组织纤维化从基础到临床的研究进展

周致远 张艺凡 李青峰

（上海交通大学医学院附属第九人民医院整形外科，上海 200010）

组织纤维化是众多人类重大疾病的关键病理基础，包括肝硬化、慢性肾脏病、肺纤维化、创伤后纤维化、心脏衰竭、恶性肿瘤等，可涉及所有组织和器官系统[1]，包括此次新型冠状病毒（新冠）肺炎，形成的肺纤维化常导致呼吸衰竭，同时也是新冠后遗症的重要因素之一。据报道，全球范围内每4人中就有1人罹患纤维化疾病[2]，近50%的死亡都与纤维化造成的疾病有关[3]，这给人类健康带来了极为严峻的挑战。尽管目前对纤维化的研究已取得一些进展，但由于其致病因素的多样性、疾病过程的复杂性以及群体防治的艰巨性，仍有许多关键的科学问题没有解决。本文着重介绍纤维化发生、发展的重要调控因素及相关机制，以及目前针对纤维化潜在治疗靶点的临床研究概况。

组织细胞的损伤由超出适应能力的内外刺激引发，包括创伤、感染、缺氧、免疫反应、毒物刺激等。而机体对损伤的修复过程可分为两种形式：完全再生和纤维化修复。前者指损伤组织由同种细胞进行修复，完全恢复原组织的结构和功能；后者则是由纤维结缔组织来填补缺损，形成瘢痕。除了部分上皮组织、造血组织和肝组织外，人类细胞的再生能力十分有限[4]。当出现严重损伤或上述刺激因素持续存在，人体往往无法只通过实质细胞的再生完成修复，而需要依靠无功能的瘢痕组织来代替原有组织。纤维化是一种以细胞外基质成分过度沉积和异常排列为特点的组织病理性修复结局，常造成器官功能损害甚至器官衰竭[5]。

1 促进组织纤维化的几种重要因素

组织纤维化的发生、发展通常与损伤局部的持续性刺激有关，主要包括慢性炎症、异常生物力学刺激、毒物刺激等。尽管驱动机制及发生纤维化的组织器官各不相同，但纤维化拥有共同的病理生理机制，即肌成纤维细胞异常活化，导致以胶原为主的、排列紊乱的细胞外基质成分大量沉积[6]。

1.1 炎症

组织修复的第一步就是由受损伤部位释放趋化因子募集炎症细胞清除局部微生物和坏死组织碎片，炎症细胞分泌炎症介质进一步放大炎症信号并且调控后续的修复过程。这种损伤后炎症反应可以按照时间顺序分为三个阶段：促炎、抗炎和炎症消退。若促炎信号和抗炎信号之间的平衡被打破，或者炎症细胞清除延迟，将导致炎症慢性迁延而启动纤维化信号，其中最核心的两条通路是转化生长因子-β（transforming growth factor–β，TGF-β）信号通路和2型免疫反应[7]。

1.1.1 感染

病原体可通过直接的细胞毒性和间接的免疫反应造成组织损伤，如果病原体或其产物在短期内无法被清除形成慢性感染，加之凋亡和坏死细胞成为继发刺激因素，共同诱导生成的局部促炎介质将造成长期损伤[8]。许多炎症介质参与到纤维化的进程中，比如丙型肝炎病毒慢性感染时，肝脏损伤诱导分泌TGF-β、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、血小板衍生生长因子（platelet-derived growth factor，PDGF）、结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）等，从而激活肝星状细胞生成过多的细胞外基质成分，另外，基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）及其抑制剂的失衡导致纤维蛋白溶解功能下降[9]。

除促炎介质的作用之外，虽然2型免疫应答具有减轻炎症损伤、维持内环境稳态、调控组织修复的功能，但失调的2型免疫应答也会推动纤维化的发展[10]。2型细胞因子包括白细胞介素-4（interleukin-4，IL-4）、IL-5、IL-13、IL-25、IL-33、胸腺基质淋巴细胞生成素（thymic stromal lymphopoietin，TSLP）等，都具有促纤维化特性[11]，多见于蠕虫的慢性感染。

