肺纖維化中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激作用機制及中醫(yī)藥防治研究進展

李世霞,張旭輝,李紅梅,楊亞茹

(1.甘肅中醫(yī)藥大學,甘肅 蘭州 730000;2.甘肅中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院,甘肅 蘭州 730099)

肺纖維化(Pulmonary fibrosis,PF)是遺傳性易感個體在反復的肺泡損傷后,由于異常傷口愈合而導致的慢性炎癥、細胞外基質(zhì)成分膠原蛋白的過度沉積和肺組織瘢痕化發(fā)展而來的一種肺部疾病[1],是多種間質(zhì)性肺疾病(Interstitial lung disease,ILD)的終末期表現(xiàn),臨床上最為常見且嚴重的是特發(fā)性肺纖維化(Idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)。研究發(fā)現(xiàn),PF的中位生存期約為診斷后的3～5年[2],年發(fā)病率約17.4/10萬[3]。隨著醫(yī)學診斷技術(shù)水平的提高及人口老齡化不斷進展,PF發(fā)病率越來越高,目前已成為呼吸系統(tǒng)難治性疾病之一。然而,目前對于PF具體發(fā)病機制仍然知之甚少,而且缺乏有效的治療藥物,西醫(yī)治療手段主要有藥物治療及肺移植手術(shù)治療,主要治療藥物包括糖皮質(zhì)激素、免疫抑制劑、N-乙酰半胱氨酸及新型抗纖維化藥物吡非尼酮和尼達尼布等,雖能在一定程度上控制疾病進展、延緩肺功能下降速度,但往往伴隨著諸多不良反應,而肺移植手術(shù)治療也因為供體器官缺乏、價格高昂等諸多因素導致在實際臨床應用中難以實現(xiàn)。因此,積極研究治療PF的新靶點以及尋找合適的治療藥物至關(guān)重要。在這種情況下,中醫(yī)藥治療顯現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢,中醫(yī)藥治療具有辨證論治、整體審查等特色優(yōu)勢,而且不良反應較少,較易被患者接受,因此是治療PF的一種新思路和新方法。

1 PF的中醫(yī)認識

中醫(yī)理論中并沒有PF這一病名的明確記載,后世醫(yī)家依據(jù)其主要癥狀和病機將其歸屬于“肺痿”“肺痹”“喘證”等范疇。近代許多醫(yī)家根據(jù)前人治療經(jīng)驗,結(jié)合自身多年臨床實踐,總結(jié)出治療PF的新思想。名中醫(yī)周平安提出肺氣虛損、痰瘀濁毒為PF的內(nèi)在病機,治療當以益氣扶正為主線,兼顧解毒祛邪、活血化痰等,標本兼治。國醫(yī)大師晁恩祥認為PF基本證型為氣陰不足,氣機失暢,提出益氣養(yǎng)陰、降氣平喘為PF基本治法,同時根據(jù)其他伴隨癥狀佐以宣肺止咳、清肺化痰、活血化瘀等法。劉華為認為肺氣陰不足,氣化失司,痰濕瘀結(jié),氣機失調(diào)為PF的病因病機。劉建秋認為本虛標實為PF主要病機,肺腎兩虛為本,痰、瘀為標,提出了益氣養(yǎng)陰、補肺健脾益腎、化痰祛瘀通絡的治則;徐志瑛教授認為PF病機衍化特點為“肺蒙虛火-痰瘀互結(jié)-陽虛氣衰”,治療多用清熱養(yǎng)陰、祛痰逐瘀、益氣溫腎之法。宋康基于絡病理論,提出肺絡痹阻、絡虛不榮為PF基本病機,屬本虛標實之證,以通補法為治療原則,治療當以化痰祛瘀、補益肺脾、滋陰補腎等。王鵬教授結(jié)合其臨床特點及肺絡虛積損的病機,并遵循葉天士“絡以通為用”的治則,在臨證中選用通絡藥來治療PF,效果顯著。山東省名中醫(yī)劉德山將PF病機概括為氣滯濁凝、肺絡痹阻,并提出了疏散通絡的治療法則。李光熙認為本病為本虛標實之證,肺腎虧虛、正氣不足為本,痰濁瘀血、痹阻肺絡為之標,治療應標本兼治,當補益肺腎、宣通肺氣、化痰祛瘀。各位醫(yī)家對PF看法各異,但整體而言PF發(fā)病以肺絡虛損為主,氣陰兩傷,影響脾腎二臟,同時伴有痰濁、瘀血、毒邪等癥,治療當通補肺絡,益氣養(yǎng)陰,兼顧脾腎,同時佐以化痰、活血祛瘀、解毒祛邪之法。

