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3257197木虫 (正式写手)
森林木虫
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肺间质纤维化的发生机理
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肺间质纤维化的发生机理 肺纤维化的发生通常与多种肺部刺激有关，包括毒性、免疫、药物、感染或外伤，通常为组织对损伤反应的最终结果。对于IIP的发生还存在争议， 通常认为IPF/UIP是区别与其它IIP的一独立疾病，但近来的研究证明IIP的各种亚型可以在同一患者或同一叶肺脏并存，提示IIP的各亚型纤维化可能存在相似的病理生理过程。有资料显示IIP的各种病理类型反映出组织对损伤的一系列反应，取决于遗传、环境、以及年龄等因素。 炎症反应学说 Th1/Th2反应失衡学说 Th1型反应主要促进组织修复，回复正常组织结构状态，其细胞因子包括IFN-r，IL-2、IL12、IL18和TNF-b。 IFN-r可抑制成纤维细胞增殖、胶原合成、促进成纤维细胞凋亡，抑制TGF-b产生及功能。 IL-12和IL-18可诱导IFN-r合成。 Th2型反应促使成纤维细胞过度活化、增生，最终导致细胞外基质蛋白沉积与纤维增殖。II型反应的细胞因子包括IL-4IL-5IL-10IL-13MCP-1。 IL-4功能：促成纤维细胞增殖，胶原基因表达和胶原合成。 IL-13、MCP-3功能：增加I型前胶原合成，上调节TGF-b介道胶原合成，增加IL-4产生。 IL-10抑制I型反应。 1.1 Th1 /Th2 细胞因子失衡学说的动物学及人体研究证据 在电离辐射、博来霉素、硅屑诱导的动物肺纤维化模型中，观察到大量Th2 细胞因子优势现象：利用辐射诱导的鼠肺纤维化模型，Buttner[8]和Westermann[9]发现肺泡巨噬细胞和CD4+T细胞有高水平的IL-4基因转录和蛋白合成。在博来霉素诱导的鼠肺纤维化模型，研究者[10，11]也观察到IL-5，MCP-1基因表达的增加，应用特异性抗IL-5和抗MCP-1的抗体成功的抑制了炎细胞的募集和纤维化的进展。Huaux等[12]观察到2型因子在鼠硅肺中分泌水平增高，应用IL-10基因剔除技术纤维化程度明显减轻。 人体研究发现，来自特发性肺纤维化，系统性硬化症所致纤维化病人的组织成纤维细胞、肺泡巨噬细胞、淋巴细胞均有Th2因子过度表达，这些因子包括IL-4，IL-5，IL-13和MCP-1。胶原疾病所致纤维化以及IPF患者BALF中的IL-5，MCP-1水平增高，血清MCP-1水平也高于正常值[13,14]。Wallace等[15]对IPF患者病理组织免疫组化染色发现，50%以上间质单核细胞IL-4，IL-5染色阳性，而IFN-γ染色阳性者仅占单核细胞总数70%以下。另一研究[16]证实IPF和系统性硬化症的病人肺间质组织IL-5，IL-4的高表达，IPF组Th2型细胞因子水平增高程度超过了系统性硬化症，而IL-12、IFN-γ等Th1型细胞因子表达阳性率却明显低于系统性硬化症。相对于IPF，胶原病肺纤维化Th1 /Th2因子平衡失调较为缓和，一定程度上解释了二者病情严重度的差异。 1.2 Th1 /Th2因子的作用机制 IL-4是在纤维化的发生发展中起主要作用的Th2因子，Gillery及Holness分别观察到IL-4刺激人成纤维细胞胶原基因的表达和细胞外基质蛋白的沉积[17,18]。Sempowski等[19]发现IL-4在翻译前水平有促成纤维细胞增殖和胶原合成的作用。对巨细胞病毒肺部潜伏感染的小鼠，注射IL-4后很快出现间质性肺炎，甲基强地松龙治疗者无此反应，提示IL-4在纤维化的起始阶段的作用尤为突出[20]。 IL-13是另一类具有多种作用的Th1型因子，可以促进黏液分泌，嗜酸粒细胞炎症，气道高反应而参与多种肺部疾病。Homer等[21]的研究证实，IL-13可以诱导肺泡Ⅱ型上皮增生，使肺泡表面活性物质异常增多、沉积，是肺泡蛋白沉积症等伴Ⅱ型上皮增生的肺部纤维化性疾病的主要介质。