生长因子在结核性胸膜纤维化调控机制的研究进展

任尚娴 ,蒋胜华

1济宁医学院临床医学院 山东省济宁市,272100

2济宁医学院附属医院呼吸与危重症医学科 山东省济宁市,272100

结核性胸膜炎是临床上常见的胸膜炎性疾病,约占渗出性胸腔积液发病人数的54.8 %[1]。其主要并发症包括结核性脓胸、胸膜增厚、乳糜胸、液气胸[2]。当结核性胸膜炎胸腔积液消退时,约20 %～50 %的患者会出现胸膜纤维化,即胸膜增厚形成纤维包膜及黏连,严重时可导致限制性通气功能障碍,甚至形成纤维胸,导致病患的日常生活质量显著降低。因此,针对结核性胸膜纤维化早期明确诊断、早期病情评估、早期治疗干预非常重要。

1 结核性胸膜炎及胸膜纤维化

1.1 胸膜纤维化的定义

胸膜不仅是肺运动的保护屏障,亦是一种具有免疫和代谢活性的膜,在维持内稳态以及胸膜炎症的反应过程中发挥重要作用。胸膜炎症的发生既与大量炎症细胞涌入有关,还与蛋白质的转移和胸膜通透性的改变有关。胸膜纤维化的定义是细胞外基质过度沉积,导致正常胸膜组织结构破坏及功能受损[3]。它是多种胸膜腔炎症发生及发展过程的表现,其中包括免疫性疾病、细菌或结核菌感染,石棉暴露、恶性肿瘤、外伤性血胸引流不畅、冠状动脉搭桥手术、尿毒症以及药物治疗等。在上述严重疾病状态下,间皮细胞的间充质转化及其基底膜对胸膜损伤及炎症的反应和自我修复能力决定患者预后,以纤维蛋白转换紊乱为特征的细胞外基质增加最终形成胸膜纤维化,在这个过程中离不开各种促纤维化生长因子的触发与调控。

1.2 结核性胸膜炎及结核性胸膜纤维化形成机制

当胸膜腔处于一种高敏状态时,结核分枝杆菌及其代谢产物作为抗原诱发一系列以免疫反应及变态反应为主的胸膜炎症反应,是目前普遍接受的关于结核性胸膜炎的发生过程的说法[7]。中性粒细胞、巨噬细胞、T 淋巴细胞先后参与到胸膜炎症反应过程中,其中T 淋巴细胞活化后分泌多种细胞生长因子,协同作用于效应器,使胸膜毛细血管通透性提高、炎症细胞浸润,逐步形成胸膜肉芽肿,同时释放腺苷脱氨酶(ADA) 并形成积聚性胸腔积液[5]。

结核性胸膜纤维化是指结核分枝杆菌感染胸膜腔后由于炎症刺激导致胸膜纤维素渗出以及致密纤维组织增生,引起胸膜黏连肥厚、包裹性胸腔积液等。其可能的形成机制如下: 结核分枝杆菌通过释放磷脂等代谢产物诱发单核细胞产生趋化因子,导致病变部位单核细胞及淋巴细胞浸润,后两者合成并分泌相关细胞生长因子;上述细胞生长因子通过复杂的网络调节过程,使间皮细胞组织因子的RNA 表达上调,促进纤维蛋白原向纤维蛋白的转换;同时胸膜液中高含量的蛋白成分亦可作为炎症细胞趋化物,形成纤维蛋白网;当体内纤溶活性不足时,沉积的纤维蛋白持续存在并形成纤维蛋白性黏连,如果加上胶原的沉积和血管的长入,黏连将机化为永久的纤维性黏连,最终形成胸膜纤维化[6]。

