腎素-血管緊張素系統(tǒng)與特發(fā)性肺纖維化

朱歡 李龍

1蘭州大學第一臨床醫(yī)學院730000;2蘭州大學第一醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學科730000

特發(fā)性肺纖維化 (idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)發(fā)病機制仍不明確,是以持續(xù)的炎癥浸潤、肌成纖維細胞激活及膠原的過度沉積為特征的間質(zhì)性肺疾病。IPF 主要發(fā)生在老年患者,可有較長的臨床穩(wěn)定期,后期病情快速惡化常伴呼吸衰竭[1]。目前尚無有效治愈手段,預后較差,中位生存期估計僅為3～4年,病死率達50%～60%,發(fā)病率也不斷上升,已成為全球嚴重的公共衛(wèi)生問題[2]。

纖維化是肺組織對損傷的一種反應機制。在纖維化病理過程中發(fā)現(xiàn),早期在各種致病因子及刺激因素影響下,肺泡上皮細胞 (alveolar epithelial cell,AEC)及血管內(nèi)皮細胞彌漫性損傷,從而激活肺泡炎癥級聯(lián)反應,引起肺泡間隔破壞、血管通透性增強,促進分泌多種生長因子及促炎介質(zhì),導致大量成纖維細胞募集、增殖,驅(qū)動膠原形成及細胞外基質(zhì)沉積,導致肺組織異常修復和功能破壞[3]。上述過程相互影響,交織存在,最終導致肺組織的纖維化病變。現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)腎素-血管緊張素系統(tǒng) (renin-angiotensin system,RAS)與肺纖維化發(fā)生有關(guān)[4]。本文就RAS系統(tǒng)對肺纖維化影響進行綜述。

1 RAS組成

1.1 經(jīng)典血管緊張素轉(zhuǎn)化酶 (angiotensin-converting enzyme,ACE)-血管緊張素Ⅱ (angiotensin Ⅱ,AngⅡ)-血管緊張素Ⅱ1 型受體 (angiotensin Ⅱtype 1 receptor,AT1R)軸 腎素由腎小球近球細胞合成,切割血管緊張素原形成AngⅠ,AngⅠ在ACE 的作用下形成AngⅡ,主要與AT1R 結(jié)合后發(fā)揮血管收縮、水鈉潴留、炎癥反應以及細胞生長和重塑[5]等作用。現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)AngⅡ受體有4種不同亞型:AT1R、AT2R、AT3R、AT4R,但對AT1R外其他3種受體具體作用尚未明確[6]。

1.2 新成員ACE2-Ang (1-7)-Mas受體軸 2000年研究者發(fā)現(xiàn)ACE的同源物ACE2,但其作用與ACE 大不相同。ACE2最主要的活性產(chǎn)物是Ang (1-7),一方面,ACE2可以直接水解AngⅡ產(chǎn)生Ang (1-7);其次,ACE2 可以將AngⅠ轉(zhuǎn)化為Ang (1-9),后者被中性內(nèi)肽酶或ACE裂解,產(chǎn)生Ang (1-7)。研究發(fā)現(xiàn),ACE2對AngⅡ的催化效率大約是對AngⅠ的400 倍,是形成Ang (1-7)的主要途徑[7]。隨著研究的不斷深入,Ang (1-7)的重要性逐漸被人們認識,通過與其特異性Mas受體結(jié)合后介導血管舒張、抑制細胞生長、抗血栓形成和抗心律失常等與AngⅡ拮抗的作用[8]。

ACE2-Ang (1-7)-Mas軸構(gòu)成了RAS 系統(tǒng)的另一個分支,該分支拮抗ACE-AngⅡ-AT1R 軸的作用,二者相互協(xié)調(diào)、相互拮抗,對協(xié)調(diào)機體生理功能平衡具有重要意義。

