組織纖維化從基礎到臨床的研究進展

周致遠 張藝凡 李青峰

（上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院整形外科，上海 200010）

組織纖維化是眾多人類重大疾病的關鍵病理基礎，包括肝硬化、慢性腎臟病、肺纖維化、創傷后纖維化、心臟衰竭、惡性腫瘤等，可涉及所有組織和器官系統[1]，包括此次新型冠狀病毒（新冠）肺炎，形成的肺纖維化常導致呼吸衰竭，同時也是新冠后遺癥的重要因素之一。據報道，全球范圍內每4人中就有1人罹患纖維化疾病[2]，近50%的死亡都與纖維化造成的疾病有關[3]，這給人類健康帶來了極為嚴峻的挑戰。盡管目前對纖維化的研究已取得一些進展，但由于其致病因素的多樣性、疾病過程的復雜性以及群體防治的艱巨性，仍有許多關鍵的科學問題沒有解決。本文著重介紹纖維化發生、發展的重要調控因素及相關機制，以及目前針對纖維化潛在治療靶點的臨床研究概況。

組織細胞的損傷由超出適應能力的內外刺激引發，包括創傷、感染、缺氧、免疫反應、毒物刺激等。而機體對損傷的修復過程可分為兩種形式：完全再生和纖維化修復。前者指損傷組織由同種細胞進行修復，完全恢復原組織的結構和功能；后者則是由纖維結締組織來填補缺損，形成瘢痕。除了部分上皮組織、造血組織和肝組織外，人類細胞的再生能力十分有限[4]。當出現嚴重損傷或上述刺激因素持續存在，人體往往無法只通過實質細胞的再生完成修復，而需要依靠無功能的瘢痕組織來代替原有組織。纖維化是一種以細胞外基質成分過度沉積和異常排列為特點的組織病理性修復結局，常造成器官功能損害甚至器官衰竭[5]。

1 促進組織纖維化的幾種重要因素

組織纖維化的發生、發展通常與損傷局部的持續性刺激有關，主要包括慢性炎癥、異常生物力學刺激、毒物刺激等。盡管驅動機制及發生纖維化的組織器官各不相同，但纖維化擁有共同的病理生理機制，即肌成纖維細胞異常活化，導致以膠原為主的、排列紊亂的細胞外基質成分大量沉積[6]。

1.1 炎癥

組織修復的第一步就是由受損傷部位釋放趨化因子募集炎癥細胞清除局部微生物和壞死組織碎片，炎癥細胞分泌炎癥介質進一步放大炎癥信號并且調控后續的修復過程。這種損傷后炎癥反應可以按照時間順序分為三個階段：促炎、抗炎和炎癥消退。若促炎信號和抗炎信號之間的平衡被打破，或者炎癥細胞清除延遲，將導致炎癥慢性遷延而啟動纖維化信號，其中最核心的兩條通路是轉化生長因子-β（transforming growth factor–β，TGF-β）信號通路和2型免疫反應[7]。

1.1.1 感染

病原體可通過直接的細胞毒性和間接的免疫反應造成組織損傷，如果病原體或其產物在短期內無法被清除形成慢性感染，加之凋亡和壞死細胞成為繼發刺激因素，共同誘導生成的局部促炎介質將造成長期損傷[8]。許多炎癥介質參與到纖維化的進程中，比如丙型肝炎病毒慢性感染時，肝臟損傷誘導分泌TGF-β、血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、血小板衍生生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）、結締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）等，從而激活肝星狀細胞生成過多的細胞外基質成分，另外，基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）及其抑制劑的失衡導致纖維蛋白溶解功能下降[9]。

除促炎介質的作用之外，雖然2型免疫應答具有減輕炎癥損傷、維持內環境穩態、調控組織修復的功能，但失調的2型免疫應答也會推動纖維化的發展[10]。2型細胞因子包括白細胞介素-4（interleukin-4，IL-4）、IL-5、IL-13、IL-25、IL-33、胸腺基質淋巴細胞生成素（thymic stromal lymphopoietin，TSLP）等，都具有促纖維化特性[11]，多見于蠕蟲的慢性感染。

