骨膜蛋白在特發(fā)性肺纖維化發(fā)生發(fā)展中的作用機制研究進展

武晨，劉維英

1蘭州大學第一臨床醫(yī)學院，蘭州 730000；2蘭州大學第一醫(yī)院呼吸與危重癥科

特發(fā)性肺纖維化（IPF）是一種慢性、進行性的纖維性間質性肺病，發(fā)病機制仍不明確。目前普遍認為，在肺纖維化中，病毒感染、基因突變、吸煙、胃食管反流或輻射等因素可能對肺泡上皮細胞造成反復損傷，破壞了上皮細胞和間充質細胞之間的動態(tài)平衡，引起修復失調，包括成纖維細胞分化、肌成纖維細胞聚集和肺泡腔內膠原蛋白過度沉積，導致細胞外基質（ECM）在肺內沉積，造成肺結構改變，影響氣體交換[1-2]。骨膜蛋白（POSTN）作為一種基質蛋白，POSTN可以通過與細胞表面受體結合傳遞細胞內信號，調節(jié)細胞與ECM之間的相互作用[3]。POSTN的結構包括N端的EMI結構域、中間4個串聯的FAS1結構域和C端的選擇性剪接變異區(qū)。EMI結構域可以與Ⅰ型膠原蛋白、纖維連接蛋白、Notch1結合，FAS1結構域與細胞黏合素C、骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）1結合。這些結構域與ECM的相互作用已被證實參與了膠原纖維的形成[4]。相關研究發(fā)現，POSTN在IPF患者的肺組織和血清中表達上調[5-6]，且POSTN基因沉默或給予POSTN中和抗體可保護小鼠免受博萊霉素誘導的肺纖維化。因此，探討POSTN在IPF中的作用機制有利于為IPF的治療提供新思路?，F就POSTN在IPF發(fā)生發(fā)展中的作用機制相關研究綜述如下。

1 POSTN在IPF中的表達變化

近年來許多研究表明，POSTN在IPF患者的肺組織中表達上調[6-8]，且IPF患者的成纖維細胞分泌了大量POSTN。常見的產生POSTN的細胞有成纖維細胞、上皮細胞和內皮細胞。目前已證實白細胞介素4（IL-4）/IL-13、BMP-2、轉化生長因子β（TGF-β）、結締組織生長因子（CTGF）2、血管內皮生長因子、血管緊張素Ⅱ、組胺等可誘導POSTN的表達[9-13]。在炎癥、機械牽拉、低氧等刺激下，POSTN的表達會明顯上調。

POSTN的表達主要受IL-4/IL-13和TGF-β調控。在IPF中，輔助型T細胞2分泌的細胞因子明顯增加，尤其是 IL-4 和 IL-13[14]。IL-4/IL-13 與其受體結合，激活JAK-STAT通路。IL-4首先激活JAK1、JAK3，隨后激活 STAT6；IL-13首先激活 JAK1和TYK2，隨后激活STAT6、STAT3。抑制或下調STAT6會降低POSTN的表達，這表明STAT6在POSTN的表達調節(jié)中有重要作用[15]。

TGF-β是肌成纖維細胞在組織修復過程中聚集、激活和分化的中心調節(jié)因子，在纖維化過程中起重要作用。在IPF患者的肺組織中，TGF-β相較于IL-13對于POSTN表達的調節(jié)更重要。有研究發(fā)現，TGF-β1/Smad信號通路可以促進POSTN表達[16]。在肺間質細胞中，POSTN和TGF-β可以相互調節(jié)，刺激分泌。在肺成纖維細胞中，POSTN/整合素αvβ 3/β5通路可以加強TGF-β/Smad2/3通路功能，在肺纖維化的形成中起重要作用[17]。在異常瘢痕組織中，POSTN可以通過RhoA/ROCK通路引起TGF-β1表達增高[18]。在變應性炎癥中，POSTN可以增加嗜酸性粒細胞的黏附性，促進嗜酸性粒細胞產生TGF-β。同時，活化的嗜酸性粒細胞也可以通過TGF-β 誘導成纖維細胞產生 POSTN[15]。TGF-β 和POSTN的相互促進，最終導致肺纖維化。

2 POSTN在IPF發(fā)生發(fā)展中的作用機制

2.1 POSTN與ECM相互作用 POSTN可以作為連接的支架，將相互作用的ECM及蛋白連接在接近的結構域，同時POSTN的結構域也可與連接的ECM或蛋白相互作用，形成具有生物活性的復合體。

POSTN的EMI結構域與纖維連接蛋白結合，通過色氨酸殘基相互作用[19]，也可以與Ⅰ型膠原蛋白、Ⅴ型膠原蛋白連接。纖維連接蛋白上也有與膠原蛋白的結合區(qū)域，POSTN可以通過EMI結構域直接或間接地參與膠原纖維的形成。POSTN的4個FAS1結構域與BMP-1的金屬蛋白酶結構域結合，激活蛋白水解酶水解，釋放出賴氨酰氧化酶（LOX）。LOX可以促進膠原分子的交聯以維持膠原纖維的穩(wěn)定。

