肺纤维化细胞因子机制的研究进展-陈.doc

肺纤维化细胞因子机制的研究进展（综述）赵 敏 审校 陈振发湖北中医学院（邮政编码430061）肺纤维化是指肺内成纤维细胞过多聚集和细胞外基质（ECM）过多沉积，导致肺组织结构改变和功能丧失的一类疾患1。它是多种原因引起慢性肺疾病的共同结局，是呼吸衰竭的主要病理基础。大量研究证实，肺纤维化是多种因素、多个环节参与的缓慢的复杂过程2，涉及到细胞、细胞因子、ECM等因素间的相互作用，并提出肺内细胞及细胞因子网络的概念；此外，肺纤维化相关信号转导通路的改变，也正成为当今从分子水平上研究其发病机制的热点。目前对肺纤维化的有效疗法仍很有限，因此，深入探讨肺纤维化的机制，对发展新的治疗策略具有重要的临床指导意义3。本文仅就肺纤维化细胞因子机制的研究进展予以简要综述。1 肺纤维化的细胞学基础 肺纤维化的发生包括肺组织炎性损伤、结构破坏、以及随后发生的肺间质细胞聚集和修复等过程。在此过程中，肺内多种细胞通过分泌细胞因子、炎性介质等生物活性物质而发挥直接或间接的作用，其中肺泡上皮细胞、肺间质细胞、肺巨噬细胞、肥大细胞可能起着非常关键的作用，它们相互影响，构成了一个复杂的肺细胞网络。1.1 肺泡上皮细胞（AT）目前认为，肺纤维化的过程可能起始于肺泡，其肺泡上皮损伤、肺泡炎、以及巨噬细胞数量增多可能是疾病的早期事件2。肺泡上皮由型（AT）和型（AT）两种细胞组成，其中AT覆盖肺泡表面的绝大部分，AT则散在镶嵌于AT之间；AT细胞没有增殖能力，损伤后由AT分裂增殖并转化为AT细胞。在肺纤维化中AT起重要作用，其机制可能是：111 活化肺间质细胞正常时AT可通过合成纤连蛋白(FN)、层粘蛋白(LN)等基底膜的主要成分而执行其功能，同时也调节肺内其它细胞的迁移、分化、粘附等。当AT受损时，合成基底膜物质减少，甚至消失，可增加矽尘等致纤维化因素与肺间质巨噬细胞、成纤维细胞的接触，进而活化肺内间质细胞，促进间质内炎症和免疫效应细胞的聚集29。实验研究表明，AT增殖的同时，与之联系的间质成纤维细胞亦增殖，推测AT与肺成纤维细胞的直接接触是细胞间信号转导的一种方式：肺泡结构破坏后，肺泡成纤维细胞游走到肺泡腔，对AT产生的一系列促增殖信号如FN和PDGF产生反应，使肌成纤维细胞增多，导致呼吸膜部分或完全消失2。112 分泌细胞因子研究显示，在肺纤维化病变中和体外培养的AT内，都有肿瘤坏死因子(TNF-)、IL-1和IL-8mRNA及相应蛋白表达，尤其是增生的AT中表达更强烈：TNF-,IL-1能激活成纤维细胞，产生大量型、型胶原及FN；IL-8是典型的炎症介质，可趋化嗜中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、单核细胞等引起炎症反应。特发性肺纤维化（IPF）中增生的AT有大量血小板源性生长因子(PDGF)和胰岛素样生长因子(IGF-1)mRNA、以及相应蛋白和受体表达30、31，其中PDGF和IGF-1除调节自身增殖外，同时可通过旁分泌作用影响成纤维细胞的增殖。曾庆富等32发现在纤维化的肺组织中，增生的AT有丰富的转化生长因子-1(TGF-1)mRNA及其蛋白表达，TGF-1具有调控肺成纤维细胞的分裂、增殖，及其胶原蛋白的合成与降解等重要作用。