瘦素在肺纖維化發病機制中的研究進展

馬瑞敏，任壽安

(1.山西醫科大學，太原 030001；2.山西醫科大學第一醫院呼吸與危重癥醫學科，太原 030001)

肺纖維化是一種慢性、進行性加重、不可逆的彌漫性肺部疾病，是由多種原因導致的肺間質組織中肺泡上皮細胞損傷、凋亡，成纖維細胞活化形成肌成纖維細胞的過程，最終導致大量細胞外基質和膠原蛋白沉積的纖維增生性疾病[1]。很多肺部疾病發展的結局均為肺纖維化，但其病因及發病機制尚未完全清楚。瘦素不僅能調節能量代謝，還參與了很多生理過程，如免疫反應、炎癥反應等。瘦素在腫瘤、心血管系統疾病、神經系統疾病、肝臟疾病以及呼吸系統疾病中也發揮一定的作用。鑒于肺纖維化的發病機制尚未完全明確，目前臨床上尚無針對性藥物，因此研究瘦素與肺纖維化可能會找到新的治療靶點。現就瘦素在肺纖維化發病機制中的作用進行探討，旨在為肺纖維化患者尋求新的治療靶點。

1 瘦素及其生物學特性

瘦素是由肥胖基因編碼，白色脂肪組織產生的蛋白質，由146個氨基酸構成[2]。1994年，Zhang等[3]通過定位克隆將編碼肽激素瘦蛋白的人肥胖基因(OB基因)定位于第7號染色體(7q31.3)，之后有學者報道了瘦蛋白的合成[4]。瘦素水平的升高與脂肪量呈正相關，調節瘦素的因子主要受脂肪細胞瘦素信使RNA水平的影響。禁食期間瘦素水平的下降發生在數小時內，并向大腦發出饑餓信號，其中下丘腦、腦橋、小腦和延髓的瘦蛋白敏感神經元引發穩態反應，包括饑餓和減少能量消耗[5]。瘦素不僅受限于飲食對能量代謝的調節，也可通過調節炎癥因子、內分泌水平對行為認知、生殖系統、免疫系統、心血管系統、骨代謝、腫瘤疾病等產生影響[6]。瘦素對全身系統均有影響，很大程度上與瘦素受體在脂肪組織以及其他器官和組織(包括下丘腦、垂體、淋巴結、肝、肺、子宮、腎、胰腺、胃、性腺等)中的表達有關[7]。瘦素與其受體結合后會產生一定的生理效應，涉及多種信號轉導通路[8]，包括蛋白酪氨酸激酶/信號轉導及轉錄激活因子、Ras通路、胞外信號調節激酶1/2通路、磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)/叉頭框轉錄因子O亞家族蛋白1通路、AMP活化蛋白激酶/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)、核糖體S6蛋白激酶家族，這些信號通路可能會為研究瘦素提供一定的指導。

2 瘦素致肺纖維化的相關機制

2.1瘦素對炎癥反應的調節 研究發現，注射促炎細胞因子如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α和白細胞介素(interleukin,IL)-1后，瘦素信使RNA在小鼠脂肪組織中的表達增加[9]。慢性阻塞性肺疾病急性加重期通常與感染相關。研究發現，慢性阻塞性肺疾病急性加重期患者體內瘦素的水平通常急劇升高[10]，這種瘦素水平的突然升高可能與全身炎癥反應導致TNF-α和IL-1等促炎細胞因子釋放增多有關。肺纖維化很大程度上與炎癥反應有關，炎癥風暴導致肺組織的調節恢復受損。研究發現，特發性肺纖維化急性加重期患者血漿瘦素水平較穩定期患者和健康人明顯升高，C反應蛋白和紅細胞沉降率也較穩定期患者和健康人升高，而瘦素是死亡時間的獨立預測因子[11]。瘦素參與了特發性肺纖維化的急性發作，結合相關炎癥指標的同步升高，提示瘦素可能通過調節炎癥反應影響肺纖維化。

Hsu等[12]的研究中闡述了瘦蛋白通過促分裂原活化的蛋白激酶和核因子κB的共激活因子p300刺激肺泡Ⅱ型細胞中胞質型磷脂酶A2α(cytosolic phospholipase A2α，cPLA2α)基因的表達。瘦素在呼吸系統中上調了炎癥蛋白cPLA2α和環加氧酶(cyclooxygenase，COX)-2的表達，增加了白細胞浸潤。應用活性氧類清除劑(N-乙酰半胱氨酸)、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶抑制劑(夾竹桃麻素)或活化蛋白-1抑制劑(丹參酮ⅡA)減弱了瘦素介導的cPLA2α/COX-2的表達和肺中白細胞的募集，因此推斷瘦素是通過還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶/活性氧類/活化蛋白-1途徑增加肺cPLA2α/COX-2的表達和白細胞募集。持續性慢性炎癥會導致纖維化[13-14]。Gui等[15]認為，瘦素較多地沉積在特發性肺纖維化的肺組織中，并與患者的高分辨率CT評分呈正相關。因此推測，瘦素致肺纖維化可能與炎癥反應相關。氣管內注入博萊霉素構建小鼠肺纖維化模型發現，第7天肺泡炎癥較為明顯，可見大量炎癥細胞浸潤，自第14天開始炎癥逐漸減弱，肺纖維化程度逐漸加重，肺組織中瘦素水平在第7天開始升高，隨著纖維化程度的不斷加重，瘦素水平也呈升高趨勢[16]。綜上可知，早期炎癥反應階段即伴有瘦素的參與。