1.1.2 自身免疫性炎癥

自身免疫性炎癥是免疫耐受被打破引發針對自身抗原的異常免疫反應。組織纖維化是很多自身免疫性疾病的病理特征之一。自身免疫性肝炎（autoimmune hepatitis，AIH）的肝纖維化通常始于門管區周圍，以CD4+T細胞浸潤為主，主要由細胞凋亡、γ干擾素（interferon-γ，IFN-γ）和IL-17A介導損傷[12]。系統性硬化癥（systemic sclerosis，SSc）有多器官纖維化的表現，可同時累及皮膚、肺、腎、心臟、消化道、骨骼肌[13]，除TGF-β信號通路和2型免疫應答的作用之外，還有hedgehog和WNT信號通路的參與[14]。IL-17A對類風濕關節炎（rheumatoid arthritis，RA）相關的肺纖維化具有直接促進作用[15]。雖然，自身免疫性疾病具有很大的異質性，但自身免疫性炎癥相關的纖維化表型具有一定程度上的相似性，比如SSc和RA的間質性肺病具有相似的臨床表現和治療方法，說明其纖維化的發生、發展具有共同的病理生理機制[16]。

另外，自身免疫病的機制非常復雜、病因尚不明確，因而自身免疫性炎癥相關的纖維化是感染、遺傳和環境等因素共同作用的結果，比如表達一種人類細胞色素P450家族成員的腺病毒可以通過分子擬態誘導2型AIH纖維化的發生[17]。

1.2 生物力學刺激

生物力學刺激通常來自于細胞外，可分為被動和主動兩種形式，被動的生物力學刺激包括外環境的剛度、結構限制，主動的生物力學刺激包括組織或細胞產生的各種力[18]。生理條件下的力學特性對于維持組織穩態尤為重要。以肝臟為例，肝小葉的精密結構形成了復雜的力學微環境，包括肝血竇內的靜水壓、肝血竇內血液的流體剪切力、細胞外基質的彈性模量、竇周隙內的靜水壓、竇周隙內組織間液的流體剪切力等，對肝臟的合成、分解、轉化、防御功能具有重要意義[19]。

病理條件下，組織力學特性的改變產生異常的生物力學刺激，通過細胞與細胞外基質或血流動力學之間的串擾[20]，經由機械轉導通路以及機械敏感性蛋白，將細胞外的力學信號轉化為細胞內的生物信號，調控細胞代謝和行為。當損傷修復過程中細胞外基質成分不斷被生成，基質的硬度也不斷增加，這種生物力學刺激活化成纖維細胞，使其產生更硬的細胞外基質成分、更大的拉力，放大了力學刺激，從而形成一個纖維化的正反饋調控機制。在纖維化進程中，經典的機械感知分子有整合素、局部黏著斑復合體、微絲細胞骨架等，經典的機械轉導通路有局部黏著斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）信號通路、TGF-β信號通路等[21]。除了細胞外基質硬度之外，血液流體剪切力參與了肝纖維化的微循環改變[22]；Ⅱ型肺泡上皮細胞受到持續升高的機械張力可誘導肺纖維化的發生和發展[23]。

1.3 毒物刺激

易感器官過度暴露于石棉、乙醇、膽固醇、博來霉素、葡萄糖、放射線等理化刺激因素后可表現出纖維化的病理特征。比如非酒精性脂肪性肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）最早的病理表現是肝細胞內三酰甘油過度沉積，與胰島素抵抗、高脂飲食以及脂肪代謝障礙有關，而其病程進展是由脂毒性、炎癥、氧化應激、內質網應激等機制介導，其纖維化的發生、發展還與高胰島素血癥、瘦素、腸道微生物激活肝星狀細胞有關[24]。

2 組織纖維化的治療策略

盡管組織纖維化的病理生理機制仍未完全闡明，臨床轉化也存在較多障礙，但隨著研究的深入，不少抗纖維化治療策略已在臨床試驗中取得初步成效。

2.1 小分子藥物

小分子藥物是指相對分子質量較小的有機化合物，通常小于1 000道爾頓。相較于大分子藥物，小分子藥物具有藥代動力學性質穩定、給藥方便、患者依從性好、儲存運輸成本低等優勢[25]。

