特发性肺纤维化发病机制的研究进展

李小龙，王荣丽

(西南医科大学附属医院，四川泸州 646000)

特发性肺纤维化发病机制的研究进展

李小龙，王荣丽

(西南医科大学附属医院，四川泸州 646000)

特发性肺纤维化(IPF)是一种以渐进性肺间质纤维化为主要特征的疾病，其病理改变为肺泡上皮细胞损伤、成纤维细胞大量聚集及细胞外基质沉积。肺泡上皮反复损伤与修复是IPF的起始，反复损伤的肺泡上皮细胞一方面分泌大量的转化生长因子β1(TGF-β1)、血小板源性生长因子等细胞因子，诱导成纤维细胞聚集及肌成纤维细胞灶的形成，另一方面发生上皮细胞间质转化(EMT)，通过以TGF-β1为主的多种复杂途径调控IPF的发生、发展。IPF的发病机制涉及多种学说，包括损伤修复学说、EMT学说、自噬不足、端粒缩短及表观遗传学改变(DNA甲基化、组蛋白去乙酰化)等。

特发性肺纤维化；损伤修复学说；上皮细胞间质转化学说；自噬不足；端粒缩短；表观遗传学改变

特发性肺纤维化(IPF)是一种慢性、进行性、纤维化性间质性肺炎，主要临床特点为慢性进行性呼吸困难、肺间质浸润、肺顺应性降低以及肺内气体交换受损等。IPF被认为是一种异常的生物学进程，过多的细胞外基质(ECM)分泌导致肺泡上皮细胞损伤，最终引起肺组织变形、瘢痕组织形成及肺功能不可逆受损[1]。目前认为，成纤维细胞汇聚、ECM分泌及沉积、长期组织损伤与修复是其主要病理特征。本研究就IPF的发病机制作一综述。

1 损伤修复学说

损伤修复学说认为，IPF是反复的肺泡上皮损伤引起修复异常所导致[2]。IPF的纤维化进程始于被异常激活的肺泡上皮细胞(AECS)，AECS可分泌能够诱导成纤维细胞及肌成纤维细胞增殖的细胞介质，如转化生长因子β1(TGF-β1)、血小板源性生长因子(PDGF)等，而此类介质主要通过刺激间充质细胞增殖、吸引招募循环纤维细胞、刺激肺泡上皮细胞间质转化(EMT)等途径诱导成纤维细胞及肌成纤维细胞灶的形成[2]。成纤维细胞及肌成纤维细胞灶可分泌以胶原为主的ECM，从而导致肺组织疤痕形成及结构破坏。

下呼吸道中存在的某些细菌菌落被认为参与了肺泡上皮的损伤与修复。Molyneaux等[3]以包含两种基因编码抗菌肽(SLPI、CAMP)的基因模块为观察指标，发现其在IPF组织中表达升高，推测下呼吸道细菌菌落可持续性刺激并反复损伤肺泡，从而参与IPF的发生与发展。胃食管返流(GER)也被认为是IPF发生的一种重要因素。多数学者认为，长期GER可造成胃酸的气道误吸，导致肺组织长期损伤，从而促进IPF的发生与发展[4,5]。肺泡上皮细胞在胃酸长期的刺激下受到损伤，血浆蛋白渗出至肺泡及间质，从而在肺泡及间质中形成纤维蛋白沉积。此外，受损后的肺泡上皮还能分泌多种促纤维化细胞因子，如PDGF、缔组织生长因子、内皮素1等，进而导致IPF的发生[6]。吸烟可导致肺气肿的发生以及肺组织中基金属蛋白酶表达升高，并影响肺组织中巨噬细胞对外来刺激颗粒及病原菌的反应。上皮细胞在该过程中最先暴露并逐渐出现凋亡及坏死[7,8]，上皮细胞凋亡及坏死后残留的碎片可导致TOLL样受体、甲酰肽受体及C型凝集素表达升高，进而影响肺泡上皮细胞的修复[8,9]。

