特發性肺纖維化發病機制的研究進展

李小龍，王榮麗

(西南醫科大學附屬醫院，四川瀘州 646000)

特發性肺纖維化發病機制的研究進展

李小龍，王榮麗

(西南醫科大學附屬醫院，四川瀘州 646000)

特發性肺纖維化(IPF)是一種以漸進性肺間質纖維化為主要特征的疾病，其病理改變為肺泡上皮細胞損傷、成纖維細胞大量聚集及細胞外基質沉積。肺泡上皮反復損傷與修復是IPF的起始，反復損傷的肺泡上皮細胞一方面分泌大量的轉化生長因子β1(TGF-β1)、血小板源性生長因子等細胞因子，誘導成纖維細胞聚集及肌成纖維細胞灶的形成，另一方面發生上皮細胞間質轉化(EMT)，通過以TGF-β1為主的多種復雜途徑調控IPF的發生、發展。IPF的發病機制涉及多種學說，包括損傷修復學說、EMT學說、自噬不足、端粒縮短及表觀遺傳學改變(DNA甲基化、組蛋白去乙酰化)等。

特發性肺纖維化；損傷修復學說；上皮細胞間質轉化學說；自噬不足；端粒縮短；表觀遺傳學改變

特發性肺纖維化(IPF)是一種慢性、進行性、纖維化性間質性肺炎，主要臨床特點為慢性進行性呼吸困難、肺間質浸潤、肺順應性降低以及肺內氣體交換受損等。IPF被認為是一種異常的生物學進程，過多的細胞外基質(ECM)分泌導致肺泡上皮細胞損傷，最終引起肺組織變形、瘢痕組織形成及肺功能不可逆受損[1]。目前認為，成纖維細胞匯聚、ECM分泌及沉積、長期組織損傷與修復是其主要病理特征。本研究就IPF的發病機制作一綜述。

1 損傷修復學說

損傷修復學說認為，IPF是反復的肺泡上皮損傷引起修復異常所導致[2]。IPF的纖維化進程始于被異常激活的肺泡上皮細胞(AECS)，AECS可分泌能夠誘導成纖維細胞及肌成纖維細胞增殖的細胞介質，如轉化生長因子β1(TGF-β1)、血小板源性生長因子(PDGF)等，而此類介質主要通過刺激間充質細胞增殖、吸引招募循環纖維細胞、刺激肺泡上皮細胞間質轉化(EMT)等途徑誘導成纖維細胞及肌成纖維細胞灶的形成[2]。成纖維細胞及肌成纖維細胞灶可分泌以膠原為主的ECM，從而導致肺組織疤痕形成及結構破壞。

下呼吸道中存在的某些細菌菌落被認為參與了肺泡上皮的損傷與修復。Molyneaux等[3]以包含兩種基因編碼抗菌肽(SLPI、CAMP)的基因模塊為觀察指標，發現其在IPF組織中表達升高，推測下呼吸道細菌菌落可持續性刺激并反復損傷肺泡，從而參與IPF的發生與發展。胃食管返流(GER)也被認為是IPF發生的一種重要因素。多數學者認為，長期GER可造成胃酸的氣道誤吸，導致肺組織長期損傷，從而促進IPF的發生與發展[4,5]。肺泡上皮細胞在胃酸長期的刺激下受到損傷，血漿蛋白滲出至肺泡及間質，從而在肺泡及間質中形成纖維蛋白沉積。此外，受損后的肺泡上皮還能分泌多種促纖維化細胞因子，如PDGF、締組織生長因子、內皮素1等，進而導致IPF的發生[6]。吸煙可導致肺氣腫的發生以及肺組織中基金屬蛋白酶表達升高，并影響肺組織中巨噬細胞對外來刺激顆粒及病原菌的反應。上皮細胞在該過程中最先暴露并逐漸出現凋亡及壞死[7,8]，上皮細胞凋亡及壞死后殘留的碎片可導致TOLL樣受體、甲酰肽受體及C型凝集素表達升高，進而影響肺泡上皮細胞的修復[8,9]。

