IL-1β、ILC2、TGF-β1调控机制与肺纤维化疾病的关系

杨胜男，何巍

（1. 沈阳医学院临床医学专业2020级硕士研究生，辽宁 沈阳 110034；2. 沈阳医学院附属中心医院呼吸与危重症医学科）

近年来，肺纤维化的发病率和病死率逐渐升高［1］。肺纤维化持续进展将会导致肺换气功能障碍，进而出现呼吸衰竭。目前肺纤维化的病因可归因于病原体或惰性物质，如辐射、二氧化硅、石棉、香烟烟雾和其他化学物质［2］。发病机制方面受多种因素影响，大致上可归因于重复性慢性上皮或血管损伤导致肺泡上皮细胞损伤、肺泡上皮间质转化、成纤维细胞灶形成、胶原蛋白过度沉积，而纤维化反应很可能与持续损伤和异常修复相关［3］。IL-1β以剂量依赖的方式直接刺激成纤维细胞分泌胶原，气道上皮细胞短暂过表达IL-1β可以增加肺中的TGF-β和胶原沉积［4］。IL-1β的自分泌信号将促进细胞外基质分子基因表达的增加，导致胶原在组织中沉积。在如此正反馈循环中，肺组织纤维化程度的增加进一步激活和刺激成纤维细胞，不断驱动纤维化的自我维持［5］。众多研究表明，免疫系统紊乱在肺纤维化中发挥着重要作用，特别是最新发现的免疫细胞ILC2，可以分泌多种促纤维化细胞因子，并通过与其他细胞间相互作用调控疾病进程［6］。TGF-β1是一个调节性的细胞因子，在细胞的分化、生长、调节细胞外基质等方面都有一定的作用，尤其能够趋化和剌激成纤维细胞合成细胞外基质，最终导致肺纤维化形成［7］。本综述将探讨IL-1β、ILC2、TGF-β1调控机制与肺纤维化疾病的关系。

1 肺纤维化的大致形成过程

损伤愈合包括4个不同的阶段：凝血期、炎症细胞迁移期、成纤维细胞迁移（增殖/激活期）以及组织重塑和溶解期。肺损伤后，上皮细胞释放炎症介质，启动抗纤溶凝血级联反应，从而触发血小板活化和血凝块的形成，随后是炎症细胞如中性粒细胞、巨噬细胞和T细胞等迁移进入，被招募的上述细胞分泌促纤维化细胞因子，如IL-1β、TNF、IL-13和TGF-β［8］。在随后的阶段，来自骨髓的成纤维细胞和驻留的成纤维细胞增殖并分化为肌成纤维细胞，从而释放细胞外基质成分。成纤维细胞和肌成纤维细胞也可能来源于接受上皮间质转化治疗的上皮细胞［9］。在最后的重塑和溶解阶段，活化的肌成纤维细胞可以促进损伤修复，导致受损部位收缩和血管恢复，从而分泌过多的细胞外基质，这与基质降解的减少共同导致组织纤维化程度增加，进而导致肺泡组织功能丧失［10］。

2 IL-1β的调控机制与肺纤维化的相关性

IL-1β被称为淋巴细胞激活因子［11］，是白介素IL-1家族成员之一，IL-1β主要由单核细胞和巨噬细胞产生，也可以从上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞以及胶质细胞等细胞中释放，其可全身分泌并循环作用。IL-1β以低水平表达，转录和翻译水平需要诱导，加工和分泌需要调节。IL-1β的释放主要涉及3个步骤：（1）产生生物活性不强的pro-IL-1β；（2）Caspase-1裂解pro-IL-1β，产生成熟的、具有生物活性的IL-1β；（3）将成熟的IL-1β分泌到外环境中。白介素IL-1受体拮抗剂（IL-1Ra）是IL-1β的高亲和力竞争者，可以下调IL-1介导的炎症过程，当在肺实质的慢性炎症期间由间充质干细胞产生时，可发挥抗纤维化作用。

