循環纖維細胞與肺部疾病相關性研究進展

鄭博洋，丁家偉 綜述，徐益恒，邰文琳 審校

(昆明醫科大學第二附屬醫院檢驗科/云南省分子診斷研究中心，昆明 650101)

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循環纖維細胞與肺部疾病相關性研究進展

鄭博洋，丁家偉 綜述，徐益恒，邰文琳△審校

(昆明醫科大學第二附屬醫院檢驗科/云南省分子診斷研究中心，昆明 650101)

循環纖維細胞；特發性肺纖維化；急性肺損傷；哮喘

循環纖維細胞是一類來源于骨髓存在于外周血中的間充質祖細胞，主要表達成纖維細胞、單核細胞以及造血祖細胞的表面標志，可以遷移定居于組織中進一步分化為纖維細胞和肌成纖維細胞，生成和分泌膠原蛋白和其他基質蛋白，參與組織損傷、修復和重建[1]。近年來大量實驗研究結果表明，循環纖維細胞的數量、遷移以及分化與以炎癥和大量膠原沉積為特征的肺部疾病密切相關。

1　循環纖維細胞

1994年，人們首次在創傷修復的實驗模型中發現了循環纖維細胞。在受傷后24 h內，外周血液中出現一種獨特的梭形細胞，表達Ⅰ型膠原和CD34，占所有外周血單個核細胞的0.1%。進一步研究發現，這些細胞是骨髓來源的間充質干細胞，具有獨特的生長特性和表面表型，主要表達單核細胞、造血祖細胞以及成纖維細胞表面標志，命名為循環纖維細胞。循環纖維細胞可以遷移定居到損傷組織部位，進一步分化成熟為效應成纖維細胞或肌成纖維細胞，具有分泌細胞外基質的功能[1]。此外，循環纖維細胞還表達其他的細胞標記物，包括趨化因子受體和黏附分子[2-3]。循環纖維細胞通過產生細胞外基質蛋白如Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原和波形蛋白，以及分泌基質金屬蛋白酶參與組織重塑[4]。目前鑒定循環纖維細胞公認的標準是同時具有膠原生成和血源性標記，即collagen 1和CD45雙陽性或collagen 1和CD34雙陽性。循環纖維細胞主要參與組織損傷修復和炎性纖維化過程，在損傷修復過程中促進細胞外基質(ECM)沉積，在局部炎癥纖維增生性疾病中急劇增加。最新研究證實循環纖維細胞在各種局灶性和彌漫性纖維化疾病進程中發揮重要作用,與特發性肺纖維化、急性肺損傷、哮喘等肺部疾病的發生、發展及預后關系密切[5]。

2　循環纖維細胞與肺部疾病

2.1循環纖維細胞與特發性肺纖維化特發性肺纖維化是一種不明原因的進行性發展肺間質纖維化疾病，其主要特征是膠原過度沉積，正常肺組織散布在間質纖維化、蜂窩肺和成纖維細胞灶之間，患者出現限制性通氣功能障礙，預后較差，生存期約為3年[6]。在纖維化過程中，活化的成纖維細胞主要有3個來源：(1)肺泡組織成纖維細胞；(2)肺泡上皮細胞，通過上皮細胞間質轉化；(3)外周循環血液中骨髓來源的循環纖維細胞[7]。目前有研究發現，循環纖維細胞可以預測患者肺纖維化早期病死率。

通過對肺纖維化患者和肺纖維化動物模型研究發現循環纖維細胞可以表達多種趨化因子受體，包括CXCR4、CCCR7和CCR2，這些受體可以介導細胞遷移[5，8-10]。激活不同受體介導的信號轉導通路可以增加循環血液中和肺組織中纖維細胞數量，促進肺組織纖維灶的面積擴大[11]。2009年，Moeller等[12]發現特發性肺纖維化患者穩定期循環纖維細胞數量明顯升高，急性發作期數量進一步增加。該項研究首次提出循環纖維細胞數量的測定可以成為評估肺纖維化程度的有效生物指標，同時也可用于監測疾病的進展。通過免疫熒光和共聚焦顯微鏡技術也發現了特發性纖維化患者肺組織中循環纖維細胞數量顯著升高，而在正常的肺組織中則沒有發現循環纖維細胞。有學者進一步研究發現，特發性肺纖維化患者循環纖維細胞數量增多的同時，外周血和支氣管肺泡灌洗液中的趨化因子CXCL12也同樣增加，表明循環纖維細胞有可能通過CXCR4/CXCL12通路促進特發性肺纖維患者肺部成纖維細胞/肌纖維母細胞的數量增加[13]。

