系统性硬化症相关间质性肺疾病的机制研究

任亚飞 蒋亚男 谢璠 石宇红

桂林医学院附属医院（广西桂林541001）

系统性硬化症（systemic scleroderma，SSc）是一种以组织纤维化、闭塞性微血管损伤、免疫异常为特点的异质性的自身免疫性疾病［1］，可导致多器官纤维化。肺间质病变（interstitial lung disease，ILD）是SSc患者最严重的并发症，40%的SSc⁃ILD患者将在诊断后10年内死亡［2］，对SSc的发病率、病死率有着重要影响［1］。许多研究推动了SSc⁃ILD的发展并对其发病机制已有了一定的了解，以氧化与抗氧化体系失调、持续炎症反应、大量促炎及促纤维化因子蓄积为主，但其发病机制迄今仍不明确，寻找新的治疗靶点、治疗方向迫在眉睫。本文从细胞因子、信号通路、新型标志物、TLR⁃4受体等多方面对SSc⁃ILD的发病机制进行综述。

1 细胞因子

转化生长因子⁃β（transforming growth factor，TGF⁃β）是一种多效细胞因子，由损伤的肺细胞、成纤维细胞、炎性细胞等释放，包括 TGF⁃β1、TGF⁃β2、TGF⁃β3三种亚型，其中TGF⁃β1是肺纤维化发病的中心［3］。

SSc⁃ILD发病的关键机制是持续性的肺损伤引起肺泡巨噬细胞刺激，导致成纤维细胞活化并向肌成纤维细胞转变，诱导促纤维化介质如TGF⁃β、结缔组织组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）等释放增多［4⁃5］。TGF⁃β作为一种多效性的促纤维化细胞因子调控着细胞增殖、分化、迁移、黏附、细胞外基质（extracellular matrix，ECM）以及胶原（collagen）的合成，刺激成纤维细胞分化为肌成纤维细胞［6］。而SSc⁃ILD中最早病变是对肺泡上皮细胞和内皮细胞的损伤［1］。TGF⁃β可抑制肺泡上皮细胞（recurrent alveolar epithelial cell，AEC）增殖、金属蛋白酶⁃7（matrix metalloproteinases，MMP⁃7）表达，诱导肌成纤维细胞和ECM蛋白的积累。

TGF⁃β一方面是损伤修复、血管生成和免疫调节所必需的；另一方面又是恶性肿瘤转移和纤维化所必不可少的［6］。TGF⁃β促进上皮细胞凋亡、上皮间质转化、上皮细胞迁移、胶原合成及成纤维细胞增殖并转化为肌成纤维细胞，诱导基质高蛋白酶的表达，通过激活上皮⁃间质转化（Epithelial⁃mesenchymal transition ，EMT）相关的转录因子调节基质金属蛋白酶（如MMP⁃2和MMP⁃9）以及细胞外基质成分（如纤维蛋白和胶原蛋白）的表达，从而促进肺组织发生炎症、损伤及纤维化［7］。同时TGF⁃β通过在上皮细胞和成纤维细胞中诱导包括内皮生长因子（vascular endothe⁃lial growth factor，VEGF）在内的关键的血管生成因子分泌，促进血管生成环境的形成，然而随着时间的推移过多胶原蛋白的积累减少了血管形成。TGF⁃β在调节免疫应答中也具有关键作用，受伤的组织释放TGF⁃β，其将炎性细胞（包括巨噬细胞）募集到损伤部位，可能进一步释放TGF⁃β加剧纤维化［8］。TGF⁃β在淋巴细胞（主要是T细胞和B细胞）和细胞因子的分泌、增殖中亦具有主要功能，它抑制IL⁃2的表达并抑制IL⁃2依赖性淋巴细胞增殖。

