特發(fā)性肺纖維化的發(fā)病機(jī)制及藥物治療進(jìn)展

馮欣麗 莊 盼 劉軍權(quán),2▲

1.浙江衛(wèi)未生物醫(yī)藥科技有限公司技術(shù)部，浙江杭州 310053；2.杭州金域醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)所有限公司技術(shù)部，浙江杭州 310053

特發(fā)性肺纖維化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）是一種能導(dǎo)致肺部功能進(jìn)行性損傷的肺間質(zhì)疾病[1]；其特征在于肺泡上皮細(xì)胞（alveolar epithelial cells，AEC）和成纖維細(xì)胞異常活化、分泌過(guò)多的細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrixc，ECM），包括基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）、成纖維細(xì)胞增殖等。IPF 常發(fā)生于老年人，確診后的中位生存期為2～5 年，5 年生存率為20%～25%[2-3]。IPF 早期診斷困難，目前亦無(wú)有效的臨床治療措施，且預(yù)后極差。因此，其發(fā)病機(jī)制以及如何治療成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)課題。

1 IPF 的發(fā)病機(jī)制

IPF 是一種慢性、進(jìn)行性的間質(zhì)性肺疾病，其特點(diǎn)是肺部瘢痕化，并伴有疾病負(fù)荷和早期死亡[4]。其病理學(xué)主要表現(xiàn)為胸膜下和基底部的纖維化與蜂窩樣改變，以及IPF 周?chē)哪z原和ECM 沉積，最終導(dǎo)致肺組織結(jié)構(gòu)改變、肺通氣和彌散功能喪失而危及生命[5]。

1.1 IPF 的炎癥反應(yīng)

成纖維細(xì)胞參與血管形成、損傷感知等，這對(duì)維持組織生理平衡是有益的。同時(shí)，損傷、感染等觸發(fā)成纖維細(xì)胞分化為活化的肌成纖維細(xì)胞，驅(qū)動(dòng)病理性炎癥，最終導(dǎo)致組織纖維化并伴有進(jìn)行性瘢痕形成[6-7]。Li 等[8]通過(guò)觀(guān)察IPF 患者的成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞，采用免疫印跡法和實(shí)時(shí)定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)法檢測(cè)纖維連接蛋白的表達(dá)水平，評(píng)估細(xì)胞的侵襲能力，發(fā)現(xiàn)成纖維細(xì)胞比來(lái)自其他肺部疾病的細(xì)胞更具侵襲性。

1.2 細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)調(diào)控失衡

IPF 的主要病理特征之一是在各種生長(zhǎng)因子刺激下纖維母細(xì)胞增殖。纖維母細(xì)胞生長(zhǎng)因子包括轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transforming growth factor，TGF）-α、TGF-β、血小板趨化生長(zhǎng)因子等。TGF-β 是具有多種功能的主要致纖維化因子，能促進(jìn)成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，并保護(hù)成纖維細(xì)胞免于細(xì)胞凋亡以及促進(jìn)活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生。Xiang 等[9]從分子機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞可通過(guò)分泌TGF-β1，介導(dǎo)成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，分泌過(guò)量ECM，促進(jìn)IPF 的發(fā)生。

1.3 氧化應(yīng)激損傷

肺組織始終處于含氧環(huán)境，更容易受到氧化應(yīng)激損傷，已有研究顯示，氧化/抗氧化失衡是IPF 發(fā)病機(jī)制之一[10-11]。鐘長(zhǎng)軍等[12]梳理了氧化應(yīng)激與IPF 之間的關(guān)系，認(rèn)為AEC 持續(xù)損傷可能是IPF 的起始因素，而高濃度ROS 的存在會(huì)導(dǎo)致膜相結(jié)構(gòu)脂質(zhì)雙層的穩(wěn)定性降低，脫氧核糖核酸單鏈斷裂與破環(huán)，促進(jìn)含硫蛋白質(zhì)的交聯(lián)，使多肽直接斷裂成片段，導(dǎo)致肺上皮細(xì)胞損傷和壞死。同時(shí)壞死細(xì)胞釋放出細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)并產(chǎn)生更多ROS 以進(jìn)一步損傷鄰近組織，這種惡性循環(huán)很容易引起IPF。總之，氧化/抗氧化失衡是引起IPF 的重要發(fā)病機(jī)制。

