巨噬細胞移動抑制因子在慢性阻塞性肺疾病發病中的作用及機制研究進展

田王斌 金發光 顧 興 張甜甜 王惠琴

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是以持續的呼吸道癥狀和氣流受限為特征的一種氣道疾病，鐘南山院士指出，在中國主要致死病因中COPD排第三位(17.6%)，僅次為腫瘤和腦血管疾病(19.3%和19.1%)[1-2]，由此可見COPD 嚴重危害我國公眾健康。COPD可防可控，了解其發病機制對于防治至關重要。目前COPD 的發病機制尚不明確，炎性反應機制被學術界公認是主要致病因素[3]。自從1966年Bloom和Bennett等研究遲發性超敏反應時首先發現巨噬細胞移動抑制因子(macrophage migration inhibitory factor, MIF)以來，MIF逐步成為研究的熱點，目前已經對MIF的來源、結構及生物學功能等基礎研究有了較深一步的認識，同時研究者在臨床研究層面，已經發現MIF與支氣管哮喘、急性肺損傷(acute lung injury, ALI)/急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratorydistress syndrome, ARDS)、COPD、矽肺、肺間質纖維化等多種肺部疾病有關，本文就MIF在COPD發病機制中的作用作一概述。

一、COPD的炎癥網絡

2018年GOLD倡議中指出[4]，COPD具體發病機制仍不清楚，但國內外研究均報道氣道炎癥在COPD發病機制中起著重要作用。COPD炎癥反應是由巨噬細胞、中性粒細胞、T淋巴細胞等參與并釋放多種炎癥因子(腫瘤壞死因子、IL-6、IL-8、GM-CSF及MMP-2、CD4+等)所形成的復雜炎癥網絡系統，造成炎癥細胞在患者氣道中積聚、浸潤，造成肺組織反復損傷與修復、肺泡壁破壞，最終造成氣道重塑發生進行性氣流受限、肺氣腫[5-6]。小氣道黏膜表面免疫屏障有利于維持內環境穩定，Allinson等[7]研究發現，慢阻肺既往吸煙者小氣道局部免疫球蛋白A(immunoglobulin A, IgA)分泌不足，驅動細菌移位，促進核因子 κB(nuclear factor-κB, NF-κB)增加，巨噬細胞和中性粒細胞浸潤，從而導致小氣道炎癥和氣道重塑。肺氣腫可促進血管結構紊亂，但血管內皮功能障礙和病理改變可發生在肺氣腫之前，CT肺灌注成像檢查有助于明確這一問題[8]。

當香煙或霧霾中有害的氣體或顆粒進入呼吸道后引起機體局部炎癥級聯反應，主要是由在氣管和肺組織巨噬細胞聚積、激活、分泌IL-8、TNF-α和LTB4等炎癥因子，同時巨噬細胞還促進組織蛋白酶-K、-L、-S和金屬蛋白酶MMP系列蛋白酶釋放，共同導致氣道慢性炎癥及肺氣腫[9]。當感染源為病毒或細菌時，T淋巴細胞和巨噬細胞共同參與這一炎癥過程，大量研究表明，COPD患者氣道分泌物、肺實質中T淋巴細胞含量增多，特別是CD8+T 最為明顯，并且與氣流受限程度呈正相關。Lofdahl 等[10]報道，CD4+T 細胞在COPD 患者的肺上皮內增多，局部氣道中激活的CD4+T細胞能分泌TNF-α和IL-6等細胞因子及激活 MMP-9，參與細胞外基質破壞，進而導致肺氣腫發生。

二、巨噬細胞在COPD發生發展中的作用與地位

慢性炎癥是COPD患者病情進展及肺功能下降的首要因素，巨噬細胞在慢性炎癥反應中貫穿始終，特別是在慢性炎癥反應的初期具有決定性作用。巨噬細胞在受損肺泡的聚集表明巨噬細胞在慢性炎癥中起重要作用[11]。巨噬細胞表面表達多種趨化因子受體，受到有害物質的刺激后，在相應趨化因子作用下，經毛細血管內皮細胞間隙抵達炎癥灶并被局部炎癥因子激活發揮生物學功能。到達炎癥灶的巨噬細胞被局部炎癥因子激活，進一步分泌MIP-1α/β、MCP-1、MIF等趨化因子，誘導更多巨噬細胞活化和聚集[11]，釋放細胞因子TNF-α、IL-8等，并伴隨炎癥反應發展，逐漸發揮去除病原體和異物的功效，巨噬細胞的動態平衡調節功能在人體免疫功能中扮演了重要的角色[12]。