113 参与炎症反应许多研究表明，AT可通过分泌表面活性物质磷脂和表面蛋白、表达黏附分子受体、表达CD44及嗜中性粒细胞趋化因子等环节，调节肺间质的炎症反应2：如磷酯可抑制淋巴细胞活性，包括抑制其对分裂原刺激的增殖反应、免疫球蛋白合成和NK细胞的活性等33；表面活性蛋白-A（SP-A）能刺激肺泡巨噬细胞、嗜中性粒细胞产生多种炎症介质及细胞因子。由于AT是肺内花生四烯酸代谢的主要场所，还能释放白三烯(LT)和前列腺素类(PG) 等许多脂类炎症介质，参与肺纤维化病变的形成。12 肺间质细胞 肺间质细胞包含成纤维细胞、平滑肌细胞及血管周细胞等，其中成纤维细胞（FB）是肺纤维化过程中合成和分泌ECM的主要效应细胞，又称肺ECM产生细胞2。正常时FB处于静息状态，但在病理状态下可被活化而转变为表达-平滑肌肌动蛋白（-SMA）的肌成纤维细胞（MFB）,并发生明显的功能改变，表现为明显增殖、分泌细胞因子、合成大量ECM和产生蛋白降解酶。因此，MFB的出现是纤维化进程中的关键步骤，在肺纤维化的形成中起着重要作用:121 释放细胞因子辅助性T细胞可产生Th1型和Th2型两种细胞因子，其中Th1型细胞因子以抑制纤维化为主，Th2型细胞因子则可以促进纤维化。人肺纤维化组织中分离的FB，表达Th2型细胞因子的水平升高，包括IL-4、IL-6、IL-10、IL-13等，其中IL-4可直接促进FB的增生、胶原基因的表达和胶原合成的增加，IL-13也可增加胶原的合成， IL-10则可通过抑制Th1型细胞因子的产生，使Th1型与Th2型细胞因子失平衡而以Th2型细胞因子的作用为主。122 表达黏附分子黏附分子是介导细胞与细胞间、细胞与基质间相互接触或结合的一类分子，包括整合素家族、选凝素家族、免疫球蛋白超家族、钙粘素家族等，其中以配体为ECM的整合素家族受到广泛的关注。吴浩等14证实肺纤维化过程中，可见FB和MFB明显增生，其整合素51（FN的主要受体）呈强阳性反应。Leivne等39发现FB和MFB的整合素81表达也增强，并可通过与配体结合后的信号转导促进肺间质细胞增生、分化，进而促进FN、胶原等ECM的合成与分泌。123 产生蛋白降解酶卢韶华等41的实验结果提示，肺间质FB是纤维化早、中期产生MMP-2的主要细胞，而MMP-2的过度活化可能是肺基膜型胶原蛋白降解的内在原因，是肺纤维化启动的重要机制；同时还显示肺FB在病程较后期有MMP-2活化酶MT1-MMPmRNA转录的增强，可能诱导MMP-2的持续活化。应该看到，在肺纤维化过程中，肺FB的增殖与其胶原合成的功能之间的关系是随病程进展而变化的：FB增殖旺盛时期，合成胶原的能力较弱；当FB增殖速度因细胞外刺激减弱而变慢时，合成胶原蛋白的能力反而增强，从而导致大量的胶原蛋白沉积在肺内；结果提示这种特点可能是肺部亚急性或慢性炎症后，肺纤维化进展迅速的原因之一42。13 肺泡巨噬细胞（AM）肺内巨噬细胞根据所在部位不同，可分为AM，间质巨噬细胞、支气管壁巨噬细胞等，其中以AM在肺纤维化中的作用尤其重要：131 释放细胞因子AM脂质过氧化可促发其释放多种细胞因子，包括PDGF、TGF-、TNF-等，促进FB在肺损伤区聚积、活化、增殖及其ECM的合成，如PDGF可以诱导肺FB增生、趋化，以及激活基质金属蛋白酶活性，从而影响ECM的改建35。132 产生氧自由基氧自由基包括超氧阴离子（O2-过氧化氢（H2O2）、羟自由基（OH）、一氧化氮（NO）等。