2.1 IL-1β的活化及其与肺纤维化的相关性 IL-1β从非活性前体转化为具有生物活性的细胞因子是其激活的重要步骤。这一过程主要通过炎症小体激活细胞内Caspase-1介导［12］。典型的炎症小体由一个炎症小体传感器蛋白（包括NLRP1、NLRP3、NLRP6等）与pro-caspase-1结合［13］。炎症小体以作为主要支架结构的NLR或ALR家族蛋白命名。其中NLR包含3个区域：（1）C末端亮氨酸重复序列：炎症小体信号感知区域；（2）核苷酸结合寡聚化结构域（NACHT）；（3）N末端效应结合域［14］。LRR识别相关损伤信号后可以诱导NACHT区寡聚化，从而暴露N末端结合域中的Caspase募集和活化结构域（CARD），后者可与同样含有CARD区的pro-caspase-1结合。虽然某些NLR的N端无CARD区，但存在热蛋白结构域（pyrin domain，PYD），这时需要含有PYD 和CARD两个结构域的凋亡相关斑点样蛋白ASC作为接头蛋白将NLR与pro-caspase-1连接。当炎症小体信号感知区域识别相应信号后，直接或通过ASC间接募集pro-caspase-1，pro-caspase-1经过自身剪切作用水解，形成具有活性的Caspase-1，活化的Caspase-1可通过剪切作用将 pro-IL-1β转变为具有生物学活性的IL-1β成熟体［15-16］。

NLRP3炎症小体能够感知来自内源性和外源性的各种信号，是目前研究最广泛的炎症小体［17-18］，其激活主要通过钾离子外流、活性氧（ROS）产生及溶酶体损伤释放组织蛋白酶B等［19］。Sohn等［20］制备小鼠肺纤维化模型时发现，与对照组相比，模型组IL-1β与NLRP3炎症小体表达呈正相关。博来霉素是最常用来制备特发性肺纤维化动物模型的药物，研究发现，缺乏ASC蛋白的小鼠对促纤维化化合物博莱霉素的反应减弱，表明博来霉素诱导IL-1β的产生依赖于接头蛋白ASC的存在，博来霉素诱导的肺部炎症和纤维化过程主要依赖于IL-1β的产生和其下游的 IL-1R1/MyD88信号途径［21］。博来霉素可引起肺泡上皮细胞和巨噬细胞产生大量ROS，导致生物膜脂质过氧化，体内ROS生成过多导致的氧化和还原之间不平衡，会导致促炎因子IL-1β的释放［22-23］。吸入石棉纤维或SiO2晶体时，会沉积于小气道，随后被肺内巨噬细胞、树突状细胞及肺泡上皮细胞吞噬，巨噬细胞吞噬石棉和SiO2晶体后会将这2种晶体分子装入溶酶体中进行降解，然而溶酶体中各种酶类无法降解这2种无机晶体物质，反而导致溶酶体裂解释放组织蛋白酶B，继而活化NLRP3炎症小体并分泌IL-1β［24］。由于上述2种晶体一旦进入肺组织内很难被清除出体内，可以循环往复地造成肺组织内NLRP3小体的持续激活，从而导致慢性炎症形成，并导致肺部肉芽肿形成，胶原沉积和肺纤维化，此过程所致的肺间质纤维化已有较多研究［25］。与健康对照组相比，肺纤维化患者的支气管肺泡灌洗液和肺活检中IL-1β也被证明升高；此外，在血清和支气管肺泡灌洗液中，与健康对照组相比，肺纤维化患者的IL-1Ra/IL-1β比值降低［26］。

2.2 抑制IL-1β对肺纤维化的影响 IL-1β是炎症小体活化后产生的主要促炎因子，在人和动物的研究中发现，慢性炎症和纤维化的组织中均有大量的IL-1β存在［27］。如果能够在急性炎症期抑制IL-1β的产生，则能有效阻断后续的慢性炎症反应和纤维化发生。阻断IL-1β的生物学效应可在多个水平实现：阻断NF-κB信号（如BAY 11-7082）可抑制NLRP3、pro-IL-1β转录［28］；抑制Caspase-1活性可减少IL-1β活化［29］；阻断IL-1β分泌或阻断其同源受体可直接抑制下游生物学效应［30］。美国FDA批准了可以减缓肺纤维化进展的药物：尼达尼布［31］，属于一种小分子酪氨酸激酶抑制剂。有研究表明，在尼达尼布作用下，肺纤维化患者的支气管肺泡灌洗液中淋巴细胞和中性粒细胞计数减少，胞浆中IL-1β浓度降低，组织学分析中炎症和肉芽肿形成减少。尼达尼布已被证明可以抑制肺纤维化，并且这些作用与肺组织中IL-1β水平的降低相关。

