自噬在肺纤维化中的作用及中医药治疗研究进展

王洪超，张 珊，钱卫斌，马 君

(1.山东中医药大学，山东 济南 250014；2.山东中医药大学附属医院，山东 济南 250014)

肺纤维化(pulmonary fibrosis，PF)是间质性肺疾病共同的终末期病理改变，主要病理特征为成纤维细胞增殖和细胞外基质(extracellular matrix，ECM)过度沉积导致的肺泡结构破坏与功能丧失，最终使患者呼吸衰竭而死亡。PF原因不明，常呈进行性加重，预后差，近年研究发现PF的发病率逐年上升[1]。现代医学认为肺移植是治疗PF最有效的方法，但因供体器官稀少且手术费用高昂，难以实现临床的广泛使用[2]。PF的发病机制复杂多样，越来越多的研究表明自噬是PF发病的重要机制，中医药在调控自噬治疗PF疾病方面拥有独特优势和广阔前景[3]。因此，了解自噬在PF中的作用，探究中医药调控自噬干预PF的确切机制，对PF的临床治疗具有重大意义。

1 自噬的概述

自噬是广泛存在于真核细胞生物体内，通过溶酶体途径降解细胞内有害物质并促进其回收利用的过程，适度自噬可维持内环境稳态，过度自噬可诱导细胞损伤[4]。自噬过程主要分为五个步骤：①细胞应激激活自噬，促进起始复合物的形成与双膜吞噬泡的成熟；②膜延长包裹被吞噬物质形成自噬体；③自噬体外膜与溶酶体外膜相结合，形成自噬溶酶体；④降解酶消化自噬溶酶体内的包裹物，转化为氨基酸等小分子物质，释放到细胞外；⑤降解产物在大分子物质合成过程中被再利用[5]。自噬的这些步骤受多种自噬相关基因(ATG)、蛋白质(LC3、p62、ULK1)和多条信号通路的调控。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)是调控自噬的关键因子，参与多条与PF相关的自噬通路信号传导，其中磷脂酰肌醇激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/mTOR通路和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)/mTOR通路属于负性调控自噬通路，AMP依赖的蛋白激酶(AMPK)/mTOR通路属于正性调控自噬通路，当前对PI3K/Akt/mTOR信号通路的研究最为广泛[6]。

2 自噬在PF中的作用

2.1抑制炎症反应 炎症反应是机体应对外源或内源性因素损伤的一种保护反应，而过度激活的炎症反应可诱导肺部疾病的发生发展[7]。当肺组织受损时，肺泡巨噬细胞(AM)及中性粒细胞被激活，释放大量炎症介质与细胞因子，以增强组织修复能力，然而持续存在的转化生长因子-β(TGF-β)、白细胞介素-17(IL-17)、白细胞介素-6(IL-6)等促炎因子，可促进成纤维细胞的分化、肌成纤维细胞的增殖，启动PF进程[8]。自噬可参与免疫应答的多个环节，对炎症反应具有调节作用[9]。研究表明，二氧化硅刺激可激活小鼠AM中NLRP3炎症体，驱动IL-18等炎性因子释放，同时可促进LC3-Ⅱ的表达，当敲除自噬体形成需要的Atg5时，小鼠出现了更加剧烈的炎症反应[10]，而当使用雷帕霉素刺激自噬时，这种情况可被逆转[11]，提示在机体内部自噬能对抗炎症反应，自噬不足导致炎症反应放大。由此可见，自噬能抑制炎症因子的释放来抑制机体内部过度激活的炎症反应，从而抑制PF的发展。

