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)于比利時魯汶大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫生理學(xué)專業(yè)，隨后在同實驗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為多肽類藥物抗腫瘤、抗急性炎癥以及免疫檢查點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。作為項目負責(zé)人主持國家“十二五”新藥創(chuàng)制重大專項等項目；入選江蘇省“雙創(chuàng)團隊計劃”和“六大人才高峰計劃”；獲得2014年江蘇省醫(yī)藥科技進步獎一等獎。

肺纖維化的發(fā)病機制及其治療藥物研究進展

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)與評價工程研究中心，江蘇 南京 211198）

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

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胞的損傷和異常增殖，以及細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）的沉積和成纖維細胞的增殖和活化，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)致肺泡上皮細胞的損傷，發(fā)生氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、細胞凋亡等反應(yīng)，這個階段會釋放大量的細胞因子和其他活性物質(zhì)，刺激肌成纖維細胞的增殖和活化，促使肺成纖維細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PF的上市藥物主要有吡非尼酮（pirfenidone）和尼達尼布（nintedanib）。經(jīng)過近幾年對PF的研究，人們對PF的發(fā)病機制有了更深的了解，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)病機制及其治療藥物的研究進展。

1 肺纖維化的發(fā)病機制

1.1 炎癥、細胞因子與肺纖維化

PF 長期以來被認為是慢性炎癥的結(jié)果，在組織損傷后，上皮細胞和（或）內(nèi)皮細胞釋放炎癥介質(zhì)，引發(fā)抗纖溶性凝血級聯(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。活化的白細胞會進一步分泌和釋放促纖維化細胞因子。受刺激的上皮細胞、內(nèi)皮細胞和肌成纖維細胞也會產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶，破壞基底膜，并產(chǎn)生額外的細胞因子（cytokines）和趨化因子，以招募和激活中性粒細胞、巨噬細胞、T細胞、B細胞和嗜酸性粒細胞，這些細胞是修復(fù)組織的重要組成部分。活化的巨噬細胞和中性粒細胞可清除組織碎片、死細胞和入侵的生物。在炎癥的早期階段，肌成纖維細胞可以產(chǎn)生大量的ECM蛋白，內(nèi)皮細胞形成新的血管。

單一采用抗炎藥物對于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，組織駐留的細胞（如上皮細胞和間充質(zhì)細胞）和免疫細胞會釋放大量細胞因子如白介素（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） 和纖維母細胞生長因子（fibroblast growth factor，FGF）及其信號級聯(lián)反應(yīng)在PF 疾病中發(fā)揮著重要的作用。如IL-13促進成纖維細胞增殖和ECM合成，促進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，在體外可以促進成纖維細胞向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)變，促進上皮細胞向間質(zhì)細胞的轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），并且保護成纖維細胞免于凋亡和促進活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生。在PF動物模型中，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的疾病進程。尼達尼布是多重酪氨酸激酶抑制劑，可以抑制VEGFR、PDGFR、FGFR，減緩腫瘤細胞的生長和轉(zhuǎn)移，降低微血管的密度和成纖維細胞的活化，可以達到治療PF的目的。下面主要介紹尼達尼布作用的靶點，其與PF病灶中的成纖維細胞和肌成纖維細胞的增殖、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胞、支氣管上皮細胞、氣道平滑肌細胞、成纖維細胞、內(nèi)皮細胞和肺泡巨噬細胞。VEGF家族成員與3個VEGF受體（VEGFR1、VEGFR2和VEGFR3）結(jié)合，VEGFRs結(jié)構(gòu)相似，其有3個區(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通路，促進細胞的增殖以及表型的轉(zhuǎn)化。因此，VEGF 可以促進血管生成，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的評分呈正相關(guān)。同時，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)大鼠的實驗表明，抑制VEGFR可能會減少纖維化，而VEGF的過表達會加重PF的進程。

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）通路進行下游的信號傳導(dǎo)。PDGF-B在體外可以刺激成纖維細胞增殖和趨化；在PF動物模型中PDGF-B表達上調(diào)，抑制其表達可以減緩PF的進程；在人類PF疾病中PDGF的表達也是上調(diào)，但抑制其表達并沒有提高IPF患者的生存率。

1.1.3 纖維母細胞生長因子與肺纖維化

在人類中，FGF家族有22個結(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個成員， 即FGFR-1、FGFR-2、FGFR-3和FGFR-4。FGF和FGFR調(diào)節(jié)細胞增殖、分化、遷移和生存。當(dāng)FGF配體與受體結(jié)合時，使其自身磷酸化，隨后通過MAPK信號通路進行下游的信號傳導(dǎo)。FGF-2來源于肺泡的巨噬細胞、成纖維細胞、內(nèi)皮細胞等，可以促進膠原的合成及積聚。但在IPF患者中，肥大細胞似乎是FGF-2的主要來源。在IPF患者肺中檢測到FGF-2水平升高，在上皮細胞、內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞/成纖維細胞樣細胞中FGFR-1表達增加，在間質(zhì)細胞中FGFR-2表達增加。

