喉气管瘢痕性狭窄中纤维化发生机制及药物治疗进展

黄汝施,陈世彩(第二军医大学附属长海医院，上海200433)

·综述·

喉气管瘢痕性狭窄中纤维化发生机制及药物治疗进展

黄汝施,陈世彩
(第二军医大学附属长海医院，上海200433)

喉阻塞中较为常见的病因之一是喉气管瘢痕性狭窄，其造成的呼吸困难、声音嘶哑和吸气性喘鸣严重影响患者生活质量，甚至危及生命。成纤维细胞、肌成纤维细胞、肥大细胞、巨噬细胞等细胞及转化生长因子β、结缔组织生长因子、表皮生长因子受体等细胞因子均参与了喉气管瘢痕性狭窄的纤维化过程中。药物治疗可能成为喉气管瘢痕性狭窄一个重要预防及治疗策略，常见药物有丝裂霉素C、 5-氟尿嘧啶/氟羟泼尼松龙、他克莫司和雷帕霉素、甲壳素、壳聚糖及其衍生物等。

喉气管狭窄；瘢痕性狭窄；成纤维细胞；结缔组织生长因子；丝裂霉素C；壳聚糖

各种原因引起的喉气管创伤或病变，导致软骨损伤、黏膜破裂或血肿形成，继之纤维结缔组织、瘢痕组织增生、修复，最终形成喉气管狭窄。原因包括外部创伤、喉气管手术和长期气管插管等，然而气管切开和气管插管是抢救呼吸功能障碍危重患者的重要措施，所以，其造成的喉气管狭窄已成为耳鼻咽喉头颈外科医生面临的具有挑战性难题。喉气管损伤初期引起组织细胞变性、坏死，继而发生慢性炎性细胞浸润和纤维组织增生、修复，导致损伤处腔内黏膜层明显增厚、胶原沉积和软骨膜炎，最终形成组织重塑和气道瘢痕[1]。近年，喉气管瘢痕性狭窄的纤维化机制日益受到关注。此外，对于喉气管狭窄迄今无可靠的治疗手段，临床上较为常见治疗方法是手术治疗，面对不同类型狭窄，手术方法选择尤为重要。但是，手术可能造成二次喉气管损伤狭窄以及各种并发症[2]。在狭窄形成前，可应用抗纤维化药物预防及治疗喉气管狭窄。已有许多学者进行喉气管狭窄药物治疗的相关研究。本文就喉气管瘢痕狭窄的纤维化发生机制和药物治疗进展综述如下。

1 细胞与喉气管瘢痕性狭窄中纤维化发生的关系

相关细胞组织器官损伤后，可能存在特定的损伤模式，通过一定机制触发修复过程，由于自身控制不佳，导致纤维化瘢痕和功能障碍。因此，了解其发生机制，需要从参与其中的细胞进行研究。

1.1 成纤维细胞 在喉气管狭窄中损伤处黏膜周围存在活性异常的成纤维细胞，导致纤维化或瘢痕形成。在增生性瘢痕及疤痕疙瘩形成中，成纤维细胞的活化(包括成纤维细胞迁移、增殖、合成、收缩和细胞外基质成分的改变)起了重要作用。Singh等[3]认为，创面的成纤维细胞活性取决于内在表型和外源性信号。内在表型的转变可能与损伤和狭窄程度相关，一种可能是组织损伤越大，其趋化周围组织中或血液循环中的纤维细胞能力越强，加剧纤维化过程；另一种可能是大量炎症介质释放，可诱导成纤维细胞的表型变化。

1.2 肌成纤维细胞 肌成纤维细胞是由成纤维细胞分化成的平滑肌样细胞,具有成纤维细胞和平滑肌细胞的特点。Barnes等[4]认为，血管紧张素Ⅱ和转化生长因子β是对成纤维细胞分化和间充质基质蛋白合成影响最大的肌生长因子，而尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶产生的活性氧是常见的肌成纤维细胞激活物。肌成纤维细胞一旦维持长时间的收缩力，就会对局部基质产生张力，使细胞外基质(特别是胶原Ⅰ)沉积，形成增生性瘢痕，从而使肉芽组织收缩、痉挛，造成永久纤维化病变[5]。

