特发性肺纤维化发病机制及血管新生作用的研究进展

龚 玲综述，刘代顺审校

0 引 言

特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是一种进展性、致死性、不可逆的慢性肺纤维化疾病，具有普通型间质性肺炎(usual interstitial pneumonia，UIP)的组织病理学特征，主要表现为弥漫性肺间质纤维化伴随轻度炎症、成纤维细胞灶与正常肺组织并存、细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的大量增生和沉积、蜂窝组织的形成［1-2］。肺间质纤维化早期以肺泡炎为主，包括多种细胞因子的渗出和大量炎性细胞的浸润。后期成纤维细胞大量增生、胶原沉积，逐渐发展为不可逆的肺间质纤维化。美国新墨西哥州伯纳利欧县的一项研究结果显示，IPF的男性年发病率约为10.7/10 万，女性约为7.4/10万［3］。英国的一项研究认为IPF年发病率为4.6/10万，但1991至2003年，IPF发病率以每年约11%的速度增长，并认为与人口老龄化或轻症患者确诊率增加无关。另据美国一个大规模的健康保险数据库推算，IPF 的年发病率为(6.8 ～16.3)/10 万［4］。由于 IPF病因尚不明确，患者确诊后的平均生存时间为3～5年［4-5］。60% 患者直接死于 IPF［6］，主要死亡原因包括IPF的急性恶化、急性冠状动脉综合征、充血性心力衰竭、肺癌、感染和静脉血栓栓塞性疾病［7］。目前，血管新生在IPF发病机制中的探讨越来越被国内外学者重视，故了解血管新生在IPF中的影响极为重要。文章从IPF发病机制最新研究进展及血管新生在IPF中的作用等方面进行综述。

1 IPF发病机制研究新进展

IPF主要是肺组织受损后修复调节失控及重建异常所引起的病变。在这过程中，一系列细胞因子和生长因子等表达异常、炎性反应、血管新生和重塑、纤维蛋白溶解障碍、基质金属蛋白酶以及外界环境等因素导致的氧化应激参与IPF的发病过程，由此造成上皮细胞缺损、成纤维细胞增生和积聚等主要病变［2］，最终结果是成纤维细胞替代了行使正常功能的肺泡上皮细胞，导致了纤维化的发生。

最新研究表明，炎性反应并不是发生IPF的必需条件，而只是在早期发挥一定的推动作用。炎性反应程度和IPF严重程度并不具有相关性［8］，机体在缺乏免疫抑制时仍可通过效应T细胞发挥促纤维化作用［9］。某些遗传和环境因素，如吸烟、慢性误吸、病毒感染、MUC5B基因启动子区域的多态性［10］和端粒酶基因突变［11］可能在 IPF的发生发展进程中起一定作用。这些因素可能会潜在地导致上皮细胞中内质网应激的增加，最终引发上皮细胞凋亡和上皮细胞-间充质转化(epithelial mesenchymal transition，EMT)［12］。在 IPF 中，主要表现出Ⅰ型肺泡上皮细胞损伤，但Ⅱ型肺泡上皮细胞所涉及的蜂窝病变却被激活，从而造成肺泡表面活性物质异常表达和肺泡塌陷。此外，在上皮细胞和成纤维细胞中，Wnt信号通路的参与以及SHH蛋白表达的上调、磷酸酶与张力蛋白同源物表达的下调都预示着不良的修复过程［13］。

肺微环境中异常活化的肺泡上皮细胞有促纤维的效应。存在于异常激活的肺泡上皮细胞上的凝血因子Ⅶa因子X络合物能活化激活成纤维细胞的X因子。此外，活化的凝血因子X能诱导凝血酶的激活，从而在蛋白酶激活受体-I的介导下刺激肌成纤维细胞分化成纤维细胞［13］。肌成纤维细胞较成纤维细胞有更高的促纤维化潜能。因此，这些细胞将会造成ECM沉积和肺结构的破坏。一方面，隐藏于肺泡上皮细胞的一些介质如血小板衍生生长因子(plateletderived growth factor，PDGF)、转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)及内皮素-1 会导致间充质细胞的迁移、增殖和分化;另一方面，在IPF中上皮细胞内基细胞源性生长因子12的表达显著增加，这会引起血液循环中的趋化因子受体4大量涌入肺成纤维细胞，上皮细胞可能会通过EMT快速增加成纤维细胞和肌纤维母细胞的数量［13］。

