肺毒性藥物誘導肺泡上皮細胞損傷作用的研究進展

賀海彪 魏 萍 孫兆艷 劉冊家

（1.鄒城市疾病預防控制中心，山東 濟寧， 273500；2.鄒城市太平鎮衛生院，山東 濟寧， 273500；3.山東宏濟堂制藥集團股份有限公司，山東 濟南， 250103）

1藥物的肺毒性是臨床化療藥物、抗心律失常藥、抗驚厥藥常見的不良反應，它是由藥物引起的氣管、支氣管、肺泡等肺部損傷的一組疾病，主要累及肺間質，病情變化可短期進展至呼吸衰竭或急性呼吸窘迫綜合征，也可緩慢進展合并肺纖維化而影響肺功能；肺纖維化是肺損傷的終末期表現，而肺纖維化往往起始于肺泡損傷。肺泡上皮損傷是肺部疾病進展的重要驅動因素。肺泡上皮細胞損傷的機制主要包括肺泡上皮細胞衰老、上皮往間質轉化、自噬、凋亡等。Ⅱ型肺泡上皮細胞（AECⅡ）衰老在肺纖維化患者和肺纖維化動物模型中均被觀察到，衰老的AECⅡ會分泌衰老相關分泌表型（SASP）、轉化生長因子、表皮生長因子等細胞因子，能促進肺成纖維細胞的異常激活及肺纖維化的發生發展。上皮往間質轉化（EMT）也是導致肺纖維化的重要機制之一，藥物刺激上皮細胞向肌成纖維細胞轉化，促進肺纖維化的進展。在活躍的纖維化發生區域，存在凋亡的AECⅡ，凋亡可能是上皮損傷的最初反應之一。

本研究將主要介紹幾種常見的導致肺毒性的藥物及其對肺泡上皮細胞的損傷機制。

1 導致肺毒性的藥物

1.1 博來霉素

博來霉素（Bleomycin，BLM）是在20世紀60年代從輪絲鏈霉菌中分離得到，用于多種實體瘤的治療。1973年首次報道博來霉素治療后出現肺毒性，這種毒性通常表現為肺纖維化。雖然關于博來霉素誘導的肺纖維化發生頻率的統計數據各不相同，但是博來霉素誘導的肺纖維化模型，由于其能夠復制特發性肺纖維化和其他間質性肺病的纖維化特征最明確，可重復性和易用性良好，目前仍是使用最廣泛的肺纖維化動物模型。

博來霉素水解酶能使博來霉素在體內失活，但是在肺中博來霉素水解酶的活性非常低，導致肺部容易受到博來霉素的毒性影響，產生不良反應。在對博來霉素誘導肺纖維化患者肺部尸檢報告顯示，死者Ⅰ型肺泡上皮細胞（AECI）丟失，血管內皮細胞損傷，AECⅡ增生，肺泡免疫細胞浸潤，肺泡內能看見明顯的膠原沉積，間質性水腫，以及彌漫性肺泡和胸膜下纖維化。

細胞衰老是不可逆的生長停滯狀態，衰老細胞會出現明顯的形態和生化變化。K.Aoshiba等用博來霉素（5 mg·kg）處理大鼠后，原代Ⅱ型肺泡上皮細胞表現出明顯的衰老特征。Jiang等報道用博來霉素（50 mU/mL）處理的AECⅡ細胞作為肺纖維化的模型，大鼠Ⅱ型肺泡細胞（L2）的纖溶酶原激活物抑制劑1（PAI-1）和細胞衰老標志物表達水平都上升；而PAI-1 siRNA/shRNA和PAI-1抑制劑TM5275能下調博來霉素誘導的L2細胞衰老；其研究表明，PAI-1至少部分通過增加p53表達和激活p53-p21-Rb細胞周期阻抑途徑來誘導AECⅡ細胞衰老。在肺纖維化患者肺組織中能觀察到明顯的衰老特征。衰老細胞通過分泌SASP對相鄰細胞產生作用，最終促進功能性肺退化。

EMT也被認為是導致肺泡損傷的原因之一。Zhang等在研究博來霉素（5 mg·kg）誘導的肺纖維化模型中發現，絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（PIM1）在纖維化肺組織中持續上調；PIM1特異性抑制劑SMI-4a對博來霉素誘導的肺毒性具有保護作用，抑制羥脯氨酸沉積并逆轉EMT過程，從而減緩博來霉素導致的肺纖維化；同時研究發現博來霉素誘導的上皮型鈣黏附蛋白（E-Cadherin）的表達變化是PIM1通過依賴性地調節轉錄因子ZEB1的活性實現的。有研究表明，在博來霉素（50～300 μg/mL）誘導的A549細胞EMT過程中，CXC趨化因子配體16（CXCL16）及其受體CXCR6顯著上調，博來霉素誘導CXCL16通過TGF-β1/Smad3途徑調節A549細胞的EMT。在博來霉素（0.4 μM）誘導RLE/Abca3細胞EMT樣的形態變化中，發現磷酸化Smad2和Slug mRNA的表達水平增加，并且β-連環蛋白（β-catenin）的核轉運增強，說明博來霉素通過Smad2和β-catenin信號通路在RLE/Abca3細胞中誘導了EMT。

