NOX酶在特發性肺纖維化發病機制中的作用研究進展

李博聞，胡加森，呂增靜，楊佳女，孫燕

（1.沈陽醫學院基礎醫學院臨床醫學專業2015級本科生，遼寧 沈陽 110034；2.基礎醫學院藥理學教研室）

特發性肺纖維化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）是一種慢性進行性的纖維化肺病，其病理改變為肺泡上皮細胞（alveolar epithelial cell，AEC）受損，肌成纖維細胞增多，細胞外基質（extracellular matrix，ECM）大量沉積，肺泡結構遭到破壞，進而使氣體交換愈發困難，最終導致呼吸衰竭而死亡，主要的臨床特征為慢性進行性呼吸困難，偶爾會并發刺激性干咳［1-3］。NOX家族，也稱還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH），是細胞活性氧（reactive oxygen species，ROS）的主要來源，由幾種同工酶組成：NOX1～5和雙重氧化酶（DUOX1和DUOX2）［4］。大量實驗表明，NOX酶產生的ROS可能是IPF致病過程中的主要參與者［5］。此外，IPF的發生進展機制可能涉及AEC損傷凋亡、上皮間質轉化（epithelialmesenchymal transition，EMT）而導致ECM過多沉積和炎癥反應。盡管目前IPF發病機制并未完全闡明，但NOX酶在IPF中發揮的作用，已成為近幾年研究的熱點。本文將對NOX酶在IPF的發生機制中的作用進行綜述，以期找到IPF新的治療靶點。

1 ROS在IPF中的作用

ROS包括超氧化物（O2-）和過氧化氫（H2O2）這兩類物質。當ROS高表達時，會使生物分子如DNA、蛋白質和脂質受到氧化損傷，也可導致細胞凋亡和衰老［6］。而在IPF發生進展過程中，ROS 主要來自于線粒體和 NOX4［7-8］。NOX4 在IPF患者和肺纖維化小鼠模型的肺泡Ⅱ型（AT2）細胞上高表達，產生大量ROS［8］。當線粒體功能出現障礙時可以導致過量的ROS產生［9］。研究發現，敲除表達線粒體基因的小鼠在暴露于石棉或博來霉素后肺纖維化程度相較于野生型小鼠減輕［10］。在IPF患者和石棉引起的肺纖維化小鼠模型的AEC中可以發現，ROS能夠激活p53，損傷DNA，誘導細胞凋亡［11］。而p53通常又可以通過影響線粒體來促進ROS的過量產生［12］。在IPF發生發展過程中，ROS可以激活基質金屬蛋白 酶（matrix metalloproteinases，MMPs），刺 激MMPs轉錄，從而激活各種生長因子、細胞因子，進而影響細胞的黏附、增殖、分化、募集、轉移以及細胞凋亡等細胞功能，對IPF的發展具有一定作用［13-14］。

2 NOX誘導AEC損傷及凋亡

在IPF發生發展過程中，AEC的凋亡是其中的關鍵步驟，而NOX2和NOX4對AEC凋亡具有誘導作用［15-16］。細胞凋亡主要通過損傷細胞DNA和激活腫瘤壞死因子受體（TNF-R）超家族的成員而發生［17］。有研究表明，NOX4過表達產生的ROS不僅能促進TGF-β的活化，還能誘導巨噬細胞、纖維母細胞持續分泌TGF-β，加劇AEC的凋亡［18］。有研究顯示，在肺纖維化小鼠中，AEC凋亡部位與NOX4的高表達部位高度一致［19］。對于一些已經發現的介導細胞凋亡的信號通路，NOX4也有一定的影響作用，在關于肝纖維化的一項實驗中，對照組小鼠可通過Fas/FasL通路介導肝細胞的凋亡，而實驗組中敲除了NOX4基因的小鼠，對這條通路介導的肝細胞凋亡作用的敏感性下降［20］。在AEC中也存在Fas/FasL通路來介導細胞凋亡，但AEC中NOX4能否對這條通路有所影響仍需要探究。應用NOX2表達抑制劑也可以在一定程度上抑制小鼠AEC的凋亡［19］。同時在敲除了NOX2基因的肺纖維化小鼠中，AEC凋亡受到抑制的同時，也可觀察到AEC中的NOX4表達降低［19］。

3 NOX促進EMT和ECM沉積

在IPF的發生發展過程中，肌成纖維細胞并不僅限于由肺原有的成纖維細胞活化而來，EMT也是肌成纖維細胞的一個重要來源［21］。EMT可將肺內的各種上皮細胞轉化為成纖維細胞和肌成纖維細胞，在IPF的發生發展中起著重要作用［22］。目前，TGF-β被公認為是在IPF發病過程中促進EMT的關鍵因子，而在實驗中使用TGF-β誘導AEC的EMT時，可觀察到NOX4表達和ROS產量同時上升［23］。有研究顯示，ROS過表達時可以增強誘導EMT的TGF-β/Smad信號通路中Smad轉錄因子的表達，進而促進EMT［24］。另有研究表明，對AEC使用NOX4表達抑制劑DPI，在降低ROS表達的同時可有效抑制TGF-β誘導的EMT［25］。