1.3 结核性胸膜炎及结核性胸膜纤维化的诊断

结核性胸膜炎诊断的金标准依赖于胸水中结核分枝杆菌(M.tuberculosis,MTB) 的检测,但不管是涂片检测还是培养检测对于胸腔积液中结核分枝杆菌的浓度有较高要求,因此阳性率低是结核性胸膜炎诊断面临的主要困难[7]。综合分析患者临床表现及体征、胸水生化及细菌学检查、胸部影像学及胸腔镜下表现、胸膜组织细菌学及病理学检查是目前结核性胸膜炎的主要诊断依据[8]。患者胸膜组织病理查见肉芽肿性炎变伴干酪样坏死、见类上皮肉芽肿[9]或即使组织病理未见结核典型肉芽肿改变,但胸腔镜下发现明显纤维渗出及胸膜黏连,结合患者临床表现亦可确诊结核性胸膜炎[10]。

结核性胸膜纤维化目前缺乏统一的诊断标准,临床工作中在诊断结核性胸膜炎的基础上,主要依赖病理诊断结核性胸膜纤维化。结核性胸膜纤维化的病理改变主要表现为成纤维细胞增生,细胞外基质如胶原蛋白、纤维蛋白等增多[11],胸膜血管生成以及胸膜纤维增生等。

结核性胸膜纤维化的病情评估及临床分期目前亦没有统一标准,一些实验室指标(如胸水酸碱度、胸水蛋白含量、胸水结核分枝杆菌含量) 检测因受患者年龄、胸腔积液量、发病时间、基础疾病、治疗方案等影响无法作为有效推广的临床预测及评估指标。因而通过研究各种生长因子在结核性胸膜纤维化的表达水平以及调控机制,寻找出敏感度高、特异性强尤其是无创性的实验室指标将成为未来预警胸膜纤维化及评估其严重程度的重点发展方向。

2 结核性胸膜纤维化形成中生长因子调控

细胞生长因子是一系列生物活性较强的小分子蛋白质,由各种免疫细胞和部分非免疫细胞受刺激后分泌合成,通过参与细胞免疫、细胞增殖、细胞分化和组织修复而发挥重要的生理作用。常见的细胞生长因子主要包括转化生长因子β(transforming growth factor beta,TGF-β)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、血小板源性生长因子(platelet-derived growth factor,PDGF)、成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor,FGF)、结缔组织生长因子(connective tissue growth factor,CTGF)、肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF) 等,目前越来越多的研究表明上述生长因子参与触发并调控结核性胸膜纤维化的发生及发展,这是一个复杂的网络调节过程,其具体调控机制尚未得到完全阐明。

2.1 转化生长因子β(TGF-β)

TGF-β 广泛表达于机体各纤维化病变部位,尤其在病理性胸腔积液中亦监测到高水平的TGF-β1。TGF-β1 参与调控如下多种反应包括: 维持免疫耐受,创伤修复,控制炎症反应识别及起始,促进胸膜间皮细胞上皮-间质转化等[12]。结合既往各项研究及表述,TGF-β 在结核性胸膜纤维化的发生及发展过程中可能发挥如下作用: ①TGF-β 通过趋化作用募集成纤维细胞进入胸膜腔,刺激胸膜间皮细胞(pleural mesothelial cell,PMC) 产生VEGF[13],诱导胸膜血管新生;②诱导和上调PMC 胶原蛋白tRNA 表达和合成;③下调基质金属蛋白酶,抑制胶原蛋白降解[14],促进细胞外基质积聚;④刺激PMC 产生纤溶酶原激活物抑制剂,抑制纤维蛋白溶解,促使胸膜发生纤维化[15];⑤TGF-β 通过提升胸膜间皮细胞内剪接因子SRSF6 蛋白水平促进纤维化进展[16]。TGF-β 的胞内信号传导有Smads信号通路、非Smads 信号通路如Ras-MAPK、P38蛋白和P13K/AKT等[17],其中Smads 是TGF-β 超家族下游重要的细胞内信号转导蛋白。一些动物模型试验发现组织纤维化有一个共同途径,纤维化的进展多依赖持续的TGF-β 自身诱导而实现,在这个过程中Smads 信号通路起关键作用,抑制TGFβ1/Smads 信号通路,通过降低间质胶原蛋白沉积而发挥抗组织纤维化的作用[18]。多种TGF-β1 抑制药如曲尼司特、吡非尼酮和紫杉醇,能够抑制TGF-β1 以及其它病理生长因子,从而起到拮抗组织纤维化的作用,但持续全身抑制TGF-β1 会产生一系列不良影响[19]。此外相关研究表明,TGF-β的表达水平在恶性胸腔积液与结核性胸腔积液中类似,但恶性胸腔积液很少发生胸膜纤维化,因此推测除了TGF-β1 尚有其它细胞生长因子协同参与了结核性胸膜纤维化的发生及进展过程。关于TGF-β及其它细胞生长因子治疗靶点的研究以及TGF-β在组织纤维化中信号传导的研究有待进一步加强。

