周 盈，曹 磊，平 芬

(河北省人民醫(yī)院 老年病三科，河北 石家莊 050000)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一種主要由吸煙引起的進行性肺部疾病，其特征是慢性炎癥和氣流受限不能完全逆轉。吸煙是COPD的主要危險因素，80%～90% COPD患者有吸煙史。據(jù)報道[1]有許多因素與COPD有關，包括全身和局部的炎癥、空氣污染和久坐不動的生活方式。多種暴露源和污染物導致了COPD患病的風險。澳大利亞一項長達21年的COPD事件隨訪隊列特異性分析表明[2]，COPD與二氧化硫暴露顯著相關。隨著環(huán)境污染的日益加重,COPD 的發(fā)生率逐年上升，最新的研究顯示我國 COPD 患病總人數(shù)高達9990萬,60歲以上人群患病率超過27%[3]。大約50%的COPD患者死于心血管合并癥。每年全世界超過300萬人死于COPD，COPD的高患病率、高死亡率和較重的經(jīng)濟負擔，已成為我國及全球重要公共衛(wèi)生問題[3-4]。COPD確切的發(fā)病機制未明，諸多研究表明,炎癥是COPD進展的核心機制[5]。許多相關炎性細胞因子在COPD反復發(fā)作和惡化的過程中直接或者間接參與其中，其中腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)等是參與COPD氣道炎癥的重要因子。進一步探討細胞因子在COPD 氣道炎癥中所發(fā)揮的作用，為如何延緩疾病進展和減少急性發(fā)作提供理論依據(jù)?，F(xiàn)將與COPD發(fā)生機制相關的細胞因子總結如下。

1 腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)

TNF于1975 年首次發(fā)現(xiàn)。先后用卡介苗和內毒素使小鼠感染,在血清中發(fā)現(xiàn)和內毒素不同的物質,會造成腫瘤壞死,即TNF。TNF-α具有廣泛生物活性,在許多炎癥條件下起作用，包括生長抑制和促進炎癥、血管生成、細胞毒性和免疫調節(jié)[6]。它是由活化單核巨噬細胞、T 淋巴細胞等生成及分泌的一種強有力的致炎癥因子。一項meta分析[6]證明TNF-α 308基因變異是COPD發(fā)病機制中的獨立因素。TNF-α是COPD患者中研究最廣泛的細胞因子,它是核因子-κB強有力的催化劑并且能夠放大炎癥反應。吸煙、理化刺激及感染因素等均可導致TNF-α高分泌[7]。研究表明，維生素D3水平與血清TNF-α濃度呈負相關[8]，補充維生素D能夠降低血清TNF-α水平。TNF-α與2型TNF受體(TNFR2)結合后可通過經(jīng)典和非經(jīng)典方式激活核因子κB(nuclear factor kappa beta，NF-κB)信號轉導通路，誘導血管內皮細胞產(chǎn)生更多的炎癥介質，如白細胞介素-6(IL-6)、白細胞介素-8(IL-8)、白細胞介素-1(IL-1)以及前列腺素(PG)等。Karadag等[9]指出，TNF-α可以作為穩(wěn)定期COPD患者系統(tǒng)性炎癥反應的生物標記物。相關研究表明，急性加重期COPD(AECOPD)患者呼出氣冷凝液 (exhaled breath condensate，EBC)中的TNF-α明顯高于穩(wěn)定期COPD及健康對照組[3]。血清TNF-α濃度與氣道阻塞水平和COPD嚴重程度呈正相關[8]。還有研究指出EBC中的TNF-α可以作為評價 COPD患者肺功能和炎癥情況的潛在炎性細胞因子[10]。一項TNF-α和COPD的Meta分析[1]顯示，TNF-α與第1秒用力呼氣容積(FEV1)相關，COPD患者發(fā)生一系列身心疾病的風險增加，TNF-α參與了COPD發(fā)展及其并發(fā)癥的發(fā)生。其潛在機制仍然未知，需要進一步研究。TNF-α用于COPD的診斷仍然是有爭議的，有研究指出TNF-α在輕、中、重度AEC0PD患者間差異無統(tǒng)計學意義，無法用于預測患者的臨床結局[11]。這些結果進一步激勵我們探索TNF-α在COPD形成和發(fā)展所發(fā)扮演的角色和TNF-α作為COPD新型生物標志物和治療靶點的潛力。

2 血管內皮生長因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)

