NOX4是肺纖維化的潛在治療靶點

孫寶迪，聶時南

(南京軍區 南京總醫院 急救醫學科，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 南京總醫院 急救醫學科，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NOX4 mRNA的表達，繼而誘導機體產生大量ROS，而ROS可進一步激活Smad，參與介導TGF-β1/Smad信號通路，最終促使肺纖維化的發生。而通過各種技術手段阻斷NOX4基因表達可干擾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，其最終可導致肺部組織結構發生不可逆性的病理變化，肺部無法進行正常血氣交換，最終導致患者呼吸衰竭而死亡。如患者發生肺纖維化，肺移植術是目前唯一有效的治療手段，一般患者確診后預期壽命只有2～6年。目前的研究發現肺纖維化的誘導因素很多，比如病毒感染、化學藥物、射線及有毒環境等原因，而且尚有原因不明的特發性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)[1]。肺纖維化的致病機理也很復雜，但目前有學者認為肺組織損傷后的氧化還原反應及隨后的組織修復機制是導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)是一類膜結合的多亞基復合酶，其主要作用是將電子從NADPH轉移給分子氧，從而產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內的亞基(P40PHOX、P47PHOX、P67PHOX、小Rho GTP酶、Rac1/Rac2)遷移并與膜結合的亞基P22PHOX以及NOX亞基結合，但NOX4的活化可能并不需要細胞質內亞基的存在[4]。NOX4由578個氨基酸構成，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的表達細胞主要包括肺泡上皮細胞、纖維母細胞/肌成纖維細胞、內皮細胞、氣道平滑肌細胞[6]。

2 NOX4基因表達失活的動物模型

為了研究NOX4在細胞內的具體功能，NOX4基因表達失活的動物模型的制作必不可少。目前已經有多種技術可以使NOX4基因表達失活或者下調，主要包括小分子干擾RNA(siRNA)技術和基因剔除技術。siRNA是目前在各個領域都應用廣泛的一種技術手段[7]，用針對滅活NOX4基因的siRNA試劑通過腹腔注射轉染實驗小鼠(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生[8]。同時滅活NOX4基因的轉基因小鼠也是一種減弱NOX4表達的常用技術，有研究發現剔除NOX4基因的轉基因小鼠可使小鼠心臟內NOX4表達下降78%[9]。

3 TGF-β1上調NOX4表達

在肺損傷初期，包括TGF-β1在內的大量炎性因子表達上調[10]，TGF-β1可誘導肌成纖維細胞分化、合成ECM 以及纖維母細胞，在此過程中NOX4是必不可少的成分[11]，所以TGF-β1在誘導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激反應[12]，進一步的研究發現TGF-β1可刺激細胞表達NOX4 mRNA表達，利用外源性的TGF-β1刺激氣道平滑肌細胞，發現細胞內NOX4 mRNA的表達隨著濃度依賴方式增長，在24 h表達量達高峰，并維持48 h，而NOX4蛋白量則在TGF-β刺激48～96 h后出現增長[13]，也有研究表明在血管平滑肌細胞中，TGF-β在刺激細胞4 h后便可使NOX4 mRNA表達增加，并在24 h達到高峰[14]。NOX4基因缺陷的小鼠在肺泡上皮細胞暴露在TGF-β1之后并沒有產生ROS，提示NOX4可能是體內產生ROS的唯一酶類，且TGF-β1在調節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為NOX4主要位于細胞膜，但也有研究者認為NOX4也可以表達于核膜，且發現TGF-β1是誘導非吞噬細胞性NOX4的強力誘導劑，且此過程主要發生在細胞內質網及細胞核[16]，這與最近一項研究結論一致，即采用免疫熒光法檢測脂肪源性干細胞內的NOX4，發現其主要存在于細胞核周圍[17]，這提示NOX4可能具有調節細胞周期及核蛋白合成的作用。

4 ROS介導NOX4的致肺纖維化作用

ROS在生理條件下可充當信號因子的作用，而在病理條件下，ROS可通過信號傳導促發肺纖維化的發生，所以ROS在肺纖維化的形成中具有重要作用[18]，有研究認為位于細胞核膜的NOX4產生的ROS可對細胞核內DNA產生氧化損傷，并認為NOX4對人類基因組具有不穩定性[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[11]，而PAI-1的過度表達可導致膠原在損傷的肺組織過度積累，ECM無法降解，最終導致肺纖維化的形成[20]。有研究者發現用博來霉素處理的野生型小鼠在3周后，其肺組織會出現廣泛纖維化，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生的ROS激活Smad2的磷酸化來發揮作用[15]。但目前臨床上所應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致抗氧化劑效果不明確，所以有研究者認為在肺纖維化的過程中，阻斷產生ROS的酶類-NOX可能是解決問題的關鍵，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可通過各種細胞信號通路導致肺纖維化的發生，其機制復雜且相互影響。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NOX4表達受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，有研究發現在氣道平滑肌細胞裂解液中檢測TGF-β對Smad3的磷酸化時發現前者可強烈增加后者的磷酸化程度，且這種調節方式呈時間依賴性，即在刺激30min后達高峰，并維持24 h，而過度表達的Smad3可使NOX4 mRNA的表達增加，提示NOX4在TGF-β/Smad3信號通路中具有重要作用[13]。

6 小結

目前研究認為NOX4在肺損傷致纖維化的過程中具有十分重要的作用。TGF-β1可在基因轉錄水平刺激NOX4 mRNA表達，而NOX4作為細胞主要產生ROS的酶類，可通過ROS進一步激活細胞內多種信號通路，比如smad信號通路激活后可在基因水平調節細胞的增殖、分化，對肺纖維化的形成具有至關重要的作用。鑒于目前應用于臨床的針對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

南京軍區南京總醫院青年基金(2011029)

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

1001-6325(2014)01-0130-04

R 318.13

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