目前，美國食品藥品監督管理局已批準上市的小分子抗纖維化藥物包括治療特發性肺纖維化的廣譜抗纖維化藥吡非尼酮（pirfenidone）和受體酪氨酸激酶抑制劑尼達尼布（nintedanib）；治療骨髓纖維化的Janus激酶1/2抑制劑魯索利替尼（ruxolitinib）、組蛋白去乙酰化酶抑制劑帕比司他（panobinostat）和Janus激酶2/FMS樣酪氨酸激酶3抑制劑帕克替尼（pacritinib）。

其他針對纖維化潛在靶點的小分子藥物還處在各期臨床試驗階段，例如核受體參與代謝異常和炎癥通路活化，在纖維化的發生、發展中具有重要地位，主要包括法尼醇X受體（farnesoid X receptor，FXR）、過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）、甲狀腺激素受體（thyroid hormone receptor，THR）等[26]。部分靶向核受體的藥物包括FXR激動劑（如奧貝膽酸[27]），PPAR激動劑[如沙羅格列扎（saroglitazar）[28]、拉尼蘭諾（lanifibranor）[29]]，THRβ激動劑[如瑞司美替羅（resmetirom）[30]]。

2.2 多肽類及單抗類藥物

多肽類及單抗類藥物都是氨基酸殘基經肽鍵連接而成，前者有10~100個氨基酸殘基，相對分子質量為500~10 000道爾頓，后者的相對分子質量則在150 000道爾頓左右。這類藥物以高親和力、高特異性結合細胞表面或分泌蛋白從而發揮治療作用。

處于臨床試驗階段的抗纖維化多肽類及單抗類藥物豐富。比如一項臨床試驗顯示，每日皮下注射0.4 mg胰高血糖素樣肽1類似物索馬魯肽（semaglutide）可達到59%的非酒精性脂肪性肝炎緩解率不伴有纖維化惡化[31]；成纖維細胞生長因子19類似物奧達夫明（aldafermin）顯著降低非酒精性脂肪性肝炎患者的絕對肝臟脂肪含量[32]；CTGF單克隆抗體潘瑞魯單抗（pamrevlumab）顯示可延緩特發性肺纖維化的疾病進程[33]。

2.3 小核苷酸藥物

小核苷酸藥物一般是由12~30個核苷酸組成的寡核苷酸，通過特異性靶向致病的核酸序列調控基因表達，從而達到治療目的。目前，市場上的小核苷酸藥物主要分為反義寡核苷酸（antisense nucleic acid，ASO）、小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）和核酸適配體。比起小分子藥物和單抗類藥物，小核苷酸藥物具有研發周期短、藥效持久、不易產生耐藥性、治療潛能大等優點。

小核苷酸藥物的適應證逐漸向抗纖維化領域拓展，如科特拉尼（Cotsiranib）由分別靶向TGF-β1和環氧合酶2的mRNA的兩種siRNA構成，應用于增生性瘢痕、原發性硬化性膽管炎等纖維化疾病；CDR132L是靶向miR-132的ASO，有望緩解心力衰竭患者的心肌重塑[34]。由于其不穩定性，有效的遞送系統是小核苷酸藥物成藥的關鍵，主要有納米顆粒、共軛連接、化學修飾、病毒載體等[35]。比如最近有一種遞送靶向熱休克蛋白47的siRNA的脂質納米顆粒正處于Ⅱ期臨床試驗階段，先前已在部分丙型肝炎病毒導致的肝硬化患者身上驗證了安全性和有效性[36]。

2.4 間充質干細胞治療

間充質干細胞（mesenchymal stromal cells，MSCs）廣泛分布于全身多組織器官，是一群具備增殖分化能力的多能干細胞，在特定條件下可分化為脂肪細胞、軟骨細胞、成骨細胞、肌成纖維細胞等，在組織修復、維持內穩態、免疫調節等過程中具有重要作用[37]。MSCs可來源于臍帶、骨髓、脂肪組織、牙組織等[38]。不少Ⅱ期臨床試驗探索MSCs在肝纖維化和肺纖維化治療上的應用，但大部分都收效甚微[39]。值得一提的是，脂肪來源的MSCs及其外泌體在病理性瘢痕治療方面有著廣闊的應用前景[40]。