成纤维细胞被认为是IPF发病过程中主要的效应细胞。在IPF发展过程中，与之发展关系较为密切、明显和重要的肺组织形态学特征是成纤维细胞灶的出现。成纤维细胞灶的形成被认为是IPF发病的前兆因素。高机械应力(力传导)活跃的TGF-β增加以及基质蛋白(如ED-A)的产生，是成纤维细胞向肌纤维母细胞分化过程中所需的3种成分。肌纤维母细胞能诱导ECM的过度积聚、基底膜的分解和上皮细胞的凋亡［13］。TGF-β和内皮素-1被认为在成纤维细胞对凋亡抵抗过程中起重要的作用。

正常肺组织中90%以上的肺泡上皮均为Ⅰ型肺泡上皮。但在肺纤维化中，Ⅰ型肺泡上皮会大量减少［13］。Ⅰ型肺细胞的减少导致IPF纤维化的机制尚不清楚，但抗肺纤维化分子，如caveolin-1的减少和晚期糖基化终产物受体可能导致上皮再生障碍。

在一些研究中发现，存在于基底膜和血管周围衬里的周细胞是间质衍生细胞是肌成纤维细胞的来源［14］。与此一致的是，有报道说明胸膜间皮细胞通过诱导TGF-β展现EMT。虽然血管新生的确切作用还没有得到证实，但是新生血管形成在组织损伤后的再生中必不可少［13］。在纤维组织如成纤维细胞灶中，几乎很难看到新血管的形成，然而非纤维化组织以丰富的新生血管形成为特点，显示了血管重塑。

2 血管新生形成机制

血管新生是从先前存在的血管上生长新的毛细血管的生理过程。其过程实际上就是沿着血管排列的血管内皮细胞增殖的过程，包括内皮细胞的趋化、移动、增殖，形成新的管腔［15］。目前血管新生在肿瘤以及许多缺血性和炎症性疾病，如糖尿病视网膜病变、类风湿关节炎和动脉粥样硬化的发病机制中起重要作用。

血管生成是脉管系统以生成血管内皮细胞的形式重新构造的过程。血管生成过程中最重要的一环就是血管内皮细胞的增殖及迁移，血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)在血管的发生、淋巴管的形成和血管生成过程中都具有重要的作用。

血管新生虽然不同于血管生成，但两者均是由刺激血管生长因子和抑制血管生长因子的精妙平衡所调控［15］。当这种平衡被破坏时，如在组织损伤的情况下所产生的结果可能是血管新生。

3 IPF与血管新生

3.1 IPF中的血管新生 血管新生是伤口愈合的重要组成部分，异常血管新生与皮肤伤口的纤维化形成相关联［16］。在动物模型中，肺损伤之后就会发生包括新生血管形成的显著肺血管的变化。有研究发现，在IPF患者中存在广泛的血管新生。同时，在IPF患者血浆中发现了促血管生成因子和细胞因子的表达增加［15］。此外，Farkas等［17］发现 IPF 中存在微血管和大血管重塑。

早期研究在IPF中发现血管新生。这一现象被解释为组织在缺氧的条件下会发出血管生成的信号，从而刺激血管新生来改善组织的供氧情况。然而最近有研究表明，在IPF成纤维细胞灶中的血管新生减少，且在IPF患者的血清中血管生成抑制因子即血管内皮素的表达水平升高［16］。因此，引发了有关新生血管是否为IPF发病机制的争议。IPF中的微纤维化区或正常肺组织区毛细血管密集程度增加，但在纤维化程度最严重的区域毛细血管密集程度却减少，IPF中的成纤维细胞灶无血管组织，其周围是由毛细血管分布的杂乱无章的组织所包绕［15］。

