BCG灌注诱导的细胞因子与膀胱纤维化的研究进展

况夏雨 综述，李州利 审校

(山西医科大学第二临床医学院，山西太原　030001)



·综述·

BCG灌注诱导的细胞因子与膀胱纤维化的研究进展

况夏雨 综述，李州利 审校

(山西医科大学第二临床医学院，山西太原030001)

膀胱纤维化是以过量细胞外基质在膀胱间质、肌层聚集进而导致膀胱收缩、舒张功能减退、破坏甚至丧失为特征的病理过程。膀胱内灌注BCG在治疗膀胱癌的过程中，产生了大量的细胞因子，这些细胞因子通过协同或拮抗作用，通过促进膀胱细胞表型转变、促进成纤维细胞增殖活化、促进细胞外基质分泌、影响膀胱组织的血管生成等方式影响膀胱纤维化的进程。本文综述了近年来有关膀胱内灌注BCG产生的细胞因子与膀胱纤维化发病机制的研究进展。

BCG;纤维化;细胞因子;成纤维细胞;血管生成

卡介苗(bacillus calmette-guerin，BCG)是牛型结核杆菌在特殊的人工培养基上，经数年的传代，丧失对人类的致病能力，但仍保持有足够高的免疫原性的疫苗。1970年BCG首次被应用为抗肿瘤治疗。在动物实验中，BCG被证实对非肌层浸润性膀胱癌有效，是治疗膀胱癌最有效的免疫疗法。BCG灌注治疗的副反应较为常见：全身副作用包括发热、全身不适、肝功能异常甚至其他器官的结核感染；局部副作用包括尿频、尿急、尿痛、血尿，严重者造成膀胱挛缩[1-2]。

膀胱内灌注BCG可引起膀胱纤维化，并非为少见并发症，因纤维化很容易被修复，很少造成严重后果而被忽略。膀胱内间断性、低剂量灌注BCG即人工诱导膀胱炎反复发作，其结果是膀胱组织炎症细胞浸润，黏膜下层及肌层细胞外基质沉积，胶原纤维增生，引起膀胱纤维化。黎玮等[3]的研究表明，10例患者行膀胱内灌注6周后，黏膜下层的纤维化均可被观察到。若纤维化持续进展，膀胱体积会明显缩小甚至挛缩，膀胱顺应性降低，继发膀胱反流、输尿管扩张甚至肾积水。BCG灌注引起膀胱挛缩的发病率仅占0.5%～2%[4]，但其发病的危险程度随灌注次数及剂量的增加而增加，与结核杆菌导致的纤维化及挛缩高发病率相比[5]，BCG引起的膀胱纤维化弱而短暂，造成的挛缩率低，这可归结为BCG的毒性低、感染易控制、引起的变态反应弱、感染持续时间短等。研究表明，BCG不引起组织的破坏性反应，因而可除外因组织损伤修复引起的纤维化病理反应[6]。据此我们推测BCG及结核杆菌引起的膀胱纤维化至少有一部分是因为其所激活的免疫细胞及其分泌的细胞因子所致。本文重点阐明膀胱灌注BCG产生的细胞因子引起膀胱纤维化的可能机制。

1　BCG诱导的细胞因子

膀胱内灌注BCG时，会发生一系列的免疫反应，可分为如下三个阶段：第一阶段，黏附，即BCG通过Ag85与膀胱上皮细胞表面的纤维连接蛋白相互作用而黏附于细胞上；第二阶段抗原提呈阶段， BCG被抗原提呈细胞和膀胱上皮细胞识别并提呈给CD4+T细胞；第三阶段：诱导抗原特异性免疫反应，如CD8+T细胞、γδT细胞、巨噬细胞、自然杀伤细胞大量增值并分泌大量的细胞因子，包括白细胞介素1β(interlerleukin-1 beta，IL-1β)、包括白细胞介素2(interlerleukin-2， IL-2)、白细胞介素3(IL-3)、白细胞介素4(IL-4)、白细胞介素6(IL-6)、白细胞介素10(IL-10)、白细胞介素17(IL-17)、转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF-α)、血小板源性生成因子(platelet derived growth factor，PDGF)、成纤维细胞生成因子(fibroblast growth factor，FGF)、干扰素(interferon，INF)、结缔组织生成因子(connective tissue growth factor, CTGF)等[7-9]。细胞因子除了来源于免疫细胞，也常来源于膀胱逼尿肌细胞及黏膜层细胞。MARCIA[9]的研究表明， BCG灌注时膀胱黏膜可被诱导表达40种基因与细胞因子，而膀胱逼尿肌则被诱导产生高达92基因与细胞因子，这些诱导产生的基因、细胞因子与膀胱内灌注LPS、TNF-α相比具有明显统计学差异。

