肺毒性藥物誘導(dǎo)肺泡上皮細胞損傷作用的研究進展

賀海彪 魏 萍 孫兆艷 劉冊家

（1.鄒城市疾病預(yù)防控制中心，山東 濟寧， 273500；2.鄒城市太平鎮(zhèn)衛(wèi)生院，山東 濟寧， 273500；3.山東宏濟堂制藥集團股份有限公司，山東 濟南， 250103）

1藥物的肺毒性是臨床化療藥物、抗心律失常藥、抗驚厥藥常見的不良反應(yīng)，它是由藥物引起的氣管、支氣管、肺泡等肺部損傷的一組疾病，主要累及肺間質(zhì)，病情變化可短期進展至呼吸衰竭或急性呼吸窘迫綜合征，也可緩慢進展合并肺纖維化而影響肺功能；肺纖維化是肺損傷的終末期表現(xiàn)，而肺纖維化往往起始于肺泡損傷。肺泡上皮損傷是肺部疾病進展的重要驅(qū)動因素。肺泡上皮細胞損傷的機制主要包括肺泡上皮細胞衰老、上皮往間質(zhì)轉(zhuǎn)化、自噬、凋亡等。Ⅱ型肺泡上皮細胞（AECⅡ）衰老在肺纖維化患者和肺纖維化動物模型中均被觀察到，衰老的AECⅡ會分泌衰老相關(guān)分泌表型（SASP）、轉(zhuǎn)化生長因子、表皮生長因子等細胞因子，能促進肺成纖維細胞的異常激活及肺纖維化的發(fā)生發(fā)展。上皮往間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）也是導(dǎo)致肺纖維化的重要機制之一，藥物刺激上皮細胞向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化，促進肺纖維化的進展。在活躍的纖維化發(fā)生區(qū)域，存在凋亡的AECⅡ，凋亡可能是上皮損傷的最初反應(yīng)之一。

本研究將主要介紹幾種常見的導(dǎo)致肺毒性的藥物及其對肺泡上皮細胞的損傷機制。

1 導(dǎo)致肺毒性的藥物

1.1 博來霉素

博來霉素（Bleomycin，BLM）是在20世紀60年代從輪絲鏈霉菌中分離得到，用于多種實體瘤的治療。1973年首次報道博來霉素治療后出現(xiàn)肺毒性，這種毒性通常表現(xiàn)為肺纖維化。雖然關(guān)于博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化發(fā)生頻率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)各不相同，但是博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型，由于其能夠復(fù)制特發(fā)性肺纖維化和其他間質(zhì)性肺病的纖維化特征最明確，可重復(fù)性和易用性良好，目前仍是使用最廣泛的肺纖維化動物模型。

博來霉素水解酶能使博來霉素在體內(nèi)失活，但是在肺中博來霉素水解酶的活性非常低，導(dǎo)致肺部容易受到博來霉素的毒性影響，產(chǎn)生不良反應(yīng)。在對博來霉素誘導(dǎo)肺纖維化患者肺部尸檢報告顯示，死者Ⅰ型肺泡上皮細胞（AECI）丟失，血管內(nèi)皮細胞損傷，AECⅡ增生，肺泡免疫細胞浸潤，肺泡內(nèi)能看見明顯的膠原沉積，間質(zhì)性水腫，以及彌漫性肺泡和胸膜下纖維化。

細胞衰老是不可逆的生長停滯狀態(tài)，衰老細胞會出現(xiàn)明顯的形態(tài)和生化變化。K.Aoshiba等用博來霉素（5 mg·kg）處理大鼠后，原代Ⅱ型肺泡上皮細胞表現(xiàn)出明顯的衰老特征。Jiang等報道用博來霉素（50 mU/mL）處理的AECⅡ細胞作為肺纖維化的模型，大鼠Ⅱ型肺泡細胞（L2）的纖溶酶原激活物抑制劑1（PAI-1）和細胞衰老標志物表達水平都上升；而PAI-1 siRNA/shRNA和PAI-1抑制劑TM5275能下調(diào)博來霉素誘導(dǎo)的L2細胞衰老；其研究表明，PAI-1至少部分通過增加p53表達和激活p53-p21-Rb細胞周期阻抑途徑來誘導(dǎo)AECⅡ細胞衰老。在肺纖維化患者肺組織中能觀察到明顯的衰老特征。衰老細胞通過分泌SASP對相鄰細胞產(chǎn)生作用，最終促進功能性肺退化。