3.2 IPF中的血管生成及血管生成抑制因子 趋化因子作用于特定的跨膜受体，并通过与白细胞、内皮细胞和成纤维细胞的相互作用调节血管的生成。有研究发现，在人类IPF中存在血管生成因子［15］。在博莱霉素诱导的IPF模型中，抑制炎症和血管新生是抗纤维化治疗的一种方法［15］。在IPF中，存在着血管生成CXC趋化因子IL-8和血管生成抑制因子干扰素诱导蛋白-10(interferon inducible protein-10，IP-10)生成失衡。这些研究表明，血管生成和血管生成抑制因子失衡是 IPF 发病机制之一［15，17］。

VEGF是迄今已知的最有力的血管生成因子之一［15，17］。VEGF能增加血管通透性，是维持血管完整性的关键因素。VEGF在博来霉素诱导的IPF中存在作用，纤维化肺组织中存在大量含VEGF的II型肺泡细胞和肌纤维母细胞，它们中的VEGF活性增强可能会诱导巨噬细胞活化的和肥大细胞的迁移和聚集，从而将参与纤维化形成过程的细胞与血管新生联系起来［15］。

除了这一经典的血管生成的元素外，缺氧诱导因子1a是一种转录因子，也可以促进血管新生，是氧平衡的主调节器。缺氧时通过缺氧诱导因子1α的转录活性来诱导几乎所有的促血管生成因子的表达。其他血管新生刺激因子包括胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factors-1，IGF-1)、PDGF 和 TGF-β［18］均高度表达于IPF中，并与IPF的发病机制密切相关。此外，血管生成趋化因子IL-8和ENA-78在纤维化肺组织中表达增加，而内皮素-1则通过诱导VEGF来增强血管的新生［15］。

在人和动物的成纤维细胞灶中已提及血管生成抑制因子色素上皮细胞源因子(pigment epitheliumderived factor，PEDF)的存在［17］。纤维化组织中PEDF表达增加与VEGF的减少相关，这与PEDF控制VEGF在纤维化肺组织中的表达具有一致性。在肺损失修复过程中，PEDF和VEGF之间的定位差异可能预测到血管的变化。但纤维化组织中PEDF表达的确切机制仍然未知［15，17］。

血管内皮抑素是另一种抗血管新生的多肽［15，17］。IPF患者血清中内皮抑素水平升高，内皮抑素可能通过激活组织成纤维细胞而释放，并且可能会通过参与胶原代谢而直接参与IPF形成［15］。

血管生成素(Angiopoietin，Ang)-1和-2也是血管新生的关键调节介质，其是否在IPF的发病机理中的作用尚不得而知［15，17］。在 IPF中发现 Ang-1显著减少，而Ang-2蛋白水平却增加。从而推测在IPF中，这种强烈的抑制血管生成的因子可能在IPF中参与抑制血管新生［15］。

3.3 IPF血管新生中的基质及其降解物 IPF的特点是过度和异常的ECM沉积。在IPF中，ECM动态平衡和组织重塑的机制涉及基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)，这是由金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP)调节［2］。在IPF中，高水平的MMP-1、-8和-9与TIMP-1、-2水平的改变有关。由于MMPs是血管新生必不可少的条件，因此很可能MMPs和TIMPs在纤维化中的异常调节是IPF中血管新生的一个重要影响因素［15］。

透明质酸(Hyaluronan，HA)是一个丰富的ECM成分。HA与间-胰蛋白酶抑制剂(inter-a-trypsin inhibitor，IAI)相互作用，且促进肺损伤后纤维化的血管新生［19］。在体外，IAI能显著增强HA的小碎片在血管新生中的作用。相反，IAI缺乏会导致炎症的增强，并且会减少博莱霉素诱导的肺损伤模型的血管新生［19］。目前，IAI与HA均被发现于IPF的成纤维细胞灶中，并在成纤维细胞灶的周围血管区域高度表达，这表明HA是IPF促血管新生的分子。

4 展 望

迄今为止，科学家们正逐步关注到IPF发病机制中血管新生/血管新生抑制机制的重要性。只有通过越来越多更深入和更具科学性的论证，才有可能发现血管生成相关因子及其抑制因子在IPF中的作用，并由此提出靶向治疗的研究方案［20］。

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