特发性肺纤维化的发病机制及药物治疗进展

冯欣丽 庄 盼 刘军权,2▲

1.浙江卫未生物医药科技有限公司技术部，浙江杭州 310053；2.杭州金域医学检验所有限公司技术部，浙江杭州 310053

特发性肺纤维化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）是一种能导致肺部功能进行性损伤的肺间质疾病[1]；其特征在于肺泡上皮细胞（alveolar epithelial cells，AEC）和成纤维细胞异常活化、分泌过多的细胞外基质（extracellular matrixc，ECM），包括基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）、成纤维细胞增殖等。IPF 常发生于老年人，确诊后的中位生存期为2～5 年，5 年生存率为20%～25%[2-3]。IPF 早期诊断困难，目前亦无有效的临床治疗措施，且预后极差。因此，其发病机制以及如何治疗成为国内外研究的热点课题。

1 IPF 的发病机制

IPF 是一种慢性、进行性的间质性肺疾病，其特点是肺部瘢痕化，并伴有疾病负荷和早期死亡[4]。其病理学主要表现为胸膜下和基底部的纤维化与蜂窝样改变，以及IPF 周围的胶原和ECM 沉积，最终导致肺组织结构改变、肺通气和弥散功能丧失而危及生命[5]。

1.1 IPF 的炎症反应

成纤维细胞参与血管形成、损伤感知等，这对维持组织生理平衡是有益的。同时，损伤、感染等触发成纤维细胞分化为活化的肌成纤维细胞，驱动病理性炎症，最终导致组织纤维化并伴有进行性瘢痕形成[6-7]。Li 等[8]通过观察IPF 患者的成纤维细胞和肌成纤维细胞，采用免疫印迹法和实时定量逆转录聚合酶链式反应法检测纤维连接蛋白的表达水平，评估细胞的侵袭能力，发现成纤维细胞比来自其他肺部疾病的细胞更具侵袭性。

1.2 细胞因子网络调控失衡

IPF 的主要病理特征之一是在各种生长因子刺激下纤维母细胞增殖。纤维母细胞生长因子包括转化生长因子（transforming growth factor，TGF）-α、TGF-β、血小板趋化生长因子等。TGF-β 是具有多种功能的主要致纤维化因子，能促进成纤维细胞向肌成纤维细胞转化，并保护成纤维细胞免于细胞凋亡以及促进活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生。Xiang 等[9]从分子机制研究发现，巨噬细胞可通过分泌TGF-β1，介导成纤维细胞转化为肌成纤维细胞，分泌过量ECM，促进IPF 的发生。

1.3 氧化应激损伤

肺组织始终处于含氧环境，更容易受到氧化应激损伤，已有研究显示，氧化/抗氧化失衡是IPF 发病机制之一[10-11]。钟长军等[12]梳理了氧化应激与IPF 之间的关系，认为AEC 持续损伤可能是IPF 的起始因素，而高浓度ROS 的存在会导致膜相结构脂质双层的稳定性降低，脱氧核糖核酸单链断裂与破环，促进含硫蛋白质的交联，使多肽直接断裂成片段，导致肺上皮细胞损伤和坏死。同时坏死细胞释放出细胞内的物质，诱导炎症反应并产生更多ROS 以进一步损伤邻近组织，这种恶性循环很容易引起IPF。总之，氧化/抗氧化失衡是引起IPF 的重要发病机制。

1.4 病毒感染引发肺纤维化

2003 年非典型肺炎疫情中，许多幸存者患上了残余IPF，其严重程度在老年患者中有所增加。而死亡患者的尸检结果也显示其具有不同程度的纤维化。冠状病毒引起的肺损伤是患者的主要临床表现之一，严重影响患者的预后。长期随访研究显示[13-14]，超过20%的幸存者表现出IPF 病变。