2 ACE-AngⅡ-AT1R 促進纖維化

2.1 AngⅡ與AEC 凋亡 AEC 凋亡被視為IPF發(fā)病的起始過程,AEC凋亡導致了隨后的纖維化反應[9]。AEC分為Ⅰ、Ⅱ型 (AECⅠ、AECⅡ),AECⅠ占肺泡表面積的95%以上,負責進行氣體交換;AECⅡ占剩余肺泡表面積的2%～5%,交錯排列于AECⅠ之間,是肺泡表面活性物質(zhì)的主要來源,在維持正常的肺泡結(jié)構(gòu)及功能方面起重要作用[10]。在IPF患者及動物模型中均發(fā)現(xiàn)了AEC 的凋亡及其凋亡誘導的纖維化反應,阻斷AEC凋亡則可抑制纖維化反應[9],這說明了肺泡細胞凋亡與肺纖維化的關(guān)系。為探究其具體機制,Abdelwahab等[11]用博來霉素處理小鼠肺外植體細胞,暴露24 h后檢測到肺組織中血管緊張素原蛋白、AngⅡ及caspase-9顯著增加。caspase-9是凋亡蛋白家族 (caspase家族)中作為凋亡啟動子的一種蛋白酶,可激活AEC線粒體介導的內(nèi)源性凋亡途徑,而ACE 抑制劑賴諾普利可阻斷caspase-9 升高并抑制細胞凋亡。Abdelwahab等[11]的實驗表明在肺損傷組織中,AngⅡ通過對線粒體途徑的激活來介導AEC 的凋亡反應。此外,Wang等[12]證明AEC表面Fas激活后介導的細胞外源性凋亡途徑也與肺纖維化有關(guān)。Fas 系統(tǒng)包括Fas 及其配體FasL,屬于腫瘤壞死因子 (tumor necrosis factor,TNF)受體超家族,廣泛分布于多種組織,是近年研究發(fā)現(xiàn)與細胞凋亡密切相關(guān)的膜表面分子。更深入的研究證明,Fas激活可引起AngⅡ產(chǎn)生,而Ang的反義低聚核苷酸及阻滯劑能抑制Fas激活后的細胞凋亡[13];在慢性腎損傷的小鼠模型中出現(xiàn)廣泛腎小管細胞死亡伴Fas和FasL mRNA 水平增高,使用AngⅡ抑制劑處理后細胞凋亡及Fas和Fas L m RNA 水平表達降低[14];AngⅡ還通過上調(diào)絲裂原活化蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinase,MAPK)介導內(nèi)皮細胞凋亡[15]。

2.2 AngⅡ與炎癥反應 IPF發(fā)病初期,可見肺泡間隔增厚、炎性細胞浸潤,大量炎性細胞因子分泌、活化,刺激肺間質(zhì)纖維化。在體研究發(fā)現(xiàn)[16],在心血管及腎臟等臟器損傷的局部炎癥反應中,AngⅡ的濃度明顯升高,通過調(diào)節(jié)單核細胞活化,以促進巨噬細胞和血管平滑肌細胞分泌TNF-α、IL (IL-1、IL-6、IL-8等)、干擾素及單核細胞化學趨化蛋白1 等細胞因子的釋放,加重了炎癥損傷作用。IL-1、IL-6、IL-17是眾多炎癥因子的起始因子,能刺激上皮細胞、內(nèi)皮細胞分泌粒細胞刺激因子、粒細胞-巨噬細胞

集落刺激因子等,激活中性粒細胞、活化其他炎癥因子,加重機體炎性細胞浸潤和結(jié)構(gòu)破壞的程度。IL-1可上調(diào)肺成纖維細胞血小板源性生長因子表達,在纖維結(jié)締組織增生過程中發(fā)揮重要的作用[17];IL-6能夠促進成纖維細胞增殖與遷移,同時抑制細胞外基質(zhì)分解[18];IL-17 可通過p38 MAPK途徑促進細胞遷移并抑制自噬引起的細胞凋亡[19]。核轉(zhuǎn)錄因子κB (nuclear factor-κB,NF-κB)是一種基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白,廣泛存在于各種細胞中,通常在細胞中以p50-p65異二聚體的形式與抑制蛋白κB結(jié)合而呈非活化狀態(tài)。胞外刺激信號如創(chuàng)傷、病毒、炎癥因子、吸煙、輻射等可以使NF-κB 發(fā)生磷酸化后快速降解,釋放激活NF-κB,從而啟動炎癥反應,使受其調(diào)控的多種炎癥細胞因子表達增加[20]。而AngⅡ可通過蛋白激酶C、蛋白激酶A、活性氧 (reactive oxygen species,ROS)等多種途徑促進抑制蛋白κB 降解[21],導致持續(xù)性組織損傷。同時這些被激活的炎癥細胞又激活了局部RAS系統(tǒng),使AngⅡ濃度升高,形成惡性循環(huán),持續(xù)加重肺組織損傷[22]。

