系統性硬化癥相關間質性肺疾病的機制研究

任亞飛 蔣亞男 謝璠 石宇紅

桂林醫學院附屬醫院（廣西桂林541001）

系統性硬化癥（systemic scleroderma，SSc）是一種以組織纖維化、閉塞性微血管損傷、免疫異常為特點的異質性的自身免疫性疾病［1］，可導致多器官纖維化。肺間質病變（interstitial lung disease，ILD）是SSc患者最嚴重的并發癥，40%的SSc?ILD患者將在診斷后10年內死亡［2］，對SSc的發病率、病死率有著重要影響［1］。許多研究推動了SSc?ILD的發展并對其發病機制已有了一定的了解，以氧化與抗氧化體系失調、持續炎癥反應、大量促炎及促纖維化因子蓄積為主，但其發病機制迄今仍不明確，尋找新的治療靶點、治療方向迫在眉睫。本文從細胞因子、信號通路、新型標志物、TLR?4受體等多方面對SSc?ILD的發病機制進行綜述。

1 細胞因子

轉化生長因子?β（transforming growth factor，TGF?β）是一種多效細胞因子，由損傷的肺細胞、成纖維細胞、炎性細胞等釋放，包括 TGF?β1、TGF?β2、TGF?β3三種亞型，其中TGF?β1是肺纖維化發病的中心［3］。

SSc?ILD發病的關鍵機制是持續性的肺損傷引起肺泡巨噬細胞刺激，導致成纖維細胞活化并向肌成纖維細胞轉變，誘導促纖維化介質如TGF?β、結締組織組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）等釋放增多［4?5］。TGF?β作為一種多效性的促纖維化細胞因子調控著細胞增殖、分化、遷移、黏附、細胞外基質（extracellular matrix，ECM）以及膠原（collagen）的合成，刺激成纖維細胞分化為肌成纖維細胞［6］。而SSc?ILD中最早病變是對肺泡上皮細胞和內皮細胞的損傷［1］。TGF?β可抑制肺泡上皮細胞（recurrent alveolar epithelial cell，AEC）增殖、金屬蛋白酶?7（matrix metalloproteinases，MMP?7）表達，誘導肌成纖維細胞和ECM蛋白的積累。

TGF?β一方面是損傷修復、血管生成和免疫調節所必需的；另一方面又是惡性腫瘤轉移和纖維化所必不可少的［6］。TGF?β促進上皮細胞凋亡、上皮間質轉化、上皮細胞遷移、膠原合成及成纖維細胞增殖并轉化為肌成纖維細胞，誘導基質高蛋白酶的表達，通過激活上皮?間質轉化（Epithelial?mesenchymal transition ，EMT）相關的轉錄因子調節基質金屬蛋白酶（如MMP?2和MMP?9）以及細胞外基質成分（如纖維蛋白和膠原蛋白）的表達，從而促進肺組織發生炎癥、損傷及纖維化［7］。同時TGF?β通過在上皮細胞和成纖維細胞中誘導包括內皮生長因子（vascular endothe?lial growth factor，VEGF）在內的關鍵的血管生成因子分泌，促進血管生成環境的形成，然而隨著時間的推移過多膠原蛋白的積累減少了血管形成。TGF?β在調節免疫應答中也具有關鍵作用，受傷的組織釋放TGF?β，其將炎性細胞（包括巨噬細胞）募集到損傷部位，可能進一步釋放TGF?β加劇纖維化［8］。TGF?β在淋巴細胞（主要是T細胞和B細胞）和細胞因子的分泌、增殖中亦具有主要功能，它抑制IL?2的表達并抑制IL?2依賴性淋巴細胞增殖。

肺間質纖維化是SSc的主要并發癥，也是其主要的致死原因。最新的的基因芯片技術發現早期和晚期SSc?ILD的肺組織基因表達和支氣管肺泡灌洗（BAL）中巨噬細胞遷移、活化標記物的異常表達以及TGF?β、干擾素?α（inter?feron?α，INF?α）的表達上調，提示巨噬細胞的聚集活化和TGF?β基因上調與SSc?ILD中肺纖維化進展密切相關。大量數據表明，SSc小鼠外周血及皮膚TGF?β水平均升高。有條件地敲除TGF?β受體II型（TβRII）可以減弱肺纖維化；這種敲除小鼠對博來霉素誘導的肺纖維化有抵抗性并且存活率明顯上升［2］。一項實驗結果表明，在SSc模型組小鼠肺組織中，TGF?β顯著增多伴隨著致纖維化因子如α?平滑肌肌動蛋白（α?smooth muscle actin，α?SMA）、膠原 、MMP?9升高，提示通過上調TGF?β可能誘導肺纖維化［9］。TGF?β作為重要的促纖維化細胞因子，可直接促進成纖維細胞的增殖，誘導成纖維細胞對膠原等ECM的基因轉錄及蛋白質合成增加，并抑制ECM分解酶合成及其活性，完全去除TGF?β1后將會引起嚴重的炎癥反應。鑒于TGF?β在肺纖維化的進展中起著核心作用，阻斷TGF?β可能是潛在的治療方案。

