韓有明，李志剛，王海龍

1天津醫(yī)科大學總醫(yī)院濱海醫(yī)院，天津300480；2天津醫(yī)科大學腫瘤醫(yī)院

特發(fā)性肺纖維化（IPF）是一種病因未明的進行性和致命性的肺疾病，是特發(fā)性間質性肺炎最常見亞型。IPF發(fā)病率每年3～9例/10萬人［1］，病情進展快、預后較差、中位生存時間（m0S）2～4年，易合并肺癌（LC）［2］。研究發(fā)現(xiàn)，IPF患者中LC患病率在2.7%～4.8%［3-4］，與單純IPF相比，并發(fā)特發(fā)性肺纖維化的肺癌（IPF-LC）患者的平均存活時間縮短1.6～1.7年［5］。了解IPF-LC的具體發(fā)病機制，能更早干預，對提高其生存率至關重要，但是，目前為止IPF-LC發(fā)病的機制尚不明確，近年隨著對其研究的深入取得一些研究成果?，F(xiàn)從組織細胞學、分子生物學、基因組學方面將IPF-LC的發(fā)病機制最新研究進展進行以下綜述。

1 組織細胞學機制

IPF與LC在組織細胞學上有著密切聯(lián)系，尤其在疾病的發(fā)生、發(fā)展中極為相似。IPF特征之一為成纖維細胞病灶的產(chǎn)生，然而衰老的成纖維細胞能促進腫瘤的進展。

1.1 組織學機制IPF與LC疾病的關系早于1939年即由FRIEDRICH闡述，之后，KATO等［3］回顧性研究了632例IPF患者，有70例患者在中位隨訪期3.8年時患上了LC，其中最常見的類型是鱗狀細胞癌（30%），且多數(shù)LC（82.9%）與常見的間質性肺炎相鄰。而GUYARD等［6］通過觀察兩個法國肺纖維化中心的31例肺癌患者，進一步證實鱗狀細胞癌是IPF中最常見發(fā)生腫瘤的組織學亞型，尤其在IPF患者的肺下葉更易發(fā)生，且易從蜂窩區(qū)域或蜂窩區(qū)和非纖維區(qū)域之間的邊界發(fā)展，這與纖維化病變發(fā)展極為相似，從而推測IPF患者易合并LC的組織易感性。

1.2 細胞學機制在正常組織修復過程中，肌成纖維細胞前體細胞瞬時活化促進其表型反應，是恢復組織完整性的基本步驟。研究發(fā)現(xiàn)，IPF的細胞學特征之一為過量的肌成纖維細胞持續(xù)活化［7］，產(chǎn)生大量的細胞外基質，而肌成纖維細胞具有異質表型，從而引起上皮間質轉化。癌癥相關的成纖維細胞同樣是形成LC的重要因素。研究認為，肺惡性腫瘤的形成是以肺周圍先損傷進而引起成纖維細胞的活化［8］，而存在的上皮細胞（細支氣管上皮細胞）在癌癥的發(fā)生、侵襲和轉移的早期階段可能可逆上皮間質轉化［9］。ZEISBERG等［10］在鼠模型中發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮細胞向間充質細胞轉化過程中成纖維細胞高達40%，進而表明內(nèi)皮細胞向間充質細胞轉化可能在腫瘤血管生成，然后到相鄰組織中發(fā)揮其相應作用。

研究發(fā)現(xiàn)，IPF中存在有增殖性信號傳導途徑的持續(xù)激活，其中連接蛋白的表達在成纖維細胞與成纖維細胞通訊中至關重要。在IPF患者的成纖維細胞中，連接蛋白表達下調(diào)，導致增殖控制的喪失，同樣在肺癌的癌細胞系中連接蛋白表達水平也較低或缺乏，導致細胞與細胞之間的通信減少，從而造成不受控制的增殖。分析IPF和博來霉素損傷小鼠模型的肺部細胞類型發(fā)現(xiàn)，成纖維細胞和上皮細胞都有衰老的跡象［11］。細胞衰老是一種中心表型，通過增加生長因子、細胞因子、趨化因子和基質金屬蛋白酶等衰老相關分泌表型的產(chǎn)生來促進肺纖維化，以及在IPF成纖維細胞中獲得細胞凋亡抗性［12］。然而，細胞衰老的治療管理在癌癥中一直存在爭議，一方面，細胞衰老可能限制細胞的復制能力，最終阻止細胞在惡性腫瘤不同階段的增殖，同時為腫瘤擴張?zhí)峁┍Ｗo屏障。另一方面，衰老的成纖維細胞可以通過基于某些基質金屬蛋白酶、生長因子和細胞因子分泌的衰老相關分泌表型來促進腫瘤進展。IPF的肺成纖維細胞的特征在于它們通過金屬蛋白酶的作用侵入基底膜和細胞外基質［13］，而這一特征同樣是癌癥的重要標志。癌細胞浸潤周圍組織的能力與層粘連蛋白、熱休克蛋白27和肌成束蛋白的表達密切相關，而在IPF中，成纖維細胞灶的周圍細支氣管基底細胞則表達這些蛋白質，從而誘導肌成纖維細胞的細胞運動和侵襲性。因此，靶向上述這些分子可能是抑制IPF-LC患者肌成纖維細胞組織侵襲的可行策略。