EMT也被認為是導(dǎo)致肺泡損傷的原因之一。Zhang等在研究博來霉素（5 mg·kg）誘導(dǎo)的肺纖維化模型中發(fā)現(xiàn)，絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（PIM1）在纖維化肺組織中持續(xù)上調(diào)；PIM1特異性抑制劑SMI-4a對博來霉素誘導(dǎo)的肺毒性具有保護作用，抑制羥脯氨酸沉積并逆轉(zhuǎn)EMT過程，從而減緩博來霉素導(dǎo)致的肺纖維化；同時研究發(fā)現(xiàn)博來霉素誘導(dǎo)的上皮型鈣黏附蛋白（E-Cadherin）的表達變化是PIM1通過依賴性地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子ZEB1的活性實現(xiàn)的。有研究表明，在博來霉素（50～300 μg/mL）誘導(dǎo)的A549細胞EMT過程中，CXC趨化因子配體16（CXCL16）及其受體CXCR6顯著上調(diào)，博來霉素誘導(dǎo)CXCL16通過TGF-β1/Smad3途徑調(diào)節(jié)A549細胞的EMT。在博來霉素（0.4 μM）誘導(dǎo)RLE/Abca3細胞EMT樣的形態(tài)變化中，發(fā)現(xiàn)磷酸化Smad2和Slug mRNA的表達水平增加，并且β-連環(huán)蛋白（β-catenin）的核轉(zhuǎn)運增強，說明博來霉素通過Smad2和β-catenin信號通路在RLE/Abca3細胞中誘導(dǎo)了EMT。

自噬也參與到肺毒性藥物誘導(dǎo)的肺泡上皮細胞損傷的過程。據(jù)報道，在特發(fā)性肺纖維化（IPF）患者中自噬標記蛋白（LC3-Ⅱ）表達降低，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）被激活，自噬下調(diào)。博來霉素導(dǎo)致的小鼠肺纖維化模型，使用mTOR抑制劑—雷帕霉素能有效減少肺纖維化的發(fā)展；mTOR抑制劑雷帕霉素可以使纖維化實驗?zāi)Ｐ徒M自噬上調(diào)。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，IPF患者肺中上皮細胞特別是Ⅱ型肺泡細胞中線粒體的變形和功能異常，在蜂窩和致密纖維化區(qū)域的AECIIs中，線粒體含量較高，纖維化患者的AECⅡs中PINK1表達水平下降。博來霉素處理L2細胞激活mTOR/PGC-1通路，線粒體蛋白增加，線粒體DNA比基因組DNA比例增加，使線粒體生物合成增加，同時也會激活線粒體自噬，增加PARKIN、PINK1的蛋白表達水平，而用雷帕霉素抑制mTORC1/PGC-1信號通路，能顯著減少博來霉素通過誘導(dǎo)L2細胞衰老導(dǎo)致的線粒體合成增加，從而減少肺毒性的發(fā)生。

1.2 絲裂霉素

絲裂霉素（Mitomycin C，MMC）常用于乳腺癌、胃癌、肺癌等多種實體瘤的放療，其主要不良反應(yīng)有骨髓抑制作用，另一種不良反應(yīng)是肺毒性。臨床上，關(guān)于絲裂霉素肺毒性病例報道中，發(fā)生率最高的是間質(zhì)性肺炎，其終末期表現(xiàn)為肺纖維化。

絲裂霉素相關(guān)的纖維化與博來霉素引起的纖維化病理特征非常相似，發(fā)生肺泡內(nèi)單核發(fā)炎，Ⅱ型肺泡細胞增生和間質(zhì)增厚，膠原沉積。用絲裂霉素（1 μg/mL）處理小鼠 NIH-3T3 細胞后，表現(xiàn)出顯著的細胞增殖停滯現(xiàn)象，出現(xiàn)明顯的衰老特征，SASP的分泌增加。較高濃度的絲裂霉素會降低細胞的增殖潛能，使其在細胞周期的S期停滯，隨后導(dǎo)致凋亡。在絲裂霉素（3 mg·kg·周）處理的小鼠肺組織中，能看到明顯的肺泡壁增厚，膠原沉積，以及纖維化關(guān)聯(lián)基因Slug、MMP2、Twist、TGF-β1轉(zhuǎn)錄和翻譯水平的上調(diào)；同時絲裂霉素可通過TGF-β1/Smad3/snail通路誘導(dǎo)肺微血管內(nèi)皮細胞的EndoMT，以上表明絲裂霉素處理會導(dǎo)致肺纖維化的發(fā)生。

