鄧曉玲，許 飛

(南昌大學第一附屬醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學科，南昌 330006)

特發(fā)性肺纖維化(IPF)是一種與衰老相關(guān)的肺間質(zhì)纖維化疾病，以常見的間質(zhì)性肺炎的組織病理學模式為特征，好發(fā)于中老年人群，以逐漸加重的呼吸困難和肺功能不可逆下降為特征，預后不良[1]，非移植患者的中位生存期在診斷后約3～5年[2]，到目前為止，提高生存率仍舊是一個極難攻克的難關(guān)[3]。由于IPF的發(fā)病機制尚不明確，在疾病的最初表現(xiàn)和最終診斷上會有時間延遲，對疾病診治也帶來極大的挑戰(zhàn)[4]。為此，筆者就近年來關(guān)于IPF的流行病學、發(fā)病機制、間質(zhì)機制及表觀遺傳學等的研究進展進行綜述，旨在加強對IPF的的認識和管理，為疾病診治提供思路。

1 IPF的流行病學

間質(zhì)性肺疾病(ILDs)是一類具有許多共同的臨床表現(xiàn)和病理生理特征疾病的總稱，有一部分ILDs發(fā)展成慢性進展-纖維化表型，而特發(fā)性肺纖維化的定義是一種慢性進展性纖維化間質(zhì)性肺炎[1]，可視為進展性纖維化的原型[5-6]，但只有部分患者會出現(xiàn)這樣的轉(zhuǎn)化，對疾病的發(fā)展和表型轉(zhuǎn)換知之甚少。越來越多的研究表明各種損傷及應激導致的肺泡上皮細胞衰老以及肺組織的過早衰老是IPF的重要發(fā)病機制。據(jù)報道[7-9]在整個歐洲和北美，每年每10萬人中約有2.8～19例IPF；加拿大的數(shù)據(jù)分析報告[10]估計發(fā)病率為每10萬人18.7例；而俄羅斯每年的發(fā)病率為每10萬人中有4～6例[11]；全球發(fā)病率最低的是亞洲(韓國、中國臺灣地區(qū)和日本)，發(fā)病率為每年每10萬人1.2～4.16例[7]。IPF的患病率隨著年齡的增長而增加，男性患者比例高于女性，大部分患者診斷時>50歲，在英國85%的IPF患者的年齡>70歲[8,10-12]。以年齡作為參考的話，在加拿大50～59歲年齡段內(nèi)的患病率為每10萬人中有25.9例，而當年齡段劃分到≥90歲時患病率上升至每10萬人507.0例[10]，有小部分患者(0.5%～3.7%)可出現(xiàn)家族性IPF，其發(fā)病年齡可能更早[12-13]。

2 發(fā)病機制

在各種類型的間質(zhì)性肺疾病中，IPF因其獨特的不良預后和對傳統(tǒng)治療的無反應而備受關(guān)注。許多IPF患者發(fā)生的呼吸機能惡化與死亡的高風險相關(guān)，這些呼吸機能的惡化被稱為IPF急性加重[14]，IPF的急性加重代表其潛在疾病過程的內(nèi)在加速，可能是由病毒感染、微吸入或環(huán)境污染等隱性應激源引發(fā)[15-16]。

2.1 IPF的病理特征

肺IPF的大體外觀顯示特征性纖維化，沿肺葉下段分布，胸膜下加重。胸膜表面呈波狀或鵝卵石樣外觀，這些區(qū)域在切面上分別對應肺泡擴大和纖維性回縮區(qū)域。典型的間質(zhì)性肺炎的鏡下表現(xiàn)為空間和時間上的異質(zhì)性，這種病變的空間異質(zhì)性導致了斑片狀纖維化反應，這種反應在繼發(fā)性肺小葉的外周部分顯著，而在小葉的中央部分不明顯；而時間異質(zhì)性的表現(xiàn)為病變從肺小葉的邊緣向中心移動時，肺損傷模式從慢性變?yōu)榧毙?，常見的特發(fā)性肺纖維化繼發(fā)間質(zhì)性肺炎常以少量的炎癥和肺組織的不均勻受累為特征。

