循環(huán)纖維細胞在CTEPH 肺動脈內(nèi)膜纖維化中的作用

王文鋒 鄧朝勝

福建醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學科,福州350005

盡管醫(yī)療衛(wèi)生技術(shù)在過去幾十年間有了長足的進步,纖維化相關(guān)疾病所造成的死亡在所有死亡原因中仍占很高的比例。除了常見的器官纖維化疾病諸如肺纖維化、肝纖維化、腎纖維化等,纖維化作為一種病理表現(xiàn),廣泛參與了各種疾病的發(fā)生發(fā)展。例如,肺動脈內(nèi)膜纖維化是慢性血栓栓塞性肺動脈高壓 (chronic thromboembolic pulmonary hypertension,CTEPH)患者肺動脈狹窄、肺血管阻力增加、肺動脈壓力上升的重要原因,但其具體機制尚不明確。纖維化中的效應(yīng)細胞——肌成纖維細胞的細胞來源一直是眾多研究者重點關(guān)注的內(nèi)容。近年來,循環(huán)纖維細胞作為一種纖維化病灶中肌成纖維細胞的來源參與纖維化而備受關(guān)注,并已發(fā)現(xiàn)可抑制該細胞分化的蛋白質(zhì),該細胞可能成為CTEPH 新的治療靶標。

1 循環(huán)纖維細胞來源于白細胞群體中的單核細胞系

早在150多年前就有人在外周血中發(fā)現(xiàn)了肌成纖維細胞樣細胞群的存在,直到1994年,Bucala等[1]首次將其定義為纖維細胞 (fibrocyte,FC),循環(huán)纖維細胞才擁有了正式的命名。FC是一種具有分化為肌成纖維細胞潛能的白細胞群體,這群細胞可表達膠原蛋白Ⅰ、波形蛋白、CD34以及白細胞標志CD45、CD68、CD11b等表面標記,并可特異地進入損傷組織,隨著分化成熟逐漸表達α-平滑肌肌動蛋白 (α-smooth muscle actin,α-SMA),產(chǎn)生膠原纖維。多個研究表明,FC 是從CD14 陽性的人單核細胞或Gr-1陽性的小鼠單核細胞亞群發(fā)育而來。它們既具有巨噬細胞的炎性特征,又具有肌成纖維細胞的組織重塑特性,其表型可能取決于局部微環(huán)境。FC除了產(chǎn)生膠原纖維等細胞外基質(zhì),還可分泌高水平血管內(nèi)皮生長因子、血小板源性生長因子、肝細胞生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子、堿性成纖維細胞生長因子、IL-8和IL-1β等[2-5],這些因子均參與了組織纖維化的調(diào)控。因此,FC是纖維化過程的重要參與者,過多的FC可促進纖維化進程。

2 FC廣泛參與纖維化疾病和血栓機化過程

在定義FC 之后的20多年時間,對FC 研究的深度和廣度得到了極大的擴展。組織損傷修復通常需要肌成纖維細胞的參與,Bucala等[1]發(fā)現(xiàn)FC 從血液快速進入皮下植入的傷口內(nèi),并且存在于結(jié)締組織瘢痕中。還有研究表明,FC參與腎臟[3]、心臟[6]和肺臟[7]纖維化,甚至還參與了氣道重塑[8]。對于CTEPH,更重要的是,FC 還參與了血管的重塑和血栓的機化過程。