自噬也參與到肺毒性藥物誘導的肺泡上皮細胞損傷的過程。據報道，在特發性肺纖維化（IPF）患者中自噬標記蛋白（LC3-Ⅱ）表達降低，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）被激活，自噬下調。博來霉素導致的小鼠肺纖維化模型，使用mTOR抑制劑—雷帕霉素能有效減少肺纖維化的發展；mTOR抑制劑雷帕霉素可以使纖維化實驗模型組自噬上調。最近的一項研究發現，IPF患者肺中上皮細胞特別是Ⅱ型肺泡細胞中線粒體的變形和功能異常，在蜂窩和致密纖維化區域的AECIIs中，線粒體含量較高，纖維化患者的AECⅡs中PINK1表達水平下降。博來霉素處理L2細胞激活mTOR/PGC-1通路，線粒體蛋白增加，線粒體DNA比基因組DNA比例增加，使線粒體生物合成增加，同時也會激活線粒體自噬，增加PARKIN、PINK1的蛋白表達水平，而用雷帕霉素抑制mTORC1/PGC-1信號通路，能顯著減少博來霉素通過誘導L2細胞衰老導致的線粒體合成增加，從而減少肺毒性的發生。

1.2 絲裂霉素

絲裂霉素（Mitomycin C，MMC）常用于乳腺癌、胃癌、肺癌等多種實體瘤的放療，其主要不良反應有骨髓抑制作用，另一種不良反應是肺毒性。臨床上，關于絲裂霉素肺毒性病例報道中，發生率最高的是間質性肺炎，其終末期表現為肺纖維化。

絲裂霉素相關的纖維化與博來霉素引起的纖維化病理特征非常相似，發生肺泡內單核發炎，Ⅱ型肺泡細胞增生和間質增厚，膠原沉積。用絲裂霉素（1 μg/mL）處理小鼠 NIH-3T3 細胞后，表現出顯著的細胞增殖停滯現象，出現明顯的衰老特征，SASP的分泌增加。較高濃度的絲裂霉素會降低細胞的增殖潛能，使其在細胞周期的S期停滯，隨后導致凋亡。在絲裂霉素（3 mg·kg·周）處理的小鼠肺組織中，能看到明顯的肺泡壁增厚，膠原沉積，以及纖維化關聯基因Slug、MMP2、Twist、TGF-β1轉錄和翻譯水平的上調；同時絲裂霉素可通過TGF-β1/Smad3/snail通路誘導肺微血管內皮細胞的EndoMT，以上表明絲裂霉素處理會導致肺纖維化的發生。

1.3 甲氨蝶呤

甲氨蝶呤（Methotrexate，MTX）是一種抗葉酸類抗腫瘤藥物，臨床上主要用于治療急性白血病、絨毛膜癌、牛皮癬等。甲氨蝶呤治療后的不良反應包括血液系統的損傷、肝毒性、肺毒性，其他還包括胃腸道反應、頭暈乏力等。類風濕性關節炎患者用甲氨蝶呤治療后，肺毒性的發生頻率比腎毒性更高，發生肺毒性，最常見的治療方法是抗生素和類固醇的組合。

最近也有很多關于甲氨蝶呤導致肺毒性的分子機制研究的報告。Kalemci等發現，大鼠腹腔注射甲氨蝶呤（10 mg·kg·d）7～9 d，肺中發生淋巴細胞炎性反應、間質纖維化、Ⅱ型肺細胞增生和嗜酸性粒細胞浸潤。Yamamoto等建立了A549/ABCA3細胞作為新胞Ⅱ型肺泡上皮細胞模型，甲氨蝶呤（0.3 μM）處理，使A549 /ABCA3細胞表現出EMT樣的形態變化，同時觀察到miR-34a、p53、以及p53 Ser15的磷酸化增加；甲氨蝶呤可能通過p53/miR-34a軸誘導A549/ABCA3細胞發生EMT。Yamagami等發現甲氨蝶呤（0.3 μM）通過人肺泡上皮細胞系A549中的TGF-β相關信號通路誘導了EMT，之后他們又發現甲氨蝶呤可通過上調A549細胞中PAI-1表達以及PAI-1與uPAR的相互作用來誘導EMT，聯合使用TGF-β相關的信號通路抑制劑SB431542，可以消除這種上調。以上結果表明，甲氨蝶呤（0.3 μM）可能通過增加A549細胞中PAI-1表達以及PAI-1與uPAR的相互作用來誘導EMT。通過誘導EMT，最終導致肺纖維化的發生。

