中醫藥干預細胞外基質沉積抗肺纖維化研究進展*

張冬冬，劉曉明，李芮

1.山東中醫藥大學，山東 濟南 250014； 2.山東省中醫院，山東 濟南 250014

細胞外基質(extracellular matrixc，ECM)是一種非細胞的大分子三維網狀結構，主要由多種纖維蛋白和多糖等組成，在機體生理、病理狀態下，經歷不斷地降解重構過程，保證自身生成降解協調，維持內環境的穩態平衡[1]。ECM在肺間質的大量沉積是肺纖維化病理特點之一。起始階段肺泡上皮細胞損傷，刺激生成多種促纖維化細胞因子誘導成纖維細胞增生、聚集、轉分化，生成分泌ECM更強的肌成纖維細胞[2]，高水平釋放ECM，促進肺纖維化發生。病理狀態下，肺間質中ECM的過量沉積可促使ECM合成增加，并使降解酶系基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)/組織金屬蛋白酶抑制劑(tissue inhibitor of matrix metalloproteinases，TIMPs)調控功能降低。因此，抑制轉化生長因子的表達激活，維持降解酶系的比例平衡，可延緩肺纖維化(pulmonary fibrosis，PF)的病情進展。

1 TGF-β1、MMPs/TIMPs與肺纖維化

大量研究表明，TGF-β1與基質金屬蛋白酶及其抑制因子之間存在多向調節機制，三者之間相互作用，互相關聯，均在細胞外基質的生成與降解中發揮重要作用。

1.1 MMPs/TIMPs與肺纖維化正常肺組織中MMPs/TIMPs處于動態平衡，兩者的比例失衡是導致ECM降解減少的重要原因[3]。MMPs是降解細胞外基質的主要酶群，ECM的所有成分幾乎都能被其降解。正常肺組織中MMPs表達水平較低，由多種細胞以pro-MMPs的形式釋放到細胞間隙，在受到刺激時活化，旨在降解因炎癥等病理因素被破壞的ECM，保持ECM的結構及功能協調有序[4]。先前有研究認為，MMPs可降解ECM，對肺纖維化有延緩作用。近年來有研究發現，MMPs還可以調控多種生物活性因子(如TGF-β1)的釋放、激活，部分MMPs在肺纖維化過程中起到了促進作用[5]。MMPs能合成并發揮其正常生理功能，主要靠轉錄激活、轉錄后的酶原活化和內源性抑制因子來調控[6]。

TIMPs是MMPs的特異性內源抑制因子，它與MMPs的活性位點以11的比例相結合。TIMPs除了可以抑制MMPs活性外，還可以因纖維細胞增生、膠原合成增加ECM的沉積，加快肺纖維化進程。

研究發現，博萊霉素造模小鼠中MMPs、TIMPs表達水平均始終高于正常組[7-8]。譚善忠等[9]觀察利用博萊霉素誘導大鼠肺纖維化改變過程中ECM降解酶系的蛋白表達情況發現，在肺組織纖維化病變早期，MMPs蛋白表達明顯增加，TIMPs蛋白增加不明顯；至中后期，MMPs蛋白表達活躍度逐漸下降，但始終高于正常水平，TIMPs蛋白表達開始呈顯著上升趨勢。由此可推斷，在肺纖維化形成早期，MMPs/TIMPs比值升高，中后期逐漸下降，始終處于比例失衡狀態。趙承杰等[10]通過臨床觀察發現，服用吡非尼酮治療特發性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)的患者，MMPs水平較治療前降低，肺功能得到了明顯改善。因此，恢復MMPs/TIMPs的正常穩態平衡是PF的重要治療靶點之一。

