李青原 馮同 鄭鵬城 王波 李萬(wàn)成

肺纖維化 (pulmonary fibrosis, PF) 是一種治療選擇有限的慢性、進(jìn)行性、肺間質(zhì)性纖維化疾病，它是多種異質(zhì)性間質(zhì)性肺疾病的終末階段。肺纖維化的特征是肺泡上皮細(xì)胞的反復(fù)損傷和眾多信號(hào)通路被異常激活，通過(guò)多種機(jī)制，肺泡上皮細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的代謝組學(xué)異常導(dǎo)致異常的膠原合成和氣道重塑[1]。隨著全球老齡化人口的迅速增加，肺纖維化發(fā)病率和患病率都在增加，患者被診斷時(shí)的中位數(shù)年齡為 66 歲，診斷后平均生存期為 2～4 年[2]。盡管過(guò)去對(duì)PF發(fā)病機(jī)制進(jìn)行了廣泛的研究，但它的潛在機(jī)制仍然知之甚少。肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(Hepatocyte growth factor,HGF)是一種多肽生長(zhǎng)因子，具有多種生物學(xué)效應(yīng)，既往的研究表明，HGF具有抗纖維化作用[3]，在這篇文章中，我們概述了HGF相關(guān)生物學(xué)效應(yīng)及在肺纖維化疾病治療中的潛在作用。

肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子概述

一、HGF結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

20世紀(jì)80年代早期，科學(xué)家在肝切除大鼠血清中發(fā)現(xiàn)一種激素樣物質(zhì)，其具有刺激培養(yǎng)肝細(xì)胞DNA合成的能力，能促進(jìn)肝細(xì)胞生長(zhǎng)，進(jìn)而將該激素類物質(zhì)稱為肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子[4]。HGF是由二硫鍵連接組成的異二聚體，在細(xì)胞外可被蛋白酶水解為2條鏈：69 kDa的α(重鏈)和34 kDa的β(輕鏈)[5]；HGF由間充質(zhì)細(xì)胞以前體形式(proHGF)產(chǎn)生，在正常組織中檢測(cè)到的HGF分子主要是單鏈非活性的proHGF，proHGF主要通過(guò)肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子激活因子(hepatocyte growth factor activitor,HGFAC)和細(xì)胞II型跨膜絲氨酸蛋白酶(type II trans-membrane serine proteases,TTSP)轉(zhuǎn)換為具有活性的HGF[6]。

二、HGF受體結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

HGF與其特異受體間充質(zhì)上皮轉(zhuǎn)化因子(mesenchymal-epithelial transition factor,c-Met)結(jié)合促進(jìn)多效性信號(hào)傳導(dǎo)，c-Met是一種酪氨酸激酶跨膜受體，由一個(gè)50 kDa的細(xì)胞外亞基，通過(guò)二硫鍵連接到一條145kDa 的鏈上，該受體在平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞等多種細(xì)胞上表達(dá)[7]。活性HGF與c-Met結(jié)合，會(huì)誘導(dǎo)激酶結(jié)構(gòu)域激活環(huán)中Y1234/Y1235 殘基磷酸化，隨后通過(guò)在羧基末端Y1249 和 Y1356 的磷酸化，形成蛋白結(jié)合區(qū)來(lái)接受配體蛋白并轉(zhuǎn)導(dǎo)下游信號(hào)通路，相關(guān)配體蛋白如 GRB2、SOS、RAS、RAF、MEK 或 ERK[8-9]。