2 EMT学说

EMT即上皮细胞在某些因素及途径的影响下转变为具有间质细胞表型的生物学过程，其中E钙粘连蛋白(E-cad)表达下调及缺失是EMT最常见的特征之一，成纤维细胞特异蛋白1(FSP1)、波形蛋白、α平滑肌肌动蛋白等细胞骨架标志蛋白表达上调以及细胞外蛋白(如纤粘连蛋白及层粘连蛋白等)表达下调都被证实参与了EMT的发生、发展。TGF-β1是TGF家族成员之一，在肺组织中可由肺巨噬细胞及上皮细胞分泌，在肺组织外则主要由巨噬细胞、血小板及内皮细胞等分泌。TGF-β1能够促进成纤维细胞及肌成纤维细胞合成Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型胶原蛋白，促进成纤维细胞的分化、增殖以及损伤组织的修复[10]。根据TGF-β1是否通过Smad蛋白参与IPF的发生，其相关通路可分为Smad蛋白依赖通路和非Smad蛋白依赖通路。

2.1 Smad蛋白依赖通路 在Smad蛋白依赖通路中，TGF-β1先与Ⅱ型受体结合，然后再与Ⅰ型受体结合形成四聚体复合物，该四聚体复合物再次激活Ⅰ型受体。Smad2、3蛋白与激活后的Ⅰ型受体结合，通过Smad2、3蛋白磷酸化而被活化。活化后的Smad2、3蛋白与其共同通路Smad4蛋白结合形成三聚体，并从细胞质转移至细胞核而影响靶基因的调控[10]。而Smad6、7蛋白作为两种受体抑制性蛋白，能够与Ⅰ型受体结合，从而抑制Smad2、3蛋白活化，负性调控Smad蛋白依赖通路[11]。

2.2 非Smad蛋白依赖通路 在非Smad蛋白依赖通路中，丝裂原活化蛋白激酶通路(MAPK通路)被认为是最关键性的通路，目前已发现的MAPK通路包括细胞外信号调节激酶(ERK)信号通路、Jun-氨基末端激酶(c-JNK)信号通路、p38丝裂原活化激酶(p38MAPK)信号通路及细胞外信号调节激酶5(ERK5)信号通路，共同参与了细胞的增殖、转化及凋亡等过程[12]。p38MAPK在被激活的TGF-β1受体复合物的影响下逐步活化，诱导相关靶基因转录，进而调节EMT蛋白表达，该通路也被认为与IPF的关系最为紧密[13,14]。除MAPK通路外，非Smad蛋白依赖通路还包括Wnt/Wingless、Rho/ROCK、过氧化物酶体增生物激活受体(PPAR)等通路。在Wnt/Wingless通路中，核β-catenin在细胞中大量堆积，不仅能够诱导邻近上皮细胞凋亡，影响肺组织损伤部位的再上皮化，还可以引起上皮细胞E-cad表达下降，从而参与调控EMT[15]。在Rho/ROCK通路中，ROCK可通过心肌相关转录因子(MRTFs)来调节细胞骨架蛋白表达，并影响细胞黏附及移动能力，进而参与EMT[16]。PPAR是核激素受体，主要包括α、β及γ三个亚型。PPAR-γ被激活后能够产生多种生物学效应，如细胞增殖分化、纤维化、糖代谢、炎症及肿瘤等，但其抗肺纤维化的机制目前尚未完全清楚。PPAR-γ可能通过抑制TGF-β1及Ⅰ型胶原产生、降低E-cad表达、抑制PDGF诱导的P13K/AKT信号途径等参与抗肺纤维化过程[17,18]。

microRNA被认为参与了多种病理进程(如癌症、心、肝及肾脏纤维化等)及EMT的调节过程[19]。miR-21及miR-26a也被认为参与了EMT[20,21]。Liang等[20]研究表明，敲低miR-26a表达可使A549细胞发生明显的EMT，而上调miR-26a表达则可减轻EMT及纤维化程度。