AM可合成分泌氧自由基，其高度的氧化活性极易引发脂质过氧化反应，损伤细胞生物膜的脂质和蛋白质(包括某些酶类)，改变细胞自身稳态，造成上皮细胞功能丧失甚至细胞死亡；另一方面，细胞生物膜的损伤又可产生新的氧自由基，如此“瀑布”式连锁反应，形成炎症的恶性循环，造成肺的持续损伤，直至纤维化2。陈晓玲等38的实验表明，肺内一氧化氮合酶(iNOS)的上调，可能直接或间接促进肺FB数量增多，并生成大量NO，促进肺纤维化形成。133 释放多种酶类活化的AM可以释放多种蛋白酶类，包括酸性水解酶、弹性蛋白酶、以及纤溶酶原激活物抑制物（PAIs）等，其中PAIs 包括PAI-1、PAI-2、PAI-3三种亚型，并以PAI-1型的作用最强。PAI-1是纤溶酶原激活物（PA）的有效抑制剂，其水平增高和活性增强能降低PA的活性，进而可减少纤溶酶的合成，抑制ECM的降解，促进肺纤维化的形成。-教研室“分子病理学”P255134 激活细胞内信号转导和转录激活因子（STAT）活化的AM可通过释放活性氧而激活细胞内STAT。范贤明等37研究表明，AM中STAT1的异常活化参与肺泡炎的形成，并持续存在于肺纤维化的过程，提示肺纤维化可能涉及Janus家族酪氨酸激酶（JAK）/STAT通路，-同上P249并可能在肺纤维化整个阶段持续发挥作用。14 肥大细胞（MC）MC参与肺纤维化的过程受到普遍关注。4-? 实验研究表明，大鼠硅沉着病组织内MC明显增生, 与FB紧密接触并脱颗粒；组织内的MC表型由正常肺的肠粘膜型MC (IMMC)转变为以结缔组织型MC (CTMC)为主，而且CTMC的数量与纤维化的程度呈直线相关，因此推测MC参与肺纤维化的过程。MC参与肺纤维化的机制可能是：141 释放多种细胞因子MC释放的细胞因子，既可以是预先储存型，如TGF-；也可以是经诱导后新合成型，如IL-5、IL-13。体外研究发现，MC释放的bFGF、TNF-等，可以促进大鼠肺FB增生及、胶原基因表达增加；同时FB又能分泌生长因子及IL-4，促进MC增生，这样形成一个正反馈效应,加快肺纤维化进程。142 释放生物活性物质研究显示，纤维性肺间质中MC明显增加，而活化的MC游走到肺泡腔，发生活跃的缓慢脱颗粒，释放生物活性物质48，如胰蛋白酶、组胺等，其中胰蛋白酶为促有丝分裂剂，可以刺激FB增生；组胺也能刺激FB增殖，并促进纤维组织增生和ECM聚积。MC是肺内的肝素的主要来源，肝素与TNF-对肺FB有协同作用，可增强TNF增殖效应。Sasaki等17的研究表明肝素能调控PDGF诱导的肺FB增生、趋化及基质金属蛋白酶(MMPs)活性，影响肺组织ECM的改建。应该指出，无论人类肺纤维化疾病或是动物肺纤维化模型，MC多出现在病变修复期，早期较少；MC缺陷小鼠，仍可发生明显的肺纤维化。因此，有学者认为MC的数量增加与肺纤维化有关，但并非致纤维化的决定性因素。此外，嗜酸性粒细胞、淋巴细胞等炎症细胞也可通过合成和释放多种细胞因子，如TGF-、MIP1、TGF-、IL-1和IFN等参与肺纤维化过程。2 参与肺纤维化的细胞因子网络 目前认为，在肺纤维化的发生发展过程中，起着关键的作用的是细胞因子，包括促纤维化细胞因子和抑纤维化细胞因子；两类细胞因子的来源，既可由肺纤维化病变中激活的炎症细胞，如巨噬细胞、淋巴细胞和嗜酸性粒细胞等合成分泌，也可由肺结构细胞，如上皮细胞、内皮细胞及间质细胞表达；一种细胞可合成分泌多种细胞因子，不同细胞因子的生物学作用又可相互交叉重叠、相互影响，从而构成复杂的肺纤维化的细胞因子网络；因此，两类细胞因子之间的平衡失调，在很大程度上决定着肺纤维化是否发生及其严重程度3。