2 药物治疗现状

2.1 西药治疗

吡非尼酮是一种具有多效抗纤维化、抗炎和抗氧化作用的吡啶酮类化合物，它可以减少对胃肠的刺激，并且通过降低肺血管渗透性、炎症细胞的迁移以发挥抗IPF 作用。Zurkova 等[15]研究的841 例IPF 患者中，45.5%接受吡非尼酮治疗，其他未接受抗纤维化治疗，对其2 年和5 年生存率以及预测用力肺活量（forced vital capacity，FVC）、一氧化碳弥散量进行了研究。结果显示接受吡非尼酮治疗的IPF 患者5 年生存率高于非抗纤维化治疗患者，吡非尼酮治疗患者中半数以上（55.9%）仍存活，而非抗纤维化治疗患者中仅有31.5%存活（P=0.002）。

尼达尼布作为一种细胞内多种酪氨酸激酶抑制剂，于2017 年9 月在中国获批上市，给IPF 患者带来了希望。该药物最初设计用于治疗癌症，后来发现尼达尼布受体的细胞信号通路参与IPF 发病机制，提示尼达尼布具有良好的抗纤维化作用。Richeldi 等[16]开展了随机双盲的Ⅱ期临床试验，招募患者年龄＞40 岁、5 年内确诊患有IPF，在试验前FVC 大于预计值50%、肺一氧化碳的扩散能力为预计值的30%～79%。患者被随机分配接受安慰剂、BIBF1120（尼达尼布原名称）4 种剂量[50 mg（qd、bid），100 mg（bid），150 mg（bid）]。主要以FVC 的年递减率，以及急性加重率、生活质量（圣乔治呼吸问卷评估）变化等作为衡量标准。12 个月后，服用150 mg（bid）BIBF1120 治疗组，FVC 下降60 ml，肺FVC 平均下降率相对减少68%；与安慰剂组比较，IPF 急性发作率降低，且该治疗组患者生活质量优于安慰剂组。目前，食品药品监督管理局已批准了吡非尼酮及尼达尼布这两种药物用于治疗轻中度IPF[17]。

2.2 中药治疗

根据IPF 患者的病因及临床表现，中医临床主要分为肺肾气虚、肺脾两虚、气虚血瘀、痰阻肺络[18]。因此，中医主要从补肺益肾、健脾益肺、活血通络、化湿祛痰等方面进行治疗[19]。杨军[20]研究发现，黄芪煎液及其有效成分能够增强博来霉素（Bleomyci，BLM）诱导的IPF 大鼠模型肺组织中超氧化物歧化酶的活力，减轻丙二醛对肺组织的损伤，增强机体抗氧化能力，发挥抗纤维化的作用。研究显示，冬虫夏草菌丝通过增加Th1 细胞的数量以降低TGF-β 的含量，调控肿瘤坏死因子-α（TNF-α）及白细胞介素-1β（IL-1β）等肺组织炎症因子的表达，减轻肺泡炎症程度，同时还可抑制Ⅰ型胶原的过度沉积[21]，促进ECM 的降解，减缓IPF 进程[22]。

3 间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)治疗肺纤维化的临床研究

MSCs 作为一种新的药物治疗产品已应用于IPF临床研究。MSCs 具有来源广、取材方便、分离易得等优点。MSCs 可归巢、迁移并分化为肺泡上皮细胞以修复受损的肺组织，还可通过抑制炎症因子表达、分泌多种生物活性分子等机制发挥其抗炎、抗纤维作用，还可促进血管新生内源性修复等参与肺炎治疗。Glassberg 等[23]将多例轻度至中度IPF 患者分成3 组，每组输注不同单位的MSCs。这些患者根据美国胸腔学会指南诊断，预测FVC 至少为50%，预测一氧化碳弥散量至少为30%。结果显示，预测的FVC 平均下降3.0%，预测的一氧化碳弥散量平均下降5.4%，疾病有明显改善。这项试验的数据支持轻中度IPF 患者单次输注人MSCs 的安全性。

3.1 减轻炎症反应

研究显示，MSCs 可分泌多种生物活性因子，其中包括抑炎因子，如IL-10、可溶性sTNF-R1 等，这些抑炎因子可减轻或抑制IPF 产生的炎症反应[24]。Zhang等[25]对1 例长期接受氧疗的IPF 患者静脉输注人脐带MSCs 并随访12 个月，发现其能改善微环境并减少患者IPF 过程。人羊膜MSCs 及其分泌的因子在体内外均具有免疫调节作用，可减少促炎细胞因子的产生，阻止单核细胞分化成树突状细胞，促进巨噬细胞-1向巨噬细胞-2 抗炎表型分化。提示MSCs 治疗具有通过降低巨噬细胞和树突状细胞的密度，增加巨噬细胞-1 向巨噬细胞-2 分化，减少BLM 诱导的小鼠IPF，促进免疫抑制环境的能力来限制慢性炎症向纤维化的演变[26]。

