胡加亮：中國藥科大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。本科和碩士畢業(yè)于中國藥科大學(xué)生化藥學(xué)專業(yè)，博士畢業(yè)于比利時(shí)魯汶大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫生理學(xué)專業(yè)，隨后在同實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究工作。2008年回中國藥科大學(xué)工作。目前主要的研究方向?yàn)槎嚯念愃幬锟鼓[瘤、抗急性炎癥以及免疫檢查點(diǎn)阻斷劑生物活性研究等；在國際知名免疫學(xué)及藥學(xué)領(lǐng)域期刊發(fā)表論文30余篇。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持國家“十二五”新藥創(chuàng)制重大專項(xiàng)等項(xiàng)目；入選江蘇省“雙創(chuàng)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃”和“六大人才高峰計(jì)劃”；獲得2014年江蘇省醫(yī)藥科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

肺纖維化的發(fā)病機(jī)制及其治療藥物研究進(jìn)展

孫晴波，林炳靜，徐寒梅，胡加亮*

（中國藥科大學(xué) 江蘇省合成多肽藥物發(fā)現(xiàn)與評(píng)價(jià)工程研究中心，江蘇 南京 211198）

[ 摘要] 肺纖維化（PF）是一種慢性、進(jìn)行性、纖維化性肺疾病，可導(dǎo)致患者肺功能不可逆下降、進(jìn)行性呼吸衰竭，甚至死亡。PF的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，目前研究表明PF 是由于持續(xù)的肺泡上皮細(xì)胞損傷和修復(fù)異常，成纖維細(xì)胞的增生，細(xì)胞外基質(zhì)的積聚，導(dǎo)致肺部結(jié)構(gòu)紊亂，形成纖維化。近年來隨著對(duì)其發(fā)病機(jī)制的了解，全球已有2個(gè)PF 治療藥物（吡非尼酮和尼達(dá)尼布）被批準(zhǔn)上市，十多個(gè)PF治療藥物處于臨床研究階段。綜述與肺纖維化相關(guān)的發(fā)病機(jī)制及其最新治療藥物臨床研究進(jìn)展。

肺纖維化（pulmonary fibrosis，PF）是一種致命的肺部疾病，其病理特征為肺泡上皮細(xì)胞的損傷和異常增殖，以及細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）的沉積和成纖維細(xì)胞的增殖和活化，導(dǎo)致肺部結(jié)構(gòu)破壞和呼吸功能的喪失。PF 的死亡率較高，患者的平均生存周期僅為2.8年，其死亡率高于大多數(shù)腫瘤，被稱為“類腫瘤疾病”。

PF是一種慢性疾病，目前其具體的發(fā)病機(jī)制尚不清楚。PF由許多因素引起，如肺損傷、吸煙、環(huán)境因素、藥物等，這些因素導(dǎo)致肺泡上皮細(xì)胞的損傷，發(fā)生氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡等反應(yīng)，這個(gè)階段會(huì)釋放大量的細(xì)胞因子和其他活性物質(zhì)，刺激肌成纖維細(xì)胞的增殖和活化，促使肺成纖維細(xì)胞灶的形成及膠原沉積、ECM的大量合成，最終出現(xiàn)PF。目前針對(duì)PF的上市藥物主要有吡非尼酮（pirfenidone）和尼達(dá)尼布（nintedanib）。經(jīng)過近幾年對(duì)PF的研究，人們對(duì)PF的發(fā)病機(jī)制有了更深的了解，為PF診斷和治療提供新的途徑和方法。本文主要闡述與PF相關(guān)的發(fā)病機(jī)制及其治療藥物的研究進(jìn)展。