2.2缺氧誘導因子(hypoxia-inducible factor，HIF)-1α激活瘦素的表達 HIF-1α是細胞缺氧的預測因子，其能調節受損組織缺血期間組織修復所需的許多過程。肺纖維化導致患者換氣功能障礙，常合并低氧血癥。HIF-1α可調節代謝蛋白(葡萄糖轉運蛋白1)、黏附蛋白(整聯蛋白)、可溶性生長因子[轉化生子因子(transforming growth factor，TGF)-β、血管內皮生長因子]、細胞外基質成分(Ⅰ型膠原蛋白、纖維連接蛋白)的表達，進一步增強受損期間的修復過程。因此，HIF-1α被視為切口愈合的正調節器及器官修復和組織纖維化的潛在調節劑，在很多纖維化疾病中發揮重要作用[17]。

硅肺是指在職業生產活動中接觸二氧化硅粉塵致肺纖維化和硅肺結節形成的疾病[18]，是塵肺的一種，在低收入和中等收入國家較為普遍。裴厚霜等[19]通過構建硅肺大鼠模型發現，大鼠肺組織中HIF-1α水平與瘦素呈正相關，可能由于HIF-1α蛋白在細胞內積聚增加，使其下游瘦素基因啟動子的活性增強，從而導致瘦素表達增加。給予大鼠外源性瘦素后，羥脯氨酸的含量增多，表明HIF-1α激活了瘦素的表達，而瘦素進一步參與纖維化的形成[19]。

2.3瘦素抑制過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)γ增強TGF-β1的表達 瘦素或瘦素受體信號缺陷的小鼠可抵抗毒素誘導的肝臟損傷和纖維化[20]。瘦素誘導胞外信號調節激酶激活和早期生長反應因子1的表達,從而抑制肝星狀細胞中PPARγ的表達[21]。TGF-β1處理人肺細胞后加速了上皮-間充質轉化過程，增加了α平滑肌肌動蛋白和Ⅰ型膠原蛋白等促纖維化因子的表達，而高水平的瘦素進一步增強了促纖維化因子的表達[15]。由此可推測，PPARγ對纖維化的形成有抑制作用，而瘦素、TGF-β1則促進了肺纖維化的形成。

PPARγ是核激素受體超家族成員，該配體激活的轉錄因子可通過抑制核因子κB和促分裂原活化的蛋白激酶依賴性信號轉導途徑發揮抗炎作用。PPARγ作為纖維化發生中Smad依賴性和獨立于TGF-β的關鍵抑制劑，其作用包括抑制TGF-β表達、膠原合成、肌原纖維分化和上皮-間充質轉化[22-24]，其激活能夠抑制各種因素所致的肺、腎和皮膚的纖維化。研究顯示，噻唑烷二酮類藥物可激活PPARγ的表達，進而抑制纖維化反應，包括博來霉素誘導的纖維化[24]。采用氣管內滴注博萊霉素創建小鼠纖維化模型發現，支氣管肺泡灌洗液中瘦素的水平顯著升高，而瘦素受體信號缺陷的小鼠對博來霉素誘導的纖維增生的發展具有抗性[25]。用瘦素處理人肺成纖維細胞有助于增強TGF-β介導的促纖維化基因的表達，包括TGF-β的自分泌。在PPARγ缺陷細胞中，瘦素誘導的TGF-β1轉錄未增強(通過穩定基因敲除及使用PPARγ特異性抑制劑)[16]。這表明瘦素介導的TGF-β1轉錄增強需要一定的PPARγ水平。纖維化患者的瘦素通過降低TGF-β1水平抑制PPARγ在正常人肺成纖維細胞中的表達和活性，從而導致肺纖維化。

研究顯示，糖尿病患者發生急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)的可能性為50%，最高可達62%，但患有ARDS的糖尿病患者的死亡率卻低于非糖尿病患者[26-29]。Jain等[15]研究發現，瘦蛋白抗性糖尿病小鼠行博來霉素誘導的肺纖維化過程中未表現出肺纖維化；博來霉素處理的野生型小鼠支氣管肺泡灌洗液中瘦素的水平是磷酸鹽緩沖液處理的野生型小鼠的7倍；糖尿病小鼠體內具有更高水平的PPARγ，PPARγ抑制了TGF-β1的表達，因瘦素抵抗致瘦素水平偏低，進而無法抑制PPARγ的表達。在一些急性肺損傷和ARDS患者中，TGF-β1的激活有助于形成活躍和持續的纖維增生反應，其特征為膠原沉積和氣體交換障礙。瘦蛋白能增強TGF-β1介導的纖維化，隨著瘦蛋白水平的升高，其致纖維化能力也增強。