VEGF又稱血管通透因子(Vascular permeability factor,VPF)，是組織細胞產(chǎn)生的一種信號蛋白，在人體內起著重要的作用，如胚胎發(fā)育過程中新生血管的形成、運動后肌肉的生長、血管損傷后再生，并且繞過堵塞的血管建立側支循環(huán)。肺組織富含VEGF，許多不同的肺組織細胞能夠產(chǎn)生VEGF，同時VEGF也作用于這些細胞。VEGF能夠增加血管通透性、促進血管內皮細胞分裂增殖、遷移及促進血管生成的炎癥因子。內皮細胞在血管生成中起關鍵作用，血管生成導致細胞再調節(jié)、增殖、黏附、遷移和侵襲。血管生成因子與內皮細胞上的受體結合，激活表皮生長因子受體(EGFR)和磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(PI3K/Art/mTOR)信號通路啟動血管生成過程。刺激血管生成的細胞因子包括直接和間接的促血管生成標記物。直接促血管生成因子有VEGF、FGF-2和肝細胞生長因子(HGF)，而間接促血管生成因子包括TGF-β、IL-6、IL-8和PDGF。VEGF和成纖維細胞生長因子(FGF-2)是最強的血管生成激活劑，刺激血管內皮細胞的遷移和增殖，從而產(chǎn)生并穩(wěn)定新生血管。VEGF是最強的促血管生成因子之一，它是一種直接促血管生成標志物[12]。另有研究發(fā)現(xiàn)黎族和漢族群體在VEGF 基因型和等位基因頻率方面均存在差異[13]，可能與VEGF基因多態(tài)性有關[14-15]。VEGF在COPD不同時期對肺的血管起不同的作用[16]，VEGF過表達與肺部疾病有密切的關系[17]，如肺動脈高壓(PAH)、COPD、哮喘、纖維化和肺癌。VEGF是缺氧誘導因子(hypoxia inducible factor，HIF)的靶基因，其表達受HIF-1α的調控。研究發(fā)現(xiàn)在缺氧狀態(tài)下，HIF-1αmRNA在肺泡、支氣管上皮細胞及血管內皮細胞中表達增加[18]導致氣道重塑和慢性炎癥。缺氧時也可激活環(huán)氧化酶(COX)-2，有助于刺激VEGF基因表達[19]。有文獻報道，多種天然和合成藥物可用于減少VEGF和成纖維細胞生長因子(FGF)-2的過表達，從而有助于治療肺部疾病[20]。有研究[21]證明通過干預HIF-1α的表達，尋找可用于治療肺部疾病的新型血管生成抑制劑，降低HIF-1α而下調其靶基因VEGF的表達有可能成為治療 COPD新的靶點。

3 轉化生長因子β(Transforming growth factor-β,TGF-β)

TGF-β是由血小板、內皮細胞、巨噬細胞、單核細胞等分泌的炎性細胞因子，TGF-β還是一種多功能多肽生長因子，能夠調節(jié)炎性細胞、內皮細胞和成纖維細胞的生長、分化、遷移、凋亡以及細胞外基質(extracellular matrix,ECM)的生成。TGF-β超家族信號傳導分子及其同源受體參與調節(jié)許多身體發(fā)育和疾病過程相關的細胞增殖和凋亡[22]。研究證實TGF-β在慢性肺部疾病中起重要作用[23]，COPD患者的血清TGF-β水平與COPD嚴重程度成正比[24]。TGF-β能夠誘導炎性細胞浸潤肺、血管和呼吸道[25],促進成纖維細胞趨化，產(chǎn)生膠原和纖維連接蛋白，抑制膠原降解，促進纖維化發(fā)生。TGF-β能激活信號轉導和轉錄激活因子-3(STAT-3)信號傳導通路，隨后STAT3磷酸化參與血管生成介質的上調，如VEGF、FGF-2和HIF-1，從而導致血管重塑[26]。國內研究發(fā)現(xiàn)[27]氣道上皮細胞TGF-β表達與外界刺激有關，TGF-β表達量與受刺激時間成正比。血清25(OH)D濃度與COPD患者的TGF-β水平呈負相關；體外實驗表明，活性維生素D3抑制MRC-5細胞中TGF-β誘導的Smad2 / 3磷酸化；此外，維生素D濃度與COPD患者的TGF-β/ Smad信號和上皮間質轉化(EMT)呈負相關[24]。TGF-β還能促進IL-1、IL-6、IL-8等細胞因子的釋放[28]，進而導致肺功能迅速下降。研究報道,血清TGF-β水平與 AECOPD 患者肺功能密切相關[29],同時 TGF-β在氣道重塑形成過程中通過環(huán)加氧酶-2(Cyclooxygenase-2，COX-2)基因高表達，促進血管生成。最新研究顯示[30]，在患有慢性氣道疾病的患者中，TGF-β可以升高人類免疫缺陷病毒(HIV)儲備負荷，這可能進一步加劇HIV相關的肺部合并癥。與正常人相比，急性加重期和緩解期 COPD 患者血清TGF-β 的水平明顯升高，TGF-β的表達與COPD氣流受限的嚴重程度呈正相關[31]，TGF-β可能是導致 COPD 的重要因素[17]。

4 血小板源性生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)