近年來諸多研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激(Endoplasmic reticulum stress,ERS)在PF的發(fā)生發(fā)展中起了重要作用。許多研究者以調(diào)控ERS為靶點,經(jīng)過大量實驗研究證實了中醫(yī)藥防治PF的可能機制,中醫(yī)藥治療PF效果明顯。因此本文綜述了近年來中醫(yī)藥基于ERS治療PF的研究進展,以期為今后臨床探索以ERS為靶點治療PF提供相關(guān)理論依據(jù)。

2 ERS發(fā)生機制

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)是一種特殊的細胞器,位于真核細胞內(nèi),調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成、折疊、脂質(zhì)生物合成、細胞凋亡和鈣穩(wěn)態(tài)等是其主要功能[4]。ER內(nèi)環(huán)境是否穩(wěn)定對其發(fā)揮正常的生理功能有重要作用,也是整個細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)。干擾ER內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的任何因素都可能引起錯誤折疊的蛋白質(zhì)在ER中積聚,這一情況被稱為ERS。ERS反應的感知和應答由未折疊蛋白反應(UPR)調(diào)控,UPR是一種為維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)進化而來的整合的適應性途徑[5]。當發(fā)生ERS時,UPR的適應性機制被觸發(fā),使細胞恢復體內(nèi)平衡,將ER恢復到正常生理狀態(tài)。但是,在持續(xù)或嚴重的ERS情況下,UPR對細胞的恢復能力被打破,從而導致細胞死亡。UPR是一個復雜的信號傳導途徑,其主要通過三種效應途徑介導,包括PKR樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PERK)、轉(zhuǎn)錄激活因子6(ATF6)和肌醇需求酶1α(IRE1α)的激活[6]。正常情況下,PERK、ATF6、IRE1α與其分子伴侶葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白-78(Grp78),也稱為免疫球蛋白重鏈結(jié)合蛋白(BiP)相結(jié)合形成無活性的復合物[7]。Grp78/BiP是熱休克蛋白家族成員,對UPR有至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。當錯誤折疊蛋白聚集時,GRP78/BiP則與PERK、ATF6和IRE1α這三個蛋白分離而激活UPR,以改善蛋白折疊,維持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。然而,若ERS持續(xù)存在并加重,3個蛋白則會誘導激活相應的信號通路,導致細胞凋亡。

2.1 PERK通路 PERK是UPR的重要組成部分,也是ERS發(fā)生時蛋白質(zhì)合成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,在UPR中PERK最先被激活[8]。PERK被激活后,磷酸化真核轉(zhuǎn)錄起始因子2α(eIF2α),從而通過抑制核糖體組裝來全面抑制蛋白合成[9],使ER內(nèi)的錯誤折疊或未折疊蛋白合成減少,從而穩(wěn)定細胞內(nèi)環(huán)境。但強烈的ERS可使磷酸化的eIF2α促進轉(zhuǎn)錄激活因子4(ATF4)中mRNA的選擇性翻譯,進而上調(diào)促凋亡因子C/EBP同源蛋白(CHOP)的表達,誘導細胞的凋亡和自噬[10]。PERK-eIF2α-ATF4信號通路是CHOP蛋白表達所必需的,并誘導細胞凋亡。

2.2 ATF6通路 ATF6在哺乳動物細胞中以ATF6α和ATF6β兩種亞型存在,并能誘導由IRE1α激活的轉(zhuǎn)錄因子X盒結(jié)合蛋白1(XBP1)的表達[11]。ATF6活化后從ER釋放并到達高爾基體,隨后被蛋白酶進行蛋白水解切割,釋放NH2端結(jié)構(gòu)域和ATF6p50,ATF6p50又被細胞質(zhì)轉(zhuǎn)運至細胞核,從而激活一系列ER蛋白的轉(zhuǎn)錄,如鈣網(wǎng)蛋白、CHOP和XBP1的表達等[9,12]。

