脏器纤维化的研究进展和重要科学问题

韩 敏， 聂 静， 李 萃， 孙瑞娟， 董尔丹, 2△

(1国家自然科学基金委员会医学科学部， 北京100085；2北京大学第三医院血管医学研究所, 北京 100191;3南方医科大学南方医院肾内科， 广州 广东 510515)

慢性非传染性疾病(以下简称慢性病)是人类健康最大的挑战之一。近年来,随着经济快速增长，我国的慢性病发病率迅速上升，并呈现年轻化趋势。目前我国明确诊断的慢性病患者超过2.6亿人, 占我国人群死因构成的85%、疾病负担的69%, 已经成为严重的公共卫生问题和社会问题。脏器纤维化是器官组织内纤维结缔组织增多和实质细胞减少的病理变化, 是多种慢性疾病的共同病理特征。心、肝、肺和肾等实质脏器纤维化是导致脏器功能衰竭及患者致残致死的主要原因[1]。但是，由于对脏器纤维化的发病机制缺乏深入认识，导致在临床上缺乏用于早期诊断和预警的生物标志物，专门针对纤维化的治疗药物几乎没有。

不同脏器纤维化既有其不同的器官特性，也存在很多共性的科学问题。国家自然科学基金委员会自成立以来始终关注脏器纤维化相关领域的研究，30多年来围绕脏器纤维化的热点和难点问题，资助了大量系统性的研究工作，推动国内脏器纤维化基础研究领域的快速发展，建立了多支脏器纤维化的研究团队，并取得了一些重要研究成果。由于学科间的交叉以及科学问题的复杂性，某些重大科学问题的解决需要多学科组队联合攻关。为了顺应科学研究的需求，国家自然科学基金委员会3年前举办了“脏器纤维化的发病机制和干预的基础研究”学术研讨会[2]，并以重点项目群的形式对心脏、肝脏、肾脏和肺脏等多脏器纤维化研究进行了集团性系列资助。在此基础上，国家自然科学基金委于近期再次举办学术研讨会，交流并分享近年所取得的研究成果，并围绕本领域的重要科学问题展开充分讨论，提出未来值得关注的重要问题。现将本次会议报告的内容进行总结。

1 肾脏纤维化的研究进展和未来热点问题

肾脏纤维化的本质是肾组织损伤后的“疤痕化”修复。肾脏纤维化持续进展可致肾脏结构破坏和功能减退，是各种慢性肾脏疾病进展至终末期肾衰竭的共同途径[3]。因此，长期以来，肾脏纤维化一直是国内外肾脏病基础和临床研究中最受关注且最重要的科学问题。在上一届的研讨会上，与会专家包括南方医科大学侯凡凡教授总结了当时国际上的研究热点，并提出未来值得关注的几个重要科学问题：(1)肾脏固有细胞损伤和修复障碍机制；(2)肾脏肌成纤维细胞生成和持续活化机制；(3)脏器之间的相互调节和交叉对话在纤维化中的作用；(4)发现新的促进肾脏纤维化的危险因素及其作用机制；(5)肾脏纤维化的生物标志物和治疗新药物、新技术。

肾脏固有细胞的损伤是纤维化的起始环节[3]。肾小管上皮细胞的强大增殖能力是急性损伤后进行完全性组织修复的基础。任何干扰和抑制肾小管上皮再生的因素均可能导致修复不良，以致纤维化发生。南京医科大学的张爱华教授团队长期从事肾脏固有细胞损伤机制的研究，这几年重点探讨线粒体功能障碍在肾小管上皮细胞损伤中的作用，发现线粒体功能障碍可以直接或间接地引发肾小管上皮细胞的损伤，维持线粒体稳态、保护线粒体功能可以保护肾小管上皮细胞功能，显著延缓肾脏纤维化的进展[4]。Lon 蛋白酶(Lon protease)是线粒体内含量最多、最为重要的蛋白酶，参与降解线粒体内不正常的蛋白，特别是降解那些氧化损伤及错误折叠、组装的蛋白。在多种肾纤维化动物模型中Lon蛋白酶表达下调；肾小管细胞条件性敲除Lon蛋白酶加重肾间质纤维化。因此，Lon蛋白酶引发线粒体内底物蛋白降解减少及异常累积，进而诱导线粒体稳态失衡是启动和促进肾脏纤维化的新机制。

转化生长因子β(transforming growth factor-β, TGF-β)、Wnt/β-catenin和Notch等促纤维化信号通路在纤维化中的作用是过去十多年国际上的主要研究热点。3年前，与会专家们提出，在研究各个信号通路在肾脏纤维化中独立作用的同时应该关注信号通路之间的相互调节作用，从而发现一些关键的作用节点。关于这一问题，南方医科大学刘友华教授团队的研究证实Wnt/β-catenin是介导肾纤维化的关键信号通路，Sonic Hedgehog (Shh)是该信号通路的上游正性调控因子[5]，而Klotho是该通路重要的负性调控因子[6]；更重要的是，β-catenin可以上调肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system，RAS)各组分基因的表达，从而揭示β-catenin作为信号网络中的一个关键节点蛋白，通过与传统促纤维化信号RAS的交互作用促进肾纤维化[7]。权威期刊专发述评称这项研究是“可能改变慢性肾脏病临床实践的重要进展”。