2.3 AngⅡ與成纖維細胞增殖 成纖維細胞是肺臟結(jié)締組織中最常見的細胞,主要分泌膠原蛋白,尤其是膠原蛋白Ⅰ。生理條件下,成纖維細胞主要構(gòu)造和維持肺臟的正常形態(tài),幾乎無細胞外基質(zhì)產(chǎn)生,為肺組織進行高效的氣體交換提供物質(zhì)基礎,在組織損傷后及時大量聚集以修復損傷組織。病理條件下,在受多種刺激因素,特別是大量細胞因子刺激后,成纖維細胞通過不斷的異常自我增殖與轉(zhuǎn)換,成為肌成纖維細胞,分泌大量細胞外基質(zhì),造成損傷組織的過度修復,導致纖維化產(chǎn)生[23]。肌成纖維細胞明顯表達α平滑肌肌動蛋白,其分泌細胞外基質(zhì)能力是成纖維細胞的4～5倍[24]。劉珊珊等[25]對人肺成纖維細胞進行繼代培養(yǎng),然后添加AngⅡ,發(fā)現(xiàn)AngⅡ呈時間和濃度依賴性地促進人肺成纖維細胞中膠原蛋白Ⅰ的表達。進一步研究發(fā)現(xiàn),AngⅡ可激活MAPK 磷酸化,調(diào)節(jié)核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子,引起細胞增殖和生長反應。MAPK 包括ERK、JNK、p38MAPK 等亞家族。隨著不斷研究發(fā)現(xiàn)[26],除了成纖維細胞異常增殖外,部分AEC向間質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化是局部肌成纖維細胞的重要來源之一,即 “上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化”過程。而AngⅡ可上調(diào)轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1),激活TGF-β/Smad3信號通路,對促進成纖維細胞分化及上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞起重要作用[27]。AngⅡ與AT1R 結(jié)合后還可以通過G 蛋白偶聯(lián)刺激磷脂酶C,釋放細胞內(nèi)儲存的鈣離子,激活蛋白激酶C 通路,促進成纖維細胞增殖和膠原合成[28];Meng等[29]研究發(fā)現(xiàn),AngⅡ誘導氧化應激反應所產(chǎn)生的ROS可通過Rho A/Rock途徑促進成纖維細胞的遷移和合成膠原蛋白Ⅰ;AngⅡ還可抑制基質(zhì)金屬蛋白酶對細胞外基質(zhì)的降解來促進膠原累積[30]。

2.4 Ang與TGF-β1TGF-β1被認為是幾乎所有組織纖維化過程中的最強調(diào)節(jié)因子,能有效刺激成纖維細胞分化及細胞外基質(zhì)蛋白合成。肺損傷組織中的多種細胞可見TGF-β1表達[27]。TGF-β1通過與其受體結(jié)合,激活細胞內(nèi)

典型Smad信號通路,誘導Smad2/Smad3蛋白磷酸化,進一步與Smad4結(jié)合成復合體,激活結(jié)締組織生長因子、血小板源性生長因子、胰島素樣生長因子1等多種纖維化基因的轉(zhuǎn)錄。TGF-β1 還可激活ERK、p38、JNK、PI3K、Akt/PKB和Rock等非典型通路,促進纖維化進程[31]。研究證明,AngⅡ與AT1R 結(jié)合后會激活MAPK 和Smad,刺激TGF-β1的合成和釋放[27],并在TGF-β1上游起驅(qū)動作用[32];TGF-β1的高表達同樣可誘導AngⅡ合成增多[33],產(chǎn)生正反饋作用,推動纖維化進展。