3 自噬不足

细胞自噬被认为是一种溶酶体依赖的细胞自我降解途径，机体通过细胞自噬途径维持自身动态平衡。在细胞自噬过程中，衰老的蛋白及相关细胞器(如线粒体)等通过自噬细胞吞噬包裹后，运送至溶酶体，进一步降解清除或被再利用[22]。细胞自噬主要分为分子伴侣介导的自噬、微自噬及巨自噬，目前巨自噬研究最为广泛。自噬不足可促进肺肌成纤维细胞ECM沉积，从而参与肺纤维化的发生。Araya等[23]研究发现，抑制微管相关蛋白质1轻链3B(LC3B)及ATG自噬基因后，细胞Ⅰ型胶原及α胶原表达升高，而诱导自噬可阻止肌成纤维细胞分化、减少ECM分泌、加速肺泡上皮细胞衰老。上述研究提示，细胞自噬可能够阻止IPF的进展。目前研究认为，细胞自噬的调控通路主要有mTOR信号通路、Bcl-2家族蛋白信号通路等，而内质网应激、氧化应激及缺氧等均可参与细胞自噬及IPF的发生[23]。LC3B是自噬活化的标志物，在被诱导自噬的肺组织肌成纤维细胞 LC3B表达升高。内质网应激作为一种保护机制参与了细胞自噬，从而影响IPF的发生与发展，但是其具体机制仍需深入研究。

4 端粒缩短

端粒是由多个重复的DNA序列形成的帽状结构，位于真核生物染色体的末端，具有保护染色体、调控基因及细胞凋亡等作用。端粒酶主要是由端粒酶RNA元件(TERC)、端粒酶逆转录酶(TERT)及相关蛋白组成的一种能够维持端粒长度、抑制端粒缩短的酶。端粒酶经TGF-β1等相关细胞因子作用后可引起成纤维细胞分化为肌成纤维细胞，提示端粒酶能够调节肌成纤维细胞的分化。有学者在家族性及散在性IPF患者血液中检测到TERC及TERT基因突变[25]，而突变的TERT基因又能影响端粒长度、降低端粒酶活性，进而参与IPF的发生，但其具体机制尚待进一步研究。

5 表观遗传学改变

5.1 DNA甲基化 DNA甲基化不会改变DNA序列，但改变了染色体的结构，可抑制基因表达。研究发现，IPF患者肺成纤维细胞中存在抑癌基因Thy-1启动子区域甲基化，使Thy-1表达降低，进而导致肺成纤维细胞抗凋亡能力增强[26]。细胞黏附相关基因CDH1甲基化可导致E-cad表达降低，进而促进EMT进程，从而参与IPF的发生。

5.2 组蛋白去乙酰化 组蛋白去乙酰化酶(HDAC)是一类能够影响染色体结构及基因表达的蛋白酶。正常情况下，HDAC与组蛋白乙酰化酶(HAT)处于动态平衡，而HDAC能够使蛋白乙酰化，增加其与DNA的亲和力，从而抑制基因转录，在IPF等以纤维化为主要特征的慢性疾病中发挥重要作用。研究表明，HDAC在纤维母细胞抗凋亡、增殖及EMT过程中发挥积极作用，而组蛋白去乙酰化抑制剂则可抑制上述作用[27]，提示组蛋白去乙酰化与IPF的发生有紧密联系。

综上所述，IPF是一类由多因素参与而导致的渐进性肺间质纤维化疾病。肺泡上皮反复损伤与修复是IPF的起始，反复损伤的肺泡上皮细胞一方面分泌大量的TGF-β1、PDGF等细胞因子，诱导成纤维细胞聚集及肌成纤维细胞灶的形成，另一方面发生EMT，通过以TGF-β1为主的多种复杂途径调控IPF的发生、发展。端粒缩短及表观遗传学改变是近年来新发现的IPF发生机制，目前尚处于初始研究阶段，仍需深入探讨。

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王荣丽(E-mail： scybwrl@sina.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.32.037

R563

A

1002-266X(2017)32-0110-03

2017-05-23)