肺間質(zhì)纖維基質(zhì)重建與肺纖維化的研究進(jìn)展

孫旭明 何振華 陳林

Kogan等[1]研究了IPF的肺組織重建機制。發(fā)現(xiàn)肺組織重構(gòu)與肺纖維化的發(fā)生是一個復(fù)雜的過程，參與的因素較多，如細(xì)胞因子，細(xì)胞間基質(zhì)的改變，纖維細(xì)胞的增殖等。肺纖維化階段主要表現(xiàn)為基質(zhì)重建即肺成纖維細(xì)胞異常增殖，ECM的過度沉積。由肺纖維化的早期損傷降解階段發(fā)展而來?，F(xiàn)階段肺間質(zhì)纖維基質(zhì)重建以成纖維細(xì)胞、膠原、MMP/TIMP、TGF-β的作用最受人們重視。

1 成纖維細(xì)胞與基質(zhì)重建和肺纖維化的關(guān)系

肺成纖維細(xì)胞(fibro-blast，LF)是肺纖維化發(fā)展過程中合成和分泌細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellular medium，ECM)的主要效應(yīng)細(xì)胞。其過度增生及合成膠原增多為纖維化期的主要特征。LF在肺纖維化過程中有著重要的作用。LF幾乎能合成全部有ECM降解活性的基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)及其抑制劑(TIMPs)。新的觀點認(rèn)為，在IPF的發(fā)病最初就有成纖維細(xì)胞灶的形成，伴或不伴間質(zhì)性炎癥，最終形成肺纖維化[2]。成纖維細(xì)胞灶主要由成肌纖維細(xì)胞(Myofibroblasts)構(gòu)成，后者是肺纖維化發(fā)病和進(jìn)展過程中細(xì)胞外基質(zhì)的主要來源，兼具成纖維細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的性質(zhì)。各種原因通過不同的方式和途徑作用于肺成肌纖維細(xì)胞，形成肺纖維化。LF主要是通過自身的異常轉(zhuǎn)型增殖形成肺的成纖維灶和大量分泌ECM，介導(dǎo)ECM的大量沉積并逐漸取代正常的肺細(xì)胞組織，引起肺部結(jié)構(gòu)的異常重塑。肺纖維化過程中，眾多細(xì)胞因子對FB的增殖轉(zhuǎn)型起著重要的調(diào)控作用。其中TGF-β1是促進(jìn)成纖維細(xì)胞(myofibroblast，MB)激活向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因子[3]。Smads通路是成纖維細(xì)胞-肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化的主要通路。在多種細(xì)胞因子及自身還可以通過作用于一些其他的細(xì)胞或刺激自身共同作用下，LF轉(zhuǎn)型分化為MB，大量分泌ECM，同時由于MMPs/TIMPS系統(tǒng)平衡被破壞，導(dǎo)致ECM異常聚集。成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞合成并且釋放大量各型膠原。如肺內(nèi)Fb合成Ⅳ型膠原可能是通過TGF-β1/Smad依賴的信號途徑實現(xiàn)的[4]。并通過下調(diào)MMPs(Matrix met alloproteinase，MMPs)和上調(diào)組織金屬蛋白酶抑制物(Tissue inhibitor ofmet alloproteinases，TIMPs)抑制膠原降解。Ⅳ型膠原的反復(fù)產(chǎn)生和降解在肺纖維化啟動過程中發(fā)揮重要的作用[5]。

2 TGF-β與基質(zhì)重建和肺纖維化關(guān)系

2.1 TGF-β與肺纖維化4在TGF-β家族中參與纖維化的主要是TGF-β1。TGF-β1是目前已知的對膠原合成最直接和有效的刺激劑，被認(rèn)為是致纖維化的關(guān)鍵性細(xì)胞因子[6]。肺內(nèi)高濃度TGF-β1會導(dǎo)致肺組織細(xì)胞外基質(zhì)沉積顯著增加[7]。而其從細(xì)胞膜到細(xì)胞核的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是由Smad蛋白所介導(dǎo)的。