1.4 病毒感染引發(fā)肺纖維化

2003 年非典型肺炎疫情中，許多幸存者患上了殘余IPF，其嚴(yán)重程度在老年患者中有所增加。而死亡患者的尸檢結(jié)果也顯示其具有不同程度的纖維化。冠狀病毒引起的肺損傷是患者的主要臨床表現(xiàn)之一，嚴(yán)重影響患者的預(yù)后。長(zhǎng)期隨訪(fǎng)研究顯示[13-14]，超過(guò)20%的幸存者表現(xiàn)出IPF 病變。

2 藥物治療現(xiàn)狀

2.1 西藥治療

吡非尼酮是一種具有多效抗纖維化、抗炎和抗氧化作用的吡啶酮類(lèi)化合物，它可以減少對(duì)胃腸的刺激，并且通過(guò)降低肺血管滲透性、炎癥細(xì)胞的遷移以發(fā)揮抗IPF 作用。Zurkova 等[15]研究的841 例IPF 患者中，45.5%接受吡非尼酮治療，其他未接受抗纖維化治療，對(duì)其2 年和5 年生存率以及預(yù)測(cè)用力肺活量（forced vital capacity，F(xiàn)VC）、一氧化碳彌散量進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示接受吡非尼酮治療的IPF 患者5 年生存率高于非抗纖維化治療患者，吡非尼酮治療患者中半數(shù)以上（55.9%）仍存活，而非抗纖維化治療患者中僅有31.5%存活（P=0.002）。

尼達(dá)尼布作為一種細(xì)胞內(nèi)多種酪氨酸激酶抑制劑，于2017 年9 月在中國(guó)獲批上市，給IPF 患者帶來(lái)了希望。該藥物最初設(shè)計(jì)用于治療癌癥，后來(lái)發(fā)現(xiàn)尼達(dá)尼布受體的細(xì)胞信號(hào)通路參與IPF 發(fā)病機(jī)制，提示尼達(dá)尼布具有良好的抗纖維化作用。Richeldi 等[16]開(kāi)展了隨機(jī)雙盲的Ⅱ期臨床試驗(yàn)，招募患者年齡＞40 歲、5 年內(nèi)確診患有IPF，在試驗(yàn)前FVC 大于預(yù)計(jì)值50%、肺一氧化碳的擴(kuò)散能力為預(yù)計(jì)值的30%～79%。患者被隨機(jī)分配接受安慰劑、BIBF1120（尼達(dá)尼布原名稱(chēng)）4 種劑量[50 mg（qd、bid），100 mg（bid），150 mg（bid）]。主要以FVC 的年遞減率，以及急性加重率、生活質(zhì)量（圣喬治呼吸問(wèn)卷評(píng)估）變化等作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。12 個(gè)月后，服用150 mg（bid）BIBF1120 治療組，F(xiàn)VC 下降60 ml，肺FVC 平均下降率相對(duì)減少68%；與安慰劑組比較，IPF 急性發(fā)作率降低，且該治療組患者生活質(zhì)量?jī)?yōu)于安慰劑組。目前，食品藥品監(jiān)督管理局已批準(zhǔn)了吡非尼酮及尼達(dá)尼布這兩種藥物用于治療輕中度IPF[17]。

2.2 中藥治療

根據(jù)IPF 患者的病因及臨床表現(xiàn)，中醫(yī)臨床主要分為肺腎氣虛、肺脾兩虛、氣虛血瘀、痰阻肺絡(luò)[18]。因此，中醫(yī)主要從補(bǔ)肺益腎、健脾益肺、活血通絡(luò)、化濕祛痰等方面進(jìn)行治療[19]。楊軍[20]研究發(fā)現(xiàn)，黃芪煎液及其有效成分能夠增強(qiáng)博來(lái)霉素（Bleomyci，BLM）誘導(dǎo)的IPF 大鼠模型肺組織中超氧化物歧化酶的活力，減輕丙二醛對(duì)肺組織的損傷，增強(qiáng)機(jī)體抗氧化能力，發(fā)揮抗纖維化的作用。研究顯示，冬蟲(chóng)夏草菌絲通過(guò)增加Th1 細(xì)胞的數(shù)量以降低TGF-β 的含量，調(diào)控腫瘤壞死因子-α（TNF-α）及白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）等肺組織炎癥因子的表達(dá)，減輕肺泡炎癥程度，同時(shí)還可抑制Ⅰ型膠原的過(guò)度沉積[21]，促進(jìn)ECM 的降解，減緩IPF 進(jìn)程[22]。