1.2 TGF-β1信號通路與肺纖維化TGF-β1由肺上皮細胞、巨噬細胞等產生，是促纖維化能力最強的纖維化因子[11]，研究表明，特發性肺纖維化患者外周血中TGF-β1含量明顯高于正常人[12]，因其可通過多途徑誘導肺纖維化的形成，被認為是促進IPF形成的核心介導因子[13]。TGF-β1可誘導肺組織中的成纖維細胞增生，轉化為有更高分泌膠原蛋白的ECM成分，被視為肺纖維化形成的終端效應細胞的肌成纖維細胞[2，14-16]，能增加ECM的合成。有研究證實，TGF-β1、MMP-9、TIMP-1蛋白及基因表達在博來霉素誘導大鼠形成肺纖維化過程中呈動態變化，但始終高于正常表達水平[17]，且在正常小鼠TGF-β1轉基因后，MMP-2蛋白表達降低，TIMP-1，2，3蛋白表達增強[18]。TGF-β1還可調控MMPs/TIMPs比例，使ECM降解減少，沉積增加。大量實驗表明，肺纖維化模型中TGF-β1信號通路下游信號Smad3蛋白升高，在使用Smad3蛋白特異性抑制劑對博來霉素誘導的大鼠施行干預后發現，Smad3蛋白信號通路是促進肺纖維化的重要途徑[19]。有研究發現，在肺纖維化大鼠模型中，TGF-β1、Smad3、TIMP及膠原蛋白增多，在給予抗纖維化治療后，TGF-β1、Smad3、TIMP及膠原蛋白表達降低，Smad7、MMP表達升高，纖維化程度減輕[15]。由此可知，Smad7可妨礙TGF-β1介導的信號通路，干擾TGF-β1對MMPs/TIMPs的調控作用。

2 中醫藥在PF過程中對TGF-β、MMPs/TIMPs干預作用的研究

古代文獻中并沒有與肺纖維化相對應的中醫病名和明確記載，現代醫家根據其臨床表現，常將其歸屬于“肺痿”“肺痹”等范疇。西醫多應用激素、免疫抑制劑來控制病情進展，但并不能逆轉病理改變，且療效不佳，不良反應大，價格較高，加重了患者的經濟負擔。我國擁有豐富的中草藥資源，經過數千年的傳承，中醫辨病辨證理論已趨于成熟，且中醫藥在此次治療新型冠狀病毒性肺炎肺纖維化過程中發揮了不可估量的作用，許多中藥制劑被廣泛應用于臨床，收效顯著。

2.1 單藥及衍生物有學者對數據庫中近20年來中藥治療肺纖維化的文獻進行篩選歸納排序分析，發現活血、補虛、滋陰、清熱四類中藥占比較大，黃芪、甘草、丹參在組方中出現頻率最高[20]。

2.1.1 補氣益肺類 欒智華等[21]觀察黃芪糖蛋白對肺纖維化模型小鼠的干預作用，發現黃芪糖蛋白可明顯減輕小鼠肺纖維化程度，降低肺組織中 TGF-β1 含量。另外，郭啟芬等[22]運用復方赤芍黃芪提取物 (compound of Radix Paeoniae Rubra and Astragalus extract，CRAE)治療肺纖維化大鼠，4周后進行相關指標檢測，中高劑量治療組血清中的ECM成分、TGF-β1、Smad2蛋白、Smad3蛋白、TIMP-1含量均降低，同時上調了 Smad7蛋白、MMP-9的表達，CRAE通過干預TGF-β1/Smads信號通路，調控ECM的生成與降解，抑制肺纖維化的進展。

甘草酸二銨可減少肺纖維化大鼠肺組織中轉化生長因子的產生及其轉錄基因的表達[23]。付鈺等[24]利用甘草查爾酮A治療肺纖維化小鼠，與模型組對比，結果顯示，治療組α-平滑肌肌動蛋白、纖連蛋白、Ⅰ型膠原蛋白表達及Smad2/3蛋白磷酸化水平均降低，Smad信號通路被阻斷，成纖維細胞轉化受到抑制，肺纖維化進展延緩。