2.4瘦素抑制自噬過程 自噬在細胞存活和細胞凋亡中均發揮重要作用。自噬有助于維持細胞的生理穩態，并可以去除功能失調的細胞成分，如受損線粒體和錯誤折疊的蛋白質[30]。自噬與很多疾病相關，包括神經系統疾病、呼吸系統疾病、心臟相關疾病、消化系統疾病、腫瘤、感染、自身免疫性疾病等[31]。此外，自噬不足與纖維化疾病也密切相關。

肺纖維化患者存在自噬不足。自噬不足導致肺泡上皮細胞衰老和損傷,促進成纖維細胞向纖維細胞分化；恢復自噬水平可以抑制成纖維細胞向纖維細胞轉化，從而減少膠原蛋白的沉積，抑制肺纖維化形成[16]。

研究表明，特發性肺纖維化激活了mTOR通路,而mTOR通路對自噬有抑制作用,進而導致肌成纖維細胞分化，最終形成肺纖維化[32]。Gui等[15]的研究發現，特發性肺纖維化患者瘦素水平較高，并與疾病嚴重程度相關，其通過激活PI3K/Akt/mTOR信號通路抑制自噬。mTOR信號轉導通路下游S6k的磷酸化提示mTOR信號轉導通路的激活，而瘦素可導致磷酸化的S6k顯著增加，mTOR信號轉導通路的活化增強。阻斷PI3K/Akt信號通路幾乎完全逆轉了由瘦素誘導的S6k磷酸化的上調。將mTOR抑制劑作為自噬誘導劑可逆轉瘦素的促纖維化作用。TGF-β1抑制了特發性肺纖維化患者中成纖維細胞中的自噬[33]。使用雷帕霉素靶蛋白復合物1和PI3K抑制劑發現，TGF-β1一定程度上對PI3K、Akt和mTORC1產生影響，進而調控自噬。瘦素與TGF-β1均對自噬有一定的抑制作用，但兩者是通過相同的通路還是不同的通路發揮作用還需要進一步研究，以針對性地恢復自噬水平，弱化纖維化進展。

2.5瘦素對免疫系統的調節 瘦素作為一種促炎因子，對特異性免疫和非特異性免疫均有影響。免疫系統失調在家族性肺纖維化和Hermansky-Pudlak綜合征兩種遺傳性肺纖維化疾病中均發揮作用。El-Chemaly等[34]的研究表明，與無遺傳性肺纖維化疾病的親屬相比，遺傳性肺纖維化患者的血清瘦素水平顯著升高。研究發現，B細胞表達瘦蛋白受體，瘦素激活外周血B細胞，并通過抑制細胞凋亡、誘導增殖和延長存活維持B細胞穩態[35]。瘦素對T細胞也有類似的作用[36]。瘦素在一定程度上促進了淋巴細胞增殖，維持了細胞穩態。家族性肺纖維化和Hermansky-Pudlak綜合征患者的外周血環境可促進T細胞和B細胞活化和群體擴增，這些淋巴細胞的表達與外周血中瘦素和細胞因子水平的改變相關。涉及有絲分裂和細胞周期調節的幾個基因在家族性肺纖維化患者的外周血中高度表達和富集，表明淋巴細胞失調是遺傳性肺纖維化疾病的一種表現形式。循環免疫細胞在肺纖維化中發揮了重要作用。硬皮病是一種與肺纖維化相關的自身免疫結締組織病，其肺泡間質也存在B淋巴細胞浸潤[37]。以上研究表明，免疫細胞可通過細胞毒作用或分泌促炎或促纖維化因子促進肺纖維化[34]，而瘦素在某種意義上促進了淋巴細胞的增殖。

3 小 結

肺纖維化是較多疾病的終末期狀態，往往導致患者嚴重的呼吸困難，預后較差，由于肺纖維化的形成機制尚未完全明確，故導致肺纖維化患者得不到有效救治，患者的死亡率較高。有研究顯示，肺纖維化患者的中位生存期僅為3年[38]。目前，臨床批準用于治療特發性肺纖維化的藥物僅有吡非尼酮和尼達尼布，且價格相對高昂。纖維化的最終治療手段為肺移植，雖然目前肺移植技術比較成熟，但供肺來源、后續抗免疫排斥反應藥物的使用以及昂貴的手術費用導致肺移植還不能普及。近年來，有關瘦素在各種纖維化疾病中作用的研究越來越多，但關于瘦素與肺纖維化疾病的研究較少。目前發現，瘦素在肺纖維化的過程中通過調節炎癥反應、抑制PPARγ表達、增強TGF-β1的作用、抑制自噬、調節免疫系統等促使纖維化的發生，但仍有許多機制、許多因子有待進一步研究，以期尋求新的治療策略。