肺毒性药物诱导肺泡上皮细胞损伤作用的研究进展

贺海彪 魏 萍 孙兆艳 刘册家

（1.邹城市疾病预防控制中心，山东 济宁， 273500；2.邹城市太平镇卫生院，山东 济宁， 273500；3.山东宏济堂制药集团股份有限公司，山东 济南， 250103）

1药物的肺毒性是临床化疗药物、抗心律失常药、抗惊厥药常见的不良反应，它是由药物引起的气管、支气管、肺泡等肺部损伤的一组疾病，主要累及肺间质，病情变化可短期进展至呼吸衰竭或急性呼吸窘迫综合征，也可缓慢进展合并肺纤维化而影响肺功能；肺纤维化是肺损伤的终末期表现，而肺纤维化往往起始于肺泡损伤。肺泡上皮损伤是肺部疾病进展的重要驱动因素。肺泡上皮细胞损伤的机制主要包括肺泡上皮细胞衰老、上皮往间质转化、自噬、凋亡等。Ⅱ型肺泡上皮细胞（AECⅡ）衰老在肺纤维化患者和肺纤维化动物模型中均被观察到，衰老的AECⅡ会分泌衰老相关分泌表型（SASP）、转化生长因子、表皮生长因子等细胞因子，能促进肺成纤维细胞的异常激活及肺纤维化的发生发展。上皮往间质转化（EMT）也是导致肺纤维化的重要机制之一，药物刺激上皮细胞向肌成纤维细胞转化，促进肺纤维化的进展。在活跃的纤维化发生区域，存在凋亡的AECⅡ，凋亡可能是上皮损伤的最初反应之一。

本研究将主要介绍几种常见的导致肺毒性的药物及其对肺泡上皮细胞的损伤机制。

1 导致肺毒性的药物

1.1 博来霉素

博来霉素（Bleomycin，BLM）是在20世纪60年代从轮丝链霉菌中分离得到，用于多种实体瘤的治疗。1973年首次报道博来霉素治疗后出现肺毒性，这种毒性通常表现为肺纤维化。虽然关于博来霉素诱导的肺纤维化发生频率的统计数据各不相同，但是博来霉素诱导的肺纤维化模型，由于其能够复制特发性肺纤维化和其他间质性肺病的纤维化特征最明确，可重复性和易用性良好，目前仍是使用最广泛的肺纤维化动物模型。

博来霉素水解酶能使博来霉素在体内失活，但是在肺中博来霉素水解酶的活性非常低，导致肺部容易受到博来霉素的毒性影响，产生不良反应。在对博来霉素诱导肺纤维化患者肺部尸检报告显示，死者Ⅰ型肺泡上皮细胞（AECI）丢失，血管内皮细胞损伤，AECⅡ增生，肺泡免疫细胞浸润，肺泡内能看见明显的胶原沉积，间质性水肿，以及弥漫性肺泡和胸膜下纤维化。

细胞衰老是不可逆的生长停滞状态，衰老细胞会出现明显的形态和生化变化。K.Aoshiba等用博来霉素（5 mg·kg）处理大鼠后，原代Ⅱ型肺泡上皮细胞表现出明显的衰老特征。Jiang等报道用博来霉素（50 mU/mL）处理的AECⅡ细胞作为肺纤维化的模型，大鼠Ⅱ型肺泡细胞（L2）的纤溶酶原激活物抑制剂1（PAI-1）和细胞衰老标志物表达水平都上升；而PAI-1 siRNA/shRNA和PAI-1抑制剂TM5275能下调博来霉素诱导的L2细胞衰老；其研究表明，PAI-1至少部分通过增加p53表达和激活p53-p21-Rb细胞周期阻抑途径来诱导AECⅡ细胞衰老。在肺纤维化患者肺组织中能观察到明显的衰老特征。衰老细胞通过分泌SASP对相邻细胞产生作用，最终促进功能性肺退化。

EMT也被认为是导致肺泡损伤的原因之一。Zhang等在研究博来霉素（5 mg·kg）诱导的肺纤维化模型中发现，丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（PIM1）在纤维化肺组织中持续上调；PIM1特异性抑制剂SMI-4a对博来霉素诱导的肺毒性具有保护作用，抑制羟脯氨酸沉积并逆转EMT过程，从而减缓博来霉素导致的肺纤维化；同时研究发现博来霉素诱导的上皮型钙黏附蛋白（E-Cadherin）的表达变化是PIM1通过依赖性地调节转录因子ZEB1的活性实现的。有研究表明，在博来霉素（50～300 μg/mL）诱导的A549细胞EMT过程中，CXC趋化因子配体16（CXCL16）及其受体CXCR6显著上调，博来霉素诱导CXCL16通过TGF-β1/Smad3途径调节A549细胞的EMT。在博来霉素（0.4 μM）诱导RLE/Abca3细胞EMT样的形态变化中，发现磷酸化Smad2和Slug mRNA的表达水平增加，并且β-连环蛋白（β-catenin）的核转运增强，说明博来霉素通过Smad2和β-catenin信号通路在RLE/Abca3细胞中诱导了EMT。