IL-13和MCP-1在体内外均有促进1型前胶原纤维合成的作用，机制主要是激活巨噬细胞促进TGF-β的表达[22,23]。另有研究者发现MCP-1有促进IL-4分泌的作用[24]。此外，近有研究[25]发现IL-4和IL-13可减少肺成纤维细胞PGE2的释放，引起环氧化酶表达减少，促进成纤维细胞介导的胶原凝胶的收缩，参与基质重建。IL-10的作用机理是抑制Th1型因子的表达，加强Th2型因子的作用。 Th1细胞因子主要在损伤期和炎症期发挥作用，同时也参与纤维化的形成并起调节作用。代表性的细胞因子是IFN-γ，在慢性炎症和胶原沉积中的多个环节起免疫调节作用：它可以抑制体外成纤维细胞的增殖，减少Ⅰ型和Ⅲ型前胶原mRNA水平[26]，抑制血小板源性生长因子（PDGF）刺激成纤维细胞增生的作用，同时刺激肺泡巨噬细胞PDGF的表达[27]，促进成纤维细胞表达基质降解金属蛋白酶(stromelysin-1)[28]，对成纤维细胞VCAM-1和IAM-1等表面黏附分子的表达有调节作用[29]，是成纤维细胞分泌的嗜酸粒细胞趋化因子的强效抑制剂[30]；抑制TGF-β的分泌并减弱其作用。应用IFN-γ成功的减少了动物肺、肾纤维化模型中ECM的沉积[31,32]；血清IFN-γ低水平IPF患者，病情恶化较IFN-γ高水平患者为速[33]，充分显示了IFN-γ抗纤维化的作用。研究表明，IL-12在实验动物过敏性肺炎的进展中起重要作用。IL-12p40通过加剧巨噬细胞募集，参与硅尘诱导的肺炎症和纤维化[34]。 此外，IL-12和IL-18有促进IFN-γ表达的作用，应用抗IL-12 和抗IL-18的抗体使LPS诱导的结节病患者BALF细胞生成的IFN-γ水平下降[35]。 2 Th1 /Th2 细胞因子平衡与肺纤维化的治疗 纠正过强的Ⅱ型免疫应答，恢复Th1 /Th2 细胞因子的平衡，是近年肺纤维化治疗的研究方向之一。动物实验中IFN-γ有明确的抗纤维化的作用。Ziesche等[36]对IFN-γ治疗肺纤维化进行了Ⅱ期随机对照临床研究, 选择了18名常规激素治疗1年后病情无明显改善的IPF患者，结果显示，应用IFN-γ-1b治疗组患者肺功能指标TLC，FVC和动脉血氧PaO2均有显著性改善，单独强地松治疗组相应指标仍持续恶化，前者临床症状的改善同时伴有TGF-βmRNA水平的降低和IL-4含量的下调。皮下注射IFN-γ对于系统性硬化症患者也显示了良好的疗效[37]，血气得以改善，皮肤纤维化程度减轻。目前关于IFN-γ治疗IPF得出的初步临床经验有：IFN-γ疗效取决于两方面条件-组织纤维化的程度（由临床症状的持续长短反映）和感染是否得以控制（包括前期即存在的和治疗过程中出现的）。每周3次皮下注射，每次180-200μg，应用9-12个月，效果较为满意，有患者需应用至15个月。IFN-γ治疗最常见的副作用是发热和寒战，大多在前6到9周逐渐消失，若治疗中以上症状再次出现多由感染引起。停用IFN-γ后，IPF患者仍有病情恶化的可能。应用IFN-γ等Ⅰ型因子治疗IPF，需警惕过度增强的Ⅰ型免疫应答有致自身免疫性疾病的危险性。同时，作为一项新的治疗手段能否推广应用于临床，尚需大样本、多中心、双盲随机、Ⅲ期临床对照试验。 除IFN-γ外，IL-12也显示出治疗纤维化的作用，动物实验[40]中，应用IL-12可缓解布莱霉素介导的肺纤维化和吸虫介导的肝纤维化的病情。 2 CD40—CD40L与肺间质纤维化 研究证实，肺组织多种细胞表面表达CD40，如肺泡壁Ⅱ型上皮细胞、肺泡巨噬细胞、肺成纤维细胞[8,15-17]。炎性损伤时，血浆炎性细胞渗出，在趋化因子作用下聚集在某一部位肺组织，通过CD40—CD40L机制与组织细胞相互作用，引起细胞生物学行为改变，如前炎症介质的释放，细胞间黏附分子的表达，环氧合酶COX-2的合成[18]。炎症后期，通过CD40—CD40L交联，成纤维细胞增生、聚集，合成并释放胶原蛋白，沉积在组织局部，引起纤维化。 2．1 免疫炎症细胞间的相互作用 APC细胞表面CD40与CD4+ T细胞表面CD40L相互作用，为CD4+ T细胞的成熟和分化提供了必需的协同刺激信号。T细胞接受源刺激和协同刺激后，因抗原性质不同分化为Th1、Th2亚群。