21 促纤维化的细胞因子在肺纤维化过程中，TGF-、TNF-是关键的促肺纤维化细胞因子。211 转化生长因子-（TGF-）TGF-是分子量为25kD的多肽，具有调节细胞生长和分化的作用，是目前研究最多和作用最明显的促肺纤维化细胞因子。TGF-主要来源于AM和上皮细胞。研究显示：在采用博莱霉素、环磷酰胺、矽尘等复制的肺纤维化动物模型以及人IPF的肺组织中，均发现TGF-的表达，同时伴型和型胶原蛋白表达的增加；TGF-抗体及TGF-受体拮抗剂都能减弱博莱霉素所致的肺内胶原沉积。（1）TGF-致纤维化的主要作用：促进FB活化和表型转化： TGF-可促使FB转化为表达-平滑肌肌动蛋白（-SMA）的MFB，而MFB则能合成大量胶原蛋白等ECM成分。促进ECM的合成和沉积：TGF-可刺激ECM产生细胞大量ECM，如、型胶原等，并对FN、LN、HA、蛋白聚糖等的沉积有明显促进作用。改变蛋白水解酶的分泌及其活性：TGF-可抑制蛋白水解酶,如MMPs、PA等的分泌及其活性，增加这些蛋白酶的抑制物,如金属蛋白酶组织抑制物（TIMPs）、PAI-1等的合成、分泌及其活性，减少ECM成分降解，致使ECM在肺内积聚，肺泡壁增厚，最终引起肺纤维化17。-同上P245（2）TGF-的激活机制：目前认为血小板凝血酶敏感蛋白是其主要激活物，激活后的TGF-与其细胞膜上的受体结合，将活化的信号传递至细胞内，细胞内Smad家族(Smad1、2、3、4、6、7等)将信号进一步传入细胞核内，激活核内转录蛋白STAT-1，从而启动胶原蛋白的RNA转录，合成胶原蛋白18。212 肿瘤坏死因子（TNF）TNF有TNF-和TNF-两种，其中以前者的研究较多。TNF-是是分子量为17kD的多功能多肽，主要由激活的单核巨噬细胞。TNF有TNFR1和TNFR2两种受体，TNF与其受体结合可激活多条信号转导途径，诱导多种细胞转录因子、细胞因子、细胞粘附分子、炎症介质等的表达17-同上P245。临床研究表明，大部分（2/3）肺纤维化患者支气管肺泡灌洗液中有TNF-mRNA表达，其上清液同时具有TNF-活性，可促进肺FB增生。实验证明18，正常兔肺内巨噬细胞数量少，几乎不呈TNF-阳性表达；当肺受到E、Coli-何物的刺激后，AM增多及其TNF-呈阳性表达。Nash等19发现不明原因纤维化性肺泡炎的肺泡上皮中，TNF-广泛表达阳性,尤其在增生的AT阳性更强。TNF-在肺纤维化中的主要作用是：聚集和激活炎症细胞：TNF-可以上调单核细胞趋化蛋白（MCP-1）、细胞间黏附分子-（ICAM-1）和内皮细胞黏附分子-（VCAM-1）等表达，是损伤肺组织中炎症细胞浸润的原因；TNF-还可与IL-1起协同作用，激活嗜中性粒细胞，介导肺泡炎症反应；刺激肺FB增殖及促进胶原合成；介导细胞凋亡：TNF-与细胞表面的受体结合可能介导细胞凋亡或细胞坏死，引起弥漫性肺泡损伤，使AT不断坏死、脱屑、再生，导致肺纤维化；TNF-基因启动核因子-B（NF-B）位点，活化的NF-B，后者反过来又增加TNF-的形成，形成正反馈。