組織纖維化從基礎(chǔ)到臨床的研究進(jìn)展

周致遠(yuǎn) 張藝凡 李青峰

（上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院整形外科，上海 200010）

組織纖維化是眾多人類重大疾病的關(guān)鍵病理基礎(chǔ)，包括肝硬化、慢性腎臟病、肺纖維化、創(chuàng)傷后纖維化、心臟衰竭、惡性腫瘤等，可涉及所有組織和器官系統(tǒng)[1]，包括此次新型冠狀病毒（新冠）肺炎，形成的肺纖維化常導(dǎo)致呼吸衰竭，同時(shí)也是新冠后遺癥的重要因素之一。據(jù)報(bào)道，全球范圍內(nèi)每4人中就有1人罹患纖維化疾病[2]，近50%的死亡都與纖維化造成的疾病有關(guān)[3]，這給人類健康帶來了極為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。盡管目前對纖維化的研究已取得一些進(jìn)展，但由于其致病因素的多樣性、疾病過程的復(fù)雜性以及群體防治的艱巨性，仍有許多關(guān)鍵的科學(xué)問題沒有解決。本文著重介紹纖維化發(fā)生、發(fā)展的重要調(diào)控因素及相關(guān)機(jī)制，以及目前針對纖維化潛在治療靶點(diǎn)的臨床研究概況。

組織細(xì)胞的損傷由超出適應(yīng)能力的內(nèi)外刺激引發(fā)，包括創(chuàng)傷、感染、缺氧、免疫反應(yīng)、毒物刺激等。而機(jī)體對損傷的修復(fù)過程可分為兩種形式：完全再生和纖維化修復(fù)。前者指損傷組織由同種細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)，完全恢復(fù)原組織的結(jié)構(gòu)和功能；后者則是由纖維結(jié)締組織來填補(bǔ)缺損，形成瘢痕。除了部分上皮組織、造血組織和肝組織外，人類細(xì)胞的再生能力十分有限[4]。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷或上述刺激因素持續(xù)存在，人體往往無法只通過實(shí)質(zhì)細(xì)胞的再生完成修復(fù)，而需要依靠無功能的瘢痕組織來代替原有組織。纖維化是一種以細(xì)胞外基質(zhì)成分過度沉積和異常排列為特點(diǎn)的組織病理性修復(fù)結(jié)局，常造成器官功能損害甚至器官衰竭[5]。

1 促進(jìn)組織纖維化的幾種重要因素

組織纖維化的發(fā)生、發(fā)展通常與損傷局部的持續(xù)性刺激有關(guān)，主要包括慢性炎癥、異常生物力學(xué)刺激、毒物刺激等。盡管驅(qū)動(dòng)機(jī)制及發(fā)生纖維化的組織器官各不相同，但纖維化擁有共同的病理生理機(jī)制，即肌成纖維細(xì)胞異?；罨?，導(dǎo)致以膠原為主的、排列紊亂的細(xì)胞外基質(zhì)成分大量沉積[6]。

1.1 炎癥

組織修復(fù)的第一步就是由受損傷部位釋放趨化因子募集炎癥細(xì)胞清除局部微生物和壞死組織碎片，炎癥細(xì)胞分泌炎癥介質(zhì)進(jìn)一步放大炎癥信號(hào)并且調(diào)控后續(xù)的修復(fù)過程。這種損傷后炎癥反應(yīng)可以按照時(shí)間順序分為三個(gè)階段：促炎、抗炎和炎癥消退。若促炎信號(hào)和抗炎信號(hào)之間的平衡被打破，或者炎癥細(xì)胞清除延遲，將導(dǎo)致炎癥慢性遷延而啟動(dòng)纖維化信號(hào)，其中最核心的兩條通路是轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor–β，TGF-β）信號(hào)通路和2型免疫反應(yīng)[7]。