2 信號通路

研究表明，多條信號通路參與SSc?ILD的形成和發展，包括TGF?β1/SMAD、PI3K/Akt、Wnt以及Notch信號通路等，其中TGF?β1/SMAD信號通路最為重要，研究最為廣泛。Wnt信號通路和TGF?β1信號通路共同參與調控細胞命運。

2.1 TGF?β1/SMAD 轉化生長因子?β（TGF?β）信號傳導途徑主要通過Smad信號通路誘導細胞分化、遷移、侵襲或廣泛增生參與肺纖維化的發展。有研究表明，SSc患者皮損組織、體外培養的SSc成纖維細胞及硬皮病動物模型均表現為TGF?β1、TGF?β受體、Smad2/3表達上調和Smad7的明顯不足［10］。

XU等［11］描述了肺纖維化的一個潛在機制，其中上皮細胞和間充質細胞通過Wnt/β?連環蛋白通路活化被TGF?β1/Smad2/3信號傳導激活。在SSc?ILD中，TGF?β與其細胞表面異二聚體受體結合激活經典或非經典途徑。在經典途徑中，TGF?β引起Smad 2/3的磷酸化，后者再與Smad 4結合，隨后在核膜上形成新的復合物，Smad 4在這一過程中充當轉錄激活因子，導致大量ECM表達。在非經典途徑中，通過包括MAPK、PAR6和RhoA的特異調節蛋白介導信號傳導。與宿主上皮細胞和成纖維細胞相似，TGF?β1通過激活Smad2/3，應激激活的蛋白激酶/JUN N末端激酶信號通路，促進α?SMA 的表達［12］。通過激活 TGF?β1/Smad2/3信號通路的間充質轉換可能刺激肌成纖維細胞增殖和成纖維細胞轉化為肌成纖維細胞［13］。目前的研究觀察到與對照組相比，HOCl誘導的SSc小鼠模型中TGF?β1的顯著高表達和高pSmad2/3/Smad2/3比率［14］。

2.2 PI3K/Akt信號通路 磷脂酰肌醇3激酶（phosphati dylinositol3?kinase，PI3K）為兩個亞基構成的異二聚體：一個分子量為110 kD催化亞基（p110）和一個分子量為85 kD的調節亞基（p85）。Akt是PI3K的下游信號分子，是PI3K信號傳導的調節節點，PI3K將靶蛋白如Akt募集到質膜上，可啟動細胞活動的激酶級聯反應調節細胞周期及細胞生長［15］。PI3K?Akt信號通路是TGF?β受體纖維化的非經典途徑。持續Akt的激活在傷口愈合反應中上調α?SMA表達和肌成纖維細胞分化有著重要意義，暗示Akt可能是纖維化的靶點。作為一種組成型活性物質，盡管組成型活化的Akt1蛋白（myr?Akt1）在纖維結構中誘導α?SMA表達，顯性負Akt1（Akt1K179M）抑制α?SMA表達［16］。TGF?β1誘導的非Smad信號傳導促進EMT。具體而言，TGF?β1激活PI3K/Akt/mTOR途徑，從而通過mTOR復合物1在EMT期間促進蛋白質合成與細胞侵襲產生增加［17］。