陳盼盼等[25]觀察人參總皂苷(total ginsenoside，TG)對實驗性肺纖維化小鼠肺組織中基質金屬蛋白酶表達情況的影響，測定結果顯示，實驗組MMP-2、MMP-9蛋白水平下降，且肺纖維化程度得到一定程度改善。本次實驗只測定了MMPs，未測定與之密切相關的TGF-β1/Smads信號通路中的相關指標和TIMPs的變化情況。楊露[26]研究發現，人參總皂苷還可以下調TGF-β1、Smad2、Smad3、TIMP-1，上調Smad7水平，提示人參總皂苷的抗纖維化作用是通過調控TGF-β1/Smads信號通路和ECM降解酶系統實現的。

2.1.2 活血通絡類 秦靜等[27]發現，丹參素早期應用可抑制TGF-β1、Smad3 mRNA，促進Smad7 mRNA的表達，減輕肺泡炎癥和纖維化程度。邵笑等[28]研究認為，丹參酮ⅡA可上調抑制性信號蛋白Smad7，抑制TGF-β1、Smad2受體表達，阻礙肺成纖維細胞的增殖，達到控制肺纖維化的目的。于珊玲發現，丹參單體IH764-3可降低肺纖維化大鼠肺組織中MMP-2、TIMP-1表達，調整兩者的比例，減少細胞外基質的沉積[29]。

柯春錦等[30]利用黃芪聯合姜黃提取物對PF大鼠進行干預，運用免疫組織化學分析法檢測不同時間段大鼠肺組織中MMP-9和TIMP-1的含量，結果顯示，1周后MMP-9下降明顯，4周后TIMP-1減少較顯著，且兩者比值呈持續下降趨勢。薛愛芹等[31]實驗發現，姜黃素干預組肺纖維化大鼠 TGF-β1 表達顯著降低。張少波等[32]在姜黃素對肺纖維化小鼠的保護作用及機制研究中發現，中高劑量姜黃素可有效降低MMP-9水平。推測姜黃有效成分可以調控TGF-β1信號通路，影響MMP-9/TIMP-1比值，干預ECM的生成與降解，阻礙肺纖維化。

2.1.3 養陰生津類 張喆[33]以阿膠、黃明膠對成功建立肺纖維化小鼠進行干預，16周后取小鼠肺做病理切片觀察發現，阿膠組、黃明膠組小鼠肺間質膠原含量、膠原纖維面積均較對照組減少，測定肺泡灌洗液中MMP-2、MMP-9基因及蛋白表達下降，肺組織中TGF-β1、Smad3蛋白表達下調，實驗結果表明，黃明膠組療效更為顯著。

張心月等[34]觀察麥冬對肺纖維化小鼠肺組織中的MMP-9及TIMP-1表達的影響，結果顯示，麥冬可降低MMP-9、TIMP-1蛋白的表達。

2.1.4 清熱解毒類 金曉瀅等[35]采用氣管內注射博來霉素的方法模擬具有肺纖維化病理特點的大鼠模型，分別在造模前2天(預防組)和造模后第3天、第7天、第14天(治療組)用虎杖進行干預，發現與模型組相比，預防組和各治療組纖維化程度及膠原沉積均較輕，通過RT-PCR法檢測大鼠肺成纖維細胞中MMP-2及TIMP-1轉錄基因的表達，提示虎杖可以在肺纖維化的不同發展階段抑制成纖維細胞中此兩種mRNA的過度表達，減少ECM沉積，阻止肺纖維化進展。趙光輝[36]以相同的方式制造肺纖維化大鼠模型，用不同劑量的兩種虎杖有效成分(虎杖苷、白藜蘆醇)進行治療，結果顯示，虎杖苷治療組及白藜蘆醇治療組大鼠肺纖維化程度均有不同程度減輕，膠原蛋白沉積減少。虎杖苷治療組TGF-β1、Samd3表達降低，成纖維細胞/肌成纖維細胞合成減少，且具有高劑量依賴性。兩個實驗組的研究結果顯示，虎杖有效成分可通過抑制TGF-β1/Samd3信號通路，減少成纖維細胞合成轉化，進而阻礙 MMP-2 及TIMP-1的表達，減少ECM沉積，對肺纖維化起到治療作用，此設想有待更為深入的實驗研究驗證。