2 EMT學說

EMT即上皮細胞在某些因素及途徑的影響下轉變為具有間質細胞表型的生物學過程，其中E鈣粘連蛋白(E-cad)表達下調及缺失是EMT最常見的特征之一，成纖維細胞特異蛋白1(FSP1)、波形蛋白、α平滑肌肌動蛋白等細胞骨架標志蛋白表達上調以及細胞外蛋白(如纖粘連蛋白及層粘連蛋白等)表達下調都被證實參與了EMT的發生、發展。TGF-β1是TGF家族成員之一，在肺組織中可由肺巨噬細胞及上皮細胞分泌，在肺組織外則主要由巨噬細胞、血小板及內皮細胞等分泌。TGF-β1能夠促進成纖維細胞及肌成纖維細胞合成Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型膠原蛋白，促進成纖維細胞的分化、增殖以及損傷組織的修復[10]。根據TGF-β1是否通過Smad蛋白參與IPF的發生，其相關通路可分為Smad蛋白依賴通路和非Smad蛋白依賴通路。

2.1 Smad蛋白依賴通路 在Smad蛋白依賴通路中，TGF-β1先與Ⅱ型受體結合，然后再與Ⅰ型受體結合形成四聚體復合物，該四聚體復合物再次激活Ⅰ型受體。Smad2、3蛋白與激活后的Ⅰ型受體結合，通過Smad2、3蛋白磷酸化而被活化。活化后的Smad2、3蛋白與其共同通路Smad4蛋白結合形成三聚體，并從細胞質轉移至細胞核而影響靶基因的調控[10]。而Smad6、7蛋白作為兩種受體抑制性蛋白，能夠與Ⅰ型受體結合，從而抑制Smad2、3蛋白活化，負性調控Smad蛋白依賴通路[11]。

2.2 非Smad蛋白依賴通路 在非Smad蛋白依賴通路中，絲裂原活化蛋白激酶通路(MAPK通路)被認為是最關鍵性的通路，目前已發現的MAPK通路包括細胞外信號調節激酶(ERK)信號通路、Jun-氨基末端激酶(c-JNK)信號通路、p38絲裂原活化激酶(p38MAPK)信號通路及細胞外信號調節激酶5(ERK5)信號通路，共同參與了細胞的增殖、轉化及凋亡等過程[12]。p38MAPK在被激活的TGF-β1受體復合物的影響下逐步活化，誘導相關靶基因轉錄，進而調節EMT蛋白表達，該通路也被認為與IPF的關系最為緊密[13,14]。除MAPK通路外，非Smad蛋白依賴通路還包括Wnt/Wingless、Rho/ROCK、過氧化物酶體增生物激活受體(PPAR)等通路。在Wnt/Wingless通路中，核β-catenin在細胞中大量堆積，不僅能夠誘導鄰近上皮細胞凋亡，影響肺組織損傷部位的再上皮化，還可以引起上皮細胞E-cad表達下降，從而參與調控EMT[15]。在Rho/ROCK通路中，ROCK可通過心肌相關轉錄因子(MRTFs)來調節細胞骨架蛋白表達，并影響細胞黏附及移動能力，進而參與EMT[16]。PPAR是核激素受體，主要包括α、β及γ三個亞型。PPAR-γ被激活后能夠產生多種生物學效應，如細胞增殖分化、纖維化、糖代謝、炎癥及腫瘤等，但其抗肺纖維化的機制目前尚未完全清楚。PPAR-γ可能通過抑制TGF-β1及Ⅰ型膠原產生、降低E-cad表達、抑制PDGF誘導的P13K/AKT信號途徑等參與抗肺纖維化過程[17,18]。

microRNA被認為參與了多種病理進程(如癌癥、心、肝及腎臟纖維化等)及EMT的調節過程[19]。miR-21及miR-26a也被認為參與了EMT[20,21]。Liang等[20]研究表明，敲低miR-26a表達可使A549細胞發生明顯的EMT，而上調miR-26a表達則可減輕EMT及纖維化程度。