3.2 抑制氧化应激反应

Ⅱ型AEC 是AEC 的“干细胞”，在正常情况下Ⅱ型转化为Ⅰ型可以修复肺损伤，当造成Ⅱ型凋亡严重时修复受阻，造成肺损伤加剧[27]；表面活性物质蛋白是Ⅱ型AEC 的标志物，它可以降低肺泡表面的气液表面张力，防止呼气时肺泡过度塌陷、吸气时肺泡过度膨胀，以维持肺泡形态，并减轻肺损伤的有害反应。研究建立了BLM 诱导的雌性大鼠IPF 模型以及正常大鼠对照组，用5-溴-2-脱氧尿嘧啶核苷标记的MSCs分别注入大鼠尾静脉。对照组注射MSCs 的表面活性物质蛋白较IPF 模型组注射MSCs 明显升高。此外，在新鲜骨髓抽出物和第五代培养的MSCs 中，均有表面活性物质蛋白的表达，而水通道蛋白则没有表达。结果显示，MSCs 移植入大鼠肺组织后超氧化物歧化酶活性、总抗氧化能力、氧化应激的特异性指标均显著升高。而所有被标记过的MSCs 迁移到受体肺组织后，均可检测到内源性Ⅱ型肺泡上皮细胞的形态学特征和分子生物学表型。

血红素氧合酶-1 是血红素氧合酶的一种诱导型亚型，是一种细胞保护酶；血红素氧合酶-1 和丙二醛是两种拮抗物质，前者具有增强氧化应激作用，而后者则在肺组织对氧化损伤和炎症损伤的防御中起重要作用。Surh 等[28]发现MSCs 可在降低肺部丙二醛水平的同时增加血红素氧合酶-1 的合成。

3.3 调节肺部免疫平衡，改善病毒感染引发的肺纤维化

MSCs 具有强大的双向免疫调节功能。一方面，在病毒性肺炎的治疗中，MSCs 可以通过分泌抗炎因子来抑制病毒引起的过度免疫应答反应和细胞因子风暴；另一方面也可通过趋化性，归巢于受损组织，激活调节性免疫细胞功能并维持局部免疫平衡。另外，经静脉输注MSCs 归巢于肺部后，可分泌多种生长因子来改善肺局部微环境、保护和修复受损细胞，在治疗肺损伤中发挥作用[29]。研究发现，仅在病毒入侵时成体细胞才会产生干扰素，从而激活抵抗病毒感染的基因，募集免疫细胞抵抗病毒感染；而干细胞（包括胚胎干细胞、骨髓等来源的多种类型干细胞）均可独立于干扰素，持续地激活许多抗病毒基因，如IFITM 基因可编码阻止病毒入侵细胞的蛋白[30]。

4 小结

IPF 是一类进展迅速，预后差，且严重危害人类健康的疾病。AEC 的损伤被认为是IPF 发病的起始因素，成纤维细胞的增殖活化导致胶原蛋白增多，ECM 堆积，最终导致肺结构重塑和破坏。当前的各项研究也显示，MSCs 移植对IPF 有切实的疗效。MSCs 来源的外泌体具有促进组织修复，维持生理稳态的功能，在抵抗肺内细胞凋亡、肺内细胞损伤和调节免疫平衡、抗炎等方面具有重要作用，在治疗IPF 具有一定的应用前景。

MSCs 是目前研究的热点，其所具有的低免疫原性特点仍是其他类型干细胞无法比拟的。然而，将MSCs 的特性真正合理地应用到临床中，需要更多的临床数据来证实，同时需要深入了解MSCs 的作用机制及其相关产品的风险性和安全性。相信随着IPF 发病机制、作用靶点的深入研究和分子生物学技术的应用及发展，定能找到治疗IPF 的有效药物。