FC在血管外膜重塑的重要作用已經(jīng)在新生小牛和慢性缺氧誘導的肺動脈高壓大鼠模型中觀察到,使用氯膦酸脂質(zhì)體或氯化釓選擇性耗盡這種單核細胞群,可減輕肺血管外膜重塑[9]。發(fā)表在 《歐洲呼吸雜志》中的文章進一步支持了這個結(jié)論,他們發(fā)現(xiàn)FC 在慢性缺氧性肺動脈高壓動物模型的肺動脈中積累[10],并導致了血管外膜的重塑。此外,在血栓機化過程中,也可以看到FC 的身影。Rao等[11]在腹主動脈瘤患者手術(shù)切除標本的機化血栓中發(fā)現(xiàn)了層狀膠原纖維以及同時表達CD68和α-SMA 的細胞。這一結(jié)果與在大鼠下腔靜脈結(jié)扎血栓模型中觀察到的現(xiàn)象相吻合。在該模型中,隨著血栓形成時間的延長,FC 數(shù)量逐漸上升,在14 d時達到高峰,之后開始下降[12]。FC 數(shù)量的下降可能是因為FC 成熟后丟失原有的標記,導致能被檢測到的FC數(shù)量減少[13]。最重要的是,FC還參與了血管內(nèi)膜增生。血管成形術(shù)后再狹窄的主要機制是新生內(nèi)膜形成,而新生內(nèi)膜細胞的確切來源仍不確定。He等[14]在同種異體球囊損傷的頸總動脈移植后14 d,發(fā)現(xiàn)α-SMA 陽性細胞和CD68陽性的FC在移植后的新生內(nèi)膜中清晰可見,這種細胞也被認為是FC。而在綿羊頸動脈人工貼片移植物模型中,體外以羧基熒光素二乙酸酯琥珀酰亞胺酯標記并回輸體內(nèi)的的循環(huán)白細胞在整個移植物以及新生內(nèi)膜中被觀察到,并且這些細胞表達FC特異性標記[15]。這些實驗證明,FC不僅參與各種纖維化疾病,還參與包括外膜和內(nèi)膜在內(nèi)的血管壁重塑。

CTEPH 是一種肺動脈內(nèi)血栓慢性化導致血管重塑和堵塞、肺動脈壓力進行性升高的惡性肺血管疾病。CTEPH通常被認為是急性肺栓塞的晚期并發(fā)癥,常發(fā)生于急性肺栓塞后的2 年之內(nèi)。目前認為,CTEPH 以急性肺栓塞為始發(fā)事件,在血栓不溶的基礎(chǔ)上發(fā)生內(nèi)膜的重塑、遠端小血管病變、原位血栓的形成、血管形成障礙和血管腔細胞外基質(zhì)堆積等一系列事件,導致血管腔狹窄甚至閉塞,肺血管阻力顯著升高,肺動脈壓力因此進行性升高。右心室在長期高負荷狀態(tài)下,逐漸發(fā)生重塑,最終可致右心衰竭甚至死亡[16]。

目前,CTEPH 發(fā)生發(fā)展的確切機制仍不明了。最初認為血栓堵塞大血管在其中起著至關(guān)重要的作用,但血栓堵塞血管理論不足以解釋某些特殊的現(xiàn)象。例如,CTEPH患者中,只有約33%～75%的病例有急性肺栓塞或者深靜脈血栓形成史[17]。部分患者可能曾患有無癥狀性肺栓塞或深靜脈血栓形成或許可以解釋這個現(xiàn)象,但影像學檢查發(fā)現(xiàn),1/3～2/3的急性肺栓塞患者在經(jīng)過充分抗凝治療之后的數(shù)月甚至數(shù)年內(nèi)依然存在肺動脈充盈缺損[18]。然而急性肺栓塞幸存者中只有0.5% ～9% 的患者最終發(fā)展為CTEPH[16],部分急性肺栓塞患者經(jīng)過抗凝治療后血栓不溶卻沒有發(fā)生CTEPH。此外,諸多重復栓塞動物肺動脈的模型均難以真正模擬CTEPH 的病理生理特征。所以,CTEPH 的發(fā)生機制遠不只為不溶血栓堵塞肺動脈導致肺血管阻力升高,繼發(fā)于血栓之后的血管病變可能更為重要。

3 內(nèi)膜纖維化是CTEPH 管腔狹窄的重要原因

CTEPH 患者的肺動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)后標本的組織病理學研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)膜中存在大量膠原纖維沉積[19],血栓近端和遠端內(nèi)膜組織滿布梭形α-SMA 陽性的肌成纖維細胞[20-22],內(nèi)膜因此而增厚,管腔逐漸狹窄。肌成纖維細胞是組織修復及纖維化機制中產(chǎn)生膠原纖維的主要效應(yīng)細胞[23],它的激活是對損傷愈合的高度保守和固定的反應(yīng)[24-25]。血栓形成后,若不能及時溶解,機體將啟動再通過程,但CTEPH 患者肺動脈血栓血管形成障礙,再通無法完成。隨后,血栓內(nèi)膠原纖維不斷沉積,血栓逐漸機化,這其中需要肌成纖維細胞的參與。在傷口正常愈合修復情況下,肌成纖維細胞通過凋亡來實現(xiàn)自身清除,以避免產(chǎn)生過多的膠原纖維而影響組織器官功能[26]。而在CTEPH肺動脈內(nèi)膜中,肌成纖維細胞持續(xù)存在,并且這種細胞還呈現(xiàn)出高增殖活性和凋亡抗性[27],這可能是內(nèi)膜發(fā)生纖維化的癥結(jié)所在。