1 肺纖維化的發(fā)病機(jī)制

1.1 炎癥、細(xì)胞因子與肺纖維化

PF 長期以來被認(rèn)為是慢性炎癥的結(jié)果，在組織損傷后，上皮細(xì)胞和（或）內(nèi)皮細(xì)胞釋放炎癥介質(zhì)，引發(fā)抗纖溶性凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致血栓的形成。隨后是炎癥和增殖階段，白細(xì)胞被招募，然后被趨化因子（chemokine）和生長因子（growth factor）激活并誘導(dǎo)增殖?；罨陌准?xì)胞會(huì)進(jìn)一步分泌和釋放促纖維化細(xì)胞因子。受刺激的上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞也會(huì)產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶，破壞基底膜，并產(chǎn)生額外的細(xì)胞因子（cytokines）和趨化因子，以招募和激活中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞、B細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞，這些細(xì)胞是修復(fù)組織的重要組成部分?；罨木奘杉?xì)胞和中性粒細(xì)胞可清除組織碎片、死細(xì)胞和入侵的生物。在炎癥的早期階段，肌成纖維細(xì)胞可以產(chǎn)生大量的ECM蛋白，內(nèi)皮細(xì)胞形成新的血管。

單一采用抗炎藥物對(duì)于PF的治療效果甚微，表明炎癥在PF 的疾病發(fā)生過程中并不起到主要作用，因此，最近發(fā)現(xiàn)多種趨化因子和細(xì)胞因子能夠調(diào)節(jié)PF 發(fā)病的不同階段即炎癥和纖維化發(fā)生。在炎癥的早期階段，組織駐留的細(xì)胞（如上皮細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞）和免疫細(xì)胞會(huì)釋放大量細(xì)胞因子如白介素（interleukin，IL）、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）、生長因子（growth factor，GF）、干擾素（interferon，IFN）、趨化因子（chemokines）等炎癥因子。眾多促纖維化因子，包括IL-1、TNF-α、結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）、轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，TGF-β）、IL-13、血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、血小板源生長因子（platelet derived growth factor，PDGF） 和纖維母細(xì)胞生長因子（fibroblast growth factor，FGF）及其信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)在PF 疾病中發(fā)揮著重要的作用。如IL-13促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖和ECM合成，促進(jìn)TGF-β、PDGF和CTGF的釋放以及Ⅰ型膠原蛋白和纖連蛋白的合成；TGF-β1是主要的致纖維化因子，其具有多種功能，在體外可以促進(jìn)成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變，促進(jìn)上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），并且保護(hù)成纖維細(xì)胞免于凋亡和促進(jìn)活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生。在PF動(dòng)物模型中，模型組的TGF-β1 含量顯著高于正常組，大量釋放的TGF-β1加速了PF的疾病進(jìn)程。尼達(dá)尼布是多重酪氨酸激酶抑制劑，可以抑制VEGFR、PDGFR、FGFR，減緩腫瘤細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移，降低微血管的密度和成纖維細(xì)胞的活化，可以達(dá)到治療PF的目的。下面主要介紹尼達(dá)尼布作用的靶點(diǎn)，其與PF病灶中的成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞的增殖、遷移和分化相關(guān)。

1.1.1 血管內(nèi)皮生長因子與肺纖維化

VEGF 由結(jié)構(gòu)上同源分泌的糖蛋白VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D及胎盤生長因子組成。VEGF-A、VEGF-B在調(diào)節(jié)血管的生成方面起重要作用，VEGF-C、VEGF-D主要是調(diào)節(jié)淋巴管的生成，VEGF家族中VEGF-A 在PF 的發(fā)生和發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的作用。VEGF主要來源于肺泡上皮細(xì)胞、支氣管上皮細(xì)胞、氣道平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和肺泡巨噬細(xì)胞。VEGF家族成員與3個(gè)VEGF受體（VEGFR1、VEGFR2和VEGFR3）結(jié)合，VEGFRs結(jié)構(gòu)相似，其有3個(gè)區(qū)域分別是胞外區(qū)、跨膜螺旋區(qū)和胞質(zhì)區(qū)，當(dāng)配體與VEGFR結(jié)合，激發(fā)酪氨酸激酶的活性，使其自身磷酸化并激活下游信號(hào)通路，促進(jìn)細(xì)胞的增殖以及表型的轉(zhuǎn)化。因此，VEGF 可以促進(jìn)血管生成，增加肺血管的通透性，并且參與PF的血管重塑。

在特發(fā)性肺纖維化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）患者的血漿中VEGF的濃度與PF的評(píng)分呈正相關(guān)。同時(shí)，IPF患者血漿VEGF濃度與纖維化的程度呈正相關(guān)。血清VEGF 濃度高的患者與血清VEGF濃度低的患者相比，5年生存率更低。此外，血清中VEGF水平的升高預(yù)示著IPF患者的肺活量下降。博來霉素誘導(dǎo)大鼠的實(shí)驗(yàn)表明，抑制VEGFR可能會(huì)減少纖維化，而VEGF的過表達(dá)會(huì)加重PF的進(jìn)程。