1.3 肥大细胞 肥大细胞普遍存在于结缔组织和黏膜中，特别是在结缔组织中。肥大细胞发生发育、趋化、黏附、活化和存活，主要受肥大细胞及其配体干细胞因子(SCF)表面的酪氨酸激酶生长因子受体和c-kit之间相互作用的影响。SCF又称为肥大细胞生长因子，可能作为一种可溶性因子与c-kit结合后黏附在基质细胞(如成纤维细胞)表面。组织损伤发生炎症时，肥大细胞被激活后释放的因子，如SCF、白介素-3和凝血酶等，促进成纤维细胞活化，促使增生性瘢痕发生。在胶原沉积、瘢痕形成和重塑过程中，纤维化瘢痕较多的组织中肥大细胞数量更多、活化程度更高。

1.4 巨噬细胞 喉气管损伤初期各种慢性炎性细胞浸润，其中巨噬细胞为主要成分。Hillel等[1]发现，小鼠喉气管损伤第7天巨噬细胞数量达到峰值，继而胶原沉积增加，提示巨噬细胞的激活及细胞因子可能与喉气管纤维化有关。巨噬细胞特异性表达与喉气管异常修复有关，可能通过调节免疫细胞及信号通路而减少成纤维细胞增殖和胶原蛋白沉积[6]。

2 细胞因子与喉气管瘢痕性狭窄中纤维化发生的关系

许多纤维化的实验模型研究表明，CD4+T细胞在疾病的进展中发挥了突出作用。参与纤维化的多种细胞因子，如IL-4、IL-5、IL-13、IL-21、转化生长因子β、结缔组织生长因子(CTGF)等，与CD4+T细胞密切相关。

2.1 转化生长因子β 转化生长因子β蛋白家族是一组具有强大的免疫调节性能的多分泌信号分子，包括转化生长因子β1、转化生长因子β2和转化生长因子β3三种亚型，而转化生长因子β1与组织纤维化密切相关，其与血液循环中单核细胞和巨噬细胞共同促进了与纤维化主要相关的细胞增殖。转化生长因子β1是主要的促纤维化细胞因子，主要影响胶原形成、成纤维细胞转化和细胞外基质沉积，是器官组织纤维化中的重要靶目标。在许多纤维化疾病中，转化生长因子β1是已知与细胞外基质聚集密切相关的细胞因子，促进细胞外基质合成并减少其降解；刺激成纤维细胞增殖并促进间质细胞向成纤维细胞转化，同时使成纤维细胞活化后转化为肌成纤维细胞。

2.2 CTGF CTGF是在人内皮细胞培养基中发现的一种新的多肽生长因子，这种生长因子可以刺激成纤维细胞的DNA合成和趋化，促进成纤维细胞增殖、迁移、黏附以及细胞外基质形成，刺激产生细胞外基质成分，如胶原Ⅰ、纤连蛋白和整合素等，导致纤维化形成。Singh等[3]认为，CTGF并不直接刺激成纤维细胞DNA合成，而是刺激成纤维细胞的黏附过程，但这一过程需要大幅度提高CTGF浓度。

2.3 表皮生长因子受体 表皮生长因子受体是一种酪氨酸激酶受体，参与了许多过程，如细胞分化、增殖、迁移。表皮生长因子受体的激活和上皮细胞的再生有助于气道上皮修复。表皮生长因子受体的激活可能有两种不同的途径——配体依赖和配体独立的表皮生长因子受体酪氨酸磷酸化。Burgel等[7]提出，表皮生长因子受体在气道损伤修复中起重要作用，未来可以通过相关表皮生长因子受体临床试验研究出治疗气道损伤后修复的新方法。

3 细胞外基质及其转换失平衡与喉气管瘢痕性狭窄中纤维化发生的关系

细胞外基质是非细胞结构，存在于所有组织中。细胞外基质的重要成分是透明质酸、不同类型的胶原(主要是Ⅰ型和Ⅲ型)、弹性蛋白和纤维连接蛋白。正常组织中的透明质酸保持较高浓度，声带损伤初期其浓度下降，胶原Ⅰ型和Ⅲ型的含量不断增加。细胞外基质可以释放生长因子，如表皮生长因子、成纤维细胞生长因子和其他信号分子(如Wnt蛋白、转化生长因子β和双调蛋白)[8]。