肌成纖維細胞可由多種細胞轉(zhuǎn)化而來,包括內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、間充質(zhì)干細胞和循環(huán)纖維細胞等[28]。研究表明,肺動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)后內(nèi)膜標本中的α-SMA 陽性細胞不表達內(nèi)皮細胞標志 (如CD31、Ⅷ因子)和平滑肌細胞標志(如結(jié)蛋白)[22,27],因此,推測這些細胞可能主要不是由內(nèi)皮細胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)化或平滑肌細胞遷移而來。如上所述,單核細胞發(fā)育而來的FC 在纖維化疾病和血管重塑中的作用日益受到關(guān)注,而這種細胞主要存在于血液循環(huán)中,極有可能參與了血栓和CTEPH 肺動脈內(nèi)膜的纖維化。

一項CTEPH 剝脫組織病理研究表明,近端增生的內(nèi)膜中存在CD34和α-SMA 雙陽性的細胞,如上所述,這種表面標記組合常見于FC。但同時該文獻也指出,盡管在內(nèi)膜中存在單獨表達CD45和膠原蛋白Ⅰ的細胞,然而未發(fā)現(xiàn)同時表達這2種標記的細胞[29],這可能是因為FC 成熟后丟失CD34 和CD45 標記[13]。而在另一項研究中,CTEPH 肺動脈中組織化血栓的區(qū)域發(fā)現(xiàn)大量CD68陽性細胞存在,遺憾的是,這些細胞是否有部分轉(zhuǎn)化成FC 不得而知[30]。已知的是,CTEPH 肺動脈內(nèi)膜剝脫組織中TGF-β受體及其下游信號分子,如Smad等明顯上調(diào),提示內(nèi)膜中TGF-β 過度激活,且內(nèi)膜中纖維化明顯[31]。而TGF-β是單核細胞向FC 分化目前已知的最重要的刺激因子,同時自身也可分泌TGF-β[2]。另有研究表明,與急性肺栓塞患者相比,CTEPH 患者的骨橋蛋白血漿濃度更高,且骨橋蛋白主要存在于CTEPH 內(nèi)膜剝脫組織纖維化的區(qū)域[32]。而FC被報道可通過分泌骨橋蛋白促進肺癌細胞表現(xiàn)出干細胞特性[33]。此外,正常人外周血中也有FC 的存在,但比例很低,僅占有核細胞的0.1%～0.5%[1]。當機體出現(xiàn)損傷或慢性炎癥時,其比例增高,α-SMA 表達上升,膠原纖維產(chǎn)量也上升。心臟纖維化病變患者外周血中FC總數(shù)升高,表達α-SMA 的活化型FC 比例增高[34],而在與CTEPH 有著類似內(nèi)膜纖維化病變的第一大類肺動脈高壓患者外周血中也觀察到FC 數(shù)量升高[35]。這些研究提示,CTEPH 患者長期不溶的血栓和不斷形成的原位血栓有可能造成慢性炎癥,促使單核細胞向FC 分化,抑制FC分化可能對CTEPH 肺動脈內(nèi)膜纖維化防治有一定功效。研究發(fā)現(xiàn),尼達尼布通過抑制FC 活性在肺纖維化治療中發(fā)揮抗纖維化功效[36],而吡非尼酮通過減弱體內(nèi)CCL2和CCL12的產(chǎn)生而減弱了博來霉素處理的小鼠肺中FC 池的大小,并且吡非尼酮在體外抑制了FC的遷移[37]。抑制FC被認為是吡非尼酮抗纖維化作用的機制。遺憾的是,吡非尼酮和尼達尼布不能理想地阻止纖維化的進展。

4 展望

綜上所述,CTEPH 治療困難,其發(fā)生發(fā)展與肺動脈內(nèi)膜纖維化密切相關(guān),而目前肺動脈內(nèi)膜纖維化的研究資料少。了解介導內(nèi)膜纖維化的主要效應(yīng)細胞對于防治內(nèi)膜纖維化意義重大,FC在多種纖維化疾病中發(fā)揮舉足輕重的作用,但FC在CTEPH 發(fā)生過程中發(fā)揮的作用及機制尚未明確?，F(xiàn)有的一些藥物不能理想地阻止纖維化的進展,更有效的纖維化防治手段有待開發(fā)。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突