1.1.2 血小板源生長因子與肺纖維化

PDGF是由4條多肽鏈組成的二聚體蛋白家族，即PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C和PDGF-D。這些同型或異二聚體的配體與PDGFR-α和PDGFR-β相互作用。PDGF的配體與PDGFR結(jié)合，導(dǎo)致PDGFR發(fā)生磷酸化，隨后通過有絲分裂原蛋白活化激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路進(jìn)行下游的信號(hào)傳導(dǎo)。PDGF-B在體外可以刺激成纖維細(xì)胞增殖和趨化；在PF動(dòng)物模型中PDGF-B表達(dá)上調(diào)，抑制其表達(dá)可以減緩PF的進(jìn)程；在人類PF疾病中PDGF的表達(dá)也是上調(diào)，但抑制其表達(dá)并沒有提高IPF患者的生存率。

1.1.3 纖維母細(xì)胞生長因子與肺纖維化

在人類中，FGF家族有22個(gè)結(jié)構(gòu)相關(guān)的家族成員，其中最重要的配體是FGF-1和FGF-2。FGF受體（FGFR）家族有4個(gè)成員， 即FGFR-1、FGFR-2、FGFR-3和FGFR-4。FGF和FGFR調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、遷移和生存。當(dāng)FGF配體與受體結(jié)合時(shí)，使其自身磷酸化，隨后通過MAPK信號(hào)通路進(jìn)行下游的信號(hào)傳導(dǎo)。FGF-2來源于肺泡的巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等，可以促進(jìn)膠原的合成及積聚。但在IPF患者中，肥大細(xì)胞似乎是FGF-2的主要來源。在IPF患者肺中檢測到FGF-2水平升高，在上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞/成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞中FGFR-1表達(dá)增加，在間質(zhì)細(xì)胞中FGFR-2表達(dá)增加。

1.2 基質(zhì)金屬蛋白酶與肺纖維化

基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是一種依賴于Zn2+和Ca2+的蛋白水解酶，其催化活性位點(diǎn)中具有保守的鋅結(jié)合基序，能夠降解ECM。有研究認(rèn)為，MMP通過降解肺中ECM 成分蛋白來治療PF。最近的研究表明，MMP不僅可以調(diào)節(jié)ECM的蛋白活性，還可以調(diào)節(jié)趨化因子、細(xì)胞因子、生長因子、抗生素多肽和其他生物活性分子的釋放或激活，從而參與先天和適應(yīng)性免疫、炎癥、血管生成、傷口的愈合等的生理過程；但大多數(shù)PF模型中MMP缺陷小鼠的研究與上述結(jié)果相反即MMP加快PF的進(jìn)程。

MMP是調(diào)控ECM代謝的重要酶系，其降解作用可被其特異性抑制劑——基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑（tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMPs） 所抑制，臨床研究結(jié)果顯示IPF患者的血液和（或）肺樣本中MMP-1、MMP-7、MMP-8和MMP-9水平升高，這些酶被認(rèn)為與IPF的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。在小鼠PF模型中小鼠高表達(dá)MMP基因，表明大多數(shù)MMP促進(jìn)（而不是抑制）PF的發(fā)展，這涉及了IPF 發(fā)病的多種機(jī)制。MMP參與PF的機(jī)制如下：1）MMP-3和MMP-7促進(jìn)肺泡EMT；2）MMP-3、MMP-7、MMP-8可以促進(jìn)與PF相關(guān)的因子的表達(dá)或降低抗纖維化介質(zhì)的表達(dá)；3）MMP-3和MMP-9促進(jìn)上皮細(xì)胞異常遷移和其他異常修復(fù)的過程；4）MMP-10和MMP-28誘導(dǎo)肺泡巨噬細(xì)胞的表型從M1型向M2型轉(zhuǎn)變；5）MMP-8可以促進(jìn)成纖維細(xì)胞的遷移和異常增殖；6）MMP-2在PF中高表達(dá)，其主要在肺泡上皮區(qū)域以及成纖維細(xì)胞灶的間充質(zhì)細(xì)胞表達(dá)。在支氣管肺泡灌洗液（bronchoalveolarlavage fluid，BALF） 中，MMP-2的表達(dá)含量升高。MMP-2 可以降解大量的ECM，特別是降解Ⅳ型膠原蛋白和其他基底膜蛋白，研究表明，MMP-2 在PF的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭斜磉_(dá)水平上調(diào)，MMP-2和MMP-9的過表達(dá)可能與基底膜的破裂有關(guān)。