1.1.2 自身免疫性炎症

自身免疫性炎症是免疫耐受被打破引发针对自身抗原的异常免疫反应。组织纤维化是很多自身免疫性疾病的病理特征之一。自身免疫性肝炎（autoimmune hepatitis，AIH）的肝纤维化通常始于门管区周围，以CD4+T细胞浸润为主，主要由细胞凋亡、γ干扰素（interferon-γ，IFN-γ）和IL-17A介导损伤[12]。系统性硬化症（systemic sclerosis，SSc）有多器官纤维化的表现，可同时累及皮肤、肺、肾、心脏、消化道、骨骼肌[13]，除TGF-β信号通路和2型免疫应答的作用之外，还有hedgehog和WNT信号通路的参与[14]。IL-17A对类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）相关的肺纤维化具有直接促进作用[15]。虽然，自身免疫性疾病具有很大的异质性，但自身免疫性炎症相关的纤维化表型具有一定程度上的相似性，比如SSc和RA的间质性肺病具有相似的临床表现和治疗方法，说明其纤维化的发生、发展具有共同的病理生理机制[16]。

另外，自身免疫病的机制非常复杂、病因尚不明确，因而自身免疫性炎症相关的纤维化是感染、遗传和环境等因素共同作用的结果，比如表达一种人类细胞色素P450家族成员的腺病毒可以通过分子拟态诱导2型AIH纤维化的发生[17]。

1.2 生物力学刺激

生物力学刺激通常来自于细胞外，可分为被动和主动两种形式，被动的生物力学刺激包括外环境的刚度、结构限制，主动的生物力学刺激包括组织或细胞产生的各种力[18]。生理条件下的力学特性对于维持组织稳态尤为重要。以肝脏为例，肝小叶的精密结构形成了复杂的力学微环境，包括肝血窦内的静水压、肝血窦内血液的流体剪切力、细胞外基质的弹性模量、窦周隙内的静水压、窦周隙内组织间液的流体剪切力等，对肝脏的合成、分解、转化、防御功能具有重要意义[19]。

病理条件下，组织力学特性的改变产生异常的生物力学刺激，通过细胞与细胞外基质或血流动力学之间的串扰[20]，经由机械转导通路以及机械敏感性蛋白，将细胞外的力学信号转化为细胞内的生物信号，调控细胞代谢和行为。当损伤修复过程中细胞外基质成分不断被生成，基质的硬度也不断增加，这种生物力学刺激活化成纤维细胞，使其产生更硬的细胞外基质成分、更大的拉力，放大了力学刺激，从而形成一个纤维化的正反馈调控机制。在纤维化进程中，经典的机械感知分子有整合素、局部黏着斑复合体、微丝细胞骨架等，经典的机械转导通路有局部黏着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）信号通路、TGF-β信号通路等[21]。除了细胞外基质硬度之外，血液流体剪切力参与了肝纤维化的微循环改变[22]；Ⅱ型肺泡上皮细胞受到持续升高的机械张力可诱导肺纤维化的发生和发展[23]。

1.3 毒物刺激

易感器官过度暴露于石棉、乙醇、胆固醇、博来霉素、葡萄糖、放射线等理化刺激因素后可表现出纤维化的病理特征。比如非酒精性脂肪性肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）最早的病理表现是肝细胞内三酰甘油过度沉积，与胰岛素抵抗、高脂饮食以及脂肪代谢障碍有关，而其病程进展是由脂毒性、炎症、氧化应激、内质网应激等机制介导，其纤维化的发生、发展还与高胰岛素血症、瘦素、肠道微生物激活肝星状细胞有关[24]。

2 组织纤维化的治疗策略

尽管组织纤维化的病理生理机制仍未完全阐明，临床转化也存在较多障碍，但随着研究的深入，不少抗纤维化治疗策略已在临床试验中取得初步成效。

2.1 小分子药物

小分子药物是指相对分子质量较小的有机化合物，通常小于1 000道尔顿。相较于大分子药物，小分子药物具有药代动力学性质稳定、给药方便、患者依从性好、储存运输成本低等优势[25]。