Aono等[14]最近發現循環纖維細胞表達血小板源性生長因子(PDGF)受體，PDGF作為循環纖維細胞強大的趨化因子直接促進循環纖維細胞遷移，特別是PDGF-BB和PDGFR-β生物軸可能在循環纖維細胞遷移到肺組織的過程中發揮關鍵作用，是導致肺纖維化的主要因素。因此，PDGFR的抑制劑可以干預循環纖維細胞的遷移過程，有可能成為特發性肺纖維化治療的一種新靶點。

2.2循環纖維細胞與急性肺損傷急性肺損傷是各種直接和間接致傷因素導致的肺泡上皮細胞及毛細血管內皮細胞損傷，造成肺間質及肺泡彌漫性水腫，導致患者出現呼吸窘迫和頑固性低氧血癥。急性肺損傷以肺容積減少、肺順應性降低、通氣/血流比例失調為主要病理生理特征，其發展至嚴重階段(氧合指數<200)被稱為急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)。急性肺損傷/ARDS患者的預后較差，病死率高達40%以上[15]。

急性肺損傷的病理變化主要分為兩個階段：第一階段是炎癥滲出階段，主要表現為出現肺泡水腫液，中性粒細胞滲出和透明膜形成；第二階段是纖維增生階段，主要表現為肺泡間成纖維細胞堆積和膠原沉積，這是肺損傷后的正常損傷修復反應，如果這個時候修復無效或失控，則纖維增生持續，最終發展為肺纖維化。損傷肺部持續纖維化增生預示疾病惡化，預后不良[16]。

循環纖維細胞在創傷愈合過程中可產生大量的ECM成分、細胞因子和生長因子，在組織損傷修復過程中發揮重要作用[17-18]。在肺部損傷發生后，循環纖維細胞可遷移至損傷肺部增殖分化為肌成纖維細胞，并表達平滑肌肌動蛋白(α-SMA)，同時分泌大量纖維素性滲出物填充肺泡[19-20]。

Quesnel等[21]發現急性肺損傷患者支氣管肺泡灌洗液中含有表達CD45+和collagen 1+循環纖維細胞，而健康人的支氣管肺泡灌洗液中幾乎檢測不到循環纖維細胞，急性肺損傷患者肺泡纖維細胞的數量與病死率密切相關，可以作為急性肺損傷的一個預后指標。同時研究發現急性肺損傷患者的支氣管肺泡灌洗液中培養得到的細胞強表達CD45和脯氨?；?4-羥化酶，弱表達CD34，說明急性肺損傷的危重患者循環纖維細胞可以聚集到損傷肺部，循環纖維細胞的存在可能與預后不良有關[21]。而Dik[22]也認同以上觀點，認為觀察急性肺損傷患者的循環纖維細胞數量可以作為一種纖維化傾向的預示。

大量研究表明纖維細胞從骨髓釋放經循環血液到達急性肺損傷肺部是通過多種趨化因子的信號通路完成的，主要包括CXCL12/CXCR4，CCL2/CCR2，CCL19/CCR7，CCL21/CCR7，CCL3/CCR5等[23]。CXCR4是小鼠和人骨髓干細胞遷移至受損組織的主要趨化因子受體，損傷組織高水平的CXCL12是吸引表達CXCR4骨髓細胞遷移至損傷組織的主要機制[24]。急性肺損傷后低氧、炎癥等因素會導致肺組織CXCL12表達增加，募集表達CXCR4的循環纖維細胞遷移到肺部，CXCL12/CXCR4可能是循環纖維細胞的主要募集信號通路。