1.3 免疫與肺纖維化

免疫系統(tǒng)對(duì)PF的作用尚不清楚，雖然大多數(shù)研究都認(rèn)為PF并不是由主要的免疫病理機(jī)制引起的，但從動(dòng)物模型和人類研究中獲得的證據(jù)表明，先天免疫和適應(yīng)性免疫參與PF發(fā)病的過程。表1總結(jié)了主要的適應(yīng)性免疫細(xì)胞（T細(xì)胞亞群）和先天性免疫細(xì)胞（巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞）及介質(zhì)在PF發(fā)病機(jī)制中的作用。本文重點(diǎn)闡述參與PF的免疫細(xì)胞（T細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和纖維細(xì)胞）的作用，以期為PF的治療提供一個(gè)新的方向。

肺泡上皮細(xì)胞受損， 發(fā)生EMT轉(zhuǎn)化， 成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，趨化因子配體（CCL2、CXCL12）介導(dǎo)的纖維細(xì)胞募集有助于肌成纖維細(xì)胞的產(chǎn)生，促進(jìn)ECM的產(chǎn)生。適應(yīng)性免疫T細(xì)胞和先天性免疫細(xì)胞（巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞）均可通過各種機(jī)制調(diào)節(jié)纖維化的發(fā)生。在適應(yīng)性免疫方面，Th2和Th17細(xì)胞促進(jìn)PF的進(jìn)程，而Th1、Th22和γδ-T細(xì)胞抑制纖維化。 Treg和Th9細(xì)胞與抗纖維化和促纖維化作用有關(guān)。在先天免疫方面，巨噬細(xì)胞可能通過產(chǎn)生TGF-β1和PDGF來促進(jìn)PF，或者通過增強(qiáng)MMP的活性降解ECM的蛋白成分來改善PF，巨噬細(xì)胞也可以增強(qiáng)TIMP-1的活性進(jìn)而抑制ECM的降解，中性粒細(xì)胞產(chǎn)生各種蛋白酶，特別是絲氨酸蛋白酶（中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶）和MMP可降解ECM的蛋白成分。

1.4 整合素與肺纖維化

整合素（integrins）是由α和β兩個(gè)亞基構(gòu)成的跨膜受體家族，其在細(xì)胞外與ECM結(jié)合并在細(xì)胞內(nèi)與細(xì)胞骨架結(jié)合，從而將細(xì)胞外環(huán)境與細(xì)胞內(nèi)部“整合”。整合素將來自外部的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)到細(xì)胞中，調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附和細(xì)胞遷移以及ECM的產(chǎn)生、分化和重塑。整合素促進(jìn)PF的進(jìn)程主要是調(diào)節(jié)EMT、成纖維細(xì)胞的增殖和分化及炎癥細(xì)胞釋放炎癥因子，在許多人類疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用。此外，越來越多的研究證實(shí)了整合素可以影響重要的致纖維化因子TGF-β的釋放和活化。利用整合素亞基的敲除小鼠和抗體的抑制研究已確定幾乎每一個(gè)整合素異二聚體的重要作用，如αvβ3、α5β1、α4β6、αvβ6、αvβ1、αE等整合素參與PF的發(fā)生和發(fā)展，為治療PF提供了一些潛在靶點(diǎn)。TGF-β通常以無活性的復(fù)合體形式存在，由2種蛋白組成即延遲相關(guān)肽（latency associated peptide，LAP）和潛在的TGF-β結(jié)合蛋白（latent TGF-β binding protein，LTBP）。幾種αv整合素在低PH、ROS、蛋白酶等條件下可使TGF-β活化。研究發(fā)現(xiàn)，αv整合素可與LAP的RGD序列結(jié)合，使無活性的TGF-β復(fù)合體分離，變成有活性的TGF-β。αvβ6整合素可以促進(jìn)TGF-β1的活化，在博來霉素以及輻射誘導(dǎo)的小鼠PF模型中αvβ6整合素表達(dá)上調(diào)，降低αvβ6整合素的表達(dá)或突變整合素與TGF-β的LAP的結(jié)合位點(diǎn)可以顯著延緩PF的進(jìn)程。在輻射或博來霉素誘導(dǎo)的小鼠PF模型中，使用αvβ6的抗體可以顯著降低肺組織中羥脯氨酸的表達(dá)含量及降低細(xì)胞核中pSmad2/3蛋白的表達(dá)。αvβ1整合素主要表達(dá)于成纖維細(xì)胞，在活化的成纖維細(xì)胞上可以高表達(dá)αvβ1，后者直接與TGF-β的LAP結(jié)合，促進(jìn)TGF-β的活化。使用αvβ1的抑制劑可以抑制博來霉素誘導(dǎo)的PF和CCL4誘導(dǎo)的肝纖維化進(jìn)程。