1.4 胺碘酮

胺碘酮（Amiodarone，AMD）是Ⅲ類抗心律失常藥物。對心律失常、室性期前收縮、室性心動過快等患者具有較好的治療效果。胺碘酮使用中最嚴重的不良反應是肺毒性，是該藥物導致患者死亡的最主要不良反應。患者在使用胺碘酮治療后，AECⅡ的溶酶體中會有大量胺碘酮及其代謝產物聚積，破壞細胞對磷脂的清除能力，過量的磷脂堆積在AECⅡ中會導致肺泡損傷，對肺部有不良反應。另外，患者使用胺碘酮之后也可能會使機體產生免疫反應，從而產生毒性。

胺碘酮處理AECⅡ會導致層狀體異常，這是導致包括肺纖維化在內的肺部疾病的重要原因。倉鼠氣管注入胺碘酮會導致肺泡炎、肺泡上皮增生，該方式誘導的肺損傷會發展為肺纖維化。Uhal等發現，胺碘酮可誘導肺泡上皮細胞凋亡，其能被血管緊張素Ⅱ拮抗劑抑制，阻斷血管緊張素的生成或減弱胺碘酮引起的肺纖維化；胺碘酮能上調大鼠ACEⅡ和A549細胞中血管緊張素原mRNA和蛋白。胺碘酮可增加激活蛋白1（AP1）和STAT-5轉錄因子的DNA結合。胺碘酮通過AP1家族轉錄因子介導的機制上調人肺泡上皮細胞中血管緊張素原基因的表達。

Weng等實驗中發現胺碘酮治療后A549中EMT標記（α-SMA）顯著增加，而E-Cadherin蛋白顯著降低，這表明上皮細胞是間充質細胞的重要來源；胺碘酮治療后，TGF-β1也顯著增加。胺碘酮可通過EMT誘導肺纖維化，而TGF-β1可能是胺碘酮誘導的肺纖維化機制中的關鍵纖維化細胞因子。EMT是肺纖維化的重要過程，也可能是胺碘酮誘導肺纖維化的潛在機制。

2 藥物誘導肺泡上皮細胞損傷的主要機制

不同的藥物誘導肺泡上皮細胞損傷的機制不同，從本研究所述藥物來看，其主要機制是上皮往間質轉化（EMT），其次是肺泡上皮細胞衰老，不同機制過程肺泡上皮所表達的蛋白分子不盡相同。見表1。

3 肺毒性的預防與治療

肺纖維化是肺毒性的終末表現，患者在使用具有肺毒性藥物時應定期做胸片檢查，同時可用抗氧化劑、糖皮質激素等進行預處理，以減少肺毒性發生的可能性。目前，尚沒有能有效逆轉肺纖維化的藥物，肺纖維化急性加重期，可用如波尼松、甲潑尼龍等糖皮質激素類藥物，但這些藥物不能長期使用。在激素治療時，可聯合使用免疫抑制劑，如環孢素、西羅莫司等。使用清肺止咳、活血化瘀的中藥煎劑治療后，可以改善癥狀，控制病情發展，減少激素的用量或免疫抑制劑的不良反應。另外，若有肺部感染的患者可同時使用抗菌藥物治療。

吡非尼酮和尼達尼布是被批準用于治療肺纖維化的臨床藥物，吡非尼酮能較好的起到抗感染、抗氧化和抗纖維化的作用，減少肺活量的下降速度，提高患者生存期。尼達尼布對成纖維細胞的增殖有較好的抑制作用，阻止其遷移、轉分化，抑制纖維化的進展，臨床上常用于特發性肺纖維化和間質性肺炎進展期導致的肺纖維化。為了預防纖維化的進一步惡化，臨床還用抗酸藥防止胃反流，包括質子泵阻斷劑：奧美拉唑、蘭索拉唑等；H受體拮抗劑：雷尼替丁、法莫替丁等。另外，抗氧化劑NAC進入體內后代謝為GSH的前體發揮作用，可有效改善患者咳嗽、呼吸急促等。對于晚期嚴重的肺纖維化患者，為了提高患者生活質量延長生存期，可選擇肺移植治療，但是肺移植在技術上要求非常高，手術風險大、費用昂貴。

4 展望

本研究主要總結了肺毒性藥物導致肺泡上皮細胞損傷的一些分子機制，但是藥物在臨床應用中導致肺泡上皮細胞損傷的機制還沒有完全闡明，不同藥物導致肺泡損傷的形式不同，在使用可能發生肺毒性的藥物后，應注意肺部損傷的體征和特征。肺毒性藥物可作為肺毒性的模型，對導致肺毒性的機制研究有很大的用處，在進一步了解到藥物肺毒性的機制后，能在用藥時有效抑制藥物的肺毒性，從而減少用藥的不良反應，更好的服務于臨床用藥。