正常组织中也含有细胞外基质，其含量对纤维化形成至关重要。创面的增生性瘢痕和瘢痕疙瘩是由成纤维细胞和细胞外基质过度增殖而产生的。因此，细胞外基质的合成和降解之间的动态平衡决定了伤口愈合和组织纤维化的程度。当细胞外基质合成明显大于降解时，其大量聚集导致组织纤维化；反之，合成弱于降解时，组织纤维化将明显减弱。

4 喉气管瘢痕性狭窄中纤维化的治疗药物

4.1 丝裂霉素C 有研究发现，丝裂霉素C是一种抗生物素且具有抗增殖作用，能抑制成纤维细胞增殖及活性从而抑制纤维化和瘢痕形成。Li等[9]将丝裂霉素C用于人声带，发现丝裂霉素C明显抑制成纤维细胞增殖及Ⅰ型和Ⅲ型胶原的分泌，来预防喉部纤维化。丝裂霉素C并不能完全阻止复发，大多数患者纤维化仍然继续[10]。有学者通过丝裂霉素C雾化吸入治疗狗喉气管的纤维化，认为通过雾化吸入对喉气管纤维化有抑制作用。方琼等[11]发现，球囊扩张术时局部喷洒丝裂霉素C对改善结核性气道瘢痕狭窄患者呼吸困难症状、维持扩张后气道直径方面具有一定的近、远期临床疗效，局部喷洒丝裂霉素C技术安全可行，值得在临床推广。

4.2 氟尿嘧啶/氟羟泼尼松龙 氟尿嘧啶对培养的成纤维细胞具有抗增殖作用，是一种潜在的有毒药物。氟尿嘧啶/氟羟泼尼松龙的联合药物有一个不稳定的碳酸酯键，使之不活跃且不溶于水，其悬浮液是稳定的；但一旦其快速大量进入体内溶于体液，碳酸酯键就会快速水解成活性氟尿嘧啶和氟羟泼尼松龙而产生毒性[12]。其的研究未发现使用氟尿嘧啶/氟羟泼尼松龙后有局部或全身毒性。联合使用氟尿嘧啶/氟羟泼尼松龙能有效减少喉气管狭窄患者瘢痕形成。氟尿嘧啶通过干扰瘢痕成纤维细胞DNA的复制和转录，抑制细胞增殖和胶原蛋白过度表达，以减轻瘢痕增生和胶原沉积。有研究发现，醇质体包含氟尿嘧啶,醇质体作为载体提供更小的体积能够更好渗透到增生的疤痕中，从而使氟尿嘧啶更有效抑制疤痕组织形成[13]。黄振丰等[14]将氟尿嘧啶局部应用于大鼠胆管电凝损伤所致胆管瘢痕狭窄中起到了预防作用。

4.3 他克莫司和雷帕霉素 他克莫司是一种水溶性大环内酯类抑制细胞生长的免疫抑制剂，具有抗增殖和抗炎作用。Daisuke等[15]研究表明，当鼠气管黏膜损伤后，低剂量的他克莫司通过钙调磷酸酶/活化T细胞核因子/IL-2通路来抑制免疫细胞激活，从而对喉气管狭窄起到了预防作用。雷帕霉素对瘢痕疙瘩成纤维细胞的生长具有抑制作用,对其凋亡无显著影响,但可以通过抑制物雷帕霉素靶位信号通路的活化以及调控自噬相关非编码RNA的表达,激活其自噬的发生。

4.4 甲壳素、壳聚糖及其衍生物 甲壳素主要从贝类资源中提取，其化学结构为(1-4)-2-N-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡聚糖，其脱己酰基所得产物称为壳聚糖。壳聚糖的主要成分是葡糖胺，其在体内具有更好的生物降解性和组织相容性，有止血、止痛和抑制微生物生长的作用。此外，其可以促进上皮细胞生长、抑制成纤维细胞增殖和迁移，达到抑制瘢痕组织形成的作用，从而加速创面愈合。Chen等[16]研究发现，羧甲基壳聚糖可促进正常皮肤成纤维细胞增殖，抑制瘢痕疙瘩成纤维细胞增殖，通过抑制Ⅰ型胶原蛋白形成、降低Ⅰ/Ⅱ型胶原蛋白比例而抑制纤维化进程。Zhou等[17]利用几丁质雾化吸入治疗鼠肺纤维化，使肺纤维化明显减轻。

总之，对喉气管瘢痕性狭窄中纤维化发生的机制研究，已从细胞水平到分子水平不断深入，但还有许多尚未阐明，需要通过在体试验和动物模型进一步探索。

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