實驗發現，連翹可降低肺纖維化小鼠肺組織中MMP-9、TIMP-1的含量，調節兩者之間的比值，發揮抑制纖維化的作用[34]。

2.2 復方藥物

2.2.1 降低TGF-β1表達，減少ECM合成 何欽等[37]研究表明，復方肺形草顆粒(肺形草、山藥、黨參、麥冬等)可改善患者臨床證候、肺功能、血氣分析指標，降低TGF-β1水平。賈丹等[38]研究發現，補肺化纖飲加減(三七、水蛭、瓜蔞皮、仙鶴草等)部分作用機制在于降低患者血清中TGF-β1及纖維化指標，減少肺組織中ECM的沉積。付玲等[39]研究結果顯示，蔞貝棱術湯(瓜蔞、浙貝、三棱、莪術等)可大幅度降低特發性肺纖維化患者血清 TGF-β1 水平，改善患者肺功能，提高其生活質量。彭艷芳等[40-41]用芪歸方(黃芪30 g，當歸6 g)治療特發性肺纖維化，同時做了臨床及動物實驗，將50名特發性肺纖維化患者隨機分為觀察組及對照組，觀察組在對照組基礎上加用芪歸方，療程結束后與對照組比較，觀察組患者癥狀明顯改善，活動耐力得到提高，血清TGF-β1明顯降低。造模肺纖維化大鼠實驗針對TGF-β1信號通路做了更為深入的研究，低、中、高不同劑量芪歸方干預組肺纖維化大鼠在用藥后的第7天、第28天，微小RNA-21表達均降低，TGF-β1、P-Smad2/3蛋白含量減少，療效以中劑量最為理想，且具有時間依賴性，治療時間延長，有助于推進療效。

2.2.2 調整MMPs和TIMPs失衡發揮作用 任培中等[42]發現，通肺絡補宗氣方(生黃芪、升麻、旋覆花、威靈仙、海浮石、三棱、莪術、甘草)可降低博來霉素誘導的肺纖維化大鼠肺組織中纖維連接蛋白、Ⅳ型膠原蛋白、MMP-9、TIMP-1表達含量，減輕肺纖維性增生，推測通肺絡補宗氣方或許是通過調節MMP-9/TIMP-1比例，減少細胞外基質沉積，提高肺功能，抑制大鼠肺纖維化進程。晏軍等[43]研究認為，補腎益肺消癥方可調控MMP-2、MMP-9基因的表達，緩解細胞外基質蛋白及膠原蛋白的沉積，縮減肺纖維化病變范圍。喬世舉等[44]研究表明，肺痿膏(地龍、麥冬、黃芪、雙花等)通過降低肺纖維化大鼠MMP-2和TIMP-1蛋白的過度表達，調節基質金屬蛋白酶及其抑制因子之間失衡的比例，降低肺系數及纖維化程度。王祺等[45]經免疫組化染色法測定發現，血府逐瘀湯可抑制MMP-7在纖維化肺組織中的異常表達，減輕肺纖維化程度。