Th1主要分泌IFN-γ，IL-2，IL-12，TNF-β；Th2主要分泌IL-4，IL-5，IL-10，IL-13及单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）。急性炎症时，在细胞因子作用下，Th2过度活化，Th2型细胞因子占优势，常导致炎症持续，向纤维化发展[19]。有资料表明，IL-4有促成纤维细胞增殖，胶原基因蛋白表达的作用[20]。MCP-1有促进TGF-β分泌的作用，后者是成纤维细胞的趋化因子，且可诱导P53，P21WAFI/PICL及增殖细胞核抗原（PCNA）的高表达，对纤维化的形成有显而易见的重要性[21]。同时，T细胞表面CD40L表达上调，金属蛋白酶（MMP-1）产生增加。 CD40-CD40L交联对于B细胞的增殖分化、抗体产生和抗体同种型转换也是必需的协同信号。此外，树突状细胞分化成熟为完全APC的过程中，包含CD40表达的上调，树突状细胞的CD40与活化CD4+ T细胞表面的CD40L交联，可延长其成活时间，维持高水平人类白细胞表面抗原HLA-2并上调CD25、CD58、B7-1、B7-2的表达，诱导TNF-α、IL-8、巨噬细胞炎症蛋白-1α（MIP-1α）的分泌[10,22]。因此，CD40-CD40L交联对于巨噬细胞/树突状细胞介导的炎症的发生和维持也是必需的，阻断CD40-CD40L通路减少了同种异体排斥反应的发生，延长移植物的存活时间也说明了这一点[23]。 2．2 免疫炎症细胞与组织细胞间的相互作用 CD40-CD40L交联诱导炎细胞分泌的IL-1和TNF-α可导致血管内皮损伤 [24]。损伤的血管内皮，通过与T细胞、肥大细胞、活化的血小板经CD40-CD40L相互作用，分泌炎症因子，促进E选择素（CD62E）的表达，并上调细胞间黏附分子ICAM-1和血管细胞黏附分子VCAM-1，吸引大量炎细胞穿越血管壁进入间质[25] ，炎症反应加剧。Wiley等[26]应用外源性可溶性CD40L注射小鼠诱导其肺部出现炎症反应，肺泡内有多形核白细胞和巨噬细胞聚集，证明CD40-CD40L交联机制参与了内皮损伤介导的炎症反应。炎细胞一旦进入肺间质，接触组织细胞，肺组织的损伤便会大大加重[4,5]。 肺巨噬细胞，肺上皮细胞，渗出的单核细胞表面均有CD40的表达，与T淋巴细胞、肥大细胞表面CD40L相互作用，可引起：(1) 肺泡巨噬细胞抗原递呈功能增强，CD54、B7-2、CD40及MHC-2表达上调，活化并分泌IL-1、IL-6、IL-12、TNF-α 、PDGF、MCP-1、NO及MMPs[24]， TNF-α是单核细胞募集的重要趋化因子，多种类型的肺间质纤维化均可见BAL中单核细胞数目增多。MMPs有介导结缔组织降解、清除和重建的作用。(2) 肺成纤维细胞、肺巨噬细胞高表达环氧化酶COX-2，继而合成大量PGE2[16,29]，PGE2有强的促进炎症和加强Th2型细胞因子分泌的作用，是一种强效的炎症介质。(3) 在CD40-CD40L机制中，肥大细胞募集、活化，分泌TGF-α等细胞因子[30]；与成纤维细胞作用，促进成纤维细胞增殖,活化；分泌IL-16，IL-16是CD4 T细胞的趋化因子[31]，应用抗CD40L抗体可有效减少肥大细胞的聚集[4,5]。(4) T细胞与肺泡巨噬细胞、上皮细胞、渗出的单核细胞通过CD40-CD40L机制的持续作用，使这些细胞持续表达B7协同刺激分子，分泌 TNF-α，IL-12和GM-CSF，这些分子信号持续激活静止的组织细胞，导致肺部炎症的级联扩大和持续[6]。 成纤维细胞是存在于不同组织的一群异质性细胞，是组织修复和纤维化的最终效应细胞。不同解剖部位，如眶、齿龈、表皮、滑膜、肺的成纤维细胞具有不同的表型[15，32，33]。研究发现，CD40-CD40L通路不仅可以介导成纤维细胞与游出的炎细胞间的相互作用，产生免疫调节信号，还可以促进成纤维细胞多种分子的生物合成，最终导致纤维组织增生。生理状态下，成纤维细胞有低水平CD40的表达，炎症发生时，炎症介质IFN-γ，TNF-α可使CD40表达上调[15]。T细胞，肥大细胞通过CD40-CD40L途径作用于成纤维细胞，可引起：（1）细胞因子的合成。