获得性喉气管狭窄的形成机制和药物治疗研究进展

刘晓君李晓艳

ALTS是一种潜在的严重危及生命的疾病，主要由创伤和长时间的气管插管引起，是喉气管纤维化导致的严重后果[1]。ALTS最主要的病因是医源性，即插管引起严重的缺血性损伤，使得上皮细胞受损、上皮下炎症延长，导致成纤维细胞增殖和胶原蛋白沉积。这种失调的伤口愈合反应是由上皮细胞、免疫介质和成纤维细胞之间复杂的信号传导所驱动的，它会刺激胶原蛋白的沉积，细胞外基质重塑进而导致气道狭窄[2]。轻度的喉气管狭窄可影响生活质量，严重的情况下需要手术干预以缓解由此产生的喘鸣、呼吸窘迫等[3]。目前，国内外学者都在积极研究出一种抗纤维化药物可以预防甚至完全阻止器官进展性纤维化并治愈患者[4]。

由于ALTS是一种以胶原沉积过多为特征的疾病，成纤维细胞被认为是主要的效应细胞，主要表现为高代谢和促纤维化表型，可以通过自身产生的趋化因子和细胞因子来塑造和放大局部炎症反应[5]。一般来说，伤口瘢痕的恢复是生理性的，但周围微环境的改变，可导致异常的伤口愈合和不受控制的组织重塑[6]。在ALTS中，喉气管组织重构发生异常，新产生的胶原蛋白等分子的合成速度远远超过降解速度，逐渐取代正常组织，最终形成永久性瘢痕组织。这种粗糙的表面，容易导致湍流、喘鸣和发音困难等。

1 喉气管狭窄的形成机制

1.1 免疫因素

研究表明，在喉气管狭窄的发展过程中，适应性免疫应答起着至关重要的作用[7]。Hillel等[7]研究了炎症细胞与喉气管狭窄的关系：与正常对照组相比，ALTS组标本显示炎症浸润显著增加，CD3+T细胞、CD4+T细胞、T辅助细胞（TH）、巨噬细胞数量增加，白细胞介素（IL）-4基因表达也明显增加，TH1、TH2、TH17细胞因子检测组间差异无统计学意义，其他细胞因子如IL-2、IL-6、IL-10、IL-17a、肿瘤坏死因子α、干扰素（INF）-σ与正常对照组相比表达无差异。炎症浸润在第4天明显，第7天达到高峰，在第14天减弱。有学者认为炎症平衡可促进ALTS创面的生理性愈合和维持气道通畅[7]。Motz等[8]证实IL-4基因在ALTS瘢痕中的表达增加了3.76倍，胶原蛋白（Coll）-1基因表达增加了13.68倍，初步认为异常的胶原蛋白的生成可能由于Th2细胞介导IL-4表达所致。IL-4主要由TH2细胞分泌，目前已被证实可以促进成纤维细胞分化与增殖以及胶原蛋白沉积。文献中报道了IL-4与多种纤维增生疾病相关，包括系统性硬化症、心脏纤维化、特发性肺纤维化等。

纤维化形成的特征是成纤维细胞过度增殖分化为肌成纤维细胞，导致α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）表达升高，产生能够收缩的细胞类型，进而在受影响的组织中增加细胞外基质的沉积[1]。研究表明，与正常的气管黏膜相比，人喉气管瘢痕组织显示IL-6、α-SMA和基质金属蛋白酶（MMP）-13的表达增加[9]。转化生长因子（TGF）-β是由多种细胞类型分泌的一种促纤维化细胞因子，是成纤维细胞分化最常见的触发因素，可刺激成纤维细胞转化为肌成纤维细胞，与胶原蛋白沉积和成纤维细胞增殖有关[10]。在TGF-β1/Smad信号通路中，激活的TGF-β1受体磷酸化后与Smad蛋白形成复合体，在细胞核内与启动胶原蛋白的基因结合，引起胶原蛋白的沉积，最终导致瘢痕的形成。

1.2 代谢因素

在缺氧创面或炎症组织中，T细胞发挥增殖作用时，依赖葡萄糖和谷氨酰胺代谢的增强。高增殖的成纤维细胞表现为有氧糖酵解和谷氨酰胺摄取的增加[11]。通过体外模型，Yin等[9]发现缺氧情况下，IL-6在12小时后升高，优先于成纤维细胞向肌成纤维细胞转化，其认为一旦瘢痕成熟，缺氧不再驱动炎症微环境和成纤维细胞表型的改变，而是继续诱导成纤维细胞过度增殖，这使得成纤维细胞的增殖从一个依赖氧的途径转移到一个不依赖氧的途径。同时也认为缺氧影响纤维化表型的形成和维持，可能是由IL-6参与的炎症通路介导的。Ma等[12]研究发现喉气管狭窄来源的成纤维细胞与正常的成纤维细胞相比，氧化磷酸化降低，糖酵解/氧化磷酸化比率增加。是否存在代谢抑制剂阻碍成纤维细胞增生及表型的转化，有待于更深层次的研究。