2.5 AngⅡ與氧化應激 “氧化與抗氧化失衡”是近年公認的纖維化重要發(fā)病機制之一。在纖維化組織中發(fā)現(xiàn)ROS過量生成[34],破壞體內(nèi)氧化/抗氧化動態(tài)平衡,對細胞中大分子物質(zhì)如脂質(zhì)、DNA、線粒體和蛋白質(zhì)產(chǎn)生氧化損傷導致病變。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶 (NADPH氧化酶)是ROS的主要來源,NADPH 氧化酶包括7個成員,分別為NOX1-5、Duox-1和Duox-2。其中NOX4作為最重要的活性氧來源,可介導肌成纖維細胞分化、上皮細胞凋亡、細胞外基質(zhì)生成和收縮,加速肺纖維化進程[35]。實驗證明[36]AngⅡ通過促進NOX4 的表達,激活ROS 介導的Rho A/Rock途徑加重肺纖維化程度。此外,TGF-β1能增加ROS的產(chǎn)生并下調(diào)抗氧化酶,從而導致體內(nèi)氧化還原失衡,而ROS反過來會誘導TGF-β1,并介導TGF-β1的許多纖維化作用,形成惡性循環(huán)[37]。

3 ACE2-Ang(1-7)-Mas抑制纖維化

3.1 Ang (1-7)抑制AEC 凋亡 與AngⅡ相反,ACE2已被證明可改善肺組織損傷。在脂多糖誘導的急性肺損傷模型中[38],發(fā)現(xiàn)AngⅡ、NF-κB、IL-1、TNF-α等炎癥因子及細胞凋亡率均升高,而ACE2/ACE比值下降,Ang(1-7)保護作用也被抑制;將ACE2 cDNA 注射到小鼠肺中2周后,發(fā)現(xiàn)ACE2上調(diào)Ang (1-7)水平,抑制MAPK 途徑,減輕肺組織損傷,而Mas受體拮抗劑A779或ACE2抑制劑MLN-4760則逆轉(zhuǎn)了ACE2對肺組織的保護作用,加重肺功能破壞。在同種小鼠模型中也證明,ERK、p38、JNK和NF-κB通路均被激活,A779預處理更加明顯地激活上述信號通路[39]。綜上所述,ACE2-Ang (1-7)-Mas通過抑制肺微血管內(nèi)皮細胞中MAPK/NF-κB 通路拮抗LPS誘導的細胞凋亡。另有研究者發(fā)現(xiàn),ACE2 能夠通過減少抑制Bcl-2 (抗凋亡蛋白)翻譯的miRNA-4262,從而增加Bcl-2的表達并減少肺內(nèi)皮細胞凋亡[40];Ang (1-7)也可通過抑制細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激反應來減輕肺組織細胞的破壞[41]。

3.2 Ang (1-7)抑制成纖維細胞轉(zhuǎn)型 Zhou等[42]將人肺成纖維細胞用不同濃度的AngⅡ(10-8、10-7、10-6mmol/L)持續(xù)處理0、12、24、48 h,發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)的細胞中α平滑肌肌動蛋白、TGF-β1和膠原蛋白Ⅰ蛋白表達顯著增加,并且AngⅡ (10-6mmol/L)刺激48 h被認為是誘導人肺成纖維細胞-肌成纖維細胞轉(zhuǎn)變的最佳條件。他們證明Ang (1-7)可以阻斷AngⅡ誘導的PI3K、Akt、p38 MAPK 和JNK 通路激活,抑制人肺成纖維細胞-肌成纖維細胞的轉(zhuǎn)變并下調(diào)膠原蛋白Ⅰ、α平滑肌肌動蛋白和TGF-β1的表達。其他研究證明,在肺纖維化過程中,細胞自噬水平明顯下降,而抑制自噬同樣也加重肺纖維化的進程,ACE2-Ang (1-7)則可以通過誘導細胞自噬改善肺部膠原合成[30];Ang(1-7)還通過改善內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激、上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化中成纖維細胞的轉(zhuǎn)換來延緩組織纖維化[41]。其他器官纖維化模型對此也有證明,AVE 0991是一種Ang (1-7)非肽類似物,被認為具有與Ang (1-7)類似的對心血管有益的作用,通過抑制NOX2、NOX4和炎性因子TGF-β1、TNF-α的過表達,減緩心肌肥厚和減少膠原合成,從而抑制心室重構(gòu)和改善心功能[16]。