1.1.1 感染

病原體可通過直接的細(xì)胞毒性和間接的免疫反應(yīng)造成組織損傷，如果病原體或其產(chǎn)物在短期內(nèi)無法被清除形成慢性感染，加之凋亡和壞死細(xì)胞成為繼發(fā)刺激因素，共同誘導(dǎo)生成的局部促炎介質(zhì)將造成長期損傷[8]。許多炎癥介質(zhì)參與到纖維化的進(jìn)程中，比如丙型肝炎病毒慢性感染時(shí)，肝臟損傷誘導(dǎo)分泌TGF-β、血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、血小板衍生生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）、結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）等，從而激活肝星狀細(xì)胞生成過多的細(xì)胞外基質(zhì)成分，另外，基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）及其抑制劑的失衡導(dǎo)致纖維蛋白溶解功能下降[9]。

除促炎介質(zhì)的作用之外，雖然2型免疫應(yīng)答具有減輕炎癥損傷、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)、調(diào)控組織修復(fù)的功能，但失調(diào)的2型免疫應(yīng)答也會(huì)推動(dòng)纖維化的發(fā)展[10]。2型細(xì)胞因子包括白細(xì)胞介素-4（interleukin-4，IL-4）、IL-5、IL-13、IL-25、IL-33、胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素（thymic stromal lymphopoietin，TSLP）等，都具有促纖維化特性[11]，多見于蠕蟲的慢性感染。

1.1.2 自身免疫性炎癥

自身免疫性炎癥是免疫耐受被打破引發(fā)針對自身抗原的異常免疫反應(yīng)。組織纖維化是很多自身免疫性疾病的病理特征之一。自身免疫性肝炎（autoimmune hepatitis，AIH）的肝纖維化通常始于門管區(qū)周圍，以CD4+T細(xì)胞浸潤為主，主要由細(xì)胞凋亡、γ干擾素（interferon-γ，IFN-γ）和IL-17A介導(dǎo)損傷[12]。系統(tǒng)性硬化癥（systemic sclerosis，SSc）有多器官纖維化的表現(xiàn)，可同時(shí)累及皮膚、肺、腎、心臟、消化道、骨骼肌[13]，除TGF-β信號(hào)通路和2型免疫應(yīng)答的作用之外，還有hedgehog和WNT信號(hào)通路的參與[14]。IL-17A對類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（rheumatoid arthritis，RA）相關(guān)的肺纖維化具有直接促進(jìn)作用[15]。雖然，自身免疫性疾病具有很大的異質(zhì)性，但自身免疫性炎癥相關(guān)的纖維化表型具有一定程度上的相似性，比如SSc和RA的間質(zhì)性肺病具有相似的臨床表現(xiàn)和治療方法，說明其纖維化的發(fā)生、發(fā)展具有共同的病理生理機(jī)制[16]。

另外，自身免疫病的機(jī)制非常復(fù)雜、病因尚不明確，因而自身免疫性炎癥相關(guān)的纖維化是感染、遺傳和環(huán)境等因素共同作用的結(jié)果，比如表達(dá)一種人類細(xì)胞色素P450家族成員的腺病毒可以通過分子擬態(tài)誘導(dǎo)2型AIH纖維化的發(fā)生[17]。

1.2 生物力學(xué)刺激

生物力學(xué)刺激通常來自于細(xì)胞外，可分為被動(dòng)和主動(dòng)兩種形式，被動(dòng)的生物力學(xué)刺激包括外環(huán)境的剛度、結(jié)構(gòu)限制，主動(dòng)的生物力學(xué)刺激包括組織或細(xì)胞產(chǎn)生的各種力[18]。生理?xiàng)l件下的力學(xué)特性對于維持組織穩(wěn)態(tài)尤為重要。以肝臟為例，肝小葉的精密結(jié)構(gòu)形成了復(fù)雜的力學(xué)微環(huán)境，包括肝血竇內(nèi)的靜水壓、肝血竇內(nèi)血液的流體剪切力、細(xì)胞外基質(zhì)的彈性模量、竇周隙內(nèi)的靜水壓、竇周隙內(nèi)組織間液的流體剪切力等，對肝臟的合成、分解、轉(zhuǎn)化、防御功能具有重要意義[19]。

