NOX4是肺纖維化的潛在治療靶點

孫寶迪，聶時南

(南京軍區(qū) 南京總醫(yī)院 急救醫(yī)學(xué)科，江蘇 南京 210002)

短篇綜述

NOX4是肺纖維化的潛在治療靶點

孫寶迪，聶時南*

(南京軍區(qū) 南京總醫(yī)院 急救醫(yī)學(xué)科，江蘇 南京 210002)

肺纖維是一種高致死率的難治性疾病，TGF-β1可激活并上調(diào)NOX4 mRNA的表達(dá)，繼而誘導(dǎo)機體產(chǎn)生大量ROS，而ROS可進一步激活Smad，參與介導(dǎo)TGF-β1/Smad信號通路，最終促使肺纖維化的發(fā)生。而通過各種技術(shù)手段阻斷NOX4基因表達(dá)可干擾TGF-β1/Smad信號通路從而阻斷肺纖維化，所以NOX4可能是肺纖維化進程中最具有前景的治療靶點。

急性肺損傷；還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4；肺纖維化；氧自由基；轉(zhuǎn)化生子因子-β1

肺纖維化是一種目前具有難治性及高致死率的疾病，其最終可導(dǎo)致肺部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆性的病理變化，肺部無法進行正常血氣交換，最終導(dǎo)致患者呼吸衰竭而死亡。如患者發(fā)生肺纖維化，肺移植術(shù)是目前唯一有效的治療手段，一般患者確診后預(yù)期壽命只有2～6年。目前的研究發(fā)現(xiàn)肺纖維化的誘導(dǎo)因素很多，比如病毒感染、化學(xué)藥物、射線及有毒環(huán)境等原因，而且尚有原因不明的特發(fā)性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)[1]。肺纖維化的致病機理也很復(fù)雜，但目前有學(xué)者認(rèn)為肺組織損傷后的氧化還原反應(yīng)及隨后的組織修復(fù)機制是導(dǎo)致肺纖維化的主要致病機理[2]。還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NDAPH氧化酶，NOX)家族是參與組織損傷后氧化還原反應(yīng)的重要酶類，尤其是亞型NOX4，在急性肺損傷至纖維化的病理過程中具有重要作用[3]。本綜述總結(jié)NOX4在急性肺損傷致肺纖維化中的重要作用機制及其潛在治療前景。

1 NOX家族及其亞型NOX4

還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NDAPH氧化酶，NOX)是一類膜結(jié)合的多亞基復(fù)合酶，其主要作用是將電子從NADPH轉(zhuǎn)移給分子氧，從而產(chǎn)生超氧自由基及活性氧(reactive oxygen species，ROS)，NOX家族包括7個亞基，均具有一定的組織特異性，NOX4在腎及血管多見[4]。NOX的激活通常需要胞質(zhì)內(nèi)的亞基(P40PHOX、P47PHOX、P67PHOX、小Rho GTP酶、Rac1/Rac2)遷移并與膜結(jié)合的亞基P22PHOX以及NOX亞基結(jié)合，但NOX4的活化可能并不需要細(xì)胞質(zhì)內(nèi)亞基的存在[4]。NOX4由578個氨基酸構(gòu)成，人類NOX4基因位于第11號染色體q14.2-q21，與NOX2基因具有39%的同源性，基因長度為165 139 kb[5]。NOX4的表達(dá)細(xì)胞主要包括肺泡上皮細(xì)胞、纖維母細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、氣道平滑肌細(xì)胞[6]。

2 NOX4基因表達(dá)失活的動物模型

為了研究NOX4在細(xì)胞內(nèi)的具體功能，NOX4基因表達(dá)失活的動物模型的制作必不可少。目前已經(jīng)有多種技術(shù)可以使NOX4基因表達(dá)失活或者下調(diào)，主要包括小分子干擾RNA(siRNA)技術(shù)和基因剔除技術(shù)。siRNA是目前在各個領(lǐng)域都應(yīng)用廣泛的一種技術(shù)手段[7]，用針對滅活NOX4基因的siRNA試劑通過腹腔注射轉(zhuǎn)染實驗小鼠(50 μg/小鼠)，成功滅活小鼠NOX4基因，并阻斷了小鼠肺纖維化的發(fā)生[8]。同時滅活NOX4基因的轉(zhuǎn)基因小鼠也是一種減弱NOX4表達(dá)的常用技術(shù)，有研究發(fā)現(xiàn)剔除NOX4基因的轉(zhuǎn)基因小鼠可使小鼠心臟內(nèi)NOX4表達(dá)下降78%[9]。