3 間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs)治療肺纖維化的臨床研究

MSCs 作為一種新的藥物治療產(chǎn)品已應(yīng)用于IPF臨床研究。MSCs 具有來(lái)源廣、取材方便、分離易得等優(yōu)點(diǎn)。MSCs 可歸巢、遷移并分化為肺泡上皮細(xì)胞以修復(fù)受損的肺組織，還可通過(guò)抑制炎癥因子表達(dá)、分泌多種生物活性分子等機(jī)制發(fā)揮其抗炎、抗纖維作用，還可促進(jìn)血管新生內(nèi)源性修復(fù)等參與肺炎治療。Glassberg 等[23]將多例輕度至中度IPF 患者分成3 組，每組輸注不同單位的MSCs。這些患者根據(jù)美國(guó)胸腔學(xué)會(huì)指南診斷，預(yù)測(cè)FVC 至少為50%，預(yù)測(cè)一氧化碳彌散量至少為30%。結(jié)果顯示，預(yù)測(cè)的FVC 平均下降3.0%，預(yù)測(cè)的一氧化碳彌散量平均下降5.4%，疾病有明顯改善。這項(xiàng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)支持輕中度IPF 患者單次輸注人MSCs 的安全性。

3.1 減輕炎癥反應(yīng)

研究顯示，MSCs 可分泌多種生物活性因子，其中包括抑炎因子，如IL-10、可溶性sTNF-R1 等，這些抑炎因子可減輕或抑制IPF 產(chǎn)生的炎癥反應(yīng)[24]。Zhang等[25]對(duì)1 例長(zhǎng)期接受氧療的IPF 患者靜脈輸注人臍帶MSCs 并隨訪(fǎng)12 個(gè)月，發(fā)現(xiàn)其能改善微環(huán)境并減少患者IPF 過(guò)程。人羊膜MSCs 及其分泌的因子在體內(nèi)外均具有免疫調(diào)節(jié)作用，可減少促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，阻止單核細(xì)胞分化成樹(shù)突狀細(xì)胞，促進(jìn)巨噬細(xì)胞-1向巨噬細(xì)胞-2 抗炎表型分化。提示MSCs 治療具有通過(guò)降低巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞的密度，增加巨噬細(xì)胞-1 向巨噬細(xì)胞-2 分化，減少BLM 誘導(dǎo)的小鼠IPF，促進(jìn)免疫抑制環(huán)境的能力來(lái)限制慢性炎癥向纖維化的演變[26]。

3.2 抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)

Ⅱ型AEC 是AEC 的“干細(xì)胞”，在正常情況下Ⅱ型轉(zhuǎn)化為Ⅰ型可以修復(fù)肺損傷，當(dāng)造成Ⅱ型凋亡嚴(yán)重時(shí)修復(fù)受阻，造成肺損傷加劇[27]；表面活性物質(zhì)蛋白是Ⅱ型AEC 的標(biāo)志物，它可以降低肺泡表面的氣液表面張力，防止呼氣時(shí)肺泡過(guò)度塌陷、吸氣時(shí)肺泡過(guò)度膨脹，以維持肺泡形態(tài)，并減輕肺損傷的有害反應(yīng)。研究建立了BLM 誘導(dǎo)的雌性大鼠IPF 模型以及正常大鼠對(duì)照組，用5-溴-2-脫氧尿嘧啶核苷標(biāo)記的MSCs分別注入大鼠尾靜脈。對(duì)照組注射MSCs 的表面活性物質(zhì)蛋白較IPF 模型組注射MSCs 明顯升高。此外，在新鮮骨髓抽出物和第五代培養(yǎng)的MSCs 中，均有表面活性物質(zhì)蛋白的表達(dá)，而水通道蛋白則沒(méi)有表達(dá)。結(jié)果顯示，MSCs 移植入大鼠肺組織后超氧化物歧化酶活性、總抗氧化能力、氧化應(yīng)激的特異性指標(biāo)均顯著升高。而所有被標(biāo)記過(guò)的MSCs 遷移到受體肺組織后，均可檢測(cè)到內(nèi)源性Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞的形態(tài)學(xué)特征和分子生物學(xué)表型。