病理?xiàng)l件下，組織力學(xué)特性的改變產(chǎn)生異常的生物力學(xué)刺激，通過細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)或血流動(dòng)力學(xué)之間的串?dāng)_[20]，經(jīng)由機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)通路以及機(jī)械敏感性蛋白，將細(xì)胞外的力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)的生物信號(hào)，調(diào)控細(xì)胞代謝和行為。當(dāng)損傷修復(fù)過程中細(xì)胞外基質(zhì)成分不斷被生成，基質(zhì)的硬度也不斷增加，這種生物力學(xué)刺激活化成纖維細(xì)胞，使其產(chǎn)生更硬的細(xì)胞外基質(zhì)成分、更大的拉力，放大了力學(xué)刺激，從而形成一個(gè)纖維化的正反饋調(diào)控機(jī)制。在纖維化進(jìn)程中，經(jīng)典的機(jī)械感知分子有整合素、局部黏著斑復(fù)合體、微絲細(xì)胞骨架等，經(jīng)典的機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)通路有局部黏著斑激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK）信號(hào)通路、TGF-β信號(hào)通路等[21]。除了細(xì)胞外基質(zhì)硬度之外，血液流體剪切力參與了肝纖維化的微循環(huán)改變[22]；Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞受到持續(xù)升高的機(jī)械張力可誘導(dǎo)肺纖維化的發(fā)生和發(fā)展[23]。

1.3 毒物刺激

易感器官過度暴露于石棉、乙醇、膽固醇、博來霉素、葡萄糖、放射線等理化刺激因素后可表現(xiàn)出纖維化的病理特征。比如非酒精性脂肪性肝?。╪onalcoholic fatty liver disease，NAFLD）最早的病理表現(xiàn)是肝細(xì)胞內(nèi)三酰甘油過度沉積，與胰島素抵抗、高脂飲食以及脂肪代謝障礙有關(guān)，而其病程進(jìn)展是由脂毒性、炎癥、氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等機(jī)制介導(dǎo)，其纖維化的發(fā)生、發(fā)展還與高胰島素血癥、瘦素、腸道微生物激活肝星狀細(xì)胞有關(guān)[24]。

2 組織纖維化的治療策略

盡管組織纖維化的病理生理機(jī)制仍未完全闡明，臨床轉(zhuǎn)化也存在較多障礙，但隨著研究的深入，不少抗纖維化治療策略已在臨床試驗(yàn)中取得初步成效。

2.1 小分子藥物

小分子藥物是指相對分子質(zhì)量較小的有機(jī)化合物，通常小于1 000道爾頓。相較于大分子藥物，小分子藥物具有藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、給藥方便、患者依從性好、儲(chǔ)存運(yùn)輸成本低等優(yōu)勢[25]。

目前，美國食品藥品監(jiān)督管理局已批準(zhǔn)上市的小分子抗纖維化藥物包括治療特發(fā)性肺纖維化的廣譜抗纖維化藥吡非尼酮（pirfenidone）和受體酪氨酸激酶抑制劑尼達(dá)尼布（nintedanib）；治療骨髓纖維化的Janus激酶1/2抑制劑魯索利替尼（ruxolitinib）、組蛋白去乙?；敢种苿┡帘人舅╬anobinostat）和Janus激酶2/FMS樣酪氨酸激酶3抑制劑帕克替尼（pacritinib）。