3 自噬不足

細胞自噬被認為是一種溶酶體依賴的細胞自我降解途徑，機體通過細胞自噬途徑維持自身動態平衡。在細胞自噬過程中，衰老的蛋白及相關細胞器(如線粒體)等通過自噬細胞吞噬包裹后，運送至溶酶體，進一步降解清除或被再利用[22]。細胞自噬主要分為分子伴侶介導的自噬、微自噬及巨自噬，目前巨自噬研究最為廣泛。自噬不足可促進肺肌成纖維細胞ECM沉積，從而參與肺纖維化的發生。Araya等[23]研究發現，抑制微管相關蛋白質1輕鏈3B(LC3B)及ATG自噬基因后，細胞Ⅰ型膠原及α膠原表達升高，而誘導自噬可阻止肌成纖維細胞分化、減少ECM分泌、加速肺泡上皮細胞衰老。上述研究提示，細胞自噬可能夠阻止IPF的進展。目前研究認為，細胞自噬的調控通路主要有mTOR信號通路、Bcl-2家族蛋白信號通路等，而內質網應激、氧化應激及缺氧等均可參與細胞自噬及IPF的發生[23]。LC3B是自噬活化的標志物，在被誘導自噬的肺組織肌成纖維細胞 LC3B表達升高。內質網應激作為一種保護機制參與了細胞自噬，從而影響IPF的發生與發展，但是其具體機制仍需深入研究。

4 端粒縮短

端粒是由多個重復的DNA序列形成的帽狀結構，位于真核生物染色體的末端，具有保護染色體、調控基因及細胞凋亡等作用。端粒酶主要是由端粒酶RNA元件(TERC)、端粒酶逆轉錄酶(TERT)及相關蛋白組成的一種能夠維持端粒長度、抑制端粒縮短的酶。端粒酶經TGF-β1等相關細胞因子作用后可引起成纖維細胞分化為肌成纖維細胞，提示端粒酶能夠調節肌成纖維細胞的分化。有學者在家族性及散在性IPF患者血液中檢測到TERC及TERT基因突變[25]，而突變的TERT基因又能影響端粒長度、降低端粒酶活性，進而參與IPF的發生，但其具體機制尚待進一步研究。

5 表觀遺傳學改變

5.1 DNA甲基化 DNA甲基化不會改變DNA序列，但改變了染色體的結構，可抑制基因表達。研究發現，IPF患者肺成纖維細胞中存在抑癌基因Thy-1啟動子區域甲基化，使Thy-1表達降低，進而導致肺成纖維細胞抗凋亡能力增強[26]。細胞黏附相關基因CDH1甲基化可導致E-cad表達降低，進而促進EMT進程，從而參與IPF的發生。

5.2 組蛋白去乙酰化 組蛋白去乙酰化酶(HDAC)是一類能夠影響染色體結構及基因表達的蛋白酶。正常情況下，HDAC與組蛋白乙酰化酶(HAT)處于動態平衡，而HDAC能夠使蛋白乙酰化，增加其與DNA的親和力，從而抑制基因轉錄，在IPF等以纖維化為主要特征的慢性疾病中發揮重要作用。研究表明，HDAC在纖維母細胞抗凋亡、增殖及EMT過程中發揮積極作用，而組蛋白去乙酰化抑制劑則可抑制上述作用[27]，提示組蛋白去乙酰化與IPF的發生有緊密聯系。

綜上所述，IPF是一類由多因素參與而導致的漸進性肺間質纖維化疾病。肺泡上皮反復損傷與修復是IPF的起始，反復損傷的肺泡上皮細胞一方面分泌大量的TGF-β1、PDGF等細胞因子，誘導成纖維細胞聚集及肌成纖維細胞灶的形成，另一方面發生EMT，通過以TGF-β1為主的多種復雜途徑調控IPF的發生、發展。端粒縮短及表觀遺傳學改變是近年來新發現的IPF發生機制，目前尚處于初始研究階段，仍需深入探討。

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王榮麗(E-mail： scybwrl@sina.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.32.037

R563

A

1002-266X(2017)32-0110-03

2017-05-23)