三、HGF/c-Met生物學(xué)功能

HGF/c-Met信號(hào)主要通過(guò)絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal—regulated kinase,ERK)、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(The phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B,PI3K/AKT)、核因子κB(unclear factor of kappaB,NF-kB)和轉(zhuǎn)錄激活因子3/5(signal transducer and activator of transcription 3/5,STAT3/5)信號(hào)通路從細(xì)胞膜傳遞到細(xì)胞核(圖1)，這些信號(hào)通路，影響多種生物學(xué)活動(dòng)，包括組織細(xì)胞形態(tài)發(fā)生、增殖、存活、血管生成、運(yùn)動(dòng)和侵襲，HGF/c-Met控制系統(tǒng)對(duì)生理?xiàng)l件下的發(fā)育和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定起至關(guān)重要的作用[10-11]，研究發(fā)現(xiàn)，HGF/c-Met系統(tǒng)還具有抑制纖維化和抗腫瘤等多種功能(圖2)[12]。在抗纖維化過(guò)程中，盡管HGF表達(dá)和分泌的確切機(jī)制尚不清楚，但過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ)已被證明具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)HGF基因啟動(dòng)子的能力[13]。

圖1 HGF信號(hào)傳導(dǎo)通路

圖2 HGF保護(hù)組織器官相關(guān)機(jī)制

肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子抗肺纖維化機(jī)制

一、HGF調(diào)控免疫反應(yīng)

肺損傷的初始免疫炎癥反應(yīng)觸發(fā)被認(rèn)為是肺纖維化最有可能原因。在有關(guān)的潛在觸發(fā)因素(危險(xiǎn)因素)包括接觸煙草煙霧、病毒感染、職業(yè)/環(huán)境接觸無(wú)機(jī)材料(金屬、木材和硅塵)和無(wú)機(jī)塵埃以及空氣污染刺激下，I型肺泡上皮細(xì)胞(I alveolar epithelial cells,AECI)和AEC層產(chǎn)生破壞，肺組織損傷后，生長(zhǎng)因子、基質(zhì)因子和細(xì)胞外基質(zhì)驅(qū)動(dòng)的信號(hào)，共同激活多種修復(fù)途徑，同時(shí)啟動(dòng)肺泡上皮-間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化、促纖維化細(xì)胞因子(如趨化因子、蛋白酶、TGF-β)釋放導(dǎo)致炎性細(xì)胞募集、成纖維細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)擴(kuò)張，最終導(dǎo)致組織纖維化[14-15]。

1 HGF和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化 最近的研究表明，上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-to-mesenchymal transition,EMT)是肺纖維化發(fā)病的關(guān)鍵因素[16]。EMT是指上皮細(xì)胞通過(guò)特定的過(guò)程轉(zhuǎn)化為間質(zhì)細(xì)胞的生物學(xué)過(guò)程。在EMT過(guò)程中，上皮細(xì)胞極性、細(xì)胞間粘附和上皮標(biāo)記物E-鈣粘蛋白(E-cadherin)的表達(dá)降低，同時(shí)細(xì)胞遷移能力、α-平滑肌細(xì)胞肌動(dòng)蛋白(Smooth muscle actin-α,α-SMA)表達(dá)增加，研究表明肺泡上皮細(xì)胞經(jīng)過(guò)EMT可轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，并可能增加細(xì)胞外基質(zhì)的沉積[17-18]，EMT在肺、肝、腎等組織臟器纖維化過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，TGF-β1誘導(dǎo)的EMT參與了肺纖維化的發(fā)病機(jī)制[19-20]。 Wei Junjun等[21]發(fā)現(xiàn)TGF-β1是腎細(xì)胞EMT的促動(dòng)因子，可抑制HGF的表達(dá)。然而，間充質(zhì)干細(xì)胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)通過(guò)增加 HGF 水平和降低TGF-β1水平來(lái)阻止EMT進(jìn)展，HGF是MSCs 抗纖維化的關(guān)鍵因素之一。 Yu Mina等[22]在高濃度葡萄糖環(huán)境中培養(yǎng)人腹膜間皮細(xì)胞(human peritoneal mesothelial cells,HPMCs)，發(fā)現(xiàn)將HPMC暴露在高葡萄糖中，會(huì)導(dǎo)致抗纖維化細(xì)胞因子、HGF表達(dá)減少，外源性給予HGF治療導(dǎo)致了可以阻斷高葡萄糖誘導(dǎo)的EMT，改善腹膜纖維化，預(yù)防EMT過(guò)程可預(yù)防組織纖維化發(fā)生發(fā)展。