其他針對纖維化潛在靶點(diǎn)的小分子藥物還處在各期臨床試驗(yàn)階段，例如核受體參與代謝異常和炎癥通路活化，在纖維化的發(fā)生、發(fā)展中具有重要地位，主要包括法尼醇X受體（farnesoid X receptor，F(xiàn)XR）、過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）、甲狀腺激素受體（thyroid hormone receptor，THR）等[26]。部分靶向核受體的藥物包括FXR激動(dòng)劑（如奧貝膽酸[27]），PPAR激動(dòng)劑[如沙羅格列扎（saroglitazar）[28]、拉尼蘭諾（lanifibranor）[29]]，THRβ激動(dòng)劑[如瑞司美替羅（resmetirom）[30]]。

2.2 多肽類及單抗類藥物

多肽類及單抗類藥物都是氨基酸殘基經(jīng)肽鍵連接而成，前者有10~100個(gè)氨基酸殘基，相對分子質(zhì)量為500~10 000道爾頓，后者的相對分子質(zhì)量則在150 000道爾頓左右。這類藥物以高親和力、高特異性結(jié)合細(xì)胞表面或分泌蛋白從而發(fā)揮治療作用。

處于臨床試驗(yàn)階段的抗纖維化多肽類及單抗類藥物豐富。比如一項(xiàng)臨床試驗(yàn)顯示，每日皮下注射0.4 mg胰高血糖素樣肽1類似物索馬魯肽（semaglutide）可達(dá)到59%的非酒精性脂肪性肝炎緩解率不伴有纖維化惡化[31]；成纖維細(xì)胞生長因子19類似物奧達(dá)夫明（aldafermin）顯著降低非酒精性脂肪性肝炎患者的絕對肝臟脂肪含量[32]；CTGF單克隆抗體潘瑞魯單抗（pamrevlumab）顯示可延緩特發(fā)性肺纖維化的疾病進(jìn)程[33]。

2.3 小核苷酸藥物

小核苷酸藥物一般是由12~30個(gè)核苷酸組成的寡核苷酸，通過特異性靶向致病的核酸序列調(diào)控基因表達(dá)，從而達(dá)到治療目的。目前，市場上的小核苷酸藥物主要分為反義寡核苷酸（antisense nucleic acid，ASO）、小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）和核酸適配體。比起小分子藥物和單抗類藥物，小核苷酸藥物具有研發(fā)周期短、藥效持久、不易產(chǎn)生耐藥性、治療潛能大等優(yōu)點(diǎn)。

小核苷酸藥物的適應(yīng)證逐漸向抗纖維化領(lǐng)域拓展，如科特拉尼（Cotsiranib）由分別靶向TGF-β1和環(huán)氧合酶2的mRNA的兩種siRNA構(gòu)成，應(yīng)用于增生性瘢痕、原發(fā)性硬化性膽管炎等纖維化疾?。籆DR132L是靶向miR-132的ASO，有望緩解心力衰竭患者的心肌重塑[34]。由于其不穩(wěn)定性，有效的遞送系統(tǒng)是小核苷酸藥物成藥的關(guān)鍵，主要有納米顆粒、共軛連接、化學(xué)修飾、病毒載體等[35]。比如最近有一種遞送靶向熱休克蛋白47的siRNA的脂質(zhì)納米顆粒正處于Ⅱ期臨床試驗(yàn)階段，先前已在部分丙型肝炎病毒導(dǎo)致的肝硬化患者身上驗(yàn)證了安全性和有效性[36]。

2.4 間充質(zhì)干細(xì)胞治療

間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stromal cells，MSCs）廣泛分布于全身多組織器官，是一群具備增殖分化能力的多能干細(xì)胞，在特定條件下可分化為脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞等，在組織修復(fù)、維持內(nèi)穩(wěn)態(tài)、免疫調(diào)節(jié)等過程中具有重要作用[37]。MSCs可來源于臍帶、骨髓、脂肪組織、牙組織等[38]。不少Ⅱ期臨床試驗(yàn)探索MSCs在肝纖維化和肺纖維化治療上的應(yīng)用，但大部分都收效甚微[39]。值得一提的是，脂肪來源的MSCs及其外泌體在病理性瘢痕治療方面有著廣闊的應(yīng)用前景[40]。