機(jī)制

1.1 細(xì)胞外基質(zhì)沉積與COPD 氣道重塑細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）主要由膠原、彈力纖維、黏連蛋白等多種多糖及蛋白多糖組成，對維持組織結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及調(diào)控?fù)p傷組織修復(fù)具有重要作用。ECM的合成與降解失衡可導(dǎo)致COPD氣道壁結(jié)構(gòu)異常、肺實(shí)質(zhì)破壞及間質(zhì)增生等病理改變，進(jìn)一步加重小氣道纖維化，是引起氣流阻塞的重要原因之一［5］。

ECM 的合成與降解主要通過基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs）和金屬蛋白酶組織抑制劑（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMPs）調(diào)節(jié)。其中MMPs 屬Zn2+依賴的蛋白酶超家族，主要來源于上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、氣道平滑肌細(xì)胞及各種炎性細(xì)胞。MMPs 主要通過降解肺泡壁和基底膜的蛋白成分，參與肺實(shí)質(zhì)和氣道結(jié)構(gòu)重塑過程。TIMPs 是MMPs的抑制因子，其機(jī)制主要是MMPs 與TIMPs 以1∶1的比例在Zn2+活性中心結(jié)合形成MMPs-TIMPs 復(fù)合體，阻礙MMPs酶原的激活及抑制MMPs酶的活性兩方面來調(diào)節(jié)MMPs的生物學(xué)效應(yīng)，其中TIMP-1起主要作用。此外，TIMP-1 還具有細(xì)胞生長因子樣作用，可調(diào)控細(xì)胞增殖及凋亡等，促使纖維細(xì)胞增生和膠原合成，兩者共同調(diào)節(jié)使ECM 成分處于動態(tài)變化中［6-7］。

多項(xiàng)研究［8］發(fā)現(xiàn)，COPD患者的血液、痰液、支氣管肺泡灌洗液及氣道活檢組織中MMP-8、MMP-9較健康人群上調(diào)，活性顯著升高。COPD 吸煙組較COPD非吸煙組與健康不吸煙組相比，血清MMP-9水平異常升高，并與吸煙指數(shù)明顯相關(guān)，且MMP-9/TIMP-1比值與氣道阻塞的嚴(yán)重程度（FEV1/FVC）呈負(fù)相關(guān)［9］。動物實(shí)驗(yàn)證明［10］，煙霧可引起大鼠氣道上皮細(xì)胞MMP-9mRNA 及其蛋白表達(dá)升高，并隨吸煙時間和量的增加而增加，其主要通過分解膠原蛋白和彈性蛋白導(dǎo)致彈性蛋白不可逆性破壞，肺泡壁破壞，肺結(jié)構(gòu)及氣道發(fā)生重建?？傊?，MMP-9/TIMP-1的比值失衡導(dǎo)致ECM代謝紊亂是導(dǎo)致COPD氣道壁結(jié)構(gòu)異常構(gòu)建的重要機(jī)制之一，對判斷治療及預(yù)后具有較高參考價值。

1.2 上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化與COPD 氣道重塑上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）是指上皮細(xì)胞在特定生理和病理情況下向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的過程，多表現(xiàn)為上皮細(xì)胞極性喪失，細(xì)胞骨架蛋白改變，與周圍細(xì)胞和基質(zhì)的接觸減少，細(xì)胞遷移和運(yùn)動能力增強(qiáng)［11］。EMT可分為3型，Ⅰ型與胚胎發(fā)育和器官形成有關(guān)，Ⅱ型與創(chuàng)傷愈合、組織再生和器官纖維化有關(guān)型，Ⅲ型是腫瘤細(xì)胞獲得遷移和侵襲能力的重要方式之一［12］。其中Ⅱ型EMT 在炎癥或創(chuàng)傷激活后誘導(dǎo)產(chǎn)生纖維細(xì)胞及其他相關(guān)細(xì)胞，發(fā)揮創(chuàng)傷修復(fù)作用，與氣道重塑密切相關(guān)。研究表明［13］，小氣道周圍的成肌纖維細(xì)胞過度積累是小氣道壁增厚的主要原因，而EMT 是小氣道周圍的成肌纖維細(xì)胞的主要來源，且與吸煙密切相關(guān)。因此，深入研究COPD 小氣道上皮細(xì)胞EMT機(jī)制及其影響因素對于闡明COPD氣道重塑機(jī)制具有重要意義。

轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β）屬多功能細(xì)胞因子，是構(gòu)建EMT模型的經(jīng)典細(xì)胞因子，主要由上皮細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及成纖維細(xì)胞等合成分泌。TGF-β信號傳導(dǎo)涉及多種蛋白、轉(zhuǎn)錄因子及細(xì)胞因子等的參與。體內(nèi)及體外實(shí)驗(yàn)表明［14］，TGF-β是氣道和肺泡上皮細(xì)胞發(fā)生EMT 的主要誘導(dǎo)因子，在多種組織中可通過經(jīng)典Smad 及非Smad 信號途徑誘導(dǎo)EMT 產(chǎn)生。TGF-β通過Smad 信號通路可激活EMT 相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子如Snail、ZEB、Twist 等，引起緊密連接蛋白（claudin-1/ZO-1 等）和上皮細(xì)胞標(biāo)志物（如E-鈣粘蛋白等）表達(dá)下調(diào)，間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物（如N-鈣粘蛋白、α-平滑肌蛋白、MMP-9、波形蛋白等）表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)EMT的發(fā)生［15-16］。

最新研究表明，吸煙者和早期（輕度至中度）COPD 患者EMT 的發(fā)生可能與激活TGF-β相關(guān)的經(jīng)典途徑驅(qū)動相關(guān)。該途徑可誘導(dǎo)核轉(zhuǎn)錄因子（如pSmad 2/3）表達(dá)增加，同時降低Smad6/7 的表達(dá)，且pSMAD2/3 的表達(dá)增加與肺功能負(fù)相關(guān)［17］。羅燕青等［18］研究發(fā)現(xiàn)，與非COPD患者相比COPD患者血清及肺泡灌洗液中TGF-β表達(dá)升高，且與最大肺活量（forced vital capacity，F(xiàn)VC）、1 秒用力呼氣容積（forced expiratory volume in one second，F(xiàn)EV1）、第1秒用力呼氣量占所有呼氣量的比例FEV1/FVC 呈負(fù)相關(guān)，與吸煙指數(shù)及小氣道凹陷程度呈正相關(guān)。盡管TGF-β及其超家族觸發(fā)的經(jīng)典途徑（包括骨形態(tài)發(fā)生蛋白和生長分化因子）在EMT的發(fā)生過程中起至關(guān)重要作用。但非Smad途徑如Wingless/integrase-1（Wnt）、Rho/ROCK、PI3K、MAPK 等信號通路介導(dǎo)的上皮改變在EMT 發(fā)生中同樣起重要作用［19］。另外，通過Rac1 途徑起作用的乙酰膽堿受體、尿激酶活性和尿激酶纖溶酶原激活受體（uPRA）等與TGF-β不相關(guān)的受體在COPD中被上調(diào)，被證明與EMT變化有關(guān)，并可能成為另一種潛在靶途徑［20］。因此，深入研究EMT 在COPD 氣道重塑的發(fā)生機(jī)制，阻斷或逆轉(zhuǎn)EMT 過程有可能成為治療COPD氣道重塑的新途徑。

1.3 炎癥反應(yīng)與COPD 氣道重塑有害物質(zhì)或感染等刺激氣道，使氣道內(nèi)炎癥細(xì)胞浸潤，炎癥細(xì)胞和結(jié)構(gòu)細(xì)胞之間相互作用，介導(dǎo)氣道組織反復(fù)損傷-修復(fù)，導(dǎo)致氣道重塑。COPD 的慢性炎癥表現(xiàn)為中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞的聚集，釋放腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factorα，TNF-α）、白細(xì)胞介素8（interleukin-8，IL-8）、單核細(xì)胞趨化因子（MCP）-1、白三烯等，對肺組織和肺部細(xì)胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。研究表明［21］，COPD 患者小氣道炎癥細(xì)胞浸潤的數(shù)量與氣道阻塞的嚴(yán)重程度關(guān)系密切。