研究證實，POSTN與TGF-β1通過促進ECM蛋白的產生和α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）的表達，降低TGF-β1信號轉導抑制劑基質金屬蛋白酶1和Smad7的表達，共同參與異常瘢痕的形成[18]。NANRI等[17]發(fā)現，POSTN通過與整合素αvβ3/β5結合，作用于TGF-β通路，可以通過Smad3途徑增強纖溶酶原激活物抑制物1、CTGF、胰島素樣生長因子結合蛋白3、IL-11等促纖維化物質的表達。而這些促纖維化物質對ECM的沉積起著重要作用。

2.2 POSTN引起肌成纖維細胞分化 在正常愈合過程中，肌成纖維細胞通過促使ECM沉積及誘導α-SMA表達而產生肉芽組織，愈合后肉芽組織被吸收，過多的肌成纖維細胞通過凋亡機制被清除，從而限制過量的基質沉積和纖維化。但如果不加以調節(jié)，就會導致ECM沉積過多，破壞正常的肺結構，所以肌成纖維細胞被認為是IPF的主要致病細胞[20-21]。

POSTN可以直接或間接引起肌成纖維細胞的分化。α-SMA表達是成纖維細胞轉化為肌成纖維細胞的特征。ELLIOTT等[22]報道了POSTN缺失的小鼠α-SMA表達明顯降低且與肌成纖維細胞的分化缺陷相關，這提示POSTN可以直接促進肌成纖維細胞的分化。此外，循環(huán)中的纖維細胞也是肌成纖維細胞的來源之一。但纖維細胞一旦進入肺組織后，不會直接分化成肌成纖維細胞。POSTN與αvβ1結合后使纖維細胞以旁分泌形式釋放CTGF等促纖維化介質，間接促進肌成纖維細胞分化[23]。此外，TGF-β還可促進上皮細胞凋亡，抑制成纖維細胞凋亡，導致成纖維細胞積累并轉化為肌成纖維細胞[24]。

在組織修復過程中，過多的肌成纖維細胞通過凋亡機制被清除，這一過程受損會引起病理性瘢痕和纖維化的形成。IPF可能發(fā)揮一定的抗凋亡機制。X連鎖凋亡抑制蛋白（XIAP）在IPF患者的肺成纖維細胞中表達增加，被認為與IPF的抗凋亡機制有關。抑制XIAP的功能可以增強IPF對FAS介導的凋亡的敏感性[25]。POSTN可能通過誘導XIAP的表達直接參與肌成纖維細胞抗凋亡機制[23]。

2.3 POSTN促進成纖維細胞增殖 IPF患者的成纖維細胞與健康人相比增殖能力明顯增強[26]。有學者在POSTN基因沉默的成纖維細胞中發(fā)現抑制細胞周期的基因表達上調，而促進細胞周期進展的基因表達下調，隨后發(fā)現，在肺成纖維細胞異常增殖狀態(tài)下，POSTN與αvβ3整合素結合后，通過E2F轉錄因子促進細胞周期蛋白E/周期蛋白依賴性激酶2復合體形成，從而促進成纖維細胞的細胞周期從G1期進展到S期，提高成纖維細胞的增殖能力[27]。

2.4 POSTN與炎癥細胞因子相互作用 盡管肺泡腔慢性炎癥是引起肺纖維化的機制這一假設仍存在爭議，但小鼠模型實驗已經表明，POSTN與炎癥細胞因子相互作用有助于肺纖維化的發(fā)生[28]。研究者通常用博來霉素處理后的小鼠模擬IPF。博來霉素會造成上皮損傷，誘導中性粒細胞和巨噬細胞聚集形成的炎癥。而炎癥會引起各種趨化因子、細胞因子及生長因子表達增加，導致成纖維細胞、肌成纖維細胞、巨噬細胞、中性粒細胞激活、聚集和增殖，產生促纖維化作用，導致肺纖維化的發(fā)生。

IPF的發(fā)病過程中反復發(fā)生組織損傷，積累的POSTN可能會增強或維持IPF的炎癥。同時，POSTN通過激活ERK及PI3K通路與TNF-α/IL-1α協同激活成纖維細胞中的NK-κB，產生各種炎癥細胞因子和趨化因子，促進肺纖維化[29]。

近年研究認為，肺部細菌感染或微生物群的改變與IPF的發(fā)生有關[24]。一項研究表明，克拉霉素能夠減弱IL-13誘導的POSTN表達[30]。這提示抗生素對肺纖維化的作用與抑制POSTN的表達有關。

綜上所述，POSTN作為一種ECM蛋白可以與其他ECM結合，直接或間接參與膠原纖維的合成。POSTN與相應整合素結合可以促進成纖維細胞增殖，促進肌成纖維細胞分化，抑制肌成纖維細胞凋亡，并能與炎癥細胞因子相互作用，引起肺纖維化。深入研究POSTN與相應整合素結合后引起肺纖維化涉及的信號通路和基因，可為IPF靶向治療相關研究提供新的思路。POSTN及其對應的整合素也有望成為IPF診斷及預后的生物標志物。