肺纤维化形成中的关键细胞及分子研究进展

陈 骋，张 旋，洪志鹏

(1.昆明医科大学 药学院 云南省天然药物药理重点实验室，云南 昆明 650500； 2.昆明医科大学第一附属医院泌尿外科, 云南 昆明 650032； 3.昆明医科大学第一附属医院 胸外科，云南 昆明 650032)

肺纤维化(pulmonary fibrosis，PF)是多种原因引发的慢性间质性肺疾病，患者5年生存率仅20%[1]。其主要病理学特点是早期弥漫性肺泡炎，后期则出现大量成纤维细胞增殖分化、细胞外基质(extracellular matrix，ECM)异常积聚并取代正常肺组织结构[2-3]。目前，虽然已确认多种细胞及分子参与了PF形成过程，但该类疾病仍缺乏有效药物治疗。探寻PF形成中的关键细胞、分子及其作用，将有助于相应药物的研发。因此，现将参与PF形成的关键细胞及分子的研究现状综述如下， 为对应药物研发等研究提供参考。

1 肺纤维化发病机制概述

虽然，PF的发病机制仍未彻底明确，但大量研究表明，各种类型PF发病过程中存在以下共同的重要病理机制：肺泡上皮细胞(alveolar epitnelial cells, AECs)损伤和凋亡，成纤维细胞/肌成纤维细胞增殖分化，胶原和其他ECM的过度沉积，以及后期肺组织异常修复等病变[4]。此外，多种致纤维化细胞因子、生长因子和趋化因子在PF的发病机制中也作用巨大[5]。因此，这些细胞及分子已成为抗PF治疗药物干预的关键靶点。

2 肺纤维化形成中的关键细胞

2.1 肺泡上皮细胞及上皮-间质细胞转化

作为肺组织的结构细胞，AECs能表达和释放多种细胞因子、生长因子、趋化因子和炎性反应介质，促进成纤维细胞增生和胶原合成，还可通过上皮-间质细胞转化(epithelial-mesenchymal transi-tion, EMT)分化为成纤维细胞，并在转化生长因子-β1 (transforming growth factor beta, TGF-β1)作用下转化为肌成纤维细胞[6]。EMT是指上皮细胞失去其特有表型获得新的表型，并转化为间质细胞(成纤维细胞/肌成纤维细胞)的过程。该过程中，作为上皮细胞标志物的E-caherin表达下调，而间充质细胞标志物α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscleactin，α-SMA)的表达上调。在PF形成过程中，约25%的成纤维细胞源于EMT作用AEC转化[7]。此外，AECs凋亡作用也参与了PF的形成。AECs可受成纤维细胞和肌成纤维细胞的诱导而过表达TGF-β1，进而激活Fas/FasL通路及caspase8，上调促凋亡基因表达，导致其发生凋亡或坏死。AECs凋亡过度可导致成纤维细胞/肌成纤维细胞增殖和肺组织异常修复，最终形成PF[8]。因此，AECs是肺损伤的主要靶细胞及PF过程的重要参与者，该细胞的凋亡和EMT的发生是PF形成的关键过程。

2.2 成纤维细胞/肌成纤维细胞

肺内大量成纤维细胞增殖和肌成纤维细胞的出现是PF的重要特征之一。通常，PF形成时肺内肌成纤维细胞主要源于：1)常驻肺内的成纤维细胞发生增殖、分化； 2)AECs发生EMT转化；3)骨髓衍生的循环纤维细胞(circulating fibrocytes, CFCs)[9]。肌成纤维细胞可以表达α-SMA和ECM(Ⅰ型和Ⅲ型胶原)，更是PF过程中Ⅰ型胶原蛋白来源的关键细胞[10-11]。成纤维细胞/肌成纤维细胞迁移、增殖、分化以及ECM的合成与分解作用受各种生长因子、细胞因子和趋化因子的调控，特别是致纤维化细胞因子TGF-β 的诱导作用尤为重要。此外，肌成纤维细胞还可诱导AECs死亡， 导致肺泡上皮不可逆性损伤。因此，成纤维细胞/肌成纤维细胞是PF形成过程中肺组织损伤修复和再生的关键参与者，也是导致ECM过度沉积的重要细胞。

2.3 循环纤维细胞及其分化

CFCs是成纤维细胞/肌成纤维细胞扩充的肺外潜在来源。研究发现，在PF的人和动物肺内CXCR4+循环纤维细胞数量和 CXCL12水平增加。CXCL12为AECs合成的CXCR4的特异性配体，CXCR4/CXCL12可促进CFCs在肺组织聚集。在肺损伤时，CFCs迁移至肺内并分化为肌成纤维细胞，产生ECM、α-SMA及多种致纤维化细胞因子、生长因子和其他介质，参与组织修复和再生[12]。因此，CFCs的迁移和分化是PF时肺内肌成纤维细胞的另一个重要来源，在PF形成中发挥重要作用，故此成为抗PF药物干预作用的靶细胞。

