王 丹，李芳偉，萬毅新

特發(fā)性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis, IPF)是一種慢性、進行性、纖維化性間質(zhì)性肺疾病，可能由于反復(fù)的肺泡上皮細胞損傷和隨后的異常愈合所引起，其潛在的發(fā)病機制尚未完全明確。IPF的病理表現(xiàn)涉及細胞外基質(zhì)異常沉積、肌成纖維細胞分化、成纖維細胞增殖而凋亡減少，以及炎癥細胞異常浸潤等，引起肺實質(zhì)結(jié)構(gòu)進行性重塑、不可逆轉(zhuǎn)的瘢痕形成，最終導(dǎo)致肺功能下降、甚至衰竭[1]。IPF的治療目前仍有局限性，藥物治療方面吡非尼酮和尼達尼布對患者有中度療效，且副作用明顯、價格昂貴，肺移植因供體稀缺、排斥反應(yīng)等受到限制[2]。目前IPF患者的生存期低、病死率高，迫切需要更安全有效的治療方案。

半乳糖凝集素-3(Galectin-3, Gal-3)與肺、心、肝等多種臟器纖維性疾病有關(guān)[3]。在肺纖維化動物模型中以及IPF患者中發(fā)現(xiàn)Gal-3可能是IPF發(fā)病的重要介質(zhì)和有效的治療靶點[4-6]，但具體作用機制尚不明確。本文現(xiàn)就Gal-3及其抑制劑在IPF中的作用研究進展進行闡述，以期提供一定的臨床價值。

1 Gal-3

凝集素是在植物和動物中發(fā)現(xiàn)的，可與糖綴合物特異性結(jié)合的碳水化合物結(jié)合蛋白。半乳糖凝集素屬于動物凝集素家族，是一組水溶性、非糖基化的球狀蛋白，包含1個或2個130個氨基酸長的保守碳水化合物識別結(jié)構(gòu)域，因?qū)Ζ?半乳糖苷衍生物的親和力及共有的氨基酸序列這兩種特點，區(qū)別于其他動物凝集素[7]。半乳糖凝集素在細胞質(zhì)中合成，在細胞核、細胞質(zhì)以及細胞外基質(zhì)中發(fā)揮作用，但因沒有蛋白質(zhì)通過“內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體”經(jīng)典分泌途徑分泌所必需的信號序列，是通過細胞主動分泌方式分泌[7]。目前，哺乳動物中發(fā)現(xiàn)有15種半乳糖凝集素，分原型、嵌合型、串聯(lián)重復(fù)型三種類型。Gal-3是唯一的嵌合型，由人類14號染色體上的LGALS3基因編碼合成，具有一個羧基末端、中間的膠原樣重復(fù)序列和一個氨基末端[8]。在成人中，Gal-3普遍分布于造血組織、淋巴結(jié)、呼吸道等組織，既存在于細胞內(nèi)、細胞外，也可以膜分子的形式存在，參與細胞信號調(diào)節(jié)、增殖、炎癥、免疫、血管生成、癌變、自噬調(diào)節(jié)等多種病理、生理過程[9]。目前研究發(fā)現(xiàn)，Gal-3可能主要通過促進炎癥、促進組織纖維化等過程參與肺纖維化的發(fā)生、發(fā)展。