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，其催化活性位點中具有保守的鋅結(jié)合基序，能夠降解ECM。有研究認為，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，這些酶被認為與IPF的發(fā)病機制有關(guān)。在小鼠PF模型中小鼠高表達MMP基因，表明大多數(shù)MMP促進（而不是抑制）PF的發(fā)展，這涉及了IPF 發(fā)病的多種機制。MMP參與PF的機制如下：1）MMP-3和MMP-7促進肺泡EMT；2）MMP-3、MMP-7、MMP-8可以促進與PF相關(guān)的因子的表達或降低抗纖維化介質(zhì)的表達；3）MMP-3和MMP-9促進上皮細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)肺泡巨噬細胞的表型從M1型向M2型轉(zhuǎn)變；5）MMP-8可以促進成纖維細胞的遷移和異常增殖；6）MMP-2在PF中高表達，其主要在肺泡上皮區(qū)域以及成纖維細胞灶的間充質(zhì)細胞表達。在支氣管肺泡灌洗液（bronchoalveolarlavage fluid，BALF） 中，MMP-2的表達含量升高。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的實驗?zāi)Ｐ椭斜磉_水平上調(diào)，MMP-2和MMP-9的過表達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PF的作用尚不清楚，雖然大多數(shù)研究都認為PF并不是由主要的免疫病理機制引起的，但從動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)性免疫細胞（T細胞亞群）和先天性免疫細胞（巨噬細胞、中性粒細胞）及介質(zhì)在PF發(fā)病機制中的作用。本文重點闡述參與PF的免疫細胞（T細胞、中性粒細胞、巨噬細胞和纖維細胞）的作用，以期為PF的治療提供一個新的方向。

肺泡上皮細胞受損， 發(fā)生EMT轉(zhuǎn)化， 成纖維細胞向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化，趨化因子配體（CCL2、CXCL12）介導(dǎo)的纖維細胞募集有助于肌成纖維細胞的產(chǎn)生，促進ECM的產(chǎn)生。適應(yīng)性免疫T細胞和先天性免疫細胞（巨噬細胞和中性粒細胞）均可通過各種機制調(diào)節(jié)纖維化的發(fā)生。在適應(yīng)性免疫方面，Th2和Th17細胞促進PF的進程，而Th1、Th22和γδ-T細胞抑制纖維化。 Treg和Th9細胞與抗纖維化和促纖維化作用有關(guān)。在先天免疫方面，巨噬細胞可能通過產(chǎn)生TGF-β1和PDGF來促進PF，或者通過增強MMP的活性降解ECM的蛋白成分來改善PF，巨噬細胞也可以增強TIMP-1的活性進而抑制ECM的降解，中性粒細胞產(chǎn)生各種蛋白酶，特別是絲氨酸蛋白酶（中性粒細胞彈性蛋白酶）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兩個亞基構(gòu)成的跨膜受體家族，其在細胞外與ECM結(jié)合并在細胞內(nèi)與細胞骨架結(jié)合，從而將細胞外環(huán)境與細胞內(nèi)部“整合”。整合素將來自外部的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)到細胞中，調(diào)節(jié)細胞黏附和細胞遷移以及ECM的產(chǎn)生、分化和重塑。整合素促進PF的進程主要是調(diào)節(jié)EMT、成纖維細胞的增殖和分化及炎癥細胞釋放炎癥因子，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。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整合素表達上調(diào)，降低αvβ6整合素的表達或突變整合素與TGF-β的LAP的結(jié)合位點可以顯著延緩PF的進程。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含量及降低細胞核中pSmad2/3蛋白的表達。αvβ1整合素主要表達于成纖維細胞，在活化的成纖維細胞上可以高表達αvβ1，后者直接與TGF-β的LAP結(jié)合，促進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)的肝纖維化進程。

研究發(fā)現(xiàn)，在PF 的炎性細胞中幾種整合素（如αv、β3、α5β1）均是高表達，在PF的動物模型中CCL18高表達，T淋巴細胞在肺部積聚，大量表達整合素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的進程。

2 肺纖維化的治療藥物

目前針對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PF的上市藥物主要有吡非尼酮和尼達尼布。吡非尼酮于2008年被批準在日本上市，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展和延長PF患者的壽命。吡非尼酮的確切作用機制尚不完全清楚，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PF發(fā)病機制的深入研究，已從單純抗炎轉(zhuǎn)變?yōu)槎喟悬c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是一種進行性、不可逆轉(zhuǎn)、致命的肺部疾病。肺泡上皮細胞的損傷被認為是PF發(fā)病的起始因素，隨后是成纖維細胞大量增殖活化，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)病機制復(fù)雜，除肺移植外，目前的藥物對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，需要進一步研究PF的發(fā)病機制，為PF的治療提供新的靶點，同時也有助于PF治療新藥的研發(fā)。

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