肺间质纤维化是SSc的主要并发症，也是其主要的致死原因。最新的的基因芯片技术发现早期和晚期SSc⁃ILD的肺组织基因表达和支气管肺泡灌洗（BAL）中巨噬细胞迁移、活化标记物的异常表达以及TGF⁃β、干扰素⁃α（inter⁃feron⁃α，INF⁃α）的表达上调，提示巨噬细胞的聚集活化和TGF⁃β基因上调与SSc⁃ILD中肺纤维化进展密切相关。大量数据表明，SSc小鼠外周血及皮肤TGF⁃β水平均升高。有条件地敲除TGF⁃β受体II型（TβRII）可以减弱肺纤维化；这种敲除小鼠对博来霉素诱导的肺纤维化有抵抗性并且存活率明显上升［2］。一项实验结果表明，在SSc模型组小鼠肺组织中，TGF⁃β显著增多伴随着致纤维化因子如α⁃平滑肌肌动蛋白（α⁃smooth muscle actin，α⁃SMA）、胶原 、MMP⁃9升高，提示通过上调TGF⁃β可能诱导肺纤维化［9］。TGF⁃β作为重要的促纤维化细胞因子，可直接促进成纤维细胞的增殖，诱导成纤维细胞对胶原等ECM的基因转录及蛋白质合成增加，并抑制ECM分解酶合成及其活性，完全去除TGF⁃β1后将会引起严重的炎症反应。鉴于TGF⁃β在肺纤维化的进展中起着核心作用，阻断TGF⁃β可能是潜在的治疗方案。

2 信号通路

研究表明，多条信号通路参与SSc⁃ILD的形成和发展，包括TGF⁃β1/SMAD、PI3K/Akt、Wnt以及Notch信号通路等，其中TGF⁃β1/SMAD信号通路最为重要，研究最为广泛。Wnt信号通路和TGF⁃β1信号通路共同参与调控细胞命运。

2.1 TGF⁃β1/SMAD 转化生长因子⁃β（TGF⁃β）信号传导途径主要通过Smad信号通路诱导细胞分化、迁移、侵袭或广泛增生参与肺纤维化的发展。有研究表明，SSc患者皮损组织、体外培养的SSc成纤维细胞及硬皮病动物模型均表现为TGF⁃β1、TGF⁃β受体、Smad2/3表达上调和Smad7的明显不足［10］。

XU等［11］描述了肺纤维化的一个潜在机制，其中上皮细胞和间充质细胞通过Wnt/β⁃连环蛋白通路活化被TGF⁃β1/Smad2/3信号传导激活。在SSc⁃ILD中，TGF⁃β与其细胞表面异二聚体受体结合激活经典或非经典途径。在经典途径中，TGF⁃β引起Smad 2/3的磷酸化，后者再与Smad 4结合，随后在核膜上形成新的复合物，Smad 4在这一过程中充当转录激活因子，导致大量ECM表达。在非经典途径中，通过包括MAPK、PAR6和RhoA的特异调节蛋白介导信号传导。与宿主上皮细胞和成纤维细胞相似，TGF⁃β1通过激活Smad2/3，应激激活的蛋白激酶/JUN N末端激酶信号通路，促进α⁃SMA 的表达［12］。通过激活 TGF⁃β1/Smad2/3信号通路的间充质转换可能刺激肌成纤维细胞增殖和成纤维细胞转化为肌成纤维细胞［13］。目前的研究观察到与对照组相比，HOCl诱导的SSc小鼠模型中TGF⁃β1的显着高表达和高pSmad2/3/Smad2/3比率［14］。

2.2 PI3K/Akt信号通路 磷脂酰肌醇3激酶（phosphati dylinositol3⁃kinase，PI3K）为两个亚基构成的异二聚体：一个分子量为110 kD催化亚基（p110）和一个分子量为85 kD的调节亚基（p85）。Akt是PI3K的下游信号分子，是PI3K信号传导的调节节点，PI3K将靶蛋白如Akt募集到质膜上，可启动细胞活动的激酶级联反应调节细胞周期及细胞生长［15］。PI3K⁃Akt信号通路是TGF⁃β受体纤维化的非经典途径。持续Akt的激活在伤口愈合反应中上调α⁃SMA表达和肌成纤维细胞分化有着重要意义，暗示Akt可能是纤维化的靶点。作为一种组成型活性物质，尽管组成型活化的Akt1蛋白（myr⁃Akt1）在纤维结构中诱导α⁃SMA表达，显性负Akt1（Akt1K179M）抑制α⁃SMA表达［16］。TGF⁃β1诱导的非Smad信号传导促进EMT。具体而言，TGF⁃β1激活PI3K/Akt/mTOR途径，从而通过mTOR复合物1在EMT期间促进蛋白质合成与细胞侵袭产生增加［17］。