研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞在COPD 患者氣道、肺實(shí)質(zhì)、痰液和支氣管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BalF）中顯著升高，常位于肺泡結(jié)構(gòu)受損處，且與COPD 的嚴(yán)重程度相關(guān)?；罨蟮姆闻菥奘杉?xì)胞釋放IL-8、TNF-α、CXC 等趨化因子，同時還釋放MMP-2、MMP-9、MMP-12 等促進(jìn)彈性組織解離酶類，這些都是參與炎癥調(diào)節(jié)和氣道重塑的重要細(xì)胞因子。而關(guān)于中性粒細(xì)胞與COPD 的作用機(jī)制尚不明確，但氣流阻塞以及FEV1下降程度與氣道中性粒細(xì)胞水平相關(guān)。COPD 患者痰液和BALF 中激活的中性粒細(xì)胞數(shù)量增多，與疾病發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，但在肺實(shí)質(zhì)和氣道中升高不明顯。其中，中性粒細(xì)胞能合成IL-8、TLB4，還能釋放絲氨酸蛋白激酶，如中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶以及基質(zhì)金屬蛋白酶（如MMP-8、MMP-9）等物質(zhì)破壞蛋白酶／抗蛋白酶平衡，使ECM 降解增多，肺組織逐漸破壞，彈性纖維斷裂，參與COPD 組織結(jié)構(gòu)重塑。雖然中性粒細(xì)胞聚集不是COPD 氣道炎癥的持續(xù)特點(diǎn)，但與氣道黏液高分泌密切相關(guān)［22］。T淋巴細(xì)胞在COPD 患者肺實(shí)質(zhì)、中心和外周氣道中的總數(shù)均增多，其中CD8+T 細(xì)胞高多于CD4+T 細(xì)胞，與肺泡破壞程度、氣道阻塞嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。CD8+T 細(xì)胞能釋放穿孔素、粒酶B 和TNF-α，引起肺泡細(xì)胞的溶解和凋亡，導(dǎo)致肺組織損傷。同時，CD8+T細(xì)胞還能通過產(chǎn)生Th2類型的細(xì)胞因子（如IL-14），改變巨噬細(xì)胞功能，使巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞極化［23-24］。在多種炎性介質(zhì)中IL-8、TLB4、TNF-α在COPD 氣道重塑級聯(lián)反應(yīng)中起主要作用。此外，血管內(nèi)皮素1、INF-γ、上皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞等炎性介質(zhì)和炎癥細(xì)胞在COPD 炎癥反應(yīng)中相互影響，加重炎癥反應(yīng)和氣道重塑。

2 中醫(yī)學(xué)對COPD氣道重塑的影響

2.1 中醫(yī)對COPD 氣道重塑病機(jī)的認(rèn)識COPD 屬中醫(yī)“咳嗽”“肺脹”“喘病”等范疇，病位在肺，多累及脾腎兩臟，病理性質(zhì)多為本虛標(biāo)實(shí)，實(shí)不離血瘀、痰濁，虛不離陽虛、陰虛、血虛、氣虛。其中，“肺主氣、朝百脈”是肺系藏象學(xué)說的重要內(nèi)容，而“朝百脈”由“肺主氣”功能決定和完成，故肺氣虛貫穿疾病始終，為疾病發(fā)生的終歸原因及本源。肺氣虛則氣化津液無力，津液不得正化反釀成痰濁，痰壅氣機(jī)，損及百脈，瘀血乃生，以致痰瘀互結(jié)，閉郁肺絡(luò)導(dǎo)致氣道重塑，肺氣郁閉，氣機(jī)不暢，與COPD 患者支氣管細(xì)胞外基質(zhì)沉積和平滑肌增生導(dǎo)致氣流受限不謀而合［25］?！兜は姆āた人云吩唬骸胺蚊浂?，或左或右不得眠，此痰挾瘀血礙氣而病”。可見作為病理產(chǎn)物痰濁與瘀血可阻滯肺絡(luò)，使無形之氣不能宣降，致津、血運(yùn)行受阻，導(dǎo)致氣虛進(jìn)一步加重，故從病、證、癥角度分析COPD的病機(jī)關(guān)鍵為虛、痰、瘀三者同源而互生、互為因果，導(dǎo)致“肺失治節(jié)”，是誘發(fā)慢阻肺反復(fù)發(fā)作、遷延不愈之“夙根”。治療應(yīng)以“補(bǔ)虛不忘祛痰，益氣必參活血”為總則，中晚期COPD穩(wěn)定期患者須采用益氣化痰祛瘀法。