2.3 IRE1α通路 IRE1α二聚化并自身磷酸化,激活其內(nèi)切核糖核酸酶活性,去除轉(zhuǎn)錄因子XBP1的內(nèi)含子,將其轉(zhuǎn)化為有活性形式的XBP1s[13]。XBP1s然后易位到細胞核并促進ERAD系統(tǒng)成分的轉(zhuǎn)錄,包括ER降解增強α-甘露糖苷酶樣蛋白。活化的IRE1α既可以同二聚化,也可以寡聚化和自身磷酸化,寡聚的IRE1α內(nèi)切核糖核酸酶活性降低,并通過IRE1α依賴性衰變過程促進mRNA以及微小RNA(miRNA)的普遍降解[6,14]。PERK、ATF6、IRE1α三個信號蛋白相互協(xié)同工作以在ERS環(huán)境中維持細胞的穩(wěn)態(tài)。然而,若發(fā)生嚴重或長期的ERS,細胞穩(wěn)態(tài)將被打破,從而發(fā)生細胞功能障礙和死亡。

3 ERS在PF中的作用機制研究

研究表明ERS可以通過調(diào)節(jié)肺泡上皮細胞凋亡、上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化、肌成纖維細胞分化和M2巨噬細胞極化而影響PF的發(fā)生發(fā)展,成為促進PF發(fā)生發(fā)展的新的危險因素之一[15]。

3.1 肺泡上皮細胞凋亡 肺泡上皮細胞凋亡的ERS被認為可能是肺纖維化中細胞功能障礙的關(guān)鍵因素之一。長期或過度的ERS可通過幾種UPR依賴的下游機制誘導上皮細胞凋亡,包括誘導CHOP、激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合的胱天蛋白酶(Caspase)或激活c-Jun NH2末端激酶(JNK)[15]。其中,CHOP的研究最為廣泛成熟。Burman等[16]經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),CHOP對PF的影響反映在它對肺泡上皮細胞凋亡的影響方面,因此暗示CHOP誘導的肺泡上皮細胞凋亡是影響纖維化嚴重程度的重要機制。肺泡上皮細胞由Ⅰ型肺泡上皮細胞(AEC Ⅰ)和Ⅱ型肺泡上皮細胞(AEC Ⅱ)組成,二者共同參與構(gòu)成肺上皮屏障,對肺組織的損傷修復具有十分重要的作用。其中,AECⅡ是維持肺泡結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵細胞,反復損傷易致其功能異常及凋亡,從而引發(fā)上皮-成纖維細胞的異?；?誘導成纖維細胞灶形成和大量細胞外基質(zhì)沉積[17]。當AEC Ⅱ發(fā)生嚴重而持續(xù)的ERS時,超過了細胞自身的損傷修復能力,ERS相關(guān)信號通路被激活,CHOP表達因此升高,進一步誘導了AEC Ⅱ凋亡。因此,AEC Ⅱ的凋亡是PF病理進程的關(guān)鍵因素,ERS則是導致AEC Ⅱ凋亡的主要機制。

3.2 上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化 上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化是一種極化的不運動的上皮細胞向運動的間充質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化的過程。ERS介導的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化參與博萊霉素誘導的PF過程,α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)表達升高、E-鈣黏蛋白(E-cadherin)表達降低是上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化形成的標志之一[18]。Meng等[19]研究發(fā)現(xiàn)ERS可通過PERK信號通路而促進上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生,進一步誘導PF的發(fā)生發(fā)展。

3.3 肌成纖維細胞分化 ERS還通過影響成纖維細胞的肌成纖維細胞分化而與PF的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。在受到多種促纖維化細胞因子刺激后,肺成纖維細胞可進一步分化為肌成纖維細胞,并導致大量膠原和基質(zhì)成分產(chǎn)生,從而加速纖維化進程。UPR被激活后可促進轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)介導的肌成纖維細胞分化,其部分是通過IRE1α介導的miRNA調(diào)節(jié),激活的IRE1α可以降解miR-150,其負調(diào)節(jié)α-SMA表達[20]。因此,抑制成纖維細胞分化可能是緩解PF的有效手段之一。

3.4 M2巨噬細胞極化 ERS也可以通過影響肺巨噬細胞表型來導致PF的發(fā)生。根據(jù)功能表型不同肺巨噬細胞可分為M1和M2兩型,M1型巨噬細胞主要起促炎作用,M2型巨噬細胞則有抗炎活性,且在傷口愈合和纖維化中起到重要作用。在PF中,ERS可通過CHOP依賴性機制向M2極化傾斜,盡管現(xiàn)有的研究表明ERS對巨噬細胞極化的影響依賴于疾病背景,但肺巨噬細胞的ERS似乎有利于M2表型[15]。亦有研究發(fā)現(xiàn),PF患者的M2型巨噬細胞中CHOP表達增高,CHOP在博萊霉素誘導的PF模型小鼠中可以誘導肺巨噬細胞向M2型極化,而CHOP缺陷小鼠在博萊霉素誘導后M2型巨噬細胞浸潤大大減少[21]。