22 抑纤维化的细胞因子在肺纤维化形成过程中，细胞释放促纤维化细胞因子的同时，也产生某些抑纤维化细胞因子，如肝细胞生长因子(HGF)、角化细胞生长因子(KGF)、INF-等，但对其研究相对较少。-同上P248221 肝细胞生长因子(HGF)HGF是由两个亚基组成的二聚体，广泛分布在肝、肾、肺等脏器，常由间质细胞产生。HGF具有很强的促肝细胞和多种上皮细胞增殖效应；可对抗TGF-的促纤维化作用：可明显抑制TGF-的表达和MFB的形成，减少ECM的合成和积聚；可增加MMP的表达和减少TIMP的表达，促进ECM的降解，从而具有抑制纤维化的作用；是AT的有丝分裂原，可促AT增殖和加速肺泡上皮的修复，减轻肺损伤51。HGF给药或基因治疗对肝、肾、肺等器官纤维化有明显的疗效。-同上P248222 角化细胞生长因子(KGF)KGF是FGF家族的成员，即FGF-7，有特异性促进上皮细胞增殖、迁移和分化的生物学活性2。在肺组织中，KGF是由肺间质细胞（包括FB和内皮细胞）合成和分泌，具有促进损伤后的肺泡上皮和支气管上皮细胞增生、修复21、以及减少胶原积聚的作用:促AT增生、分化,加速肺泡上皮的修复，阻止肺FB及炎细胞进入肺泡腔内，抑制肺纤维化的发生；调节肺泡内水钠转运，减少肺水肿。降低肺泡上皮细胞53基因表达,参与细胞凋亡的调节。223 INF-INF-是一类由活化的淋巴细胞分泌的免疫调节细胞因子，在抗肺纤维化过程中的作用有：抑制TGF-的作用及胶原合成: INF-与受体结合后，将信号传入细胞内，激活细胞核中的转录蛋白STAT-1，并与TGF-信号传导发生竞争性抑制，从而削弱TGF-的促纤维化作用；同时，44-指何内容？INF-信号转导蛋白与细胞内TGF-的抑制因子Smad7结合,使TGF-信号转导通路受到抑制，进而阻断胶原蛋白的合成信号。促进肺泡上皮的增生:体内研究45表明，在肺损伤的急性阶段，原癌基因c-Met表达下调，INF-通过提高c-Met的转录，上调肺泡上皮细胞中的c-Met蛋白及其mRNA的表达，在修复过程中发挥抗纤维化作用。INF-还可抑制PDGF诱导的FB增殖，43并从转录水平抑制其胶原的产生。综上所述，肺纤维化是一个由多种因素参与的、极其复杂的过程，其发生涉及到相关细胞的增殖与分化、细胞因子的产生与释放、ECM的合成与降解等多方面的机制，而且它们之间相互影响、相互调控，共同构成了一个复杂的网络系统。肺纤维化的发生机制给人们研究其治疗方法两个启示：一是肺纤维化的治疗难度大，二是宜采用多角度、多环节、多靶标的干预治疗策略，其基本策略是在治疗原发病的基础上，抗炎、抗增殖、抗MFB转化、抗致纤维化细胞因子、抗ECM生成和沉积等。目前，有些药物在临床或实验研究抗纤维化的治疗中，已显示一定的或较好的效果，如吡非尼酮（pirfenidone）、己酮可可碱（pentoxifylline）、他汀类（statins）等。随着肺纤维化发生机制的继续深入探讨，将为研究有效的治疗方法提供科学的依据。-同上P260参考文献1 崔永丽，王晓彬，陈莹，陈杰，肺纤维化与细胞因子，国外医学卫生分册，2002，29（6）：325-3272 黄谨，李才.肺纤维化 .见:李才,主编.器官纤维化 ，基础与临床.北京:人民卫生出版社,2003,188-2283 Coker RK,Laurent GT. 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