在COPD的諸多的病因中，肺部的煙霧暴露是持續炎癥進展的必要條件。這些炎癥反應不僅導致局部肺組織的結構破壞，還伴有顯著的肺外效應。研究發現，在部分患者戒煙后，疾病的進展并未完全停止[13]。推測其可能與抑制巨噬細胞功能、激活、活化有關，但是否與細胞因子的釋放、炎癥通路的激活相關尚不清楚？MIF與多種炎癥性疾病相關，有研究報道MIF在過敏性氣道炎癥和矽肺中的表達增高[14-15]。因此，需要了解MIF的結構和功能，進一步研究和探討MIF在COPD發病中的作用。

三、 MIF在COPD 發病機制中的作用

1. 巨噬細胞遷移抑制因子(MIF): MIF是一種具有趨化功能的獨特結構的多效免疫調節細胞因子。最早由Bloom和Benett等[16-17]在活化的T淋巴細胞中發現的。MIF是一種前炎性因子，主要作用是巨噬細胞活化功能，包括巨噬細胞的粘附、遷移、吞噬作用。還具有促炎癥反應并促進細胞的定向遷移，能拮抗糖皮質激素，促進其他促炎因子的方式釋放，抑制細胞凋亡等功能。因此，它與多種具有炎癥反應過程的疾病如膿毒癥、子宮內膜異位癥、ARDS、過敏性哮喘等有關。MIF主要是由T細胞、B細胞、垂體前葉細胞及單核巨噬細胞合成并儲存在胞質中通過自分泌、內分泌或旁分泌釋放。MIF本質是蛋白質，結構獨特，是由α鏈和β鏈組成一個獨特的三維結構，不同種族的MIF分子間的氨基酸序列同源性>80%。MIF啟動子包含細胞因子調控序列(NF-κB)，首先在活化的T淋巴細胞中發現，淋巴細胞、單核巨噬細胞是MIF的重要來源[18]。MIF參與了多種炎癥性疾病的發生和進展[19]，在變態反應疾病如過敏性鼻炎、支氣管哮喘等疾病中[20]，MIF和MIF-mRNA表達也均有所增加并與巨噬細胞、T淋巴細胞的浸潤程度有關。

2. MIF介導的炎癥反應: MIF是一種多功能炎性因子，當機體發生炎癥、過敏及應激反應時，可刺激垂體前葉細胞釋放MIF，局部炎癥反應巨噬細胞激活釋放大量MIF。MIF大量分泌進一步誘導巨噬細胞活化形成正反饋調節，MIF一方面誘導產生花生四烯酸、Cox-2、PGE2等炎性介質, 另一方面引起基質金屬蛋白酶 (matrix metalloproteinase, MMP-2)的表達, 從而發揮促進炎癥和免疫反應的作用。正常狀況下，當機體發生嚴重感染時HPA軸被激活，血液中ACTH、腎上腺皮質激素水平迅速升高，起到抑制免疫反應、抗炎、保護宿主的作用。早在Abraham 等[21]的研究中就發現，當機體嚴重感染或處于應激狀態時，血中MIF水平明顯升高，并發現此時血中皮質醇和MIF水平在一定范圍內成正相關。隨后體外研究應用動物模型，采用低濃度的地塞米松(10-14M)和高濃度的地塞米松(10-7M)分別誘導巨噬細胞，測定巨噬細胞產生MIF的含量，研究發現低濃度地塞米松可誘導單核細胞源性的巨噬細胞產生MIF，相反高濃度地塞米松卻抑制巨噬細胞產生MIF。說明MIF與皮質類固醇激素相互拮抗調節免疫反應[22]。

臨床相關實驗已經證明MIF參與了多種呼吸系統疾病的發生和發展。MIF在過敏性氣道炎癥和矽肺血清中的表達均增高；在OSAHS患者中，血清 MIF水平也升高，血清MIF的變化反映了其病情的嚴重程度和低氧血癥的嚴重程度[23]。同樣，急性過敏性哮喘患者血清中MIF顯著升高，并且在哮喘大鼠肺中MIF和NF-κB的激活也增加，NF-κB激活的鈍化降低，MIF在肺組織中表達[24]，表明MIF與NF-κB密切相關。在非小細胞肺癌患者血清中MIF也增加[25]，而且吸煙是肺癌和COPD的主要病因。這表明MIF參與了呼吸疾病的發生和發展(特別是炎癥的初始階段)，且與NF-κB信號通路相關。研究發現MIF通過ERK-促分裂原活化蛋白激酶(mitogenic activated protein kinase, MAPK)信號通路和ERK1/2-MAPK 通路誘導產生MMP-8，導致自由基金屬蛋白表達增加引發氧化與抗氧化失衡。MIF也可通過抑制糖皮質激素誘導NF-κB的合成，促使NF-κB進入核內與相應DNA序列結合而釋放大量炎性因子(TNF-α、IL-6、IL-8等)[26]。因而，MIF可能與COPD發生發展有關，并可能在COPD發病過程中起著關鍵作用。