成纤维细胞表面CD54、CD106等黏附分子表达增强，经NF-κB途径合成分泌前炎症因子及趋化因子IL-6、IL-8[15，27]；IL-1介导的粒巨噬细胞集落刺激因子（GMSF）和MIP-1生成增加[34]；合成大量环氧化酶COX-2，既而生成大量前列腺素PGE2[16]，炎症加重。（2）成纤维细胞增生。Rissoan等[34]研究发现，CD40-CD40L交联与IFN-γ的协同刺激使成纤维细胞增生极度活跃。慢性炎症刺激可使大量成纤维细胞持续进入细胞增殖周期，分泌胶原蛋白。（3）参与基质成分的合成与代谢。Cao HJ[35]的研究表明，伴随CD40-CD40L交联，眶成纤维细胞合成大量透明质酸，这一过程可被地塞米松部分阻断。CD40-CD40L通路影响成纤维细胞合成金属蛋白酶（MMPs）。研究证实[36]，CD40配体化的齿龈成纤维细胞间质胶原酶（MMP-1）与基质溶酶（MMP-3）释放减少，组织金属酶抑制物（TIMPs）合成量不变。以上资料表明了CD40-CD40L通路在组织修复重建中的重要性。但由于不同表型、不同亚型的成纤维细胞生物学行为存在差异，对肺成纤维细胞的生物学特点及其在CD40-CD40L交联下所起的具体作用需要进一步研究。 2.3 CD40-CD40L交联在继发性免疫应答中的作用 最新研究[6]表明，CD-CD40交联在继发性免疫应答的发生发展中也起作用。Zhang-Hoover等通过注射半抗原免疫小鼠，得到肺间质纤维化模型（HIPIF），观察到，CD40在试验组BAL细胞中的表达阳性，对照组阴性；抗CD40L抗体（MR1）阻断CD40-CD40L通路，BAL中IL-12、TNF—α含量下降；应用抗CD40L抗体或IL-12基因剔除技术，试验组小鼠肺组织中羟脯氨酸合成减少，胶原沉积减轻。从而证明了CD-CD40交联同样参与了自身免疫机制诱发的肺间质纤维化。 2．4 抗CD40L抗体的研究进展 放射治疗是恶性疾病常用的治疗方法，氧疗在临床上用于婴儿及成人肺功能不全，然而长期暴露于放射线及高压氧会引起肺组织损伤及纤维化，已成为临床治疗的难点之一。抗CD40L抗体的出现为解决这一问题提供了希望。 Adawi等[4,5]应用抗CD40L的单克隆抗体（MR1），阻断CD40-CD40L通路，发现有效地保护了肺组织，控制放射线、高压氧对肺组织的损伤，避免纤维化的发生。在暴露于高压氧、放射线前及接触高压氧48小时后，腹腔内注入MR1，记录到COX-2合成减少，肥大细胞募集受抑制，相比于对照组，肺组织炎症明显减轻，胶原沉积极少。无死亡发生。 Adawi和Zhang-Hoover等的研究表明，在原发性肺损伤和免疫继发性肺损伤反应中，拮抗CD40-CD40L机制，均有保护肺组织，防止炎症扩大和纤维化的作用。抗CD40L特异性抗体有可能成为临床肺纤维化治疗的一条新的、特异性途径。同时，研究者也认识到，阻断CD40-CD40L交联，可能会削弱机体正常的免疫功能而引发其他疾病。因而对阻断CD-CD40L通路的免疫治疗，安全性需得到进一步验证[18]。 组织修复调节失衡至纤维化－上皮细胞损伤学说 肺泡微环境异常可能导致组织修复异常、aberrant组织重建表现为IPF的进行性纤维化，包括： 可溶性介质分泌失衡，如趋化素、细胞因子、生长因子、eicosanoids等 过氧化反应增强 以上肺泡微环境异常可引起上皮细胞丢失、成纤维细胞/肌成纤维细胞积聚，从而导致进行性纤维化。 肺纤维化上皮细胞与间质的相互反应异常： 肺泡上皮细胞出现： 凋亡增加、增殖调节异常、移行失调 肺间质细胞出现： 肌成纤维细胞分化、凋亡受抑制、细胞外基质分泌增加 过氧化学说 近来有学者提出过氧化在肺纤维化发生中起重要作用，发现肺泡腔内存在氧化/抗氧化失衡。IPF中性粒细胞产生大量氧化物质，上皮衬液中也富含骨髓过氧化物酶，而GSH作为主要抗氧化保护肺泡上皮细胞损伤的含量很低。应用N－乙酰半胱氨酸治疗IPF初步显示有效。同时非吞噬性细胞如成纤维细胞在肺组织修复损伤过程中也产生氧化物。氧化物影响周围细胞外基质的功能和性质。 |
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