3 TGF-β1上調(diào)NOX4表達(dá)

在肺損傷初期，包括TGF-β1在內(nèi)的大量炎性因子表達(dá)上調(diào)[10]，TGF-β1可誘導(dǎo)肌成纖維細(xì)胞分化、合成ECM 以及纖維母細(xì)胞，在此過程中NOX4是必不可少的成分[11]，所以TGF-β1在誘導(dǎo)肺纖維化過程中具有重要作用，其作用機制主要涉及氧化應(yīng)激反應(yīng)[12]，進一步的研究發(fā)現(xiàn)TGF-β1可刺激細(xì)胞表達(dá)NOX4 mRNA表達(dá)，利用外源性的TGF-β1刺激氣道平滑肌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)NOX4 mRNA的表達(dá)隨著濃度依賴方式增長，在24 h表達(dá)量達(dá)高峰，并維持48 h，而NOX4蛋白量則在TGF-β刺激48～96 h后出現(xiàn)增長[13]，也有研究表明在血管平滑肌細(xì)胞中，TGF-β在刺激細(xì)胞4 h后便可使NOX4 mRNA表達(dá)增加，并在24 h達(dá)到高峰[14]。NOX4基因缺陷的小鼠在肺泡上皮細(xì)胞暴露在TGF-β1之后并沒有產(chǎn)生ROS，提示NOX4可能是體內(nèi)產(chǎn)生ROS的唯一酶類，且TGF-β1在調(diào)節(jié)NOX4生成ROS的過程中具有很重要作用[15]。雖然目前的研究大多認(rèn)為NOX4主要位于細(xì)胞膜，但也有研究者認(rèn)為NOX4也可以表達(dá)于核膜，且發(fā)現(xiàn)TGF-β1是誘導(dǎo)非吞噬細(xì)胞性NOX4的強力誘導(dǎo)劑，且此過程主要發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及細(xì)胞核[16]，這與最近一項研究結(jié)論一致，即采用免疫熒光法檢測脂肪源性干細(xì)胞內(nèi)的NOX4，發(fā)現(xiàn)其主要存在于細(xì)胞核周圍[17]，這提示NOX4可能具有調(diào)節(jié)細(xì)胞周期及核蛋白合成的作用。

4 ROS介導(dǎo)NOX4的致肺纖維化作用

ROS在生理條件下可充當(dāng)信號因子的作用，而在病理條件下，ROS可通過信號傳導(dǎo)促發(fā)肺纖維化的發(fā)生，所以ROS在肺纖維化的形成中具有重要作用[18]，有研究認(rèn)為位于細(xì)胞核膜的NOX4產(chǎn)生的ROS可對細(xì)胞核內(nèi)DNA產(chǎn)生氧化損傷，并認(rèn)為NOX4對人類基因組具有不穩(wěn)定性[19]。ROS可促進纖溶酶原激活物抑制劑-1(plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1)的表達(dá)[11]，而PAI-1的過度表達(dá)可導(dǎo)致膠原在損傷的肺組織過度積累，ECM無法降解，最終導(dǎo)致肺纖維化的形成[20]。有研究者發(fā)現(xiàn)用博來霉素處理的野生型小鼠在3周后，其肺組織會出現(xiàn)廣泛纖維化，但在剔除NOX4基因的小鼠在相同的時間點卻沒有出現(xiàn)廣泛的肺纖維化，這就提示NOX4在肺纖維化的形成中有極為重要的作用，而且肺泡上皮細(xì)胞壞死可能是引起肺纖維化的初始步驟，而且此實驗也提出NOX4的作用可能是通過產(chǎn)生的ROS激活Smad2的磷酸化來發(fā)揮作用[15]。但目前臨床上所應(yīng)用的多種抗氧化劑在阻斷肺纖維化的治療中效果并不顯著，其原因可能是由于ROS與抗氧化劑的相互作用的失衡導(dǎo)致抗氧化劑效果不明確，所以有研究者認(rèn)為在肺纖維化的過程中，阻斷產(chǎn)生ROS的酶類-NOX可能是解決問題的關(guān)鍵，而NOX4可能是NOX家族中較好的治療靶點[18]。