TGF-β1致肺纖維化機制主要包括：①大量資料證明TGF-β1/smad3途徑導(dǎo)致纖維化，給予smad3敲除的大鼠注射活性TGF-β1因子，由于阻礙了TGF-β1誘導(dǎo)基質(zhì)基因、組織蛋白酶抑制劑(TIMP-1)的表達(dá)，從而阻礙基質(zhì)積聚，不會促進(jìn)瘢痕形成和纖維化發(fā)生[7]。反之，未敲除smad3的大鼠出現(xiàn)明顯肺纖維化。Smad3在炎癥向慢性纖維化進(jìn)展中發(fā)揮了重要作用[12]，在炎癥的早期階段和修復(fù)階段是下調(diào)的，而在膠原表達(dá)階段是上調(diào)的。②在嚙齒動物的實驗?zāi)Ｐ椭蠺GF-β1的過分表達(dá)可以導(dǎo)致蛋白酶抑制因子，例如金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)、纖溶酶原激活物抑制物-1(PAI-1)的調(diào)節(jié)，最終導(dǎo)致基質(zhì)的異常積聚和纖維形成。③TGF-β1對ECM生成和沉積有強有力的調(diào)節(jié)作用，它能調(diào)節(jié)平滑肌細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞從而產(chǎn)生ECM，并且能夠刺激肺成纖維細(xì)胞有絲分裂及ECM的合成和沉積，調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附和細(xì)胞之間的相互作用，而ECM對細(xì)胞的增殖和分化也具有控制作用，并且TGF-β1可能是通過ECM實現(xiàn)其對細(xì)胞的雙向調(diào)節(jié)。因此，TGF-β1可增強膠原合成、促進(jìn)FB向肌成纖維細(xì)胞(myofibroblast，MF)轉(zhuǎn)化導(dǎo)致ECM合成和沉積，共同誘導(dǎo)肺纖維化發(fā)生。

研究表明[8]，其致纖維化的作用即促進(jìn)膠原基因轉(zhuǎn)錄的分子機制與Smad家族的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。Smad基因編碼的蛋白都是TGF-β家族的特異性細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子。此外，TGF-β1還通過介導(dǎo)的ERK通路：絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen activated protein kinase MAPK)家族ERK1/2信號通路密切相關(guān)，兩者共同調(diào)控相應(yīng)的靶分子轉(zhuǎn)錄而致肺纖維化。

2.2 TGF-β1調(diào)節(jié)MMP/TIMP MMPs和TIMPs基因表達(dá)是受多種細(xì)胞因子、生長因子等的調(diào)控，如TNF-α可以誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞MMP-9和膠原酶表達(dá)，TGF-β在轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)MMP-2和 TIMP-1，但對 MMP-1、-3和 TIMP-2表達(dá)則具有下調(diào)作用。正常細(xì)胞外基質(zhì)的代謝有賴MMPs/TIMPs系統(tǒng)的平衡，已有研究證實，TGF-β1通過調(diào)節(jié)MMP/TIMP在IPF中起重要作用。TGF-β能顯著增加成纖維細(xì)胞和角質(zhì)細(xì)胞的MMP-2、MMP-9的表達(dá)同時下調(diào)TIMP-2的表達(dá)，可能在肺纖維化的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用。

楊沖禹等[9]研究觀察了 TGF-β1轉(zhuǎn)基因小鼠肺組織中TGF-β1表達(dá)及其對 MMPs/TIMPs系統(tǒng)活性的影響，以及MMPs/TIMPs系統(tǒng)表達(dá)紊亂與肺纖維化發(fā)生的相關(guān)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因小鼠肺組織內(nèi)高水平TGF-β1蛋白抑制了MMP-9表達(dá)，對MMP-2、MMP-3和MMP-13表達(dá)無顯著影響，顯著增加TIMP-1、TIMP-2和，TIMP-3表達(dá)。Liu等[10]亦研究表明：TGF-β1能夠調(diào)節(jié)MMP-9和TIMPs的表達(dá)，而且這種調(diào)節(jié)作用具有顯著的細(xì)胞/組織特異性。如在人肺來源的成纖維細(xì)胞中，TGF-β1能夠經(jīng)Smad7信號通路抑制 MMP-9的表達(dá)。可見，肺內(nèi)高濃度的 TGF-β1通過抑制MMP-9表達(dá)，及增加TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3 表達(dá)，使 MMPs/TIMPs平衡向 TIMPs傾斜，導(dǎo)致肺組織中出現(xiàn)一個降解低下的微環(huán)境，減少細(xì)胞外基質(zhì)降解，增加膠原、纖粘蛋白和彈性蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)沉積，導(dǎo)致肺纖維化的產(chǎn)生。

3 MMPs/TIMPs與基質(zhì)重建和肺纖維化的關(guān)系

近年研究表明，MMP和TIMP局部表達(dá)失衡，可在肺部產(chǎn)生不利于 ECM的降解，導(dǎo)致肺泡間質(zhì) ECM過度沉積[11]。MMPs/TIMPs比例平衡一旦在調(diào)控基質(zhì)重塑過程中遭到破壞，就會導(dǎo)致肺纖維化，此觀點在一些研究中己得到部分證實。MMPs/TIMPs系統(tǒng)對細(xì)胞外基質(zhì)重建具有重要的調(diào)控作用?；|(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)是分解細(xì)胞外基質(zhì)的主要酶類，基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制物(TIMPS)則特異性的抑制MMPs對ECM的分解作用。MMPs/TIMPS系統(tǒng)是控制ECM代謝平衡的關(guān)鍵系統(tǒng)。