1.3 甲氨蝶呤

甲氨蝶呤（Methotrexate，MTX）是一種抗葉酸類抗腫瘤藥物，臨床上主要用于治療急性白血病、絨毛膜癌、牛皮癬等。甲氨蝶呤治療后的不良反應(yīng)包括血液系統(tǒng)的損傷、肝毒性、肺毒性，其他還包括胃腸道反應(yīng)、頭暈乏力等。類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者用甲氨蝶呤治療后，肺毒性的發(fā)生頻率比腎毒性更高，發(fā)生肺毒性，最常見的治療方法是抗生素和類固醇的組合。

最近也有很多關(guān)于甲氨蝶呤導(dǎo)致肺毒性的分子機制研究的報告。Kalemci等發(fā)現(xiàn)，大鼠腹腔注射甲氨蝶呤（10 mg·kg·d）7～9 d，肺中發(fā)生淋巴細胞炎性反應(yīng)、間質(zhì)纖維化、Ⅱ型肺細胞增生和嗜酸性粒細胞浸潤。Yamamoto等建立了A549/ABCA3細胞作為新胞Ⅱ型肺泡上皮細胞模型，甲氨蝶呤（0.3 μM）處理，使A549 /ABCA3細胞表現(xiàn)出EMT樣的形態(tài)變化，同時觀察到miR-34a、p53、以及p53 Ser15的磷酸化增加；甲氨蝶呤可能通過p53/miR-34a軸誘導(dǎo)A549/ABCA3細胞發(fā)生EMT。Yamagami等發(fā)現(xiàn)甲氨蝶呤（0.3 μM）通過人肺泡上皮細胞系A(chǔ)549中的TGF-β相關(guān)信號通路誘導(dǎo)了EMT，之后他們又發(fā)現(xiàn)甲氨蝶呤可通過上調(diào)A549細胞中PAI-1表達以及PAI-1與uPAR的相互作用來誘導(dǎo)EMT，聯(lián)合使用TGF-β相關(guān)的信號通路抑制劑SB431542，可以消除這種上調(diào)。以上結(jié)果表明，甲氨蝶呤（0.3 μM）可能通過增加A549細胞中PAI-1表達以及PAI-1與uPAR的相互作用來誘導(dǎo)EMT。通過誘導(dǎo)EMT，最終導(dǎo)致肺纖維化的發(fā)生。

1.4 胺碘酮

胺碘酮（Amiodarone，AMD）是Ⅲ類抗心律失常藥物。對心律失常、室性期前收縮、室性心動過快等患者具有較好的治療效果。胺碘酮使用中最嚴重的不良反應(yīng)是肺毒性，是該藥物導(dǎo)致患者死亡的最主要不良反應(yīng)?；颊咴谑褂冒返馔委熀?，AECⅡ的溶酶體中會有大量胺碘酮及其代謝產(chǎn)物聚積，破壞細胞對磷脂的清除能力，過量的磷脂堆積在AECⅡ中會導(dǎo)致肺泡損傷，對肺部有不良反應(yīng)。另外，患者使用胺碘酮之后也可能會使機體產(chǎn)生免疫反應(yīng)，從而產(chǎn)生毒性。

胺碘酮處理AECⅡ會導(dǎo)致層狀體異常，這是導(dǎo)致包括肺纖維化在內(nèi)的肺部疾病的重要原因。倉鼠氣管注入胺碘酮會導(dǎo)致肺泡炎、肺泡上皮增生，該方式誘導(dǎo)的肺損傷會發(fā)展為肺纖維化。Uhal等發(fā)現(xiàn)，胺碘酮可誘導(dǎo)肺泡上皮細胞凋亡，其能被血管緊張素Ⅱ拮抗劑抑制，阻斷血管緊張素的生成或減弱胺碘酮引起的肺纖維化；胺碘酮能上調(diào)大鼠ACEⅡ和A549細胞中血管緊張素原mRNA和蛋白。胺碘酮可增加激活蛋白1（AP1）和STAT-5轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合。胺碘酮通過AP1家族轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)的機制上調(diào)人肺泡上皮細胞中血管緊張素原基因的表達。