2 分子生物學機制

IPF-LC在分子生物學中的機制尚未闡明，但研究發(fā)現(xiàn)，上皮細胞損傷是IPF的特點之一，損傷的上皮細胞參與了多種因子的合成和分泌以及促進信號傳導通路的異常激活，從而降低腫瘤細胞的凋亡，協(xié)助腫瘤中的血管生成以及逃脫免疫監(jiān)視。

2.1 纖維化分子

2.1.1 生長因子研究發(fā)現(xiàn)，轉化生長因子β是主要的促纖維化生長因子，通常在癌癥和纖維化中長期過表達［14］。在IPF中，轉化生長因子β1通過肺泡上皮細胞中的抗增殖作用和細胞凋亡介導纖維形成，通過刺激成纖維細胞分化成肌成纖維細胞，合成細胞外基質蛋白，進而抑制細胞外基質降解［15］。在癌癥早期，轉化生長因子β能夠起腫瘤抑制劑的作用，主要通過抑制許多細胞類型的生長，延緩原發(fā)性腫瘤的出現(xiàn)，而且轉化生長因子β同樣可通過誘導上皮間質轉化和內(nèi)皮細胞向間充質細胞轉化以及抑制免疫監(jiān)視，來促進腫瘤進展。酪氨酸激酶受體配體（血小板源性生長因子、血管內(nèi)皮生長因子和成纖維細胞生長因子）在LC和IPF中同樣異常表達。在IPF中，血小板源性生長因子在誘導成纖維細胞中的細胞外基質組分和生長因子的分泌中起到至關重要的作用，促進成纖維細胞增殖，進而將纖維細胞重新吸收到肺部［16］，并且血小板源性生長因子信號傳導對腫瘤生長、血管生成和淋巴管生成也同樣重要。在使用A549細胞作為非小細胞肺癌模型系統(tǒng)中，血小板源性生長因子受體抑制劑能夠以劑量依賴性的方式抑制細胞增殖和誘導細胞凋亡，而趨化因子的誘導物可降低經(jīng)其受體抑制劑處理的A549細胞的遷移活性，且已經(jīng)在非小細胞肺癌異種移植腫瘤模型中證實了該藥物的抗腫瘤活性［17］。而另一酪氨酸激酶受體配體血管內(nèi)皮生長因子在IPF中的作用尚不清楚，主要是因為血管重塑在IPF中的作用仍存在爭議，但越來越多的證據(jù)表明血管內(nèi)皮生長因子可以直接作用于癌細胞，并且調(diào)節(jié)幾種促血管生成因子的生長、遷移和產(chǎn)生［18］。在組織修復過程中，成纖維細胞生長因子被受損的上皮細胞和活化的成纖維細胞所釋放，而成纖維細胞生長因子信號傳導是纖維化區(qū)域內(nèi)成纖維細胞擴增所必需因子［19］。同樣SUZUKI等［20］發(fā)現(xiàn)，成纖維細胞生長因子可以影響LC細胞的增殖。