2.3 Wnt/β⁃连环蛋白 WNT途径是众多信号的级联，其涉及发育、代谢、细胞生长等过程［18］。WNT/β⁃连环蛋白途径在肝脏、皮肤、肺、肾和心脏纤维化中过表达［19］。WNT/β⁃catenin通路被认为是PI3K/Akt/mTOR通路的上游激活剂［20］，TGF⁃β1通过激活经典WNT通路刺激肌成纤维细胞分化，驻留的成纤维细胞效应于TGF⁃β1并分化为收缩性肌成纤维细胞，其表达α⁃SMA并合成细胞外基质蛋白，特别是胶原蛋白。Wnt通路在肺损伤时被激活，CHILOSI等［21］报告Wnt/β⁃连环蛋白靶基因促进核定位cyclin D1的表达、基质溶解素引起的细支气管病变及肺泡损伤、特发性肺纤维化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）患者肺样品的纤维化病灶进展。KÖINGSHOFF等［22］报道了IPF患者的Ⅱ型肺泡上皮细胞（alveolar epithelial cells II，AECII）中 Wnt通路激活的类似发现。AECII是远端肺的兼性祖细胞，据报道其在博莱霉素诱导的和高氧性啮齿动物肺损伤模型中取代了肺泡上皮细胞和肺实质。报道指出在博来霉素诱导的肺损伤模型中Wnt通路对AECs的存活作用，并且选择性补充β⁃连环蛋白会增加AECs的凋亡。相反，多篇报道显示通过施用Wnt抑制剂抑制Wnt途径减弱了博来霉素诱导的肺纤维化［23］，尽管这种减弱可能部分通过对间充质的作用而非在上皮细胞上。

3 新型生物标志物LL⁃37

LL⁃37肽是由hCAP⁃18原蛋白产生的人类抗微生物肽家族中唯一的抗菌肽，它对各种微生物具有广泛的抗菌活性，由皮肤，呼吸道，胃肠道和泌尿生殖道上皮等的内皮表面产生。LL⁃37还具有免疫调节、提高上皮伤口愈合中细胞活性、调节细胞凋亡及释放细胞因子特性，其中一些可能有助于SSc⁃ILD的发病机理。LL⁃37对SSc成纤维细胞具有抗纤维化作用和抗凋亡作用，HIZAL等［24］发现，SSc⁃ILD患者的LL⁃37水平明显低于健康受试者和无ILD的SSc患者，结果可能表明较低的LL⁃37水平可能与ILD的进化有关，呼吸道上皮细胞合成的LL⁃37可能与SSc⁃ILD有关。BROWN等［25］研究发现气管内注射LL⁃37可抑制肺泡巨噬细胞分泌TNF⁃α。除了其抗凋亡和促血管生成作用，LL⁃37也能促进上皮迁移和增殖。因此，低LL⁃37水平可能导致肺中血管生成和上皮增生，最终引起肺纤维化。

4 TLR⁃4受体

Toll样受体4（toll⁃like receptor 4，TLR⁃4）最初被认定为脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）受体，TLR4被广泛认为是革兰氏阴性细菌的先天性免疫应答的中心。TLR⁃4能识别脂多糖，增加成纤维细胞对的敏感性，引起由TGF⁃β介导的前I型胶原α 1链（COL1 A1）mRNA和I型胶原蛋白表达增多。在TLR⁃4基因敲除鼠中，α⁃SMA表达显著减少。TLR⁃4对正常成纤维细胞的刺激作用参与ECM重建和组织修复，协同增加TGF⁃β调节的纤维化进程［30］。 BHAT⁃TACHARYYA等［26］证实在SSc患者皮肤和肺活检标本和原代皮肤成纤维细胞中TLR4表达增加，潜在的TLR4内源性配体的组织染色也增加。TLR4活化增强了经典的TGF⁃β信号传导并抑制了抗纤维化微小RNA。来自同一组的相关论文表明，内源性损伤诱导的TLR4配体水平的增加可能是造成硬皮病持续TLR4激活和纤维化的原因之一［27］。粘蛋白C通过TLR 4可使博来霉素诱导的SSc⁃ILD小鼠模型的肺持续纤维化［28］。

5 小结

系统性硬化症相关间质性肺疾病是一种异质性自身免疫性疾病，其中患者表现出广泛的皮肤和器官受累以及不同的疾病进展速度。由于各细胞因子在不同细胞类型中具有多效性，靶向这些细胞因子需要更多的调查来确定治疗方法。同时各影响因素之间相互联系，其可能存在的共同通路依然不明，而越来越多的证据表明原位基因在其中占据举足轻重的地位。尽管存在挑战，但我们依然在探究其发病机制方面取得了些许进展，本文综述了影响SSc⁃ILD的各个因素，提示其可能存在的危险因素，在这些领域的进一步研究将更好的洞察导致该病的独特的和重叠的因素，为系统性硬化症相关间质性肺疾病诊疗提供最新临床思路，寻找新的治疗靶点。