4 基于ERS中醫(yī)藥防治PF研究進展

4.1 單味中藥及有效成分 雷公藤甲素是從雷公藤中分離而來的一種環(huán)氧二萜內(nèi)酯化合物,是雷公藤的主要活性成分之一,生物活性十分廣泛,可抗炎、抗腫瘤及免疫抑制。宋倩男等[22]研究發(fā)現(xiàn)雷公藤甲素可以通過調(diào)節(jié)纖維化肺組織實變區(qū)內(nèi)AEC Ⅱ的GRP78和CHOP蛋白的表達,緩解ERS的壓力,使AEC Ⅱ恢復正常功能,因此能改善小鼠肺功能,使肺間質(zhì)膠原沉積減少,從而改善PF。

紅景天苷是中藥紅景天的主要有效成分,具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、抗病毒等藥理活性,對肺纖維化、肝纖維化、腎纖維化、眼小梁網(wǎng)纖維化等多種器官或組織纖維化病變均有抑制作用[23]。黃玲等[24]研究發(fā)現(xiàn)紅景天苷可以抑制博萊霉素誘導的ERS相關(guān)蛋白ATF4和XBP1的激活以及GRP78和CHOP的水平的升高,從而有改善PF的功效。

陳皮堿性提取物的活性成分主要為黃酮類物質(zhì)和生物堿類物質(zhì)。王志超[25]研究發(fā)現(xiàn)陳皮堿性提取物可以減輕AEC Ⅱ的ERS,并通過ATF3/PINK1信號通路使AEC Ⅱ線粒體趨于穩(wěn)態(tài),并且通過減少AEC Ⅱ中TGF-β1等細胞因子的分泌,而間接降低肺成纖維細胞的膠原沉積,最終緩解PF進程。

茯苓酸是一種三萜類化合物,是中藥茯苓的主要活性成分,已被研究證實具有抗病毒、抗炎、抗氧化、抗癌、降血糖、鎮(zhèn)靜催眠等多種藥理學作用。Li等[26]通過研究發(fā)現(xiàn)茯苓酸可以改善博萊霉素誘導的大鼠PF和組織病理學損傷,具體作用機制可能與其能抑制ERS和改善線粒體功能有關(guān)。

異鼠李素是廣泛存在于銀杏、沙棘中的一種黃酮醇類化合物?，F(xiàn)代藥理研究表明其具有抗炎、抗氧化、保護內(nèi)皮細胞等多種生物學功能。Zheng等[27]研究發(fā)現(xiàn)異鼠李素在體內(nèi)和體外均能改善小鼠PF,可能與其通過抑制PERK信號通路而緩解ERS有關(guān)。

牛磺熊去氧膽酸是熊膽汁中提取的主要有效成分,研究表明其具有保肝、利膽、溶石、抑制ERS、抗凋亡等多種藥理學作用。Omura等[28]研究發(fā)現(xiàn)?；切苋パ跄懰峥赏ㄟ^抑制人肺上皮A549細胞中ERS相關(guān)的細胞死亡而抑制百草枯誘導的PF的發(fā)生。

4.2 中藥復方或制劑 補腎益肺消癥方(當歸、熟地黃、 陳皮、法半夏、 浙貝母、水蛭、炙甘草)以補益肺腎、祛瘀化痰解毒為法,由經(jīng)典名方金水六君煎化裁而成。吳甜甜等[29]研究證實補腎益肺消癥方可抑制纖維增生及瘢痕形成,延緩肺間質(zhì)纖維化進程,具體機制可能是其能下調(diào)JNK信號傳導通路關(guān)鍵因子的基因表達及蛋白含量,緩解ERS,減少AEC Ⅱ的損傷和凋亡。此后,高偉華等[30]研究發(fā)現(xiàn)補腎益肺消癥方可以改善PF大鼠肺組織內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張和扭曲程度,并能通過下調(diào)CHOP凋亡通路中關(guān)鍵信號分子CHOP、PERK等在蛋白及基因水平的表達,而調(diào)控AEC Ⅱ細胞ERS、恢復細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)、減少和抑制AEC Ⅱ細胞凋亡,從而減緩肺組織纖維化。楊穎溪等[31]也發(fā)現(xiàn)補腎益肺消癥方可以通過減少α-SMA的表達及成熟肺表面活性物質(zhì)相關(guān)蛋白C沉積,減少成纖維灶的形成,抑制ERS反應,延緩PF的病理進程,從而達到治療的目的。張沂等[32]證實補腎益肺消癥方可通過緩解AEC Ⅱ中持續(xù)的ERS及其誘導的Caspase12凋亡信號通路中關(guān)鍵蛋白的表達,減少AEC Ⅱ的凋亡,延緩PF的病理進程。賀晉芳等[33]實驗研究也發(fā)現(xiàn)補腎益肺消癥方可抑制肺泡上皮細胞的間質(zhì)轉(zhuǎn)化,并通過減輕持續(xù)的ERS,抑制AEC Ⅱ的凋亡,達到延緩PF病理進程的治療作用。綜上所述,補腎益肺消癥方可抑制PF大鼠肺組織的ERS反應,減少和抑制AEC Ⅱ細胞凋亡,減輕大鼠肺組織的損傷程度,延緩疾病進展,但目前研究有限,更深入的作用機制還有待進一步挖掘。