2.2介导内质网应激(endoplasmic reticulum stress，ERS) 内质网是一种核周细胞器，主要负责蛋白质的合成、折叠与修饰，各种生理和病理条件都可能影响内质网稳态，导致ERS激活，在PF疾病中，ERS可诱导未折叠蛋白反应激活，破坏肺泡上皮细胞(AECs)正常的蛋白沉积[12]。ERS可通过PERK-eIF2α-ATF4-CHOP级联反应增强自噬相关基因的转录，诱导自噬激活[13]。我们一般认为，自噬可降解ERS诱导的错误折叠的蛋白质，促进细胞存活，减轻PF。Maciel等[14]发现缺乏Atg4b会增强上皮细胞对ERS诱导的促纤维化刺激的敏感性，这说明自噬是一种保护机制，自噬受损可增加ERS导致的肺损伤，促进PF发展。然而Cheng等[15]发现ERS和自噬的激活可以同时增强肺成纤维细胞的增殖和迁移，并在矽肺肺纤维化的发展中起至关重要的作用，这也表明ERS和自噬在PF疾病中的作用可能是复杂的，仍需进一步探究。

2.3干预氧化应激 氧化应激源于机体内氧化物和抗氧化物之间的不平衡，其最主要的产物是活性氧(ROS)，基础或生理水平的ROS在调节细胞正常增殖、分化和自噬中有重要作用，轻度氧化应激可激活自噬，消除受损的大分子和蛋白质聚集体，维持细胞稳态，高浓度ROS不仅能诱导上皮细胞凋亡，还可调节信号通路，激活多种促纤维化因子，导致肺组织结构与功能损伤[16]。生物体内ROS大部分产生自线粒体内膜的呼吸链，因此线粒体功能稳态对氧化应激反应具有重要意义。线粒体自噬属于选择性自噬的一种，能清除受损的线粒体以防止病理性ROS的产生，在维持线粒体质量及抗氧化防御中起着至关重要的作用。在哺乳动物体内，PINK1/Parkin(PARK2)是调控线粒体自噬的关键途径[17]。Siani等[18]发现线粒体自噬功能不足会导致病理性ROS产生增多,同时增强成纤维细胞的分化，促进PF的发展。吡非尼酮已被证明可以通过增强PARK2的表达和降低病理性ROS水平来改善线粒体自噬，减轻博莱霉素暴露小鼠的纤维化[19]。尽管自噬和氧化应激之间相互作用的潜在机制和信号通路尚未完全阐明，但诸多研究结果表明氧化应激可诱导自噬，自噬能减轻氧化应激引起的肺损伤，缓解PF。

2.4调节上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT) EMT是上皮细胞转化为间充质细胞的生物学进程，在此过程中，上皮细胞丧失了细胞-细胞黏附连接性和顶端-基底极性，导致细胞骨架组成改变，从而获得迁移和侵袭能力，这一过程有利于损伤修复，但过度的修复会导致纤维化疾病的形成[20]。自噬活性是调节AECs可塑性的重要因素，可干预上皮细胞EMT进程。一项研究发现，自噬抑制可激活AECs中的p62/SQSMT1-NFκB-Snail2通路促进EMT的发生，经历过EMT的上皮细胞会分泌一系列的细胞因子和纤维生长因子，促进局部成纤维细胞的分化以及肌成纤维细胞的募集与激活，诱导PF的发生[21]。苗双等[22]通过对照实验证明了抑制自噬可激活EMT进程，加速PF的发展；而诱导自噬可抑制EMT进程，能延缓但无法阻止PF的形成。因此自噬是机体内负调节EMT的一种重要机制，能减弱PF疾病的发生。

2.5减少ECM沉积 ECM主要是由细胞周围的蛋白类大分子组成的复杂网架结构，能参与调节细胞的生长、迁移和分化等诸多过程，然而过量的ECM沉积会破坏组织稳态，是形成PF的一个关键过程[23]。肌成纤维细胞是PF形成过程中重要的效应细胞，可表达特异性的α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)诱导ECM的病理性沉积。自噬能维持蛋白质合成与降解之间的平衡，对ECM的沉积具有一定的干预作用。自噬受损会加速肺成纤维细胞分化为肌成纤维细胞，增加ECM的产生，促进PF发展[24]。Gui等[25]利用瘦素抑制自噬后，检测到肺组织中α-SMA和I型胶原蛋白的产生增加，使用雷帕霉素激活自噬后，α-SMA和I型胶原蛋白的表达明显减少。因此在PF中，自噬能抑制肺成纤维细胞向肌成纤维细胞的异常分化，抑制α-SMA的过度表达，减少ECM沉积。