2.1.2 細胞因子和趨化因子細胞因子一方面能促進炎性細胞的分化成熟，另一方面也能促進炎性細胞因子的進一步分泌和表達，形成復雜的細胞因子與炎癥反應網(wǎng)絡，參與纖維化的發(fā)生和發(fā)展。白細胞介素13在IPF患者肺部纖維化的發(fā)病機制中起主導作用［21］。細胞介素13通過轉化生長因子β依賴性和非依賴性途徑觸發(fā)成纖維細胞向肌成纖維細胞的轉化，同時誘導上皮細胞凋亡［22］。最近的一項研究觀察到，肺鱗狀細胞癌中白細胞介素13的表達最高，其次是腺癌亞型［23］；白細胞介素13受體α2過表達與非小細胞肺癌患者術后存活率明顯相關［24］。除白細胞介素13外，還有其他促纖維化細胞因子也與IPF有關。在IPF中，趨化因子配體2已被證明可誘導T細胞分化為2型細胞，并刺激肺成纖維細胞膠原合成和轉化生長因子β表達。在LC中，趨化因子受體2型軸在腫瘤生長過程中促進新血管結構的形成，因此在腫瘤發(fā)生中起到關鍵作用［24］。且證據(jù)表明，癌細胞中的趨化因子配體2與非小細胞肺癌患者中更好的存活率之間存在關聯(lián)［25］。

2.1.3 黏蛋白黏蛋白是一類主要由黏多糖組成的糖蛋白，提供潤滑、細胞信號通路及化學屏障的功能。在IPF中發(fā)現(xiàn)分泌的黏蛋白5B過表達，而過量的黏蛋白5B將損害黏膜宿主防御，干擾肺泡修復，從而導致特發(fā)性間質性肺炎的發(fā)展。NAGASHIO等［26］關于黏蛋白5B的研究發(fā)現(xiàn)，黏蛋白5B表達與非小細胞肺癌患者遠處轉移的風險和肺腺癌患者的預后密切相關。BALLESTER等［27］對跨膜黏蛋白的進一步研究發(fā)現(xiàn)，在IPF中還存在黏蛋白1、黏蛋白4和黏蛋白16等跨膜黏蛋白的過表達，并參與肺纖維化發(fā)展的分子過程，其中黏蛋白1的細胞外區(qū)域含有KL-6表位，而KL-6表位被認為是評估IPF疾病活動和預測的生物標志物；并且發(fā)現(xiàn)這類跨膜黏蛋白在肺癌發(fā)生過程中異常表達。最新研究發(fā)現(xiàn)，半乳糖凝集素3因部分通過與黏蛋白1的介導，具有促纖維化作用，這一發(fā)現(xiàn)在將來可能成為IPF和癌癥治療的潛在靶點［28-29］。

2.2 信號傳導通路在人體內(nèi)，存在眾多的信號通路，其中WNT信號通路與細胞分化、器官發(fā)育及腫瘤發(fā)生有著密切聯(lián)系。在小鼠移植瘤模型中，Wnt-1誘導信號蛋白1已被證明可增加上皮細胞Ⅱ的增殖，促進其上皮間質轉化和轉化生長因子1信號通路驅動肺纖維化。有研究發(fā)現(xiàn)，手術切除的肺癌組織中Wnt-1的表達量高于癌旁組織，而且在非小細胞肺癌的細胞系中也觀察到Wnt-1表達量的上調(diào)［30］。Notch信號通路也在上皮細胞中被重新激活，從而誘導成纖維細胞中的α平滑肌肌動蛋白表達，介導上皮細胞中的上皮間質轉化，而Notch信號通路的異常表達在非小細胞肺癌患者中則相對常見［31］。磷脂酰肌醇三磷酸能夠激活蘇氨酸激酶，使其參與細胞周期的調(diào)控，在IPF患者的血液中Ⅰ類異構體p110γ過表達，從而激活促纖維化生長因子的下游信號傳導（血小板源性生長因子、轉化生長因子β1）、上皮基底的異常增殖和轉化生長因子β誘導的成纖維細胞增殖和分化［32］。研究發(fā)現(xiàn)，PI3KAKT-mTOR通路的調(diào)節(jié)參與形成非小細胞肺癌，并且與高級別腫瘤和晚期疾病密切相關［33］，且該通路的異常表達在肺鱗癌中比肺腺癌中更為常見［34］。因此認為，信號轉導通路異常表達在IPF-LC中起到了關鍵的作用。

3 遺傳學機制

近年，隨著現(xiàn)代檢測技術的精進及高通量測序的應用，在遺傳學及表觀遺傳學方面有了更加深入的研究，研究認為IPF-LC的發(fā)生可以用端粒酶突變、抑制基因和癌基因過表達及DNA異常甲基化來解釋。