血紅素氧合酶-1 是血紅素氧合酶的一種誘導(dǎo)型亞型，是一種細(xì)胞保護(hù)酶；血紅素氧合酶-1 和丙二醛是兩種拮抗物質(zhì)，前者具有增強(qiáng)氧化應(yīng)激作用，而后者則在肺組織對(duì)氧化損傷和炎癥損傷的防御中起重要作用。Surh 等[28]發(fā)現(xiàn)MSCs 可在降低肺部丙二醛水平的同時(shí)增加血紅素氧合酶-1 的合成。

3.3 調(diào)節(jié)肺部免疫平衡，改善病毒感染引發(fā)的肺纖維化

MSCs 具有強(qiáng)大的雙向免疫調(diào)節(jié)功能。一方面，在病毒性肺炎的治療中，MSCs 可以通過(guò)分泌抗炎因子來(lái)抑制病毒引起的過(guò)度免疫應(yīng)答反應(yīng)和細(xì)胞因子風(fēng)暴；另一方面也可通過(guò)趨化性，歸巢于受損組織，激活調(diào)節(jié)性免疫細(xì)胞功能并維持局部免疫平衡。另外，經(jīng)靜脈輸注MSCs 歸巢于肺部后，可分泌多種生長(zhǎng)因子來(lái)改善肺局部微環(huán)境、保護(hù)和修復(fù)受損細(xì)胞，在治療肺損傷中發(fā)揮作用[29]。研究發(fā)現(xiàn)，僅在病毒入侵時(shí)成體細(xì)胞才會(huì)產(chǎn)生干擾素，從而激活抵抗病毒感染的基因，募集免疫細(xì)胞抵抗病毒感染；而干細(xì)胞（包括胚胎干細(xì)胞、骨髓等來(lái)源的多種類(lèi)型干細(xì)胞）均可獨(dú)立于干擾素，持續(xù)地激活許多抗病毒基因，如IFITM 基因可編碼阻止病毒入侵細(xì)胞的蛋白[30]。

4 小結(jié)

IPF 是一類(lèi)進(jìn)展迅速，預(yù)后差，且嚴(yán)重危害人類(lèi)健康的疾病。AEC 的損傷被認(rèn)為是IPF 發(fā)病的起始因素，成纖維細(xì)胞的增殖活化導(dǎo)致膠原蛋白增多，ECM 堆積，最終導(dǎo)致肺結(jié)構(gòu)重塑和破壞。當(dāng)前的各項(xiàng)研究也顯示，MSCs 移植對(duì)IPF 有切實(shí)的療效。MSCs 來(lái)源的外泌體具有促進(jìn)組織修復(fù)，維持生理穩(wěn)態(tài)的功能，在抵抗肺內(nèi)細(xì)胞凋亡、肺內(nèi)細(xì)胞損傷和調(diào)節(jié)免疫平衡、抗炎等方面具有重要作用，在治療IPF 具有一定的應(yīng)用前景。

MSCs 是目前研究的熱點(diǎn)，其所具有的低免疫原性特點(diǎn)仍是其他類(lèi)型干細(xì)胞無(wú)法比擬的。然而，將MSCs 的特性真正合理地應(yīng)用到臨床中，需要更多的臨床數(shù)據(jù)來(lái)證實(shí)，同時(shí)需要深入了解MSCs 的作用機(jī)制及其相關(guān)產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)性和安全性。相信隨著IPF 發(fā)病機(jī)制、作用靶點(diǎn)的深入研究和分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展，定能找到治療IPF 的有效藥物。