3. MIF與COPD氣道重塑關系: COPD發生發展過程主要是慢性炎癥反應，氣道重塑是COPD的重要表現，長期慢性炎癥刺激，巨噬細胞在氣道、肺內聚積，釋放MIF，同時MIF正反饋調節巨噬細胞，巨噬細胞增多促進組織蛋白酶系列和金屬蛋白酶MMP系列蛋白酶釋放，破壞肺組織，造成肺組織反復修復與損失導致小氣道重塑。基質金屬蛋白酶( matrix metalloproteinase, MMPs)通常以酶原的形式存在，在正常情況下血漿中的濃度很低，但在機體受到炎癥刺激時，其濃度明顯增加[27]。MMPs在COPD炎癥反應及氣道重塑中發揮了重要的作用，其通過炎性細胞如中性粒細胞向細胞外滲出、降解分子間隙基底膜、激活和釋放生長因子，從而促進組織重塑[28]。Verschu ren 等[29]對動脈瘤的研究發現MIF能夠誘導MMP-9表達，通過降解血管基底膜中的膠原成分，從而破壞血管的正常結構。現階段研究盡管已經明確發現MMP-9參與了COPD氣道炎癥及氣道重塑的發生、發展，同時也發現血清MMP-9水平有助于判斷COPD的病情及預后[30]，但在COPD患者中還未有MIF誘導MMP-9表達的報道。成纖維細胞 (fibroblast, FB)是氣道黏膜下的主要結構細胞之一，基底膜層主要是由Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ膠原纖維和成肌纖維細胞產生的纖維連接蛋白組成，陳培芳等[31]研究發現，MIF通過激活Rho激酶途徑刺激成纖維細胞膠原Ⅰ型合成，并參與哮喘氣道結構重塑。國外研究顯示MIF可強烈促進TGF-β1表達，TGF-β1與膠原代謝有關 ,MIF促進 MRC-5細胞膠原表達增多，可能與其它細胞因子相互作用有關[32]，同時MIF通過ERK-促分裂原活化蛋白激酶(mitogenic activated protein kinase, MAPK)信號通路再激活ERK1/2-MAPK通路，誘導產生MMP-8導致自由基金屬蛋白表達增加，引發氧化與抗氧化失衡，進一步加重小氣道損傷。

4. MIF與COPD肺功能的關系: COPD是以持續的呼吸道癥狀和氣流受限為特征的一種氣道疾病，因肺功能進行性惡化，降低患者生存質量。COPD患者因長期的慢性炎癥促進巨噬細胞釋放大量MIF，巨噬細胞MIF正反饋進一步促進T細胞分泌產生更多的炎癥因子，從而促進COPD的級聯炎癥反應，加重疾病進展。劉琛琛等[33]的研究通過誘導COPD患者痰中T淋巴細胞MIF的表達，得出MIF表達的增強與FEV1%及CAT評分均呈負相關的結論。佘惟檳等[34]的研究表明在吸煙未患COPD的患者中肺組織表達少量MIF蛋白，而吸煙患COPD的患者肺組織中MIF表達顯著增加，并且肺組織中MIF的mRNA表達與FEV1，FEV1/FVC呈負相關。郁昊達等[35]將健康人作為對照組，同樣發現MIF在COPD穩定期、急性加重期的表達均增加，但在穩定期與急性加重期之間差異不明顯，這與上述研究不太一致，可能與納入的病例數較少，設置對照組不同有關。但都說明COPD的急性加重期時，MIF表達明顯升高。

COPD的發病機制復雜，各種機制之間相互作用和相互影響，其中炎癥機制占其核心地位。在COPD炎癥反應中，各種細胞因子及炎性介質在氣道組織中聚集、浸潤，造成肺組織損傷與修復交替出現，最終導致氣流進行性、不可逆性受限。MIF廣泛表達于多種組織的細胞中，是一種重要的前炎癥因子，參與炎癥級聯反應,活化巨噬細胞，通過抑制其游走移動，增強其粘附、吞噬及殺滅炎癥細胞和/或炎癥介質的活性從而發揮作用，并參與氣道重塑，加重COPD進展。國內外多項研究均表明MIF產生于COPD炎癥反應，但是關于MIF在COPD炎癥反應中的具體機制仍不明確，相信隨著研究的增多，會有更多關于MIF在COPD發病機制中的作用機理得以闡述。目前COPD的急性加重期及穩定期治療均涉及抗炎治療，MIF作為一個前炎性因子，參與疾病進程，能否針對MIF致炎進程找到新的治療靶點，提高COPD患者生活質量，尚有待于進一步研究。