3.1 遺傳學機制研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)具有家族性間質性肺炎的肺纖維化患者表現(xiàn)出編碼表面活性物質相關蛋白C、表面活性物質相關蛋白A2、端粒酶組分（TERT和STC）以及與端粒相關基因的基因突變，如poly a-特異性核糖核酸酶去腺苷酸化核酸酶和端粒延伸解旋酶1調(diào)節(jié)子［35］，而基因突變都與IPF發(fā)生的風險密切相關［36］。LC的發(fā)生是癌基因的過表達和突變以及腫瘤抑制基因獲得性突變逐步積累的結果，例如在支氣管癌的早期有多個p53基因突變。研究發(fā)現(xiàn)，在IPF患者鱗狀上皮化生的病變中也檢測到p53基因改變，并且多分布于IPF患者纖維化區(qū)域的外周。

在IPF-LC患者的肺組織中Ras蛋白在肺泡Ⅱ型上皮細胞中的表達頻率顯著高于沒有肺癌的IPF患者，在IPF-LC患者中存在KRAS基因的特定點突變，但在肺癌組織中尚未發(fā)現(xiàn)這種突變［37］。因此，有理由認為腫瘤抑制基因和癌基因中的這些體細胞突變以及癌基因過度表達會使IPF患者易于發(fā)生LC。CLAMON等［38］還發(fā)現(xiàn)，與家族性非小細胞肺癌相關的種系突變及其易感性，一些易患IPF的種系突變患者也同樣易患LC，而且已經(jīng)在IPF-LC家族中鑒定了兩個雜合的錯義突變［39］，這些突變都會破壞表面活性物質A蛋白的結構并損害蛋白質分泌，從而導致蛋白質不穩(wěn)定和肺泡Ⅱ型細胞的ER應激［40］。盡管ER應激在腫瘤發(fā)生中的作用是有爭議的，但最近的證據(jù)表明ER應激可能減弱衰老并促進腫瘤發(fā)生。之前曾報道過易患IPF風險的TERT（rs2736100）和CDKN1A（rs2395655）兩個種系突變，同樣在IPF-LC患者中也發(fā)現(xiàn)，這些突變分別影響端粒酶功能并損害細胞對DNA損傷的反應［41］。此外，已報道種系變體rs2736100與肺腺癌的發(fā)生相關，而且端粒酶逆轉錄酶、端粒酶模板RNA、端粒酶基因位點的多態(tài)性也被揭示為LC的危險因素［42-43］。但端粒功能與IPF-LC發(fā)生之間的關系一直以來存在著爭議［44］。

3.2 表觀遺傳學機制表觀遺傳改變能調(diào)控基因表達且不改變DNA的序列，而且能夠通過細胞分裂在代與代之間傳遞，因此在生物體生長發(fā)育過程中起著重要的作用。由于IPF和LC之間相似的致病機制，它們的甲基化模式也存在一定的相似之處。SANDERS等［45］發(fā)現(xiàn)在纖維化的發(fā)生過程中存在著870個基因的差別甲基化改變，其中406個處于低甲基化狀態(tài)，464個處于高甲基化。研究證實，在LC的腫瘤細胞中，正?；蚪M內(nèi)廣泛低甲基化以及某些抑癌基因CpGs區(qū)域的甲基化是其主要特征。在IPF-LC患者中發(fā)現(xiàn)作為啟動子高甲基化的SMAD4基因表達顯著降低［46］，而SMAD4已被確定為腫瘤抑制基因，從而推測表觀遺傳學的改變是IPF-LC的潛在發(fā)病機制。

綜上所述，IPF和LC有著相似的組織學發(fā)病區(qū)域，在細胞學上二者同樣存在過量肌成纖維細胞持續(xù)活化和增殖性信號傳導途徑的持續(xù)激活，分子生物學中的轉化生長因子、細胞因子、趨化因子以及黏蛋白過表達在IPF和LC中同樣存在且促進腫瘤的增殖和轉移，而遺傳學、表觀遺傳學中基因突變以及DNA甲基化則在IPF-LC中起著至關重要的作用。本研究基于IPF、LC在組織細胞學、分子生物學、遺傳學及表觀遺傳學等方面的聯(lián)系，明確了IPF-LC的發(fā)生機制，但是否存在有更加詳細的機制，以期進一步開展相關的研究。