2.2 IPF遺傳易感性

家族群集、遺傳性多系統(tǒng)疾病中肺纖維化的發(fā)生以及暴露于相似水平的纖維化因子的人類不同易感性支持了IPF具有遺傳易感性。GAHL等[17-19]研究者通過對Hermansky-Pudlak綜合征和先天性角化不良患者家系中基因分析，首次提出HPS基因突變以及DKC、TERT和TERC基因突變與特發(fā)性肺纖維化之間存在聯(lián)系，并為對其他形式肺纖維化家系的遺傳分析提供了依據(jù)。在RENZONI等[20]的研究發(fā)現(xiàn)表面活性劑蛋白C(SPC)和表面活性劑蛋白A2(SPA2)由Ⅱ型肺泡上皮細胞(ATⅡ)合成，并且這2個基因的突變與IPF有關(guān)。IPF被認為是一種復雜的遺傳疾病，至少與7個基因(MUC5B、TERT、TERC、RTEL1、PARN、SFTPC和SFTPA2)核苷酸序列中的11個突變有關(guān)，而這些基因突變都可能導致上皮損傷后的異常恢復[21]。

2.3 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激

當細胞對蛋白質(zhì)合成的需求與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成、加工和包裝所需蛋白質(zhì)的能力不平衡時，就會產(chǎn)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激。為了應對這種壓力，細胞激活未折疊蛋白反應(UPR)以匹配內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白生產(chǎn)能力，通常內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激反應有助于細胞生存，但是如果壓力過大或持續(xù)時間過長，UPR不能滿足需求，則終端UPR被激活導致細胞凋亡，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激和UPR的激活也有助于肺纖維化的重建[22-23]。

2.4 轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)的激活

在正常條件下，TGF-β以其非活性形式與LAP結(jié)合，LAP與二價鍵連接到潛在的TGF-β結(jié)合蛋白，并與細胞外基質(zhì)交聯(lián)。在肺纖維化的發(fā)展過程中，肺泡上皮細胞表達的整聯(lián)蛋白αvβ6水平升高[24]，可以與LAP的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)序列結(jié)合[25]，αvβ6的結(jié)合僅限于TGF-β1和TGF-β3異構(gòu)體，通過這種介體與受體結(jié)合，會使得表達αvβ6的上皮細胞活化，從而誘導肌動蛋白/肌球蛋白介導的上皮細胞收縮，這種收縮拉動了結(jié)合在上皮細胞上的潛在TGF-β。但由于活性TGF-β似乎沒有釋放成可溶形式，因此這種收縮是局部的且空間受限的區(qū)域中誘導TGF-β的活化和信號傳導。肺上皮細胞損傷激活表達αvβ6誘發(fā)TGF-β激活，另外與TGF-β激活相關(guān)的可能過程包括抑制肺泡上皮細胞的增殖，將成纖維細胞分化為成肌纖維細胞以及激活促進上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)的程序使得IPF患者肺部的TGF-β水平增高[25-26]。

2.5 上皮細胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)過程

EMT是在特定生長因子激活后上皮細胞獲得與間充質(zhì)細胞相關(guān)的分子和細胞生理特征的過程，其中TGF-β是非常重要的因素之一。EMT在組織損傷和重塑過程中被激活，肺泡細胞在IPF患者中表現(xiàn)出EMT的證據(jù)是基于上皮細胞和間充質(zhì)細胞相關(guān)蛋白在IPF肺內(nèi)共定位的研究[27-29]。這種導致上皮細胞表達間質(zhì)細胞相關(guān)基因的分子重編程發(fā)生在3種生物學環(huán)境中:發(fā)育、癌癥和纖維化[30]，不論生物學背景如何，這3種EMT亞型的許多分子途徑都是重疊的，比如說上皮細胞的生長因子激活會觸發(fā)一組特定蛋白(如Slug、FSP1、αSMA等)的上調(diào)，同時又下調(diào)其他蛋白(如E-cadherin、Syndecan1等)，蛋白質(zhì)表達的這些變化導致上皮細胞失去極性和緊密連接，并變得更具活動性，更加利于纖維化的發(fā)展[30]。