3.3 Ang (1-7)抑制炎癥反應 Magalh?es等[43]在過敏性肺炎小鼠模型中注射Ang (1-7),發(fā)現(xiàn)Mas抑制Ig E 和ERK1/2磷酸化,使得損傷部位促炎性細胞因子IL-4、IL-5、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子和趨化因子的水平下降,降低肺損傷部位炎癥細胞水平,改善肺組織損傷。同時他們進一步發(fā)現(xiàn),Ang (1-7)輸注會改變組織ACE2的表達,這可能會增加肺中Ang (1-7)的水平及其發(fā)揮的保護作用。Ang (1-7)-Mas抑制NF-κB 活化、刺激一氧化氮、前列腺素和內(nèi)皮衍生性舒張因子、IL-10 等發(fā)揮擴血管、抗炎作用,并減少細胞外基質(zhì)沉積[44]。然而一項實驗發(fā)現(xiàn)向大鼠中持續(xù)輸注Ang (1-7)可刺激MAPK/NF-κB通路,上調(diào)炎癥反應并增加肺中膠原蛋白的沉積[45],因此Ang (1-7)作用可能具有多重性,仍需深入探究。

3.4 Ang (1-7)抗氧化應激作用 Pan等[46]在吸煙引起的肺纖維化體內(nèi)和體外模型中證明,Ang (1-7)可通過抑制NOX4衍生的ROS 介導的Rho A/Rock 途徑,抑制了AngⅡ誘導的細胞遷移和膠原蛋白Ⅰ、α平滑肌肌動蛋白的合成、ROS引起的氧化應激并減少受損的自噬積累,從而減輕吸煙引起的肺纖維化。在另一項用95%高氧導致小鼠肺損傷實驗中[47],分別使用ACE2激動劑三氮脒和抑制劑MLN-4760處理,發(fā)現(xiàn)高氧與后者顯著降低肺ACE2 的表達活性,并增加AngⅡ/Ang (1-7)比率,而三氮脒則可以增強ACE2活性,改善AngⅡ/Ang (1-7)比率,減輕高氧造成的肺損傷。這些實驗均可證明ACE2、Ang (1-7)的氧化抑制作用。

4 血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑及血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑(angiotensinⅡreceptor blockage,ARB)類藥物在IPF中的治療

通過系統(tǒng)評價的方法對血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑或ARB 類藥物治療IPF 的有效性進行分析[48],治療后DLCO、第1秒用力呼氣容積以及肺活量較對照組均有所改善,證明血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑及ARB類藥物在IPF的治療中起到保護性作用。ACE 與ARB 治療IPF 一方面可能直接作用于肺組織,抑制炎癥發(fā)展,抵制氣道重塑,延緩肺功能減退,對IPF肺損傷起保護作用;另一方面在治療IPF的同時,一些相關(guān)的并發(fā)疾病如糖尿病、肺動脈高壓、高血壓等可得到一定改善,從而間接引起肺功能的改善,其治療的有效性及具體機制還需進一步研究[49-50]。但也曾有研究發(fā)現(xiàn)ARB類藥物并不能改善博來霉素誘導的小鼠肺纖維化,這可能與獨立于AT1R 之外的其他受體作用相關(guān),提示ARB治療肺纖維化的有限性。

5 結(jié)語

RAS系統(tǒng)參與了肺纖維化的形成過程,其中AngⅡ/AT1R 促進組織纖維化、Ang (1-7)/Mas拮抗纖維化進程,這不僅為IPF提供了新的研究靶點,也使我們學習到該系統(tǒng)生物活性及作用的多樣性。RAS系統(tǒng)引起的各種病理變化過程,也與除肺纖維化外的其他疾病息息相關(guān),這將為臨床疾病診治提供更廣闊的治療;但RAS系統(tǒng)與機體各個系統(tǒng),以及RAS系統(tǒng)中各成員間的復雜聯(lián)系,仍需繼續(xù)探索,以解決其臨床應用中的難點與挑戰(zhàn)。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突