瘦素在肺纤维化发病机制中的研究进展

马瑞敏，任寿安

(1.山西医科大学，太原 030001；2.山西医科大学第一医院呼吸与危重症医学科，太原 030001)

肺纤维化是一种慢性、进行性加重、不可逆的弥漫性肺部疾病，是由多种原因导致的肺间质组织中肺泡上皮细胞损伤、凋亡，成纤维细胞活化形成肌成纤维细胞的过程，最终导致大量细胞外基质和胶原蛋白沉积的纤维增生性疾病[1]。很多肺部疾病发展的结局均为肺纤维化，但其病因及发病机制尚未完全清楚。瘦素不仅能调节能量代谢，还参与了很多生理过程，如免疫反应、炎症反应等。瘦素在肿瘤、心血管系统疾病、神经系统疾病、肝脏疾病以及呼吸系统疾病中也发挥一定的作用。鉴于肺纤维化的发病机制尚未完全明确，目前临床上尚无针对性药物，因此研究瘦素与肺纤维化可能会找到新的治疗靶点。现就瘦素在肺纤维化发病机制中的作用进行探讨，旨在为肺纤维化患者寻求新的治疗靶点。

1 瘦素及其生物学特性

瘦素是由肥胖基因编码，白色脂肪组织产生的蛋白质，由146个氨基酸构成[2]。1994年，Zhang等[3]通过定位克隆将编码肽激素瘦蛋白的人肥胖基因(OB基因)定位于第7号染色体(7q31.3)，之后有学者报道了瘦蛋白的合成[4]。瘦素水平的升高与脂肪量呈正相关，调节瘦素的因子主要受脂肪细胞瘦素信使RNA水平的影响。禁食期间瘦素水平的下降发生在数小时内，并向大脑发出饥饿信号，其中下丘脑、脑桥、小脑和延髓的瘦蛋白敏感神经元引发稳态反应，包括饥饿和减少能量消耗[5]。瘦素不仅受限于饮食对能量代谢的调节，也可通过调节炎症因子、内分泌水平对行为认知、生殖系统、免疫系统、心血管系统、骨代谢、肿瘤疾病等产生影响[6]。瘦素对全身系统均有影响，很大程度上与瘦素受体在脂肪组织以及其他器官和组织(包括下丘脑、垂体、淋巴结、肝、肺、子宫、肾、胰腺、胃、性腺等)中的表达有关[7]。瘦素与其受体结合后会产生一定的生理效应，涉及多种信号转导通路[8]，包括蛋白酪氨酸激酶/信号转导及转录激活因子、Ras通路、胞外信号调节激酶1/2通路、磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)/叉头框转录因子O亚家族蛋白1通路、AMP活化蛋白激酶/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)、核糖体S6蛋白激酶家族，这些信号通路可能会为研究瘦素提供一定的指导。

2 瘦素致肺纤维化的相关机制

2.1瘦素对炎症反应的调节 研究发现，注射促炎细胞因子如肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α和白细胞介素(interleukin,IL)-1后，瘦素信使RNA在小鼠脂肪组织中的表达增加[9]。慢性阻塞性肺疾病急性加重期通常与感染相关。研究发现，慢性阻塞性肺疾病急性加重期患者体内瘦素的水平通常急剧升高[10]，这种瘦素水平的突然升高可能与全身炎症反应导致TNF-α和IL-1等促炎细胞因子释放增多有关。肺纤维化很大程度上与炎症反应有关，炎症风暴导致肺组织的调节恢复受损。研究发现，特发性肺纤维化急性加重期患者血浆瘦素水平较稳定期患者和健康人明显升高，C反应蛋白和红细胞沉降率也较稳定期患者和健康人升高，而瘦素是死亡时间的独立预测因子[11]。瘦素参与了特发性肺纤维化的急性发作，结合相关炎症指标的同步升高，提示瘦素可能通过调节炎症反应影响肺纤维化。

Hsu等[12]的研究中阐述了瘦蛋白通过促分裂原活化的蛋白激酶和核因子κB的共激活因子p300刺激肺泡Ⅱ型细胞中胞质型磷脂酶A2α(cytosolic phospholipase A2α，cPLA2α)基因的表达。瘦素在呼吸系统中上调了炎症蛋白cPLA2α和环加氧酶(cyclooxygenase，COX)-2的表达，增加了白细胞浸润。应用活性氧类清除剂(N-乙酰半胱氨酸)、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶抑制剂(夹竹桃麻素)或活化蛋白-1抑制剂(丹参酮ⅡA)减弱了瘦素介导的cPLA2α/COX-2的表达和肺中白细胞的募集，因此推断瘦素是通过还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶/活性氧类/活化蛋白-1途径增加肺cPLA2α/COX-2的表达和白细胞募集。持续性慢性炎症会导致纤维化[13-14]。Gui等[15]认为，瘦素较多地沉积在特发性肺纤维化的肺组织中，并与患者的高分辨率CT评分呈正相关。因此推测，瘦素致肺纤维化可能与炎症反应相关。气管内注入博莱霉素构建小鼠肺纤维化模型发现，第7天肺泡炎症较为明显，可见大量炎症细胞浸润，自第14天开始炎症逐渐减弱，肺纤维化程度逐渐加重，肺组织中瘦素水平在第7天开始升高，随着纤维化程度的不断加重，瘦素水平也呈升高趋势[16]。综上可知，早期炎症反应阶段即伴有瘦素的参与。