上述免疫细胞及细胞因子在抗肿瘤过程中发挥重要作用。在这些细胞因子中，辅助型TH1细胞因子(IFN-γ、IL-2、IL-12)是抑制肿瘤细胞分裂和生长最重要的细胞因子，其中 IL-2可促进T细胞的增殖活化并促进NK细胞分泌细胞因子；IL-12可促进TH0和CTL的增殖，是调控免疫应答的重要因子；IFN-γ可提高人体HLA抗原的表达，促进免疫细胞分泌大量的细胞因子，并通过抑制血管生成等机制抑制肿瘤细胞生成。其他细胞因子如IL-4、IL-6、TNF-α、IL-17等也在抗肿瘤免疫中发挥重要作用。这些细胞因子在杀伤、限制膀胱肿瘤细胞的过程中发挥了重要作用。然而细胞因子对机体的影响是多方面的，这些细胞因子在一定浓度、活性范围内时具备积极的生理功能，一旦失去平衡将会不可避免的对周围的组织、细胞如成纤维细胞、间质细胞等产生作用，促进这些细胞的增殖活化，分泌细胞外基质，进而引起膀胱纤维化及挛缩。现已发现BCG诱导的细胞因子中，有的可单独引起纤维化，有的可协同或拮抗其他细胞因子起作用。

2　细胞因子与膀胱纤维化

2.1TGF-βTGF-β即转化生长因子-β，其具有广泛的生物学效应，在炎症和纤维化过程中均发挥着关键作用。已证实TGF-β在很多膀胱疾病如糖尿病性膀胱疾病、膀胱出口梗阻、间质性膀胱炎及泌尿系肿瘤中起着重要作用[10]。

膀胱内灌注BCG时TGF-β的表达增加与膀胱纤维化关系密切。学者认为TGF-β主要来源于活化的中性粒细胞、巨噬细胞及成纤维细胞，其影响膀胱纤维化的作用主要表在如下方面。

首先，TGF-β可介导膀胱上皮细胞向间质细胞转化。间质细胞根据其在膀胱中的位置可分为固有层间质细胞、肌层间质细胞、肌束间间质细胞及血管周围间质细胞，这些细胞与膀胱功能密切相关并具有向成纤维细胞转化的趋势，在病理情况下，可引起膀胱纤维化[11]。TGF-β通过Smad2/3/4复合体将信号传递至细胞核，改变细胞基因的表达，通过减少膀胱上皮细胞表面分子标志如上皮-钙黏素(E-cadherin)、细胞角蛋白5(cytokeratin5)、细胞角蛋白14(cytokeratin14)，增加间质细胞表面分子标志如神经-钙粘素(N-cadherin)、α-平滑肌肌动蛋白(α smooth muscle actin，α-SMA)，促使上皮细胞向间质细胞转化并增加胶原纤维等细胞外基质的分泌[12]。

第二，TGF-β可促进促纤维化因子CTGF、基质金属蛋白酶2(matrix metalloproteinase-2，MMP-2)、基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)的表达[13-14]。CTGF具备很多生物学功能包括诱导细胞外基质的分泌及细胞的迁移和分化等，正常情况下很少表达，但在纤维化病变中表达急剧升高并能促进细胞外基质中MMP-2、MMP-9的产生。MMP-2、MMP-9具备降解基膜的功能，随着基膜的降解，细胞外基质可发生迁移，在与CTGF/CCN2协同作用下，进一步促进上皮细胞向间质细胞的转化，加快膀胱纤维化的进程[15]。

第三,TFG-β可以改变膀胱胶原纤维的表达。胶原纤维是细胞外基质的主要成分，膀胱壁的胶原纤维主要为Ⅰ和Ⅲ型胶原纤维，其中，Ⅲ型胶原纤维的含量是膀胱顺应性的决定性因素，其含量增加将会导致膀胱壁弹性丧失和平滑肌功能减退。TFG-β通过Smad3途径传递信号，增加Ⅰ和Ⅲ型胶原纤维的含量，促进膀胱纤维化[16]。除此之外，相关研究表明AP-1和miR-133在调控TGF-β的表达，促进上皮细胞向间质细胞转化的过程中起重要作用[17-18]。