1.3 基因方面

有报道研究了ALTS相关的遗传标记，选取的单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphisms，SNP）位于候选基因CD14抗原簇、MMP-1和TGFβ1中，分别为rs2569190、rs1799750和rs1800469，结果显示位于MMP-1上的SNP rs1799750与ALTS的发生最显著相关[10]。MMP-1 SNP rs1799750是一种功能性SNP，可能由于G/G等位基因的存在导致转录因子E-26结合增加，增加基因的表达，产生降解细胞外基质成分的作用。

Anis等[13]在2018年研究与伤口愈合相关基因中试图找出与ALTS相关的基因标记。实验中选取了6个候选SNP分别影响各自参与的伤口愈合基因的表达，即rs2569190、rs1024611、rs1800469、rs 1799750、rs522616和rs2276109，分别位于CD14抗原簇、单核细胞趋化蛋白-1（MCP1）、TGF-β1、MMP-1、MMP-3、弹性蛋白酶（MMP-12）。实验结果显示：6个候选SNP均未发现与ALTS的发生有显著相关性。故有关ALTS相关基因表达的矛盾部分有待进一步探讨研究及验证。

1.4 微生物

近些年，部分学者研究了分枝杆菌在声门下狭窄的作用机制[14]。Hillel等[15]研究发现了瘢痕区与非瘢痕区以及不同采样点之间的菌群群落多样性差异，间接表明了微生物分布的失调可能是喉气管狭窄发病机制的一个直接因素，也可能微生物的移位是疾病的一个次要因素。

1.5 其他

ALTS的发生发展与年龄、性别、BMI、种族和糖尿病之间没有显著的关联[8，10]。有学者认为对于通过鼻胃管进行肠内喂养的患者来说，鼻胃管打开食管上下括约肌，使喉部和气管容易受到胃酸反流的刺激，进而导致喉气管的瘢痕狭窄[16]。

2 药物治疗

2.1 抗肿瘤药物

据文献报道干扰素（INF）-γ可降低ALTS成纤维细胞中TGF-β1基因的表达，显著减少成纤维细胞的增殖和胶原蛋白的生成[17]。近年来的研究表明羧甲基壳聚糖通过抑制TGF-β1表达，降低胶原蛋白的生成，进而抑制纤维化[18，19]。

丝裂霉素-c（mitomycin-C,MMC)可从链霉菌中分离得到，被认为是一种预防组织纤维化潜力的药物。Szabo等[1]实验表明经过MMC处理后，TGF-β诱导的成纤维细胞α-SMA表达显著降低。此作者认为MMC治疗时间窗在伤口愈合过程的肉芽阶段，也就是成纤维细胞增殖被激活的时候，可以达到最大的体内抗纤维化作用。研究表明MMC抗增殖作用具有剂量依赖性，使用浓度可在0.1μg/ml和1μg/ml之间[1]。目前，MMC广泛用于青光眼手术、创伤性骨感染、先天性直肠狭窄等，抑制术后纤维细胞的增生、瘢痕的形成[20-22]。Cataneo等[23]验证了MMC在内镜下治疗喉气管狭窄是有效的。Prasanna等[24]通过动物实验，认为MMC不能改变伤口愈合的过程，也不能预防喉气管狭窄的发生。

5-氟尿嘧啶(5-FU)可用于治疗炎症性瘢痕增生。Mao等[25]在兔模型中研究了5-FU乙醇体在给药21天后显著减少了气道狭窄，认为此方法有可能成为改善气道狭窄的新方法。

2.2 免疫抑制剂药物

他克莫司（Tacrolimus）又名FK506，是一种新型的免疫抑制剂。有研究报道了低剂量全身性他克莫司通过抑制T细胞的活化，使得受损气道黏膜中的免疫细胞不能活化，对喉气管狭窄具有预防作用[26]。

既往研究表明，雷帕霉素是一种普通存在的蛋白，具有多种细胞功能，包括调节细胞代谢、细胞生长和增殖、以及免疫细胞活化等，其可降低成纤维细胞的增殖和胶原蛋白的沉积[3]。Namba等[27]报道了雷帕霉素显著降低ALTS瘢痕组织的氧化磷酸化，显示了细胞代谢与纤维化之间的关系。有报道揭示了雷帕霉素可抑制mTOR信号复合物，抑制T细胞分化，同时也作为代谢抑制剂[28]。雷帕霉素的抗成纤维细胞作用，也潜在的揭示了治疗ALTS的代谢抑制的靶点。