研究發(fā)現(xiàn)，在PF 的炎性細(xì)胞中幾種整合素（如αv、β3、α5β1）均是高表達(dá)，在PF的動(dòng)物模型中CCL18高表達(dá)，T淋巴細(xì)胞在肺部積聚，大量表達(dá)整合素αvβ3和αvβ5，使用整合素αv的抗體或敲除整合素β3的基因可以顯著降低肺中淋巴細(xì)胞的浸潤和膠原蛋白的積聚，顯著改善肺部結(jié)構(gòu)，減緩PF的進(jìn)程。

2 肺纖維化的治療藥物

目前針對(duì)PF尚沒有確切的治療方法，每年每10萬人中該疾病的發(fā)生率為0.07% ~ 0.1%，據(jù)此估算我國現(xiàn)有IPF患者超過30萬人。目前針對(duì)PF的上市藥物主要有吡非尼酮和尼達(dá)尼布。吡非尼酮于2008年被批準(zhǔn)在日本上市，其具有抗炎、抗纖維化和抗氧化作用，口服吡非尼酮可減緩疾病進(jìn)展和延長PF患者的壽命。吡非尼酮的確切作用機(jī)制尚不完全清楚，其主要是通過下調(diào)促纖維化生長因子（包括PDGF、TGF-β）發(fā)揮抗纖維化、抗炎和抗氧化作用；抑制炎性細(xì)胞因子的生產(chǎn)和釋放；減少脂質(zhì)過氧化和氧化應(yīng)激。尼達(dá)尼布是三重酪氨酸激酶抑制劑，其可通過抑制VEGFR、PDGFR以及FGFR的信號(hào)通路來治療PF。傳統(tǒng)的治療方式從抗炎入手，但單一的使用抗炎藥物如糖皮質(zhì)激素、免疫抑制劑并不能完全改善纖維化的狀態(tài)，隨著對(duì)PF發(fā)病機(jī)制的深入研究，已從單純抗炎轉(zhuǎn)變?yōu)槎喟悬c(diǎn)多角度抗纖維化的治療。目前處于研發(fā)中的治療IPF的Ⅱ、Ⅲ期臨床藥物有十多種，包括gefapixant、TD-139、BG-00011、STX-100等（見表2）。

3 結(jié)語

PF是一種進(jìn)行性、不可逆轉(zhuǎn)、致命的肺部疾病。肺泡上皮細(xì)胞的損傷被認(rèn)為是PF發(fā)病的起始因素，隨后是成纖維細(xì)胞大量增殖活化，導(dǎo)致膠原增生，ECM沉積，最終重塑和破壞肺結(jié)構(gòu)。PF是一種由多種因素引起的疾病，其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，除肺移植外，目前的藥物對(duì)IPF只能起緩解作用，不能從根本上逆轉(zhuǎn)或治愈該疾病。因此，需要進(jìn)一步研究PF的發(fā)病機(jī)制，為PF的治療提供新的靶點(diǎn)，同時(shí)也有助于PF治療新藥的研發(fā)。

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