2 HGF與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1((transforming growth factor beta1,TGF-β1)是組織(肺、腎、肝和心臟)纖維化的關(guān)鍵介質(zhì)，主要通過(guò)激活其下游Smad信號(hào)而導(dǎo)致纖維瘢痕組織形成。不同的TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)通路在纖維形成中發(fā)揮不同的作用。大量研究表明，TGF-β1/Smad通路失調(diào)是組織纖維化的重要致病機(jī)制。Smad2和Smad3是促進(jìn)TGF-β1介導(dǎo)的組織纖維化的兩個(gè)主要下游調(diào)節(jié)器，在參與TGF-β1介導(dǎo)的纖維化中發(fā)揮重要影響[23]。Shibnath Ghatak在研究小鼠肺纖維化模型中發(fā)現(xiàn)，HGF通過(guò)干擾 TGF-β1 信號(hào)傳導(dǎo)來(lái)抑制TGF-β1刺激的膠原蛋白Ⅰ和α-SMA的表達(dá),有效緩解小鼠肺纖維化，證實(shí)了HGF/c-Met通路在間質(zhì)性肺病的發(fā)病機(jī)制中的重要作用[24]。Lan Yingwei等[25]通過(guò)移植制瘤素 M 預(yù)處理的間充質(zhì)干細(xì)胞，改善了博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠的纖維化程度，證實(shí)機(jī)制與通過(guò)HGF的旁分泌作用減輕肺纖維化有關(guān)，如果敲除HGF基因，會(huì)消除間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì) TGF-β1 誘導(dǎo)的纖維蛋白過(guò)表達(dá)的抑制作用。Yi Xin 等[26]發(fā)現(xiàn)，HGF是肺、腎和肝纖維化過(guò)程中的一種抗纖維化因子，增加心肌成纖維細(xì)胞中HGF水平會(huì)減弱TGF-β1誘導(dǎo)的心肌成纖維細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)化和分泌功能，HGF是TGF-β1調(diào)節(jié)心臟成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化的負(fù)調(diào)節(jié)因子。

3 HGF與細(xì)胞外基質(zhì) 在肺纖維化過(guò)程中，成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞進(jìn)行性增殖，以及細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)的廣泛沉積為纖維化發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的重要特征。肌成纖維細(xì)胞在ECM沉積中起關(guān)鍵作用，TGF-β1是一種主要的促肌成纖維細(xì)胞的分化因子[27]。有研究顯示，在博萊霉素處理的肺纖維化小鼠模型中，間質(zhì)肌成纖維細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)c-Met表達(dá)，從博萊霉素處理的小鼠肺分離的肌成纖維細(xì)胞培養(yǎng)中，HGF增加了肌成纖維細(xì)胞凋亡。Shinya Mizuno等[28]由此確定HGF是誘導(dǎo)肌成纖維細(xì)胞凋亡和ECM降解的關(guān)鍵因子，而在纖維化肺中激活HGF/c-Met系統(tǒng)，可能是減輕肺纖維化進(jìn)展的一個(gè)靶點(diǎn)。Cui Qingbo等[29]在研究大鼠的跟腱損傷模型中發(fā)現(xiàn)，肌成纖維細(xì)胞分化和ECM沉積都是肌腱瘢痕形成的重要組成部分，通過(guò)對(duì)大鼠損傷的跟腱局部注射 HGF(每只小鼠 2ng·μL-1)，組織學(xué)結(jié)果顯示 HGF 改善了大鼠手術(shù)切口引起的紊亂的膠原纖維，HGF可抑制 TGF-β1 誘導(dǎo)的肌成纖維細(xì)胞分化和 ECM 沉積?，F(xiàn)在有充分的證據(jù)表明，HGF在各種器官的實(shí)質(zhì)修復(fù)和保護(hù)中起著至關(guān)重要的作用。在肺部急性損傷時(shí)，HGF是一種有效的再生和細(xì)胞保護(hù)因子。通過(guò)早期HGF保護(hù)預(yù)防對(duì)肺實(shí)質(zhì)的破壞，進(jìn)而可阻斷后續(xù)的纖維化發(fā)展[30]。