2.6调控细胞凋亡 凋亡是控制细胞生长和死亡的复杂生理机制，对于维持细胞功能具有重要意义，特定类型的肺细胞凋亡在PF进程中可能是有害的，也可能是有益的[26]。自噬是细胞适应应激的本能反应，通常发生在凋亡之前，具有抗凋亡和促凋亡的双重作用。一些证据支持AECs凋亡是启动和促进PF的关键环节，转录因子EB(TFEB)是自噬的重要调节因子，能诱导自噬通量增加，抑制AECs凋亡和增殖，博莱霉素与膜联蛋白A2(ANXA2)结合可阻止TFEB诱导的自噬通量，促进AECs凋亡，增加胶原沉积，从而促进PF[27]。Zhao等[28]发现使用雷帕霉素增强自噬可使模型小鼠AECs免于凋亡并减轻PF。也有研究发现自噬功能障碍可诱导成纤维细胞过度表达抗凋亡蛋白Bcl-2，导致其对凋亡产生抵抗，并且促进成纤维细胞向肌成纤维细胞分化[29]，这也表明自噬介导的成纤维细胞凋亡受损是PF的重要机制。综上，因细胞类型的不同，自噬调控细胞凋亡对PF的影响可能也不同，自噬可抑制AECs的凋亡或促进成纤维细胞的凋亡，减少PF形成，反之亦然。

2.7延缓细胞衰老 细胞衰老是一种细胞周期停滞、趋向凋亡的状态，但与凋亡不同，衰老细胞可以抵抗凋亡并长期存活，同时释放衰老相关分泌表型(SASP)使组织微环境发生衰老性变化，随着时间延长在组织内累积，影响组织稳态、修复和再生。肺泡上皮损伤是PF的初始阶段，损伤的AECs以转向衰老的方式阻止损伤细胞错误复制，衰老的细胞通过释放SASP促进成纤维细胞向肌成纤维细胞转化，致胶原沉积、肺结构破坏而形成PF[30]。自噬是降解损坏、衰老的细胞以维持内环境稳态的重要途径，自噬被抑制，可诱导细胞周期停滞导致衰老。胰岛素样生长因子-1(IGF1)是已知的自噬抑制因子，在PF患者以及动物模型中均可检测到IGF1、p62以及衰老标志物p21的升高，表明PF组织中自噬被抑制，同时细胞衰老增多，而降低IGF1/AKT通路活性增强自噬可促进细胞生命的延长[31]，这提示自噬抑制会加速细胞的衰老。自噬与细胞衰老是PF发病机制的重要靶点，细胞衰老时自噬水平会下降，而自噬水平不足又会加速细胞衰老，二者可形成恶性循环，共同促进PF的进展。

2.8干预血管新生 血管新生是新毛细血管生长的生理现象，是伤口愈合和新组织再生的一个自然过程。血管内皮生长因子(VEGF)是最有效的血管生成刺激因子之一，不仅能促进血管生成，还能促进肺的发育和内环境的稳定，过度表达的VEGF可诱导病理性的血管新生，促进PF的发展。博来霉素诱导的PF模型中，VEGF在纤维化区域的表达明显增加，阻断VEGF相关信号通路可使血管重塑受阻，PF也随之减弱[32]。已知自噬参与损伤修复和组织再生过程，可能对血管新生具有一定的调节作用。Li等[33]发现利用LncRNA WTAPP1介导PI3K/Akt/mTOR信号通路抑制自噬，可促进内皮细胞的增殖和血管新生。单聪等[34]发现抑制mTOR磷酸化增强自噬，可减少mTOR下游基因活化，抑制VEGF的表达，减少肺损伤。此外，VEGF的表达受炎症、缺氧等诸多因素影响，因此自噬抑制VEGF过度表达对PF过程中异常血管新生的作用和确切机制有待进一步研究。