2.3循環纖維細胞與哮喘哮喘是一種異質性的慢性氣道炎癥疾病，可自發緩解或經治療緩解，但復發率高[25]。大多數哮喘患者表現為激活的T淋巴細胞、CD14+單核細胞、嗜酸性粒細胞和肥大細胞的炎性浸潤支氣管黏膜，損傷上皮細胞結構和功能，導致氣道組織結構的重建。反復的氣道炎癥和修復最終導致支氣管上皮細胞下基底膜內血管增生，成纖維細胞和肌成纖維細胞堆積，ECM分子沉積，支氣管平滑肌細胞增生,氣道壁增厚，肺功能不可逆下降[26]。研究證實過敏性哮喘患者與過敏原接觸后過敏反應刺激上皮細胞產生大量的趨化因子和生長因子,募集大量的CD14+單核細胞、Th2淋巴細胞和嗜酸性粒細胞到支氣管黏膜，在24 h內上皮下基底膜開始出現新的肌成纖維細胞，肌成纖維細胞的出現與炎癥浸潤密切相關。Schmidt等[27]發現過敏性哮喘患者在吸入過敏原2～24 h氣道內出現一定數量的CD34+pro-collagen 1 mRNA+纖維細胞，24 h內分化為表達α-SMA的肌成纖維細胞，說明循環纖維細胞是肌成纖維細胞的主要來源。在哮喘小鼠實驗模型中發現,當血液循環中輸入標記的循環纖維細胞后,發現其在哮喘誘發的同時就進入支氣管。實驗中還發現,在轉化生長因子-β(TGF-β)或內皮素-1(ET-1) 的影響下,循環纖維細胞自身CD34的表達減少,α-SMA的表達增加，說明可分化為肌成纖維細胞。其他研究者也在未經治療的過敏性哮喘患者支氣管上皮細胞下基底膜內檢出CD34+CD45+α-SMA+細胞，并在患者肺泡炎癥浸潤區發現同一類型細胞，也證明循環纖維細胞可轉分化為肌成纖維細胞促進了新的ECM分子在上皮細胞下沉積。哮喘患者支氣管重建過程中，生成過量的ECM形成纖維灶的主要細胞是肌成纖維細胞，而骨髓來源的循環纖維細胞是肌成纖維細胞的主要來源。所以，循環纖維細胞通過抗原提呈、促血管生成等參與了哮喘的炎性反應階段，也通過轉化為肌成纖維細胞分泌ECM參與了哮喘的纖維修復階段。

2.4循環纖維細胞與其他肺部疾病根據文獻報道，循環纖維細胞也參與其他肺部疾病如閉塞性細支氣管炎、間質性肺疾病的發生發展過程。閉塞性細支氣管炎是一種由于細支氣管及其周圍炎癥和纖維化導致的肺細支氣管閉塞性疾病，患者表現為進行性呼吸困難[28-29]。Lapar等[30]發現肺移植后發生閉塞性細支氣管炎綜合征時循環纖維細胞數量升高，并且CD45和COL-1表達強度明顯增加，循環纖維細胞數量的增加與肺移植后閉塞性細支氣管炎綜合征的發生密切相關。說明循環纖維細胞可以作為一種新型的閉塞性細支管炎綜合征的生物標志物，可以成為肺移植后閉塞性細支氣管炎綜合征患者的治療靶點。間質性肺疾病基本病理特點是彌漫性肺實質、肺泡炎癥和間質纖維化，漸進性的肺纖維化最終導致患者肺功能減退和呼吸衰竭。成纖維細胞聚集以及肌成纖維細胞的活化是肺間質疾病主要的致病環節。Fujiwara等[31]發現循環纖維細胞數量在間質性肺疾病患者顯著增加，尤其是特發性間質性肺炎、間質性肺炎與膠原血管病發生的時候，同時，肺間質疾病患者血漿趨化因子CCL2和CXCL12水平較對照組顯著增加，本研究結果進一步揭示了循環纖維細胞在間質性肺疾病發展中的作用，為循環纖維細胞應用于間質性肺病的病情監測和預后判斷提供了實驗基礎。

3　小　　結

循環纖維細胞是一種循環血液中的間充質祖細胞，具有增生與多能分化的潛能。循環纖維細胞在炎癥刺激作用下可通過各種不同趨化因子和細胞因子介導從外周血遷移進入受損的肺組織，在損傷組織分化為肌成纖維細胞合成ECM，發揮生理性損傷修復和病理性的纖維化作用，參與多種肺部疾病炎癥和纖維化過程。

目前，循環纖維細胞參與不同肺部疾病的作用機制尚未完全闡明，因此尚需深入研究循環纖維細胞的活化、游走、分化和合成分泌功能等生物學特性，進一步研究循環纖維細胞在肺部疾病進程中不同階段的作用機制和表型，研究循環纖維細胞應用于肺部疾病的監測和預后價值，研究調控循環纖維細胞到靶器官的趨化以及自身向效應細胞的分化作用對于減輕炎性反應和減少膠原蛋白沉積的影響，為未來利用循環纖維細胞監測和治療肺部疾病提供一種新手段。

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2016-01-28

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