3 間質(zhì)機制

上皮細胞功能障礙與重塑的肺組織內(nèi)過量膠原蛋白沉積之間的關(guān)系，簡單的用上皮細胞受到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，導致TGF-β活化以及上皮細胞向分泌膠原的間充質(zhì)細胞過渡來解釋是完全不夠的，肺部重塑和纖維化的發(fā)展更有可能取決于潛在的基因突變，UPR激活和(或)EMT失調(diào)的上皮細胞與成纖維細胞之間的相互作用，而這個僅僅是被上皮細胞整合蛋白αvβ6激活的TGF-β刺激成纖維細胞產(chǎn)生的系列反應，上皮細胞和間質(zhì)之間的關(guān)系還有待進一步的研究和驗證。

3.1 纖維細胞

纖維細胞是骨髓來源的間充質(zhì)細胞，可以通過它們在造血前體標志物CD34或CD45和間充質(zhì)細胞蛋白Ⅰ型膠原蛋白的共表達而在循環(huán)或組織中鑒定[31]。有研究[32-33]提出纖維細胞可能是通過直接產(chǎn)生細胞外基質(zhì)蛋白(Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白)、分化為成纖維細胞或成肌纖維細胞，和產(chǎn)生誘導膠原蛋白沉積的細胞因子來促進肺纖維化的發(fā)展。在IPF患者的循環(huán)中[34-36]和肺實質(zhì)中都發(fā)現(xiàn)了纖維細胞，另外循環(huán)纖維細胞百分比的增加與IPF患者的疾病惡化相關(guān)[36]，此外IPF患者的循環(huán)纖維細胞占總白細胞數(shù)量>5%的預后會更差[36]。

纖維細胞表達趨化因子受體CXCR4[33-34]和CCR2[37]，而IPF肺中的肺泡上皮表達CXCL12，CXCR4和CCR2的配體[35,38]，由此可猜測肺泡上皮可能是通過將纖維細胞募集到IPF肺中發(fā)揮作用。

3.2 成纖維細胞

在正常的傷口愈合過程中，不需要的成纖維細胞通過凋亡通路的激活被清除。與正常成纖維細胞不同，IPF成纖維細胞具有抗凋亡和更強的增殖能力。在上皮損傷誘導成纖維細胞活動后，成纖維細胞和肌成纖維細胞似乎組織成成纖維細胞灶，這先于終末期纖維損傷的出現(xiàn)。上皮細胞功能障礙和上皮-間充質(zhì)信號異常導致成纖維細胞活化以及基質(zhì)沉積和肺部重塑，這種慢性激活似乎導致IPF成纖維細胞發(fā)生纖維化的病理改變[39-40]。肌成纖維細胞是IPF肺中描述的經(jīng)典病理性成纖維細胞表型[41]。包括TGF-β在內(nèi)的幾種因子都可以引起成纖維細胞分化為肌成纖維細胞。與肺成纖維細胞相比，肌成纖維細胞分泌過量的基質(zhì)，包括I型膠原[42]，這種過多的基質(zhì)沉積可能導致病理性肺纖維化和重塑。

3.3 肌成纖維細胞

肌成纖維細胞是表達成纖維細胞和平滑肌細胞特征的細胞，并通過它們表達α-SMA蛋白來鑒定。成纖維細胞在TGF-β等介質(zhì)的作用下分化為成肌成纖維細胞，另外EMT被認為是肌成纖維細胞的另一個來源[23,43]。與肺成纖維細胞相比，肌成纖維細胞定位于成纖維細胞灶處并分泌過量的基質(zhì)并沉積導致結(jié)構(gòu)重塑[20，26,44]。