3 中医药调控自噬治疗PF

3.1自噬与PF 中医学多依据PF的症状，将其归属为“肺痿”“肺痹”等范畴，诸多医家认为PF的发病根本是正气亏虚，无力抗邪，使邪滞体内，气血运行不畅，壅塞经脉，继而生痰、成瘀、化热，终致肺络失濡而为病，总属本虚标实，故多采用扶正益气、清热化痰、活血通络等治法。

自噬的双向调节犹如中医学中阴阳二者动态平衡的状态，中医理论认为“阴平阳秘”即是正常生命活动的基本条件，也是中医治疗的最终目的，“阴阳失衡”是疾病的源头。自噬亢进则阳强于阴，致机体代谢旺盛，正常的细胞与大分子蛋白被过度降解，耗伤机体正气；自噬不足则阴胜于阳，阳虚推动无力不能清除过度沉积于肺络的有害物质，诱导PF的发展。近年来国内外的研究发现一些中药单体及提取物或中药复方可调控自噬缓解PF，这些中药或复方的功效或为补益，或为清热，或为化痰，或为活血通络，与PF的中医治法相吻合，值得我们进一步探究。

3.2中药单体及中药提取物

3.2.1补益类中药 黄芪甲苷是黄芪的主要成分之一，徐昌君等[35]发现黄芪甲苷可下调TGF-β1表达，抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路促进肺组织的自噬，减缓EMT进程。He等[36]证明甘草提取物异甘草素通过抑制PI3K/Akt/mTOR通路激活人胚肺成纤维细胞(mRC-5)自噬，降低α-SMA、I型胶原和纤维连接蛋白(FN)在mRC-5中的表达水平，减轻PF形成。鞣花酸(EA)是一种存在于植物组织中的天然多酚类化合物，覆盆子、芡实等中药是其重要来源，EA可抑制Wnt信号通路促进肌成纤维细胞的自噬和凋亡，抑制成纤维细胞的活化和细胞外基质的产生[37]。此外，Chen等[38]在研究白术内酯Ⅲ(ATL-Ⅲ)对矽肺肺纤维化作用时，发现ATL-Ⅲ通过介导AM中mTOR依赖性信号通路阻碍自噬，减轻AM的凋亡，抑制PF的发展。

3.2.2清热类中药 小檗碱是提取自中药黄连和黄柏的一类生物碱，研究证明小檗碱可上调PTEN抑制PI3K/Akt信号转导通路，靶向抑制p-mTOR激活，促进ATG6同系物(Beclin 1)、LC3-Ⅱ的表达和自噬小体的形成，抑制博来霉素诱导的PF[39]。中药虎杖中富含白藜芦醇(RES)，目前研究表明RES干预能有效抑制PF发展，但其对自噬的调节具有双向性，Zhang等[40]研究发现RES可激活自噬，防止线粒体功能障碍，促进病理性ROS的清除与产生，减轻氧化损伤；而Ding等[41]证实RES可通过抑制NLRP3炎症小体的激活抑制AM的自噬，从而缓解PM2.5诱导的小鼠肺部炎症损伤和纤维化，这种差异性提示RES对自噬的调控作用可能受细胞类型的影响。槲皮素是一种黄酮类的抗纤维化物质，常提取自侧柏叶、槐花、海金沙等清热类中药，目前研究发现槲皮素可有效防止脂多糖诱导的ATG5和LC3下降，从而提高自噬活性，显著下调促纤维化因子VEGF、IL-6和TGF-β的表达，抑制PF的形成[42]。