二、HGF與結(jié)締組織生長(zhǎng)因子

結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(connective tissue growth factor,CTGF)是人體組織中廣泛存在的一種多功能、富含半胱氨酸的肝素結(jié)合蛋白，分子量為38 kDa。CTGF協(xié)同上調(diào)生長(zhǎng)因子，如TGF-β和胰島素樣生長(zhǎng)因子1，通過(guò)調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞分泌和維持細(xì)胞外基質(zhì)誘導(dǎo)纖維化，因此，CTGF是抑制成纖維細(xì)胞聚集誘導(dǎo)的更為特異的靶點(diǎn)[31-32]。Ilia Atanelishvili等人研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)硬皮病肺成纖維細(xì)胞進(jìn)行HGF處理，可減少組織中膠原蛋白、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子和α-SMA沉積，并提出HGF受體 MET 的一個(gè)小片段，是一種名為“M10”的肽，具有很強(qiáng)的抗纖維化特性[33]。Chen Jianquan等人通過(guò)研究TGF-β1和HGF調(diào)節(jié)人心房成纖維細(xì)胞中CTGF的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)慢性心房顫動(dòng)(chronic atrial fibrillation,CAF)患者組CTGF蛋白含量高于竇性心律(sinus rhythm,SR)組，CAF組患者左心房直徑更大、心房成纖維細(xì)胞中CTGF mRNA表達(dá)更高，TGF-β1和HGF通過(guò)上調(diào)mRNA和下調(diào)蛋白調(diào)節(jié)人心房成纖維細(xì)胞CTGF的表達(dá)，促進(jìn)或抑制心房纖維化[34]。因此，抑制CTGF產(chǎn)生和激活的相關(guān)藥物，可能是預(yù)防或減輕肺纖維化進(jìn)展的可行策略。

三、HGF與炎癥介質(zhì)

肺纖維化的主要原因是炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)，大量的活性氧產(chǎn)生，導(dǎo)致急性炎癥進(jìn)一步發(fā)展為肺損傷,NF-κB是一個(gè)多功能轉(zhuǎn)錄因子家族，它可調(diào)節(jié)大量與炎癥反應(yīng)、細(xì)胞增殖和凋亡控制相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，NF-κB信號(hào)在肺纖維化的治療中起重要作用[35]。研究顯示，HGF可以結(jié)合其受體c-MET來(lái)調(diào)節(jié)NF-κB信號(hào)，Ying Pang等人對(duì)實(shí)驗(yàn)組大鼠用HGF治療2周，通過(guò)Western blot分析測(cè)定不同組大鼠肺中IκBα和NF-κBp65表達(dá)的相對(duì)水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)HGF顯著上調(diào)肺動(dòng)脈高壓大鼠肺內(nèi)IκBα和下調(diào)NF-κBp65的表達(dá)，通過(guò)減弱NF-κB信號(hào)，抑制實(shí)驗(yàn)組大鼠肺內(nèi)的炎癥反應(yīng)[36]。Cheng Guiming等人[37]證實(shí)HGF是一種多功能抗纖維化因子，他們實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)HGF治療后，血漿腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)、白細(xì)胞介素-1(Interleukin-1,IL-1)炎性因子濃度水平顯著降低，降低了參與NF-κB信號(hào)通路的促炎基因的表達(dá)水平，同時(shí)阻斷了實(shí)驗(yàn)小鼠腎細(xì)胞中活化NF-κBp65的核輸入，HGF通過(guò)調(diào)節(jié)NF-κB信號(hào)通路顯著改善小鼠模型中II型糖尿病引起的腎衰竭。Cleide G da Silva等發(fā)現(xiàn)在人腎近端腎小管上皮細(xì)胞中，炎癥會(huì)誘導(dǎo)NF-κB 依賴性蛋白 A20的產(chǎn)生，產(chǎn)生的A20蛋白會(huì)抑制NF-κB 活化進(jìn)而抑制炎癥反應(yīng)，HGF會(huì)增加腎近端腎小管上皮細(xì)胞中的 A20 mRNA 和蛋白質(zhì)水平，通過(guò)NF-κB 信號(hào)抑制炎癥反應(yīng)[38]。

肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子在肺纖維化疾病診療進(jìn)展

據(jù)報(bào)道，急性呼吸窘迫綜合征和肺炎患者切除的肺組織，在進(jìn)行各種生物標(biāo)志物檢測(cè)時(shí)顯示HGF水平升高。結(jié)節(jié)病可能并發(fā)肺纖維化。因此，HGF 可被視為一種新的生物標(biāo)志物，用于識(shí)別早期具有較高肺纖維化風(fēng)險(xiǎn)的患者[39]。在特發(fā)性肺纖維化患者支氣管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage，BAL)的多重蛋白分析中，HGF具有組織損傷修復(fù)功能，IPF組BAL中HGF水平較對(duì)照組升高[40]。Hyung J.Chun等通過(guò)研究SARS-CoV-2感染后急性后遺癥中肺功能受損的免疫纖維化驅(qū)動(dòng)因素，發(fā)現(xiàn)HGF通過(guò)誘導(dǎo)抗炎和抗氧化基因表達(dá)，促進(jìn)急性肺損傷后的肺泡上皮和內(nèi)皮修復(fù)，HGF是一種與急性中性粒細(xì)胞激活、纖維化信號(hào)傳導(dǎo)和肺泡上皮修復(fù)相關(guān)的血清標(biāo)志物[41]。Matthieu Perreau等[42]在COVID-19感染后47名患者免疫學(xué)標(biāo)記物中發(fā)現(xiàn)，HGF和C-X-C基序趨化因子配體13(C-X-C motif chemokine ligand 13，CXCL13)組合是患者隨訪期間死亡率的最佳預(yù)測(cè)因子。HGF是一種具有抗炎特性的多效性細(xì)胞因子，在肺組織修復(fù)中起著基礎(chǔ)性作用，CXCL13是一種與肺纖維化相關(guān)并調(diào)節(jié)B細(xì)胞成熟的促炎性趨化因子。HGF-R2019冠狀病毒疾病是對(duì)抗CXC13的細(xì)胞因子，防止COVID-19肺纖維化的最主要的反調(diào)節(jié)機(jī)制。

結(jié)語(yǔ)與展望

迄今為止，肺纖維化發(fā)生病因和機(jī)制尚未完全闡明，目前PF治療方式仍然很局限，且不能根本改善PF患者病情。肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子作為人體內(nèi)一種保護(hù)性因子，具有多種生物活性。大量研究表明HGF可以通過(guò)調(diào)控炎癥因子、TGF-β信號(hào)通路、EMT、ECM降解等途徑改善組織纖維化。有臨床實(shí)驗(yàn)證實(shí)，對(duì)已發(fā)生肺纖維化四名矽肺患者進(jìn)行每周靜脈注射MSCs/HGF治療，6個(gè)月后患者咳嗽、胸悶癥狀和肺功能明顯改善，在12個(gè)月的隨訪期間，CT掃描顯示肺結(jié)節(jié)和網(wǎng)狀結(jié)節(jié)病變部分吸收[43]，但HGF用于臨床治療肺纖維化還需要進(jìn)一步研究。