自噬也参与到肺毒性药物诱导的肺泡上皮细胞损伤的过程。据报道，在特发性肺纤维化（IPF）患者中自噬标记蛋白（LC3-Ⅱ）表达降低，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）被激活，自噬下调。博来霉素导致的小鼠肺纤维化模型，使用mTOR抑制剂—雷帕霉素能有效减少肺纤维化的发展；mTOR抑制剂雷帕霉素可以使纤维化实验模型组自噬上调。最近的一项研究发现，IPF患者肺中上皮细胞特别是Ⅱ型肺泡细胞中线粒体的变形和功能异常，在蜂窝和致密纤维化区域的AECIIs中，线粒体含量较高，纤维化患者的AECⅡs中PINK1表达水平下降。博来霉素处理L2细胞激活mTOR/PGC-1通路，线粒体蛋白增加，线粒体DNA比基因组DNA比例增加，使线粒体生物合成增加，同时也会激活线粒体自噬，增加PARKIN、PINK1的蛋白表达水平，而用雷帕霉素抑制mTORC1/PGC-1信号通路，能显著减少博来霉素通过诱导L2细胞衰老导致的线粒体合成增加，从而减少肺毒性的发生。

1.2 丝裂霉素

丝裂霉素（Mitomycin C，MMC）常用于乳腺癌、胃癌、肺癌等多种实体瘤的放疗，其主要不良反应有骨髓抑制作用，另一种不良反应是肺毒性。临床上，关于丝裂霉素肺毒性病例报道中，发生率最高的是间质性肺炎，其终末期表现为肺纤维化。

丝裂霉素相关的纤维化与博来霉素引起的纤维化病理特征非常相似，发生肺泡内单核发炎，Ⅱ型肺泡细胞增生和间质增厚，胶原沉积。用丝裂霉素（1 μg/mL）处理小鼠 NIH-3T3 细胞后，表现出显著的细胞增殖停滞现象，出现明显的衰老特征，SASP的分泌增加。较高浓度的丝裂霉素会降低细胞的增殖潜能，使其在细胞周期的S期停滞，随后导致凋亡。在丝裂霉素（3 mg·kg·周）处理的小鼠肺组织中，能看到明显的肺泡壁增厚，胶原沉积，以及纤维化关联基因Slug、MMP2、Twist、TGF-β1转录和翻译水平的上调；同时丝裂霉素可通过TGF-β1/Smad3/snail通路诱导肺微血管内皮细胞的EndoMT，以上表明丝裂霉素处理会导致肺纤维化的发生。

1.3 甲氨蝶呤

甲氨蝶呤（Methotrexate，MTX）是一种抗叶酸类抗肿瘤药物，临床上主要用于治疗急性白血病、绒毛膜癌、牛皮癣等。甲氨蝶呤治疗后的不良反应包括血液系统的损伤、肝毒性、肺毒性，其他还包括胃肠道反应、头晕乏力等。类风湿性关节炎患者用甲氨蝶呤治疗后，肺毒性的发生频率比肾毒性更高，发生肺毒性，最常见的治疗方法是抗生素和类固醇的组合。

最近也有很多关于甲氨蝶呤导致肺毒性的分子机制研究的报告。Kalemci等发现，大鼠腹腔注射甲氨蝶呤（10 mg·kg·d）7～9 d，肺中发生淋巴细胞炎性反应、间质纤维化、Ⅱ型肺细胞增生和嗜酸性粒细胞浸润。Yamamoto等建立了A549/ABCA3细胞作为新胞Ⅱ型肺泡上皮细胞模型，甲氨蝶呤（0.3 μM）处理，使A549 /ABCA3细胞表现出EMT样的形态变化，同时观察到miR-34a、p53、以及p53 Ser15的磷酸化增加；甲氨蝶呤可能通过p53/miR-34a轴诱导A549/ABCA3细胞发生EMT。Yamagami等发现甲氨蝶呤（0.3 μM）通过人肺泡上皮细胞系A549中的TGF-β相关信号通路诱导了EMT，之后他们又发现甲氨蝶呤可通过上调A549细胞中PAI-1表达以及PAI-1与uPAR的相互作用来诱导EMT，联合使用TGF-β相关的信号通路抑制剂SB431542，可以消除这种上调。以上结果表明，甲氨蝶呤（0.3 μM）可能通过增加A549细胞中PAI-1表达以及PAI-1与uPAR的相互作用来诱导EMT。通过诱导EMT，最终导致肺纤维化的发生。