2.2缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factor，HIF)-1α激活瘦素的表达 HIF-1α是细胞缺氧的预测因子，其能调节受损组织缺血期间组织修复所需的许多过程。肺纤维化导致患者换气功能障碍，常合并低氧血症。HIF-1α可调节代谢蛋白(葡萄糖转运蛋白1)、黏附蛋白(整联蛋白)、可溶性生长因子[转化生子因子(transforming growth factor，TGF)-β、血管内皮生长因子]、细胞外基质成分(Ⅰ型胶原蛋白、纤维连接蛋白)的表达，进一步增强受损期间的修复过程。因此，HIF-1α被视为切口愈合的正调节器及器官修复和组织纤维化的潜在调节剂，在很多纤维化疾病中发挥重要作用[17]。

硅肺是指在职业生产活动中接触二氧化硅粉尘致肺纤维化和硅肺结节形成的疾病[18]，是尘肺的一种，在低收入和中等收入国家较为普遍。裴厚霜等[19]通过构建硅肺大鼠模型发现，大鼠肺组织中HIF-1α水平与瘦素呈正相关，可能由于HIF-1α蛋白在细胞内积聚增加，使其下游瘦素基因启动子的活性增强，从而导致瘦素表达增加。给予大鼠外源性瘦素后，羟脯氨酸的含量增多，表明HIF-1α激活了瘦素的表达，而瘦素进一步参与纤维化的形成[19]。

2.3瘦素抑制过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)γ增强TGF-β1的表达 瘦素或瘦素受体信号缺陷的小鼠可抵抗毒素诱导的肝脏损伤和纤维化[20]。瘦素诱导胞外信号调节激酶激活和早期生长反应因子1的表达,从而抑制肝星状细胞中PPARγ的表达[21]。TGF-β1处理人肺细胞后加速了上皮-间充质转化过程，增加了α平滑肌肌动蛋白和Ⅰ型胶原蛋白等促纤维化因子的表达，而高水平的瘦素进一步增强了促纤维化因子的表达[15]。由此可推测，PPARγ对纤维化的形成有抑制作用，而瘦素、TGF-β1则促进了肺纤维化的形成。

PPARγ是核激素受体超家族成员，该配体激活的转录因子可通过抑制核因子κB和促分裂原活化的蛋白激酶依赖性信号转导途径发挥抗炎作用。PPARγ作为纤维化发生中Smad依赖性和独立于TGF-β的关键抑制剂，其作用包括抑制TGF-β表达、胶原合成、肌原纤维分化和上皮-间充质转化[22-24]，其激活能够抑制各种因素所致的肺、肾和皮肤的纤维化。研究显示，噻唑烷二酮类药物可激活PPARγ的表达，进而抑制纤维化反应，包括博来霉素诱导的纤维化[24]。采用气管内滴注博莱霉素创建小鼠纤维化模型发现，支气管肺泡灌洗液中瘦素的水平显著升高，而瘦素受体信号缺陷的小鼠对博来霉素诱导的纤维增生的发展具有抗性[25]。用瘦素处理人肺成纤维细胞有助于增强TGF-β介导的促纤维化基因的表达，包括TGF-β的自分泌。在PPARγ缺陷细胞中，瘦素诱导的TGF-β1转录未增强(通过稳定基因敲除及使用PPARγ特异性抑制剂)[16]。这表明瘦素介导的TGF-β1转录增强需要一定的PPARγ水平。纤维化患者的瘦素通过降低TGF-β1水平抑制PPARγ在正常人肺成纤维细胞中的表达和活性，从而导致肺纤维化。

研究显示，糖尿病患者发生急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)的可能性为50%，最高可达62%，但患有ARDS的糖尿病患者的死亡率却低于非糖尿病患者[26-29]。Jain等[15]研究发现，瘦蛋白抗性糖尿病小鼠行博来霉素诱导的肺纤维化过程中未表现出肺纤维化；博来霉素处理的野生型小鼠支气管肺泡灌洗液中瘦素的水平是磷酸盐缓冲液处理的野生型小鼠的7倍；糖尿病小鼠体内具有更高水平的PPARγ，PPARγ抑制了TGF-β1的表达，因瘦素抵抗致瘦素水平偏低，进而无法抑制PPARγ的表达。在一些急性肺损伤和ARDS患者中，TGF-β1的激活有助于形成活跃和持续的纤维增生反应，其特征为胶原沉积和气体交换障碍。瘦蛋白能增强TGF-β1介导的纤维化，随着瘦蛋白水平的升高，其致纤维化能力也增强。