2.3 糖皮质激素类药物

20世纪70年代首次报道用糖皮质激素注射来治疗喉气管狭窄[29]。部分机构研究了体内糖皮质激素注射可降低胶原蛋白、纤维化的形成。曲安奈德是一种长效的糖皮质激素，具有抗炎、抗过敏作用。其通过降低胶原蛋白的形成和成纤维细胞的增殖，来抑制肉芽组织和瘢痕形成。Sekioka等[30]通过约1个月进行10次手术，对6例声门下狭窄的患儿连续注射曲安奈德（Triamcinolone Acetonide,TA），在整个过程中没有出现严重的并发症，可有效的改善了声门下狭窄的通畅性及发音的质量。

2.4 基因组织工程

研究表明miRNA-1343目前是一种治疗器官纤维化疾病的一个有前途的新候选药物[31]。miRNA-1343通过靶向降低TGF-β受体1和2的表达，减弱纤维化途径。MMC可能通过促进miR-200b启动子区甲基化表达下调，诱导成纤维细胞凋亡[32，33]。早前研究显示仙台病毒载体可携带至少5个kb大小的基因导入细胞，并且已证实其介导的转基因可表达在黏膜损伤的喉气管狭窄的模型中，有望成为一种有前途的喉气管疾病基因治疗策略[34]。

间充质干细胞（Mesenchymal stem cell,MSCs）是一种多能干细胞，其特征是具有黏附性、表达表面抗原以及分化为各种结缔组织谱系（包括脂肪细胞、软骨细胞、肌肉细胞等）的能力。MSCs作为组织工程的一个组成部分，具有抗炎和免疫抑制特性，能够准确迁移到损伤部位，其分泌的可溶性因子对细胞存活和增殖至关重要[35]。MSCs治疗特发性肺纤维化的临床应用已被证明是安全的[36，37]。MSCs是否有利于治疗ALTS，有待于进一步研究。

2.5 药物支架

ALTS局部给药的一种潜在的方法是药物支架，其可以将药物直接送到病变区域，避免了全身副作用。Duvvuri等[28]利用ALTS小鼠模型研制了一种具有雷帕霉素缓释作用的药物洗脱生物降解支架。在实验测试中，聚己内酯（PLLA-PCL）支架比聚乙丙交酯（PDLGA）支架具有更好的机械稳定性和药物稳定性，且PLLA-PCL支架置入体内是可行的,能够在特定的环境下维持3周的结构稳定。研究结果显示：当PLLA-PCL支架置入未受损伤的小鼠气管时，未见B淋巴细胞、T淋巴细胞或巨噬细胞的表达，说明PLLA-PCL在体内产生炎症很小。在接受雷帕霉素洗脱支架治疗的小鼠，与普通PLLA-PCL支架相比，前者治疗的小鼠其Coll1、α-SMA、TGF-β基因表达均下降。对照组小鼠气管与经雷帕霉素洗脱支架处理的小鼠相比，固有层厚度增加，气管腔变狭窄[28]。除此之外，PLLA-PCL支架的力学特性可以适应和抵抗气管形状的变化[28]。近几年，药物支架的研究非常热门，适用于声门下及气管的支架也在不断改进。

2.6 其他

谷氨酰胺拮抗剂6-重氮-5-氧代-1-正亮氨酸（DON）通过抑制ALTS成纤维细胞的糖酵解和氧化磷酸化来逆转纤维化进程。与未处理的ALTS瘢痕组织相比，Coll1和Coll3基因表达、可溶性胶原蛋白产量、基础代谢率和增殖率显著降低。这些结果表明DON或其衍生物可能是治疗获得性喉气管狭窄的强有力的辅助治疗手段[3]。黄汝施[19]研究了羧甲基壳聚糖雾化吸入能够有效的抑制气管创伤后的纤维化进程。

3 小结

ALTS是一种多种因素疾病，由炎症、免疫、代谢、遗传易感性、缺氧以及局部微生物群改变共同引起的。对于喉气管狭窄，外科手术的方案，包括内镜下切除和扩张、环气管切除和喉气管重建术，来扩大气道或者切除瘢痕组织。但手术治疗创伤性大，需要经验极其丰富的医师，且可能术后导致严重并发症等，故目前迫切需要确定辅助治疗的方案。近些年，药物治疗效果甚微，说明对ALTS发病机制的认识有限。未来的研究需要更好地理解各种机制之间的相互作用，以及是如何共同导致喉气管瘢痕狭窄的形成。