2.2bFGFbFGF即碱性成纤维细胞生长因子，被认为是成纤维细胞、内皮细胞、甚至某些上皮细胞有效的促分裂原，在膀胱生成、发育以及对损伤反应中有促进细胞增殖的作用，低氧、缺血、各种损伤、炎症等可迅速提高bFGF基因的表达。研究表明bFGF参与很多膀胱纤维化疾病的进展，如膀胱出口梗阻、慢性膀胱炎、神经源性膀胱等。膀胱内灌注BCG时，膀胱黏膜下层及肌层大量淋巴细胞浸润，并形成肉芽肿[19]，严重的炎症反应迅速促进bFGF的合成并从巨噬细胞、平滑肌细胞等细胞中释放出来，促进周围成纤维细胞的增殖，增加平滑肌细胞间胶原纤维的沉积[20]。此外FGF-2/FGFR信号通路还能促进成纤维细胞向肌成纤维细胞转化、增加细胞外基质的合成、降低上皮细胞表面标志如E-cadherin等功能[ 20-21]。

2.3TNF-αTNF-α主要由激活的巨噬细胞、NK细胞、T细胞产生和分泌的具有广泛生物学活性的细胞因子。膀胱内灌注BCG时，TNF-α能增加巨噬细胞的吞噬功能，对许多免疫细胞有趋化和粘附作用，在防止感染扩散及杀灭肿瘤细胞起到很重要的作用。然而，过度的TNF-α表达在促纤维化中的作用也不容忽视，其参与膀胱内灌注BCG引起膀胱纤维化的可能机制如下：①诱导膀胱成纤维细胞的增值、分化，促进胶原的合成。Ⅰ型和Ⅲ型胶原纤维是膀胱纤维组织中最重要的胶原成分。TNF-α可促进成纤维细胞增殖，诱导纤维母细胞合成I型、Ⅲ型前胶原纤维[22]。②TNF-α可促进BCG灌注时膀胱的炎症反应。TNF-α对巨噬细胞和中性粒细胞有较强的趋化作用，可促进免疫活性细胞产生大量炎症细胞和炎症介质，继而增加成纤维细胞增殖，促进膀胱纤维化。

2.4细胞因子与血管生成血管生成是一个涉及多种细胞、多种分子的复杂过程,是促血管形成因子和抑制因子协调作用结果，正常情况下二者处于平衡状态，一旦此平衡打破，血管生成将发生紊乱，导致器官的功能紊乱及纤维化。

抑制肿瘤血管生成是BCG灌注治疗膀胱癌一个很重要的途径[23]。研究表明，BCG灌注诱导的过程中产生的细胞因子对膀胱血管生成的影响是多方面的，如INF-γ、TNF-α、IP-10有明显的抗血管生成作用，而VEGF和bFGF具有明显促进血管生成的作用，但这些细胞因子的综合作用是抑制膀胱血管生成[24]。在诸多具备血管活性的细胞因子中，VEGF是最重要的促进血管生成的细胞因子，在BCG治疗膀胱癌的过程表达明显上调，但相关研究表明，细胞因子的总体作用是抑制血管生成，提示其他细胞因子如INF-γ、TNF-α、IP-10等在拮抗VEGF的过程中发挥重要作用[25]。在这些细胞因子的综合作用下，膀胱血管生成紊乱，导致膀胱局部缺血、缺氧，间质细胞增生，细胞外基质沉积而致纤维化。而最新研究发现，通过纳米技术持续向膀胱内释放VEGF促进膀胱血管生成，能够明显延缓甚至逆转膀胱纤维化及膀胱挛缩的病程[26]，提示组织缺血缺氧是膀胱纤维化一个很重要的因素。

3　小结与展望

BCG所致的膀胱纤维化涉及多个细胞因子，是一个非常复杂的过程。事实上，上述研究存在很多局限性，细胞因子构成的细胞因子网络及各种细胞因子的相互作用、相互影响远非想象中的简单；并且随着灌注时间的推移，细胞因子的种类及数量也会发生变化，因而还有许多促纤维化机制需要进一步阐明。BCG感染是研究结核的经典模型，可作为膀胱结核研究的切入点，为临床上预防及治疗结核性膀胱纤维化及挛缩提供理论依据及实验模型。上述的机制可部分解释膀胱纤维化的原因，相信通过对BCG致纤维化的机制进一步研究，将为结核性膀胱纤维化及挛缩寻找有效的治疗靶点提供新的途径。

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(编辑王玮)

2016-02-17

2016-03-09

李州利，主任医师. E-mail：lizhouli@medmail.com

况夏雨(1992-)，男(汉族)，硕士研究生.研究方向：泌尿系肿瘤.E-mail：kxy0502@163.com

R737.14

ADOI：10.3969/j.issn.1009-8291.2016.10.020