2.2 益氣化痰祛瘀法對COPD氣道重塑的影響目前臨床干預(yù)氣道重塑的藥物較多，但治療效果個體差異較大［26］。中醫(yī)藥干預(yù)COPD 氣道重塑具有多靶點(diǎn)、多通路特點(diǎn)，成為目前研究COPD 的熱點(diǎn)。王琦［27］認(rèn)為COPD 氣道重構(gòu)的發(fā)生、發(fā)展，實(shí)質(zhì)是治不得法，耗傷肺氣，氣不化津行血，津凝成痰、血滯成瘀，痰瘀互結(jié)而成，以“通”為總治則，在補(bǔ)虛基礎(chǔ)上化痰祛瘀、消癥通絡(luò)，諸法并施，使肺絡(luò)通暢，恢復(fù)肺主氣和朝百脈作用，延緩氣道重塑。王曉然［28］研究發(fā)現(xiàn)，益氣消痛癥方主要通過抑制ERK1/2 信號通路上游啟動因子FGF、PDGF、TGF-β1表達(dá)，抑制ERK1/2 信號通路活化，改善COPD 大鼠氣道平滑肌增殖情況，對氣道重構(gòu)有一定抑制作用。潘晶晶等［29］基于TGF-β1/Smad 通路研究發(fā)現(xiàn)，“滌痰”和“逐瘀”藥對通過對COPD 氣道重塑發(fā)病相關(guān)炎癥因子MMP-9、TIMP-1、VEGF表達(dá)及TGF-β1/Smad通路的調(diào)節(jié)，抑制內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞生長，減輕支氣管平滑肌細(xì)胞增生，從而緩解COPD 氣道重塑，臨床等效劑量效果較好。余豐君［30］研究發(fā)現(xiàn)，芪蛭皺肺顆?？赏ㄟ^降低肺組織中MMP-9、MMP-12和TIMP-1表達(dá)來干預(yù)COPD大鼠氣道重塑的發(fā)展，達(dá)到控制COPD 氣道重塑的目的。單麗囡［31］從細(xì)胞學(xué)、分子生物學(xué)和病理學(xué)方面證實(shí)具有益氣活血化痰功效的中藥能夠干預(yù)和延緩COPD 氣道重塑進(jìn)程。

因此，針對COPD 氣道重構(gòu)的治療，要緊扣氣虛痰瘀阻肺這一中心環(huán)節(jié)，做到標(biāo)本兼治，治標(biāo)以祛瘀化痰通絡(luò)，治本以補(bǔ)肺脾腎之氣，恢復(fù)“肺主治節(jié)”，達(dá)到有效干預(yù)治療COPD氣道重構(gòu)之功效。

3 討論

氣道重塑作為COPD 主要發(fā)病機(jī)制，與慢性炎癥反應(yīng)、EMT 及細(xì)胞外基質(zhì)沉積等密切相關(guān)。目前，干預(yù)氣道重塑藥物種類較多，但療效不確切，且個體差異較大。雖然臨床延緩COPD 氣道重塑存在尚未解決的問題，但是中醫(yī)采用益氣活血化痰法對氣道重塑有干預(yù)作用。因此，在后續(xù)研究中應(yīng)充分挖掘和發(fā)揮中醫(yī)藥防治COPD 氣道重塑的優(yōu)勢，研究療效確切的中成藥、中藥經(jīng)典名方及中藥單體化合物或提取物對氣道重塑的干預(yù)機(jī)制，加快中藥治療COPD的新藥研發(fā)。