3.2.3活血通络类中药 孙春斌等[43]的研究结果证实了三七的活性成分三七总皂苷干可抑制PI3K/Akt/mTOR通路信号和p62蛋白的表达，提高LC3B-Ⅱ和Beclin 1的表达水平，减少胶原纤维和细胞外基质沉积，表明三七总皂苷可提升肺组织自噬水平，减轻PF。川芎嗪是川芎的主要成分之一，Liu等[44]发现川芎嗪通过提高自噬水平和miR-193a的表达，抑制PI3K/Akt/mTOR和Hh信号通路的激活，减轻氧化损伤，抑制纤维蛋白原和VEGF的表达。羟脯氨酸(HYP)是肺纤维化程度的重要标志，莪术的提取物姜黄素与姜黄素醇能上调肺成纤维细胞Beclin 1和ATG7的表达，促进细胞自噬的激活，并降低α-SMA、HYP、Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原等与蛋白质和胶原合成相关的基因的表达[45]。雷公藤红素是源自于雷公藤的一种五环三萜类物质，Divya等[46]证实雷公藤红素能增加Beclin 1和Vps 34的表达，促进ATG5-Atg12-Atg16的形成，诱导LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ的脂化，进而促进自噬小体的生成，延缓PF的进程。薯蓣科中药穿山龙提取的薯蓣皂苷可通过促进LC3-Ⅱ和Beclin 1的上调以及p62的下调，增强AM的自噬水平来抑制病理性ROS产生，进而减少线粒体依赖性凋亡途径的激活，促进AM存活，最终减轻AM源性炎症以及炎症相关的异常胶原修复[47]。

3.2.4化痰类中药 有学者发现甲状腺激素(TH)与PF之间存在一定的相关性，TH可以激活ACEs内PINK1/Parking介导的线粒体自噬，减弱线粒体介导的异常细胞凋亡，缓解博来霉素诱导的小鼠PF[48]。已知陈皮的有效成分具有一定的抗PF作用，彭文潘等[49]基于网络药理学研究其作用机制时发现TH信号通路是陈皮治疗PF的重要作用通路。由此分析可推测，陈皮通过干预TH信号通路激活线粒体自噬，可能是其抗PF的一种重要机制。

3.3中药复方 在生理病理过程中，中药复方往往通过多靶点调节来发挥作用，疗效显著。研究证明益肺散结方[50]、麦门冬汤[51]、金芪汤[52]可抑制小鼠PI3K/Akt/mTOR信号通路，激活细胞自噬，减少α-SMA、Ⅰ型胶原以及Ⅲ型胶原的表达，抑制肺内异常胶原堆积，改善PF状态。IL-17是一种抑制自噬的炎性因子，芪银三两三可干预IL-17信号通路抑制TGF-β1的释放，从而抑制P13K/Akt/mTOR通路的激活，促进细胞自噬，抑制PF进展[53]。补阳还五汤出自王清任的《医林改错》，是益气活血通络之要方，现代医学研究发现补阳还五汤可抑制mTOR信号通路的传导，促进PF小鼠肺组织中LC3-Ⅱ、Beclin 1和ULK1的表达，同时抑制p-S6、Bcl-2的表达，从而有效激活自噬，促进纤维化区域肺组织的凋亡[54]。刘杨等[55]通过对照实验观察补肺汤对PF的影响，发现高剂量组的补肺汤可促进纤维化组织ATG5的表达，增强自噬，改善PF模型小鼠肺组织病理学，抑制肺组织胶原活性。张兴等[56]证实了扶正通络方颗粒能诱导Beclin 1的表达及自噬小体数量增多，并降低p62以及HYP水平，促进博来霉素诱导的PF大鼠自噬，减轻PF状态。肺痿冲剂具有补肺益肾、益气通络、养阴生津之效，可调节Ca2+浓度干预MAPK/JNK信号通路提升自噬水平，从而抑制TGF-β1的释放，影响EMT进程，促进损伤肺组织修复，抑制纤维化的进一步发展[57]。

4 不足及展望

现代医学理论及实验研究表明中药通过多途径、多靶点调控自噬可干预PF进程，为PF的防治提供了新的方向。但自噬是把“双刃剑”，在PF发展各个环节的作用及诸多分子机制尚未被完全阐释，且实现自噬靶点与中医辨证论治的结合具有一定的难度。因此，目前中医药调控自噬治疗PF的研究尚处于初级阶段，立足于现代医学技术进一步研究自噬在PF中的作用机制，从微观层面探析中药与自噬靶点的关联性，是早日实现中医药精细化治疗的关键。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。