朱國雙等[34]經(jīng)動物實驗證實溫肺化纖顆粒(熟地黃、鹿角霜、炮姜炭、肉桂、麻黃、炙甘草、白芥子、土鱉蟲、桃仁、紅花、川芎、地龍)具有抑制PF的作用,其機制可能是通過抑制ERS介導的凋亡發(fā)生,從而減少上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化。林家猛等[35]證實張仲景《金匱要略》中的經(jīng)典方劑瓜蔞薤白湯(瓜蔞、薤白)治療博萊霉素誘導的大鼠PF,可能與抑制ERS的3條通路PERK、ATF6及IRE1α有關(guān)。邱岳[36]經(jīng)研究證實肺腎氣虛是PF的主要中醫(yī)證候,且肺腎氣虛證患者中多伴有腎陽虛的癥狀,用右歸飲(熟地黃、枸杞子、山茱萸、炒山藥、炙淫羊藿、黑順片、肉桂、炙甘草)可改善ERS介導的細胞凋亡,從而延緩PF疾病進程,可在一定程度上改善模型大鼠通氣功能障礙,且能改善肺泡的氣體交換功能,降低肺組織炎性浸潤及膠原沉積情況。申萌萌等[37]研究發(fā)現(xiàn)麥門冬湯(麥冬、半夏、人參、粳米、炙甘草、大棗)能夠明顯改善模型大鼠肺功能障礙,減少間質(zhì)膠原沉積,可能與調(diào)節(jié)PF大鼠肺組織AEC Ⅱs的GRP78和CHOP蛋白表達,減輕ERS壓力,恢復AECⅡs的正常功能有關(guān)。韓冰等[38]研究證實丹芍化纖膠囊(漢防己甲素、丹參、赤芍、黃芪、銀杏葉)能抑制肺組織中GRP78及NF-κB的表達,從而減輕ERS所引起的損傷,而對PF有干預作用。謝汝佳等[39]也證實丹芍化纖膠囊能提高肺組織SOD酶活性,對抗氧化應激以及抑制肺組織中GRP78的表達,從而減輕ERS反應,進而延緩PF。

痰熱清注射液是傳統(tǒng)中藥制劑,由黃芩、熊膽粉、山羊角、忍冬藤、金銀花、連翹等中藥的提取物制成,具有抗炎、抗氧化、抗凋亡、抗病毒等多種藥理作用,廣泛應用于肺部疾病,如肺炎、慢性阻塞性肺疾病、PF等。Deng等[40]研究發(fā)現(xiàn)痰熱清注射液可通過抑制ERS信號通路而改善博萊霉素誘導的大鼠PF模型的肺損傷、肺水腫和肺功能,減輕膠原合成和沉積,下調(diào)α-SMA、上調(diào)E-cadherin蛋白的表達,從而有改善大鼠PF的作用。

5 小 結(jié)

綜上所述,諸多學者經(jīng)研究證實無論是單味中藥及有效成分還是中藥復方或制劑均能以ERS為靶點調(diào)控ERS關(guān)鍵因子和通路,對PF有不同程度的治療作用,為PF的防治提供新的思路。因此,以中醫(yī)藥防治PF是今后PF治療的新途徑。然而,ERS是一個復雜的信號傳導過程,目前的實驗研究還未能完全探索出其在PF中的具體機制。而且現(xiàn)有的研究以動物實驗為主,細胞實驗極少,未來研究方向?qū)⒁约毎麑嶒炆踔潦桥R床試驗為突破點,以期為PF患者治療提供新的契機。