2 Gal-3在IPF中的作用

2.1 Gal-3通過促進炎癥反應(yīng)參與IPF的發(fā)生目前認為IPF主要是由肺泡和氣道上皮細胞受損引起[10]。組織在受損后會啟動一系列包括早期急性炎癥的修復(fù)過程，以恢復(fù)器官的完整性，這時引起白細胞在受損組織中滲透、激活和積聚，浸潤的白細胞不僅能激活成纖維細胞，還能自行產(chǎn)生膠原促進組織纖維化[11]。雖然炎癥對組織再生及愈合至關(guān)重要，但持續(xù)的炎癥可能會導(dǎo)致組織損傷、纖維化，甚至器官衰竭。Gal-3在髓系細胞(包括單核細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞和中性粒細胞)中高表達，肺泡巨噬細胞、上皮細胞和肺泡細胞是肺內(nèi)Gal-3的主要來源[6,12]。研究發(fā)現(xiàn)，Gal-3在調(diào)節(jié)先天免疫以及促進急性和慢性炎癥中發(fā)揮重要作用。Gal-3能激活T淋巴細胞、B淋巴細胞、單核巨噬細胞和中性粒細胞[13-15]。在急性炎癥反應(yīng)中，Gal-3促進單核細胞及巨噬細胞趨化、中性粒細胞清除及肥大細胞脫顆粒，并對中性粒細胞的凋亡有調(diào)理作用[16-17]。Gal-3作為模式識別受體和損傷相關(guān)模式分子促進炎癥小體的組裝，炎癥小體產(chǎn)生的白細胞介素-1(interleukin-1, IL-1)和IL-18促進炎癥反應(yīng)，并激活未折疊的蛋白反應(yīng)，未折疊的蛋白反應(yīng)通過增強核因子-κB(nuclear factor-kappa B, NF-κB)和其他途徑來放大炎癥反應(yīng)[18]。Gal-3通過激活細胞外ERK、AKT和JAK-STAT1信號通路，導(dǎo)致流感病毒和肺炎鏈球菌同時在感染期間促炎細胞因子的釋放失調(diào)[19]，并通過巨噬細胞NLRP3炎癥體激活促進宿主炎癥反應(yīng)，從而增強H5N1禽流感病毒的致病作用[20]。Toll樣受體4(Toll-like receptors 4, TLR4)可促進涉及干擾素相關(guān)基因、白介素、趨化因子以及Gal-3表達的強烈炎癥反應(yīng)，而Gal-3又可激活TLR4，兩者相互作用促進肺部炎癥進展[21]。Gal-3還可與細菌、病毒和真菌表面的聚糖結(jié)合，在識別病原體方面具有潛在作用[22]。最新研究發(fā)現(xiàn)，選擇性髓系細胞耗竭可降低小鼠肺組織中的(主要是中性粒細胞和肺泡巨噬細胞)Gal-3水平，繼而減少中性粒細胞募集和外滲，減輕脂多糖誘導(dǎo)的急性肺損傷以及博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化[6,23]。Gal-3與新型冠狀病毒感染后的肺部炎癥和纖維化反應(yīng)有關(guān)，新型冠狀病毒感染的肺巨噬細胞亞群形成由髓系細胞觸發(fā)受體2(triggering receptor expressed on myeloid cells 2, TREM2)和Gal-3表達控制的促纖維化表型，從而觸發(fā)肺纖維化[24]。

因此，在肺組織受損后異常修復(fù)時，持續(xù)的炎癥反應(yīng)誘發(fā)肺組織纖維化，Gal-3可能通過在炎癥反應(yīng)中的積極作用參與IPF的發(fā)生、發(fā)展(圖1)，具體作用機制還需肺纖維化動物模型及IPF患者的體內(nèi)外實驗研究進一步證實。

圖1 Gal-3在炎癥反應(yīng)和促組織纖維化中的作用及相關(guān)分子機制

2.2 Gal-3通過促纖維化作用參與IPF的發(fā)生Nishi等[25]首先證明IPF患者BALF中的Gal-3升高，Gal-3誘導(dǎo)THP-1巨噬細胞產(chǎn)生腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)和IL-8；刺激NIH-3T3成纖維細胞誘導(dǎo)遷移和膠原合成。TNF-α是一種纖維原性細胞因子，能夠通過巨噬細胞/單核細胞系模型誘導(dǎo)透明質(zhì)酸-3的產(chǎn)生，可導(dǎo)致細胞外基質(zhì)異常沉積[8]。Nishi等[25]亦發(fā)現(xiàn)患有其他間質(zhì)性肺病的患者，如隱源性機化性肺炎、急性過敏性肺炎和傳染性支氣管炎在BALF中Gal-3無明顯增加，說明Gal-3表達增加在IPF和與膠原血管疾病相關(guān)的間質(zhì)性肺炎中可能具有特異性。Mackinnon等[4]再次證明IPF患者BALF和血清中Gal-3特異性升高，且在IPF加重期血清Gal-3水平顯著升高，提示Gal-3可能是IPF疾病活動和加重的生物學(xué)標(biāo)志物。Gal-3基因敲除小鼠和博萊霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化明顯減輕，表現(xiàn)為TGF-β誘導(dǎo)的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)、肌成纖維細胞活化減少和膠原生成減少；Gal-3還降低了β-連環(huán)蛋白的磷酸化和核移位[4]。β-連環(huán)蛋白通過調(diào)節(jié)細胞周期蛋白-D1和基質(zhì)金屬蛋白酶7(matrix metalloproteinase 7, MMP7)的表達，與EMT和肺組織重塑有關(guān)[26]。在對2 596例弗雷明翰心臟研究參與者進行隨訪發(fā)現(xiàn)，Gal-3濃度升高與肺間質(zhì)異常和限制性肺功能障礙相關(guān)，提示Gal-3在肺纖維化早期有潛在作用[27]。Gal-3還能夠交聯(lián)包括TGF-β受體、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)受體和血小板衍生生長因子(platelet derived growth factor, PDGF)受體促進纖維化形成[28-29]。TGF-β通過誘導(dǎo)IPF患者中的EMT、肌成纖維細胞活化、細胞外基質(zhì)生成和肺泡上皮細胞凋亡而促進肺纖維化[30]。PDGF通過其促有絲分裂和趨化作用促進纖維化，還可以與TGF-β協(xié)同促進組織纖維化[31]。新型酪氨酸激酶抑制劑尼達尼布就是通過抑制PDGF、VEGF和成纖維細胞衍生生長因子(fibroblast growth factor, FGF)活性，減少膠原沉積和抑制促纖維化基因表達來減輕肺纖維化[32]。Gal-3還可以介導(dǎo)IL-4誘導(dǎo)的巨噬細胞替代激活，IL-4激活的巨噬細胞上調(diào)纖維化相關(guān)基因，刺激基質(zhì)生成，進而促進組織纖維化[8]。研究還發(fā)現(xiàn)Gal-3是TREM2和分泌性磷蛋白1(secreted phosphorprotein 1, SPP1)協(xié)同作用最強的分子之一[33]，而TREM2和SPP1是促纖維化巨噬細胞亞群中的纖維化標(biāo)志物[13]。TLR4與成纖維細胞活化和隨后的肺纖維化有關(guān)，小鼠模型中TLR4的成纖維細胞特異性缺失誘導(dǎo)肺纖維化顯著減少，Gal-3與TLR4的表達有相互促進的作用[21,34]。