2.4 肺泡巨噬细胞

肺泡巨噬细胞(alveolar macrophage，AM)是肺内常驻细胞，具有吞噬和抗原提呈功能、防御病原入侵，构建肺内天然免疫系统。同时，还能分泌多种补体、生长因子、TNF、IL和活性氧等，参与调节和启动免疫炎性反应。根据激活形式的不同，AM分为经典激活的M1细胞和选择性激活的M2细胞。M1巨噬细胞通过释放促炎细胞因子IL-1β、TNF-α和趋化因子IL-8等参与炎性反应的启动和进展；而选择性激活的M2巨噬细胞则通过释放抗炎细胞因子IL-4、IL-10、IL-13和生长因子TGF-β，参与炎性反应消退和组织重构[13-14]。如果M1和M2之间的平衡向M2倾斜，M2则可通过释放促纤维化细胞因子，引起AM和成纤维细胞之间的恶性循环，进而加速PF的形成[15]。因此，调节巨噬细胞的激活状态也成为抗PF药物研究的一个重要方向。

3 肺纤维化形成中的关键分子

3.1 转化生长因子-β1及其信号传导通路

TGF-β1是一个多功能的细胞因子，是PF形成中关键的致纤维化细胞因子，参与PF的诱导和启动并制约PF的发展方向[16]。肺内许多细胞均可产生TGF-β1，而AM是其主要来源细胞。TGF-β1可刺激成纤维细胞和巨噬细胞合成促炎和致纤维化细胞因子TNF-α、PDGF、IL-13和IL-1β，参与PF形成。TGF-β1也是ECM产生的最强诱导剂，能抑制基质金属蛋白酶(MMPs)的活性，提高金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)的作用，减轻胶原和其他基质蛋白的分解[17]。此外，TGF-β1还能够诱导AECs发生EMT和促进其凋亡，引发氧化应激反应。TGF-β信号传导通路包括Smad依赖和非Smad依赖通路(ERK、p38MAPK和PI3K-Akt)，该信号传导通路的激活是PF过程中一个关键步骤[17]。因此，TGF-β1及其信号传导通路是抗PF药物干预的靶点之一。

3.2 血小板源生长因子

血小板源生长因子(platelet-derived growth factor, PDGF)能刺激成纤维细胞产生胶原，调节ECM的合成和降解，参与PF形成[18]，主要来源于AM。PDGF对成纤维细胞具有强烈的致有丝分裂活性、趋化作用和诱导生长因子分泌作用[19]。国外已将PDGF作为抗PF药物作用的靶点，研制出能阻断TGF-β和PDGF受体的PDGF受体拮抗剂(gleevec)，并已进入Ⅲ期临床试验[20]。

3.3 结缔组织生长因子

结缔组织生长因子(connective tissue growth factor, CTGF)是成纤维细胞基质产生和肌成纤维细胞分化的另一个强烈刺激因子，可诱导成纤维细胞增殖和分泌ECM，促进PF形成[21]。PF形成时，增殖的Ⅱ型AECs和活化成纤维细胞表达CTGF增加，而IFN-γ能明显降低PF患者CTGF的表达。TGF-β1作为CTGF致PF途径的启动子，可通过Ⅰ型TGF-β受体 (TβRI)/激活素受体样激酶5(ALK-5)依赖Smad2信号途径上调CTGF mRNA表达[22]。CTGF拮抗剂(FG-3019)是一种直接拮抗CTGF的中和抗体，能减少胶原合成，在国外已被作为抗肺纤维化药物的干预靶点，进入了Ⅱ期临床试验。

3.4 趋化因子

趋化因子为白细胞趋化剂，能够促进肌成纤维细胞、巨噬细胞和其他效应细胞迁移到组织受损部位。巨噬细胞炎性反应蛋白1α(MIP-1α)和单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)属CC-趋化因子，被认为是重要的致PF趋化因子，能促进肌成纤维细胞在肺损伤部位聚集，参与PF形成[23]。干预趋化因子的活化与产生能够减少成纤维细胞/肌成纤维细胞和CFCs在肺内的聚集，抑制PF的形成[23-24]。因此，这些趋化因子可作为抗PF药物作用的重要靶点。

4 问题与展望

PF的形成是一个极其复杂的过程，有多种细胞及分子的参与。其中，AECs可发生EMT分化为纤维细胞，AM激活并向M2分化可释放促纤维化细胞因子，CFCs迁移分化、成纤维细胞/肌成纤维细胞产生ECM，以及TGF-β1、PDGF和CTGF等多种分子共同作用并促进PF的发生发展。笔者研究也发现，通过下调TGF-β1、CTGF表达以及抑制EMT可能有助于减轻博莱霉素诱导的大鼠肺纤维化程度[25]。

然而，目前对于PF形成过程中以上各种关键性细胞及分子的具体作用机制、关键作用靶点以及如何有效拮抗其作用等研究仍不透彻。随着更广泛的运用基因芯片、高通量测序和蛋白质组学等技术，参与PF形成的新分子及相应的信号通路将不断被发现，相应细胞与分子机制也将被探明。这些关键细胞及分子将可能成为潜在的治疗靶点，为PF的药物研发和基因治疗提供新的思路。