5 NOX4通過TGF-β/smad信號通路致肺纖維化

NOX4可通過各種細(xì)胞信號通路導(dǎo)致肺纖維化的發(fā)生，其機制復(fù)雜且相互影響。目前研究比較明確的信號通路為TGF-β/smad信號通路，NOX4介導(dǎo)的肺纖維化過程是通過TGF-β/Smad2/3信號通路起作用的[21]。TGF-β1誘導(dǎo)NOX4表達(dá)受Smad3以及PI3K的影響[16]，Smad2在此過程中也具有重要作用，有研究表明在博來霉素制成的肺纖維化小鼠模型中，有NOX4基因缺陷的小鼠并沒有因為博來霉素而出現(xiàn)廣泛的纖維化，且Smad2磷酸化的程度也很低，此實驗提示在肺纖維化的形成中可能存在NOX4/ROS/Smad2信號通路[15]，且TGF-β1在此信號通路中具有重要作用，有研究發(fā)現(xiàn)在氣道平滑肌細(xì)胞裂解液中檢測TGF-β對Smad3的磷酸化時發(fā)現(xiàn)前者可強烈增加后者的磷酸化程度，且這種調(diào)節(jié)方式呈時間依賴性，即在刺激30min后達(dá)高峰，并維持24 h，而過度表達(dá)的Smad3可使NOX4 mRNA的表達(dá)增加，提示NOX4在TGF-β/Smad3信號通路中具有重要作用[13]。

6 小結(jié)

目前研究認(rèn)為NOX4在肺損傷致纖維化的過程中具有十分重要的作用。TGF-β1可在基因轉(zhuǎn)錄水平刺激NOX4 mRNA表達(dá)，而NOX4作為細(xì)胞主要產(chǎn)生ROS的酶類，可通過ROS進一步激活細(xì)胞內(nèi)多種信號通路，比如smad信號通路激活后可在基因水平調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化，對肺纖維化的形成具有至關(guān)重要的作用。鑒于目前應(yīng)用于臨床的針對ROS的抗氧化藥物尚不具有顯著的作用，所以尋找阻斷肺纖維化的新治療靶點十分迫切，而目前的研究顯示NOX4在肺纖維化的形成過程中至關(guān)重要，所以針對NOX4的抑制劑或抗體的研究前景廣泛，而且針對NOX4的特異性抑制劑或單克隆抗體也是目前研究難點所在。

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NOX4 is a potential therapeutic target against development of pulmonary fibrosis

SUN Bao-di, NIE Shi-nan*

(Dept. of Emergency, Nanjing General Hospital Military Command, Nanjing 210002, China)

Pulmonary fibrosis is a refractory disease with high mortality. The expression ofNOX4 mRNA can be activated and increased by TGF-beta1 which induces the production of a large number of ROS. ROS may further activate Smad which involved in mediating the signaling pathway of TGF-β1/Smad leading to the occurrence of pulmonary fibrosis. Blocking the expression of NOX4 gene may interfere the signaling pathway of TGF-β1/Smad which may block the progress of pulmonary fibrosis. Therefore NOX4 may be the most promising therapeutic target in the process of pulmonary fibrosis.

acute lung injury; NOX4; pulmonary fibrosis;ROS; TGF-β1

2013-01-07

2013-05-02

南京軍區(qū)南京總醫(yī)院青年基金(2011029)

*通信作者(correspondingauthor)： shn_nie@sina.com

1001-6325(2014)01-0130-04

R 318.13

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