Weng等實驗中發(fā)現(xiàn)胺碘酮治療后A549中EMT標記（α-SMA）顯著增加，而E-Cadherin蛋白顯著降低，這表明上皮細胞是間充質(zhì)細胞的重要來源；胺碘酮治療后，TGF-β1也顯著增加。胺碘酮可通過EMT誘導(dǎo)肺纖維化，而TGF-β1可能是胺碘酮誘導(dǎo)的肺纖維化機制中的關(guān)鍵纖維化細胞因子。EMT是肺纖維化的重要過程，也可能是胺碘酮誘導(dǎo)肺纖維化的潛在機制。

2 藥物誘導(dǎo)肺泡上皮細胞損傷的主要機制

不同的藥物誘導(dǎo)肺泡上皮細胞損傷的機制不同，從本研究所述藥物來看，其主要機制是上皮往間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT），其次是肺泡上皮細胞衰老，不同機制過程肺泡上皮所表達的蛋白分子不盡相同。見表1。

3 肺毒性的預(yù)防與治療

肺纖維化是肺毒性的終末表現(xiàn)，患者在使用具有肺毒性藥物時應(yīng)定期做胸片檢查，同時可用抗氧化劑、糖皮質(zhì)激素等進行預(yù)處理，以減少肺毒性發(fā)生的可能性。目前，尚沒有能有效逆轉(zhuǎn)肺纖維化的藥物，肺纖維化急性加重期，可用如波尼松、甲潑尼龍等糖皮質(zhì)激素類藥物，但這些藥物不能長期使用。在激素治療時，可聯(lián)合使用免疫抑制劑，如環(huán)孢素、西羅莫司等。使用清肺止咳、活血化瘀的中藥煎劑治療后，可以改善癥狀，控制病情發(fā)展，減少激素的用量或免疫抑制劑的不良反應(yīng)。另外，若有肺部感染的患者可同時使用抗菌藥物治療。

吡非尼酮和尼達尼布是被批準用于治療肺纖維化的臨床藥物，吡非尼酮能較好的起到抗感染、抗氧化和抗纖維化的作用，減少肺活量的下降速度，提高患者生存期。尼達尼布對成纖維細胞的增殖有較好的抑制作用，阻止其遷移、轉(zhuǎn)分化，抑制纖維化的進展，臨床上常用于特發(fā)性肺纖維化和間質(zhì)性肺炎進展期導(dǎo)致的肺纖維化。為了預(yù)防纖維化的進一步惡化，臨床還用抗酸藥防止胃反流，包括質(zhì)子泵阻斷劑：奧美拉唑、蘭索拉唑等；H受體拮抗劑：雷尼替丁、法莫替丁等。另外，抗氧化劑NAC進入體內(nèi)后代謝為GSH的前體發(fā)揮作用，可有效改善患者咳嗽、呼吸急促等。對于晚期嚴重的肺纖維化患者，為了提高患者生活質(zhì)量延長生存期，可選擇肺移植治療，但是肺移植在技術(shù)上要求非常高，手術(shù)風(fēng)險大、費用昂貴。

4 展望

本研究主要總結(jié)了肺毒性藥物導(dǎo)致肺泡上皮細胞損傷的一些分子機制，但是藥物在臨床應(yīng)用中導(dǎo)致肺泡上皮細胞損傷的機制還沒有完全闡明，不同藥物導(dǎo)致肺泡損傷的形式不同，在使用可能發(fā)生肺毒性的藥物后，應(yīng)注意肺部損傷的體征和特征。肺毒性藥物可作為肺毒性的模型，對導(dǎo)致肺毒性的機制研究有很大的用處，在進一步了解到藥物肺毒性的機制后，能在用藥時有效抑制藥物的肺毒性，從而減少用藥的不良反應(yīng)，更好的服務(wù)于臨床用藥。