2.4瘦素抑制自噬过程 自噬在细胞存活和细胞凋亡中均发挥重要作用。自噬有助于维持细胞的生理稳态，并可以去除功能失调的细胞成分，如受损线粒体和错误折叠的蛋白质[30]。自噬与很多疾病相关，包括神经系统疾病、呼吸系统疾病、心脏相关疾病、消化系统疾病、肿瘤、感染、自身免疫性疾病等[31]。此外，自噬不足与纤维化疾病也密切相关。

肺纤维化患者存在自噬不足。自噬不足导致肺泡上皮细胞衰老和损伤,促进成纤维细胞向纤维细胞分化；恢复自噬水平可以抑制成纤维细胞向纤维细胞转化，从而减少胶原蛋白的沉积，抑制肺纤维化形成[16]。

研究表明，特发性肺纤维化激活了mTOR通路,而mTOR通路对自噬有抑制作用,进而导致肌成纤维细胞分化，最终形成肺纤维化[32]。Gui等[15]的研究发现，特发性肺纤维化患者瘦素水平较高，并与疾病严重程度相关，其通过激活PI3K/Akt/mTOR信号通路抑制自噬。mTOR信号转导通路下游S6k的磷酸化提示mTOR信号转导通路的激活，而瘦素可导致磷酸化的S6k显著增加，mTOR信号转导通路的活化增强。阻断PI3K/Akt信号通路几乎完全逆转了由瘦素诱导的S6k磷酸化的上调。将mTOR抑制剂作为自噬诱导剂可逆转瘦素的促纤维化作用。TGF-β1抑制了特发性肺纤维化患者中成纤维细胞中的自噬[33]。使用雷帕霉素靶蛋白复合物1和PI3K抑制剂发现，TGF-β1一定程度上对PI3K、Akt和mTORC1产生影响，进而调控自噬。瘦素与TGF-β1均对自噬有一定的抑制作用，但两者是通过相同的通路还是不同的通路发挥作用还需要进一步研究，以针对性地恢复自噬水平，弱化纤维化进展。

2.5瘦素对免疫系统的调节 瘦素作为一种促炎因子，对特异性免疫和非特异性免疫均有影响。免疫系统失调在家族性肺纤维化和Hermansky-Pudlak综合征两种遗传性肺纤维化疾病中均发挥作用。El-Chemaly等[34]的研究表明，与无遗传性肺纤维化疾病的亲属相比，遗传性肺纤维化患者的血清瘦素水平显著升高。研究发现，B细胞表达瘦蛋白受体，瘦素激活外周血B细胞，并通过抑制细胞凋亡、诱导增殖和延长存活维持B细胞稳态[35]。瘦素对T细胞也有类似的作用[36]。瘦素在一定程度上促进了淋巴细胞增殖，维持了细胞稳态。家族性肺纤维化和Hermansky-Pudlak综合征患者的外周血环境可促进T细胞和B细胞活化和群体扩增，这些淋巴细胞的表达与外周血中瘦素和细胞因子水平的改变相关。涉及有丝分裂和细胞周期调节的几个基因在家族性肺纤维化患者的外周血中高度表达和富集，表明淋巴细胞失调是遗传性肺纤维化疾病的一种表现形式。循环免疫细胞在肺纤维化中发挥了重要作用。硬皮病是一种与肺纤维化相关的自身免疫结缔组织病，其肺泡间质也存在B淋巴细胞浸润[37]。以上研究表明，免疫细胞可通过细胞毒作用或分泌促炎或促纤维化因子促进肺纤维化[34]，而瘦素在某种意义上促进了淋巴细胞的增殖。

3 小 结

肺纤维化是较多疾病的终末期状态，往往导致患者严重的呼吸困难，预后较差，由于肺纤维化的形成机制尚未完全明确，故导致肺纤维化患者得不到有效救治，患者的死亡率较高。有研究显示，肺纤维化患者的中位生存期仅为3年[38]。目前，临床批准用于治疗特发性肺纤维化的药物仅有吡非尼酮和尼达尼布，且价格相对高昂。纤维化的最终治疗手段为肺移植，虽然目前肺移植技术比较成熟，但供肺来源、后续抗免疫排斥反应药物的使用以及昂贵的手术费用导致肺移植还不能普及。近年来，有关瘦素在各种纤维化疾病中作用的研究越来越多，但关于瘦素与肺纤维化疾病的研究较少。目前发现，瘦素在肺纤维化的过程中通过调节炎症反应、抑制PPARγ表达、增强TGF-β1的作用、抑制自噬、调节免疫系统等促使纤维化的发生，但仍有许多机制、许多因子有待进一步研究，以期寻求新的治疗策略。