2.2.3 調控TGF-β1信號通路及基質金屬蛋白酶系 竇曉燕[46]運用旋覆花湯合參苓白術散化裁治療IPF患者，觀察組有效率達89.47%，血清中TGF-β1 減少，MMP-9/TIMP-1比值降低，透明質酸及膠原含量下降，認為旋覆花湯合參苓白術散加減可減少TGF-β1合成，阻斷其信號通路，調整MMPs/TIMPs比例，降低ECM沉積，延緩肺纖維化進展。劉銳等[47]研究麥門冬湯抗纖維化的機制發現，麥門冬湯治療組肺纖維化大鼠肺組織中TGF-β1、MMP-9和TIMP-1表達水平明顯降低。此外，在臨床療效觀察中，麥門冬湯治療組患者透明質酸、層粘蛋白與Ⅲ型前膠原含量較治療前明顯降低，肺功能相關指標明顯改善[48]。兩組實驗結合表明，麥門冬湯拮抗TGF-β1，維持MMPs/TIMPs比例平衡，降低ECM沉積率。張千一等[49]設立動物實驗觀察遹肺飲(人參、黃芪、白術、沙參等)對肺纖維化大鼠的影響并探討其作用機制，最終根據實驗檢測指標得出結論，遹肺飲可以降低肺組織中TGF-β1、MMP-9和TIMP-1蛋白及基因表達水平，調整MMP-9/TIMP-1比例平衡，增加細胞外基質降解量，減少其在肺間質的累積。樊茂蓉等[50]探討肺痹通方抗肺纖維化機制，結果顯示，高劑量肺痹通方治療組的肺纖維化大鼠血清TGF-β1、層粘連蛋白及肺組織MMP-1、TIMP-1、Ⅰ型膠原蛋白、Ⅲ型膠原蛋白水平均較模型組顯著降低，其作用機制在于干預TGF-β1信號分子，調整MMPs/TIMPs之間的比例，降低層黏連蛋白、Ⅰ型膠原蛋白、Ⅲ型膠原蛋白的堆積，減輕肺纖維化。

2.3 中成藥大量研究表明[51]，丹紅注射液臨床用于治療特發性肺纖維化，可降低患者血清中 TGF-β1 及多種ECM成分水平，大幅度改善或消除臨床癥狀，增強肺功能，具有較高的安全性。欒智華等[52]對紅花注射液治療肺纖維化機制進行研究，紅花注射液可拮抗肺纖維化小鼠TGF-β1蛋白的表達，改善肺功能。王鑫[53]研究發現，血必凈注射液可降低因百草枯所致的纖維化肺損傷大鼠體內MMP-2、MMP-9和TIMP-1的高表達。徐秋穎[54]針對康復新液對PF模型TGF-β1/Smads信號通路的MMPs/TIMPs調節機制進行研究，結果表明，康復新液可降低TGF-β1誘導人胚肺成纖維細胞中Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原、層粘連蛋白、纖維聯結蛋白等mRNA及蛋白的過度表達，可提高TGF-β1誘導肺纖維化細胞模型中MMP-1、MMP-9、Smad2的表達，下調Smad7，明確其作用機制尚待進一步的研究探索。

3 結語

肺纖維化疾病臨床致死率高，且其發病率也逐年增高，去年新爆發的新型冠狀病毒性肺炎轉歸期亦呈現纖維化病理表現。目前，PF臨床實踐用藥指南中推薦使用的兩種特效藥物吡非尼酮、尼達尼布僅可減緩病情進展，且具有不良反應，故大量學者將視線投向了中藥。本文從調控ECM生成與降解的TGF-β1-MMPs/TIMPs信號通路著手，總結了近年來治療肺纖維化療效顯著的單味中藥、提取物及中藥復方，以期為臨床遣方用藥治療肺纖維化拓寬診療思路。總結發現，針對此通路的臨床研究較少，且樣本量小、觀察期短，可觀察的相關指標存在局限性；動物實驗研究大多集中在對TGF-β1、Smads、MMPs/TIMPs三類指標的單獨檢測，具體作用機制尚不明確，且Smads、MMPs、TIMPs均包括多種家族成員，眾成員的功能及它們之間相互產生的作用尚待深入研究。今后，需進一步明確中藥發揮抗纖維化的作用機制，為中藥臨床治療肺纖維化提供新治療靶點。