PDGF是于1974 年發(fā)現(xiàn)的一種可以促進間質細胞分裂增殖的肽類調節(jié)因子，PDGF族由PDGF-A、-B、-C、-D四種亞型組成，因為它們形成了功能性同型二聚體，也稱為PDGF-AA、-BB、-CC和-DD。PDGF通過結合PDGF受體α(PDGFRα)或PDGF受體β(PDGFRβ)來發(fā)揮生物學效應。生理狀態(tài)下PDGF來源于血小板的α顆粒，組織受損時PDGF主要由單核/ 巨噬細胞合成,它能夠促進單核細胞、平滑肌細胞和成纖維細胞的增生和游走，還可促進膠原細胞的增生,是平滑肌細胞(SMC)、血管內皮細胞和成纖維細胞的有絲分裂原和趨化因子，能刺激成纖維細胞增殖及誘導其合成ECM、纖維連接蛋白和膠原等。PDGF-B對SMC的增殖有較強的促進作用，PDGF-B只有和PDGFRβ結合才能激活信號通路。PDGF-B和PDGFRβ調節(jié)血管形成起直接作用，例如促進血管平滑肌細胞(vSMCs)和周細胞的增殖和擴散。在肺纖維化進程中,肺泡巨噬細胞產(chǎn)生大量的 PDGF-B,呈劑量依賴性,其濃度的增加對肺成纖維細胞有明顯的趨化作用 ，在肺內PDGF與TGF-β 起協(xié)同作用,能夠對成纖維細胞的增殖及細胞外基質含量的變化進行調控。PDGF能加強金屬蛋白酶組織抑制因子(TIMP)抑制膠原酶的作用,以減少細胞基質的降解,PDGF與肺血管重塑密切相關[32]。特發(fā)性PAH患者肺動脈中PDGF和PDFG受體的表達增加。有研究顯示[33]，PDGF信號傳導與香煙煙霧(CS)誘導的PAH有關，CS顯著增加了肺動脈壁的厚度和膠原蛋白的沉積，在CS暴露大鼠的肺動脈中，PDGF-B和PDGFRβ的蛋白質和mRNA表達水平均顯著增加。此外，香煙煙霧提取物(CSE)顯著增加了大鼠肺動脈平滑肌細胞(PASMC)的增殖，PASMC的增殖被PDGFR抑制劑伊馬替尼抑制。

5 成纖維細胞生長因子-2( fibroblast Growth Factor-2，F(xiàn)GF-2)

FGF-2也稱為堿性成纖維細胞生長因子(bFGF或FGF-β)，是一種通過FGF-2基因編碼的生長因子和信號蛋白。FGF在創(chuàng)傷愈合、胚胎發(fā)育和各種內源性信號傳導通路等正常生理功能中起著重要作用。FGF-2是肝素結合蛋白，在細胞表面與酪氨酸激酶FGF受體(FGFRs)相關的硫酸肝素蛋白多糖相互作用。FGF-2和細胞功能和細胞內間隔形成相關。低分子量FGF-2由細胞釋放，刺激細胞遷移和增殖，而高分子量FGF-2作用于細胞核，調節(jié)細胞增殖。FGF-2之所以能夠發(fā)揮生物活性，是因為與位于細胞表面的酪氨酸激酶受體有高度親和力。體內外研究表明，F(xiàn)GF-2是一種強有力的有絲分裂原。在培養(yǎng)的內皮細胞中，F(xiàn)GF-2誘導血管生成表型，包括增殖、遷移、蛋白酶的產(chǎn)生和整合素的表達的增加。蛋白激酶Cε (PKCε)是PKC的一種同工酶，和許多肺組織細胞的病理過程相關,包括滲透、收縮、遷移、肥大、增殖、凋亡和分泌。PKCε加強FGF-2釋放進而激活自分泌/旁分泌的FGFR1信號，并促進內皮細胞分裂增殖[34]。在肺部疾病發(fā)生時，觀察到PASMC中內皮素-1和TGF-β水平增高，從而促進FGF-2高分泌[35]。除此之外，活性氧和PI3K/AKT信號傳導通路也會導致FGF-2的過表達。先前的研究表明[36]，在暴露于CS的小鼠的肺組織中，F(xiàn)GF-2含量降低。鼻內使用重組成纖維細胞生長因子2 (recombinant fibroblast growth factor-2 ，rFGF-2)可顯著減少肺內巨噬細胞占主導的炎癥和肺泡破壞；在彈性蛋白酶誘導的肺氣腫模型中，rFGF-2改善了肺的再生；rFGF-2減少了接觸CS的肺部炎癥，因此吸入rFGF-2對于COPD患者可能是一種新的治療選擇。

綜上所述，多種細胞因子在COPD氣道慢性炎性中發(fā)揮作用，這種炎癥的特征是從循環(huán)中募集的肺泡巨噬細胞、中性粒細胞和T淋巴細胞的數(shù)量增加。炎癥因子進入血液循環(huán)，導致與炎癥因子相同的全身炎癥反應，通過炎癥級聯(lián)反應激活肺組織中炎癥因子過表達，是導致肺血管生成異常的重要原因。因此，深入了解COPD相關炎癥因子及其抑制劑的作用機制，是治療COPD等慢性肺部疾病的主要研究方向。