2.3 Wnt/β?連環蛋白 WNT途徑是眾多信號的級聯，其涉及發育、代謝、細胞生長等過程［18］。WNT/β?連環蛋白途徑在肝臟、皮膚、肺、腎和心臟纖維化中過表達［19］。WNT/β?catenin通路被認為是PI3K/Akt/mTOR通路的上游激活劑［20］，TGF?β1通過激活經典WNT通路刺激肌成纖維細胞分化，駐留的成纖維細胞效應于TGF?β1并分化為收縮性肌成纖維細胞，其表達α?SMA并合成細胞外基質蛋白，特別是膠原蛋白。Wnt通路在肺損傷時被激活，CHILOSI等［21］報告Wnt/β?連環蛋白靶基因促進核定位cyclin D1的表達、基質溶解素引起的細支氣管病變及肺泡損傷、特發性肺纖維化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）患者肺樣品的纖維化病灶進展。K?INGSHOFF等［22］報道了IPF患者的Ⅱ型肺泡上皮細胞（alveolar epithelial cells II，AECII）中 Wnt通路激活的類似發現。AECII是遠端肺的兼性祖細胞，據報道其在博萊霉素誘導的和高氧性嚙齒動物肺損傷模型中取代了肺泡上皮細胞和肺實質。報道指出在博來霉素誘導的肺損傷模型中Wnt通路對AECs的存活作用，并且選擇性補充β?連環蛋白會增加AECs的凋亡。相反，多篇報道顯示通過施用Wnt抑制劑抑制Wnt途徑減弱了博來霉素誘導的肺纖維化［23］，盡管這種減弱可能部分通過對間充質的作用而非在上皮細胞上。

3 新型生物標志物LL?37

LL?37肽是由hCAP?18原蛋白產生的人類抗微生物肽家族中唯一的抗菌肽，它對各種微生物具有廣泛的抗菌活性，由皮膚，呼吸道，胃腸道和泌尿生殖道上皮等的內皮表面產生。LL?37還具有免疫調節、提高上皮傷口愈合中細胞活性、調節細胞凋亡及釋放細胞因子特性，其中一些可能有助于SSc?ILD的發病機理。LL?37對SSc成纖維細胞具有抗纖維化作用和抗凋亡作用，HIZAL等［24］發現，SSc?ILD患者的LL?37水平明顯低于健康受試者和無ILD的SSc患者，結果可能表明較低的LL?37水平可能與ILD的進化有關，呼吸道上皮細胞合成的LL?37可能與SSc?ILD有關。BROWN等［25］研究發現氣管內注射LL?37可抑制肺泡巨噬細胞分泌TNF?α。除了其抗凋亡和促血管生成作用，LL?37也能促進上皮遷移和增殖。因此，低LL?37水平可能導致肺中血管生成和上皮增生，最終引起肺纖維化。

4 TLR?4受體

Toll樣受體4（toll?like receptor 4，TLR?4）最初被認定為脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）受體，TLR4被廣泛認為是革蘭氏陰性細菌的先天性免疫應答的中心。TLR?4能識別脂多糖，增加成纖維細胞對的敏感性，引起由TGF?β介導的前I型膠原α 1鏈（COL1 A1）mRNA和I型膠原蛋白表達增多。在TLR?4基因敲除鼠中，α?SMA表達顯著減少。TLR?4對正常成纖維細胞的刺激作用參與ECM重建和組織修復，協同增加TGF?β調節的纖維化進程［30］。 BHAT?TACHARYYA等［26］證實在SSc患者皮膚和肺活檢標本和原代皮膚成纖維細胞中TLR4表達增加，潛在的TLR4內源性配體的組織染色也增加。TLR4活化增強了經典的TGF?β信號傳導并抑制了抗纖維化微小RNA。來自同一組的相關論文表明，內源性損傷誘導的TLR4配體水平的增加可能是造成硬皮病持續TLR4激活和纖維化的原因之一［27］。粘蛋白C通過TLR 4可使博來霉素誘導的SSc?ILD小鼠模型的肺持續纖維化［28］。

5 小結

系統性硬化癥相關間質性肺疾病是一種異質性自身免疫性疾病，其中患者表現出廣泛的皮膚和器官受累以及不同的疾病進展速度。由于各細胞因子在不同細胞類型中具有多效性，靶向這些細胞因子需要更多的調查來確定治療方法。同時各影響因素之間相互聯系，其可能存在的共同通路依然不明，而越來越多的證據表明原位基因在其中占據舉足輕重的地位。盡管存在挑戰，但我們依然在探究其發病機制方面取得了些許進展，本文綜述了影響SSc?ILD的各個因素，提示其可能存在的危險因素，在這些領域的進一步研究將更好的洞察導致該病的獨特的和重疊的因素，為系統性硬化癥相關間質性肺疾病診療提供最新臨床思路，尋找新的治療靶點。