目前，美国食品药品监督管理局已批准上市的小分子抗纤维化药物包括治疗特发性肺纤维化的广谱抗纤维化药吡非尼酮（pirfenidone）和受体酪氨酸激酶抑制剂尼达尼布（nintedanib）；治疗骨髓纤维化的Janus激酶1/2抑制剂鲁索利替尼（ruxolitinib）、组蛋白去乙酰化酶抑制剂帕比司他（panobinostat）和Janus激酶2/FMS样酪氨酸激酶3抑制剂帕克替尼（pacritinib）。

其他针对纤维化潜在靶点的小分子药物还处在各期临床试验阶段，例如核受体参与代谢异常和炎症通路活化，在纤维化的发生、发展中具有重要地位，主要包括法尼醇X受体（farnesoid X receptor，FXR）、过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）、甲状腺激素受体（thyroid hormone receptor，THR）等[26]。部分靶向核受体的药物包括FXR激动剂（如奥贝胆酸[27]），PPAR激动剂[如沙罗格列扎（saroglitazar）[28]、拉尼兰诺（lanifibranor）[29]]，THRβ激动剂[如瑞司美替罗（resmetirom）[30]]。

2.2 多肽类及单抗类药物

多肽类及单抗类药物都是氨基酸残基经肽键连接而成，前者有10~100个氨基酸残基，相对分子质量为500~10 000道尔顿，后者的相对分子质量则在150 000道尔顿左右。这类药物以高亲和力、高特异性结合细胞表面或分泌蛋白从而发挥治疗作用。

处于临床试验阶段的抗纤维化多肽类及单抗类药物丰富。比如一项临床试验显示，每日皮下注射0.4 mg胰高血糖素样肽1类似物索马鲁肽（semaglutide）可达到59%的非酒精性脂肪性肝炎缓解率不伴有纤维化恶化[31]；成纤维细胞生长因子19类似物奥达夫明（aldafermin）显著降低非酒精性脂肪性肝炎患者的绝对肝脏脂肪含量[32]；CTGF单克隆抗体潘瑞鲁单抗（pamrevlumab）显示可延缓特发性肺纤维化的疾病进程[33]。

2.3 小核苷酸药物

小核苷酸药物一般是由12~30个核苷酸组成的寡核苷酸，通过特异性靶向致病的核酸序列调控基因表达，从而达到治疗目的。目前，市场上的小核苷酸药物主要分为反义寡核苷酸（antisense nucleic acid，ASO）、小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）和核酸适配体。比起小分子药物和单抗类药物，小核苷酸药物具有研发周期短、药效持久、不易产生耐药性、治疗潜能大等优点。

小核苷酸药物的适应证逐渐向抗纤维化领域拓展，如科特拉尼（Cotsiranib）由分别靶向TGF-β1和环氧合酶2的mRNA的两种siRNA构成，应用于增生性瘢痕、原发性硬化性胆管炎等纤维化疾病；CDR132L是靶向miR-132的ASO，有望缓解心力衰竭患者的心肌重塑[34]。由于其不稳定性，有效的递送系统是小核苷酸药物成药的关键，主要有纳米颗粒、共轭连接、化学修饰、病毒载体等[35]。比如最近有一种递送靶向热休克蛋白47的siRNA的脂质纳米颗粒正处于Ⅱ期临床试验阶段，先前已在部分丙型肝炎病毒导致的肝硬化患者身上验证了安全性和有效性[36]。

2.4 间充质干细胞治疗

间充质干细胞（mesenchymal stromal cells，MSCs）广泛分布于全身多组织器官，是一群具备增殖分化能力的多能干细胞，在特定条件下可分化为脂肪细胞、软骨细胞、成骨细胞、肌成纤维细胞等，在组织修复、维持内稳态、免疫调节等过程中具有重要作用[37]。MSCs可来源于脐带、骨髓、脂肪组织、牙组织等[38]。不少Ⅱ期临床试验探索MSCs在肝纤维化和肺纤维化治疗上的应用，但大部分都收效甚微[39]。值得一提的是，脂肪来源的MSCs及其外泌体在病理性瘢痕治疗方面有着广阔的应用前景[40]。