ECM主要由肌成纖維細胞分泌，而NOX4可以促進EMT使肌成纖維細胞產生增加進而促進ECM沉積［26］。ECM在大量沉積后可進一步加強EMT的作用，使得ECM的沉積更為顯著［27］。NOX4產生的ROS也可以激活MMPs，MMPs對各種蛋白質（包括多種ECM成分）發揮蛋白水解活性，從而成為ECM形成的中心。肺中的許多細胞類型能夠表達MMPs，包括上皮細胞、成纖維細胞、肌成纖維細胞和巨噬細胞，而在IPF患者中也觀察到了MMPs在這些細胞的高水平表達［13，18］。由此我們可以猜測，NOX4 通過產生的ROS激活MMPs，MMPs，是ECM形成的中心，從而促進ECM沉積，該過程可能是IPF的發病機制。

4 NOX介導炎癥反應促進IPF

起初，人們認為炎癥反應是IPF發病的重要始動因素，機體正是因為炎癥反應的持續刺激出現了AEC凋亡，肌成纖維細胞分化，ECM沉積，導致IPF的發生［28］。隨著研究的進展，有證據顯示，即使在沒有發生炎癥的情況下，AEC的凋亡也能引起IPF，但這并不意味著炎癥反應在IPF的進展過程中沒有作用，炎癥細胞可能會導致上皮損傷［13］。對IPF患者的研究表明，肺泡炎癥細胞（主要是中性粒細胞和巨噬細胞）可以促進AEC的損傷，從而增加ROS的產生［29］。NOX2在肺中普遍表達且穩定存在，其在炎癥條件下會出現表達增多［30］。而NOX2在IPF中的證據主要來自動物模型，該模型顯示NOX2遺傳缺陷的小鼠可以減少博來霉素或碳納米管誘導的AEC的損傷［31］。除上述NOX2在炎癥細胞的作用之外，有研究表明NOX2/ROS/NLRP3炎性小體信號通路會促進IPF的發生［32］。同時也有研究表明NOX4/NALP3炎癥體信號通路在AngⅡ影響下會促進肺成纖維細胞膠原的產生［33］。

5 靶向NOX在IPF中的潛在應用

目前治療IPF的代表性藥物主要致力于解決機體氧化抗氧化失衡的問題。但是，過去臨床上常用的抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸（N-acetyl-L-cysteine，NAC）在近些年的臨床對照試驗中對IPF的治療并無明顯的效果。其原因可能是由于ROS與抗氧化劑相互作用的失衡導致抗氧化劑效果不明確，因此需要在IPF中探索更具靶向性的抗氧化治療方法［34-36］。2015年新的IPF診治指南將吡非尼酮和尼達尼布列為有條件推薦藥物［37］。吡非尼酮既能抑制IPF過程中的炎癥因子，減少AEC損傷，也能抑制TGF-β等促EMT因子的表達，進而起到抗纖維化的作用。經臨床試驗證實能顯著改善患者肺功能［38-40］。尼達尼布是Src家族酪氨酸激酶抑制劑，通過抑制成纖維細胞生長因子和血小板衍生因子（platelet derived growth factor，PDGF）的表達，可以有效地改善患者肺功能，提高患者生活質量［41-42］。

NOX4是IPF發生進展過程ROS的重要來源，同時在TGF-β介導下對AEC凋亡和成纖維細胞的遷移均有著重要作用，因而抑制NOX4表達對于IPF的治療是有一定的理論基礎的［43］。有研究指出，應用針對NOX4表達或活化的藥理性抑制劑可以在阻止纖維化進程的同時，不抑制TGF-β介導的其他有利效應［43］。因此，抑制NOX4表達在IPF治療中有著潛在的應用價值。目前以抑制NOX4表達為治療靶點的二甲雙胍和阿奇霉素都經過動物模型實驗和體外細胞培養實驗的驗證，對肺纖維化皆有著明顯的抑制作用［44-46］。

綜上所述，NOX酶與其產生的ROS在IPF中對于AEC凋亡、肌成纖維細胞分化、遷移、增殖及炎癥反應發揮了重要作用。靶向NOX藥物在治療IPF方面已取得了初步的進展，具有廣闊的應用前景。雖然NOX酶作為治療靶點在治療IPF的潛在價值已得到承認，但對于這類藥物的臨床效果及不良反應仍需要大量的研究去驗證。