3 ILC2的调控机制与肺纤维化的相关性

Moro等［32］研究发现，IL-33刺激会引起大量的杯状细胞增生，将该类型细胞命名为nuocytes。Price等［33］发现了一类广泛分布于肠道、肠系膜淋巴结、肺脏等黏膜组织，人体外周血，与天然辅助细胞（NHCs）和nuocytes功能非常相似的固有淋巴细胞，将其命名为固有Ⅱ型辅助细胞（Th2）。在随后的研究中，研究者们将NHCs、nuocytes和Th 2统称为Ⅱ型固有淋巴细胞（ILC2）。

3.1 ILC2的来源与作用 ILC2起源于骨髓淋巴祖细胞，属于固有淋巴细胞家族中的一个亚型［34］。正常情况下，ILCs有部分会驻留在原有组织中，并在特定的病理情况下在局部进行增殖和分化；在机体出现损伤时，ILCs会通过血流迁移至其他器官，重新在机体内分布。ILC2s在人肺组织中所占比例较低，但它通过分泌多种Th2型细胞因子在机体免疫功能和疾病进展中起至关重要的作用［35-36］。

3.2 ILC2参与肺纤维化的形成过程 当损伤发生后，肺部IL-25 和IL-33的表达量增加，会激活ILC2的功能，并释放IL-5、IL-13、IL-9、IL-4和双调蛋白等，继而激活巨噬细胞和成纤维细胞活化增殖，达到组织修复或导致组织纤维化［37］。ILC2可通过双调蛋白导致病毒感染后的小鼠的呼吸道上皮完整性丧失、肺功能下降和气道重塑性受到损伤［38］。Hams等［39］发现，在肺纤维化小鼠模型中IL-25诱导了肺ILC2增多，并在IPF患者中发现了IL-25以及BALF中ILC2升高。

3.3 抑制ILC2对肺纤维化的影响 己获得FDA及欧盟委员会批准的新药：Zinbryta，是IL-2受体的α链作用的人源化单克隆抗体，该药通过修饰免疫细胞的表型，进而通过减少ILC2水平来调节免疫应答，可用于治疗复发型多发性硬化症成人患者，但是该药是否可适用于肺纤维化患者，仍有待进一步研究［40］。

4 TGF-β1的调控机制与肺纤维化的相关性

人的TGF-β有3个亚型：TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3。TGF-β分布广泛，如骨、肺、肾等器官，其中肺部分泌 TGF-β的细胞较多。TGF-β具有多种生物学功能，如抑制免疫细胞的增殖，促进胶原蛋白和纤黏连蛋白等细胞外基质的表达，趋化单核细胞和成纤维细胞等［41］。其中，TGF-β1参与了肺组织成纤维细胞的增殖和凋亡，肺泡上皮细胞的凋亡、细胞外基质的过度积累［42］。TGF-β在免疫应答中也具有重要作用［43］，T淋巴细胞与TGF-β1之间存在密切的关系，Th2能诱导TGF-β1的产生，增强细胞外基质的产生，参与肺纤维化形成过程［44］。TGF-β1和1L-6同时存在可促进原始的CD4+T细胞分化为Th17细胞，Th17细胞分泌的IL-17能间接地促进肺纤维化的产生［45］。在肺纤维化中，核转录共抑制因子SnoN可特异地与TGF-β 1/Smad通路中的Smad2、Smad3，及Smad4C端MAD同源结构2结合，形成复合物，从而阻止Smad与TGF-β1反应启动子结合，发挥负性调控作用，阻止肺纤维化的发生发展［46］。

综上所述，IL-lβ作为一种关键的促炎细胞因子，参与多种自身免疫性炎症反应和多种细胞活动，包括细胞增殖、分化和凋亡。虽然ILC2在肺部的数量较少，但通过旁分泌效应可以影响相邻细胞，使其效果明显增强，在纤维化中发挥作用［47］。TGF-β1生物学作用广泛，是主要的致纤维化因子［48］。目前，已有多项研究表明IL-lβ、ILC2及TGF-β1与肺纤维化形成过程有关。因此深入研究三者的调控机制，阐明三者在宿主的自我防御和肺纤维化发生过程中的作用，能够为制定新的肺纤维化治疗策略提供新的靶点。