MMPs及TIMPs在肺纖維化形成過程中的作用比較復(fù)雜。在不同原因及不同時期的肺纖維化時，MMPs及TIMPs活性和表達(dá)形式可能不同。在肺纖維化形成早期以炎性損傷為主，MMPs和TIMPs呈同步升高。早期MMPs主要產(chǎn)生肺損傷作用。在肺纖維化階段主表現(xiàn)為基質(zhì)重建，MMPs的活性可隨病情發(fā)展逐漸降低;TIMPs作用也上調(diào)，可抑制MMPs的活性。MMPs/TIMPs的失衡，減少ECM的降解，從而引起ECM積聚和沉積，發(fā)展為肺纖維化。

章巍等[12]在博來霉素誘導(dǎo)肺纖維化形成過程中，發(fā)現(xiàn)早期肺組織的病理學(xué)變化以肺泡炎癥為主，肺組織內(nèi)MMP-2/9活性增高;后期以纖維化為主，肺組織基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑-1/2(TIMP-1/2)表達(dá)明顯增加，MMP-2/9活性則有所下降。MMP-9和TIMP-1參與了肺纖維化中肺組織的重構(gòu)，尤其在特發(fā)性肺纖維化發(fā)病過程中。研究亦表明肺損傷的早期MMP活性增強，破壞了細(xì)胞的基質(zhì);其TIMP相應(yīng)增加，TIMP在肺纖維化期活性增強，抑制了肺組織正常的修復(fù)和膠原的降解，導(dǎo)致間質(zhì)纖維化發(fā)生。在肺纖維化形成過程中，MMP在早期的損傷階段參與了ECM和基底膜的降解，在后期的修復(fù)階段對肺組織結(jié)構(gòu)的重塑起重要的調(diào)節(jié)作用?？梢姡缙贛MP/TIMP比值升高及后期MMP/TIMP比值的降低均可促進(jìn)纖維化的形成。這提示MMP/TIMP比例失衡在肺纖維化形成中具有重要作用。

許多MMPs的成員與肺纖維化的發(fā)生和發(fā)展有密切關(guān)系，如MMP-7被發(fā)現(xiàn)是肺纖維化發(fā)生的重要因素之一。MMP1在炎性損傷階段表達(dá)是可能是增高的，而在肺纖維化修復(fù)階段基質(zhì)重建過程中的活性是降低的，而MMP7在基質(zhì)重塑中活性是增高的。Zhou等[13]研究了IPF和結(jié)節(jié)病患者血清和支氣管肺泡灌洗液(BALF)中MMP-1和MMP-7的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)。肺纖維化早期MMP-1高于健康對照組，亞臨床肺間質(zhì)性疾病患者的血清和BALF種MMP-7高于健康對照組，肺纖維化階段MMP-7含量則更高。因此，推斷MMP-1主要在早期肺纖維化炎性細(xì)胞浸潤階段升高。然而MMP-7在肺纖維化階段基質(zhì)重建中高于炎癥細(xì)胞階段。且MMP-7可能為IPF臨床嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志。當(dāng)然，判斷IPF的嚴(yán)重程度，還需結(jié)合患者的臨床特征。

除了MMP-7之外，還有多種已被發(fā)現(xiàn)的MMP成員，通過與MMP-7相似的機制參與組織的重構(gòu)，在肺纖維化中有重要的作用。

綜上所述。MMPs/TIMPs在肺纖維化過程中發(fā)揮重要作用，某些具體作用機制還有待進(jìn)一步研究。近年研究認(rèn)為抑制損傷階段MMPs的過度表達(dá)、纖維化期TIMPs的過度產(chǎn)生，將是阻止纖維化基質(zhì)重建的重要途徑之一，有望為肺間質(zhì)纖維化治療提供新的思路。

肺纖維化是一種慢性進(jìn)行性疾病，其病因復(fù)雜、發(fā)病機理尚不十分清楚，其發(fā)病機制的許多環(huán)節(jié)還未完全明確，總而言之，肺組織重構(gòu)和肺纖維化并不是兩個分開的過程，都有大量的細(xì)胞因子和眾多的因素參與進(jìn)來。目前人們?yōu)榱丝刂品谓M織的重構(gòu)和對抗肺纖維化的發(fā)生，采取了多種措施，但還沒有理想的治療方法。進(jìn)一步研究肺組織重構(gòu)和肺纖維化的發(fā)生機制，將會為臨床提供更好的治療和預(yù)防肺纖維化的方法，意義深遠(yuǎn)。

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