1.4 胺碘酮

胺碘酮（Amiodarone，AMD）是Ⅲ类抗心律失常药物。对心律失常、室性期前收缩、室性心动过快等患者具有较好的治疗效果。胺碘酮使用中最严重的不良反应是肺毒性，是该药物导致患者死亡的最主要不良反应。患者在使用胺碘酮治疗后，AECⅡ的溶酶体中会有大量胺碘酮及其代谢产物聚积，破坏细胞对磷脂的清除能力，过量的磷脂堆积在AECⅡ中会导致肺泡损伤，对肺部有不良反应。另外，患者使用胺碘酮之后也可能会使机体产生免疫反应，从而产生毒性。

胺碘酮处理AECⅡ会导致层状体异常，这是导致包括肺纤维化在内的肺部疾病的重要原因。仓鼠气管注入胺碘酮会导致肺泡炎、肺泡上皮增生，该方式诱导的肺损伤会发展为肺纤维化。Uhal等发现，胺碘酮可诱导肺泡上皮细胞凋亡，其能被血管紧张素Ⅱ拮抗剂抑制，阻断血管紧张素的生成或减弱胺碘酮引起的肺纤维化；胺碘酮能上调大鼠ACEⅡ和A549细胞中血管紧张素原mRNA和蛋白。胺碘酮可增加激活蛋白1（AP1）和STAT-5转录因子的DNA结合。胺碘酮通过AP1家族转录因子介导的机制上调人肺泡上皮细胞中血管紧张素原基因的表达。

Weng等实验中发现胺碘酮治疗后A549中EMT标记（α-SMA）显著增加，而E-Cadherin蛋白显著降低，这表明上皮细胞是间充质细胞的重要来源；胺碘酮治疗后，TGF-β1也显著增加。胺碘酮可通过EMT诱导肺纤维化，而TGF-β1可能是胺碘酮诱导的肺纤维化机制中的关键纤维化细胞因子。EMT是肺纤维化的重要过程，也可能是胺碘酮诱导肺纤维化的潜在机制。

2 药物诱导肺泡上皮细胞损伤的主要机制

不同的药物诱导肺泡上皮细胞损伤的机制不同，从本研究所述药物来看，其主要机制是上皮往间质转化（EMT），其次是肺泡上皮细胞衰老，不同机制过程肺泡上皮所表达的蛋白分子不尽相同。见表1。

3 肺毒性的预防与治疗

肺纤维化是肺毒性的终末表现，患者在使用具有肺毒性药物时应定期做胸片检查，同时可用抗氧化剂、糖皮质激素等进行预处理，以减少肺毒性发生的可能性。目前，尚没有能有效逆转肺纤维化的药物，肺纤维化急性加重期，可用如波尼松、甲泼尼龙等糖皮质激素类药物，但这些药物不能长期使用。在激素治疗时，可联合使用免疫抑制剂，如环孢素、西罗莫司等。使用清肺止咳、活血化瘀的中药煎剂治疗后，可以改善症状，控制病情发展，减少激素的用量或免疫抑制剂的不良反应。另外，若有肺部感染的患者可同时使用抗菌药物治疗。

吡非尼酮和尼达尼布是被批准用于治疗肺纤维化的临床药物，吡非尼酮能较好的起到抗感染、抗氧化和抗纤维化的作用，减少肺活量的下降速度，提高患者生存期。尼达尼布对成纤维细胞的增殖有较好的抑制作用，阻止其迁移、转分化，抑制纤维化的进展，临床上常用于特发性肺纤维化和间质性肺炎进展期导致的肺纤维化。为了预防纤维化的进一步恶化，临床还用抗酸药防止胃反流，包括质子泵阻断剂：奥美拉唑、兰索拉唑等；H受体拮抗剂：雷尼替丁、法莫替丁等。另外，抗氧化剂NAC进入体内后代谢为GSH的前体发挥作用，可有效改善患者咳嗽、呼吸急促等。对于晚期严重的肺纤维化患者，为了提高患者生活质量延长生存期，可选择肺移植治疗，但是肺移植在技术上要求非常高，手术风险大、费用昂贵。

4 展望

本研究主要总结了肺毒性药物导致肺泡上皮细胞损伤的一些分子机制，但是药物在临床应用中导致肺泡上皮细胞损伤的机制还没有完全阐明，不同药物导致肺泡损伤的形式不同，在使用可能发生肺毒性的药物后，应注意肺部损伤的体征和特征。肺毒性药物可作为肺毒性的模型，对导致肺毒性的机制研究有很大的用处，在进一步了解到药物肺毒性的机制后，能在用药时有效抑制药物的肺毒性，从而减少用药的不良反应，更好的服务于临床用药。