3.4 膠原蛋白

在IPF患者的肺部有多余的膠原蛋白沉積在細胞外基質(zhì)中。膠原蛋白也被基質(zhì)金屬蛋白(MMP)家族在細胞外降解。有研究者[44]猜想病理性纖維灶可能代表基質(zhì)成分沉積和降解之間的不適當平衡，但是有研究[45]證實形成薄壁組織上皮和內(nèi)皮下層的細胞外基質(zhì)的基底膜無法直接進入受損組織，為了破壞這種物理屏障，MMP會裂解一種或多種細胞外基質(zhì)成分，從而允許其細胞外滲到受損部位或從受損部位滲出。MMP的存在也有利弊，比如一些單獨的MMP(MMP1和MMP7)有助于IPF的進展和不良結(jié)局，而其他一些(MMP19)似乎對IPF疾病又具有保護作用。

3.5 凝血級聯(lián)

凝血級聯(lián)反應在肺纖維化中被激活，裂解的凝血因子具有主要的促炎和促纖維化作用，活化的血小板/內(nèi)皮細胞釋放成纖維介質(zhì)，包括血小板衍生生長因子(PDGF)和TGF-β[46]。

4 表觀遺傳學

通過表觀遺傳影響調(diào)控基因表達也是一種重要的機制，外界環(huán)境或其他壓力可以誘導細胞、組織或有機體的表型發(fā)生持久的變化[47]。表觀遺傳變化包括DNA甲基化、組蛋白修飾或microRNA表達的改變[47-48]。暴露于煙草煙霧[49-50]、空氣污染[51]和老化[52]等環(huán)境壓力下可導致表觀遺傳DNA的變化。

5 總結(jié)

特發(fā)性肺纖維化是一種復雜的疾病，治療難度大，死亡率高。藥物研發(fā)和生物技術(shù)已多次嘗試尋找治療IPF的有效方法，但迄今為止，對治療干預的所有嘗試都失敗了。臨床試驗失敗的原因有很多，包括疾病的異質(zhì)性，缺乏容易測量的臨床終點，最重要的是缺乏對疾病進展的潛在分子機制的理解。越來越多的證據(jù)[47-50,52]表明，肺泡上皮細胞凋亡可能是該病的初始觸發(fā)因素，遺傳背景和環(huán)境暴露均可能導致這一結(jié)果，并啟動了肺泡上皮細胞凋亡“衰老相關(guān)分泌途徑”最終導致全身性疾病，但并非所有處于這種環(huán)境下的人都一定會發(fā)展出與臨床相關(guān)的疾病，這還要取決于接觸這些因素的程度和持續(xù)時間。在疾病的起始階段，上皮細胞功能障礙的分子介質(zhì)如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激、TGF-β過度激活、生長因子，趨化因子分泌會導致EMT、纖維細胞募集和成纖維細胞分化。這些過程使得疾病進入進展階段，在此階段病理性間充質(zhì)細胞釋放出異常類型和數(shù)量的基質(zhì)蛋白，這些基質(zhì)蛋白導致了肺的重塑。另外成纖維細胞內(nèi)病理改變的基質(zhì)或表觀遺傳變化可能導致間充質(zhì)細胞活化，也可能是進行性纖維化的前饋通路。為了開發(fā)新的IPF療法，需要對IPF每個階段中激活的特定分子途徑之間的關(guān)系有一個更清晰地了解，要針對疾病治療的哪個階段以及針對疾病的一個階段是否足以減緩病情發(fā)展，或者有效治療是否需要同時靶向疾病每個階段中的分子途徑。所以當務(wù)之急是找到疾病的始作俑者，以便患者能在臨床中更早被發(fā)現(xiàn)，也許能得到更充分的治療，IPF是一種涉及多種途徑的復雜疾病，未來的最佳治療方法可能會是涉及針對多種途徑的聯(lián)合藥物。