2.2 血管内皮生长因子(VEGF)

血管内皮生长因子(VEGF) 在肺和胸膜的多个部位均有表达,主要作用于血管内皮细胞,在维持血管正常密度和渗透方面发挥重要作用,是血管生成和血管对水和蛋白质通透性中最有效的血管调节介质之一。在机体各种病理状态下,血管内皮细胞因子的表达水平明显升高[20],它的生物学功能主要包括通过刺激血管内皮细胞增殖促进血管新生,普遍提高血管通透能力并改变细胞外基质成分[21],上述过程可能通过缺氧损伤、炎症反应等应激诱发VEGF 过度表达而实现。此外,TGF-β 能刺激血管内皮生长因子在胸膜内积聚,是体内胸膜腔VEGF 产生的强效刺激剂,从而产生协同调节作用。炎性胸腔积液中VEGF 表达水平明显升高,促进纤维蛋白的渗出并沉积在胸膜上[22]。在动物新生血管模型中通过注射抗血管内皮生长因子抗体(贝伐单抗) 评估了其对血管渗漏和纤维化的积极作用[23]。综上所述,血管内皮生长因子在纤维化疾病的动态平衡和调节血管生成中起关键作用,其在结核性胸膜纤维化的调节作用亦不容忽视。

2.3 血小板源性生长因子(PDGF)

PDGF 由血小板、单核细胞、淋巴细胞等分泌,具有较强生物活性,其通过促进成纤维化细胞及血管平滑肌细胞的趋化和有丝分裂,增强细胞的迁移及细胞外基质的合成,参与形成组织纤维化。活化的PDGF 为PDGF-A 和PDGF-B 两条多肽链组合形成的二聚体异构体(PDGF-AA、PDGF-AB、PDGF-BB),这些亚型促进肌成纤维增殖和趋化,同时刺激胶原蛋白的产生和促进细胞黏附。虽然PDGF 在结核性胸膜纤维化的表达及信号通路尚未明确,但在心肌纤维化、肺纤维化、肝纤维化等疾病的研究中,PDGF 通常被认定是肌成纤维细胞的强力丝裂原和趋化剂,驱动这些细胞在组织损伤部位的招募和复制[24]。在人类疾病和动物模型中,PDGF 的表达与肌成纤维细胞群体的扩张相关,最终促进胶原蛋白、纤维蛋白等细胞外基质的产生。同时有研究表明,PDGF 与TGF-β 可以产生协同作用,引起显著的间充质细胞增殖和胶原沉积。目前靶向PDGF/PDGFR 信号通路已成为重要的潜在抗纤维化治疗靶点,如吡非尼酮通过抑制钠钾交换显著抑制PDGF 刺激作用,可减少肺、肝、肾等多种组织的纤维化;在慢性骨髓性白血病患者中伊马替尼(格列卫) 通过抑制PDGF 受体酪氨酸激酶有效抑制肌成纤维细胞复制、减少胶原沉积,可导致骨髓纤维化明显消退,此外伊马替尼在抑制心肌纤维化方面也能发挥积极作用[25-26]。