綜上所述，Gal-3通過與巨噬細胞、成纖維細胞、肌成纖維細胞及一些促纖維化介質(zhì)相互作用促進肺組織纖維化，參與IPF的發(fā)生、發(fā)展。

3 Gal-3抑制劑在肺纖維化中的治療潛力

因Gal-3在炎癥反應(yīng)及促纖維化中的積極作用，使得在纖維化疾病中靶向抑制Gal-3的研究越來越多。目前針對Gal-3抑制劑在IPF治療中的研究主要為雙糖β-硫代半乳糖苷小分子TD139，其是Gal-3碳水化合物結(jié)合結(jié)構(gòu)域的新型高親和力抑制劑[4]。在肺纖維化小鼠的體內(nèi)外實驗中，TD139抑制Gal-3表達，阻斷TGF-β誘導(dǎo)的β-連環(huán)蛋白的激活，減輕TGF-β及博萊霉素誘導(dǎo)的肺損傷后的纖維化[4,35]。TD139的抗纖維化潛力集中在抑制分泌Gal-3的巨噬細胞的募集和活化，即抑制了局部肌成纖維細胞活化的主要驅(qū)動因素[23]。目前已進入臨床試驗的Gal-3抑制劑是吸入型TD139，在一項臨床試驗研究中，每天1次以干粉形式吸入給藥，持續(xù)2周，TD139在肺中高濃度聚集，抑制BALF中巨噬細胞Gal-3表達和與IPF相關(guān)的血漿生物標(biāo)志物的表達，并表現(xiàn)出濃度依賴抑制。該實驗還證明吸入TD139在健康受試者和IPF患者中是安全、耐受性良好的，無明顯治療相關(guān)副作用，且TD139在肺中的濃度明顯高于血液中的濃度[36]。

目前還研發(fā)了一種單糖Gal-3抑制劑GB1107，在肺腺癌小鼠模型中經(jīng)口給藥后證明對小鼠肺腺癌有一定的療效[37]。一項以糖類藥物作為內(nèi)源性生物分子的獨特靶向載體或替代物研究發(fā)現(xiàn)，雙糖藥物(TD139替代物)從血液中迅速排出，而單糖藥物(GB1107替代物)無排泄跡象。這表明雙糖TD139不宜全身用藥，而GB1107替代物延長的生物半衰期則表明該藥可以全身用藥[38]。上述結(jié)果進一步說明吸入TD139治療適用于IPF患者。

4 結(jié)語

目前IPF病因及發(fā)病機制均不明確，患者預(yù)后不良，治療仍有局限性。Gal-3表達與IPF的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，在IPF患者肺泡灌洗液、肺組織勻漿、血清中發(fā)現(xiàn)Gal-3水平上升，且在IPF急性加重期顯著升高，表明Gal-3有作為IPF及IPF急性加重的生物學(xué)標(biāo)志物的潛力。Gal-3作為一種有效的炎癥蛋白，參與炎癥反應(yīng)的啟動和放大，是慢性肺損傷纖維化的重要驅(qū)動因素。Gal-3還可以通過促進成纖維細胞增殖、肌成纖維細胞活化增殖、EMT、細胞外基質(zhì)異常沉積等促進肺組織纖維化。即Gal-3通過促進炎癥反應(yīng)、促進肺組織纖維化參與IPF的發(fā)生、發(fā)展，但具體作用機制仍需更多的肺纖維化動物模型及IPF患者的體內(nèi)外實驗研究進一步證實。對Gal-3抑制劑的臨床前實驗研究以及對吸入型TD139的臨床試驗，證明了靶向抑制Gal-3在肺纖維化中的治療潛力。值得期待的是，吸入TD139與吡非尼酮或尼達尼布聯(lián)合治療可能會使IPF患者獲得更好的治療效果，亦需后續(xù)試驗進行深入探究。