2.4 成纤维细胞生长因子(FGF)

FGF-2 广泛表达于人体各组织,参与调节多种细胞的增殖与分化[27],是肺纤维化、肝纤维化发展中的重要监测指标[28]。FGF/FGFR 信号传导通路能参与生长发育、伤口愈合、纤维化、炎症反应和肿瘤新生血管的形成[29]。FGF-2 通过促进成纤维细胞、气道平滑肌细胞、Ⅱ型肺泡上皮细胞等细胞增殖分化并分泌促炎症因子,诱导胶原蛋白合成。在肺纤维化疾病相关研究中发现,高水平的FGF-2 激活FGF-2/FGFR-2 丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)/细胞外调节蛋白激酶(ERK) 信号通路以及FGF-2/FGFR-2/磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT) 促进上皮间充质转化,参与肺纤维化的形成。动物实验表明靶向FGF-2 受体激酶抑制剂可减轻大鼠肺纤维化,因此,FGF-2/FGFR 信号通路可能是治疗纤维化疾病的潜在治疗靶点,未来也将成为胸膜纤维化研究的前景通路。

2.5 结缔组织生长因子(CTGF)

CTGF 又称细胞通信网络因子2(cellular communication network factor 2),主要参与细胞增殖、黏附、分化、血管生成等调控过程[30],在纤维化组织、癌性组织中能发现CTGF 的高水平表达。目前CTGF 的生物学作用被认为是如下调节作用: ①与特定受体结合启动信号传导,②与细胞因子结合,介导细胞因子与细胞表面受体结合,启动下游信号通路,③与细胞外基质蛋白结合,介导基质周转,④通过调控信号之间的串扰,进行细胞生长因子活性的调节[31]。CTGF 的过量产生被认为是导致纤维化的重要途径,有研究表明CTGF 似乎是刺激纤维化的第二触发器,尤其是那些依赖于TGF-β 的致纤维化途径,CTGF 在给予TGF 时可诱导最严重的纤维化作用,其它还包括纤维增生性疾病和瘢痕形成[32]。因此,使用抗CTGF 抗体可以降低细胞外基质成分的表达,靶向改善纤维化。但CTGF 在胸膜纤维化发病机制中的作用目前尚无报道。

3 结核性胸膜炎及结核性胸膜纤维化的治疗

目前,临床诊断结核性胸膜炎后首先强调进行积极规范的抗痨药物治疗,同时对于合并胸腔积液者尽快行胸腔穿刺术,通过引流胸水或向胸腔内注射尿激酶减少结核性胸膜纤维化的发生。必要时早期局部或全身应用糖皮质激素,促进胸膜炎症及胸水吸收。当患者已出现弥漫性胸膜纤维化可进行胸膜纤维板剥离术。通过以上阐述得知结核性胸膜纤维化的发生及发展离不开众多细胞生长因子错综复杂的调控,有研究者通过中医疗法调节相关细胞生长因子表达水平以防治结核性胸膜炎并发症[33],亦有研究者在器官纤维化动物实验中尝试用抗细胞生长因子抗体取得较好的抗纤维化效果,但因缺乏完善的细胞因子作用机制,导致临床上尚未广泛运用。未来,分子水平的靶向治疗存在重要发展空间,由此可以看到进一步明确结核性胸膜纤维化相关细胞生长因子的调控机制将成为诊治结核性胸膜纤维化的重点方向,并能为靶向药物治疗寻找突破口。

4 小结

综上所述,胸膜纤维化发病率高、病因复杂并缺乏有效的针对性治疗措施。多种细胞生长因子在组织纤维化的发生和发展过程中发挥重要调控作用,其中也参与了结核性胸膜纤维化发生机制中,但具体调控机制目前尚不明确。通过研究其表达水平及影响机制,不仅能为预测结核性胸膜纤维化进展提供临床依据,同时还能在抑制胸膜纤维化作用方面找到靶向药物治疗的突破口。