肾间质纤维化的特征是细胞外基质沉积，活化的肌成纤维细胞是目前公认的细胞外基质的主要来源，因此，肌成纤维细胞的来源以及肌成纤维细胞活化机制是肾脏纤维化研究的关注重点之一。“微环境”在调控器官发育、组织损伤修复中发挥重要作用。Tenascin C是一种非结构性细胞外基质蛋白。复旦大学郝传明教授团队的研究发现，tenascin C在正常肾脏几乎不表达，但是在纤维化肾脏的表达显著上调。而且tenascin C可促进肌成纤维细胞的增殖和活化，下调tenascin C表达可减轻纤维化。有趣的是，tenascin C虽然表达于肾间质细胞，但是与肌成纤维细胞仅部分重叠，说明还有一种未知的肾间质细胞可以产生细胞外基质。因此，鉴定表达tenascin C细胞的性质并明确其来源、阐明调控tenascin C表达的机制，将拓展对细胞外基质来源以及肌成纤维细胞活化的认识，为抑制纤维化提供新的靶点。

南方医科大学侯凡凡教授团队的研究发现[8]，慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)时高盐摄入活化肾脏和脑组织肾素-血管紧张素系统；引起脑部多个神经核团的交感紧张度增加和氧化应激，从而增加肾交感神经的活性；脑-肾之间通过肾脏传入和传出冲动相互作用，形成病理正反馈环，促进肾纤维化发展；阻断肾-脑RAS轴或交感反射弧能显著减轻肾纤维化进展，该研究首次明确了脑组织RAS活化在肾脏纤维化中的作用，为研究脏器之间的相互调节和交叉对话与肾脏纤维化机制开拓了新领域。

既往专家们指出中国人遗传背景、膳食结构和代谢特征与其它国家人种存在差异，了解中国人肾脏纤维化的风险因素，将有助于制定针对中国人群的卫生防御策略。例如，中国人叶酸缺乏比较普遍，北方人群的叶酸缺乏率高达67.1%，远高于欧美国家，导致同型半胱氨酸血症(hyperhomocysteinemia，HHcy)在中国人群中较欧美国家常见。但是HHcy能否促进CKD和肾脏纤维化进展尚无定论。近年来南方医科大学侯凡凡教授和聂静教授团队通过细胞、动物以及人群研究，全面探讨了HHcy促进肾脏纤维化以及CKD进展的作用和机制：首先，通过社区的大样本队列研究证实，基线Hcy水平可以预测高血压人群的CKD发病风险以及eGFR的下降率；而且伴HHcy人群的肾功能减退较Hcy水平正常者更为显著。更重要的是，研究发现在降压同时补充叶酸显著降低高血压患者肾功能减退的速度，使肾脏病变进展的风险降低21%，尤其在治疗前已有慢性肾脏病的患者，补充叶酸使肾脏病变发展的风险降低了56%。上述人群研究的结果证实HHcy是CKD的独立危险因素[9]。细胞和动物实验发现Hcy抑制组蛋白甲基转移酶G9a的表达，降低collagen I启动子区域H3K9二甲基化水平，从而活化collagen I的表达，促进肾脏纤维化进展[10]。另外，Hcy可以上调RAS基因的表达，活化RAS，促进肾脏纤维化。上述临床和基础研究揭示了同型半胱氨酸血症导致肾脏损伤的分子机制，为确立同型半胱氨酸血症是CKD的独立危险因素提供了证据，为临床延缓中国人群CKD进展提供了新的干预靶点和策略。

另外，CKD可引起氨基酸、脂肪、矿物质(钙磷)等多种代谢异常。糖尿病(糖代谢紊乱)和肥胖(脂代谢紊乱)等对肾脏的损伤作用和相关机制近年受到广泛关注并有大量研究，但是关于肾脏固有细胞的糖、脂肪以及氨基酸代谢稳态，以及损伤后的代谢失衡等研究尚处于起步阶段，鲜有报道。南京医科大学杨俊伟教授团队通过高通量技术结合生物信息学分析发现，在肾间质纤维化过程中肾小管细胞存在以糖酵解增强、脂代谢降低为特征的代谢重组；而且促进糖酵解本身能够诱导肾小管上皮细胞转分化；反之，抑制糖酵解能够减轻单侧输尿管梗阻(unilateral ureteral obstmction，UUO)等动物模型肾间质纤维化的程度[11]。

回顾过去几年的研究，与会专家一致认为，国内学者在肾脏固有细胞损伤机制、肌成纤维细胞的来源和活化机制、代谢失衡以及器官交互作用在纤维化中的作用等几个重要领域取得了一系列有科学价值和临床指导意义的成果。根据目前的研究进展和国际趋势，认为以下几个问题值得重点关注：(1)肾脏固有细胞损伤、修复障碍机制；(2)肌成纤维细胞的来源、募集和活化机制；(3)免疫、代谢失衡在纤维化中的作用；(4)肾脏局部微环境对纤维化的影响；(5)细胞之间以及器官之间交互作用在纤维化中的作用；(6)纤维化早期预警和风险评估的生物标志物，抗纤维化治疗新药和新技术。

2 肝脏纤维化的研究进展和未来热点问题

肝纤维化(liver fibrosis)是由各种慢性肝脏疾病(如病毒性肝炎、酒精肝和非酒精性脂肪肝等)引起的肝脏创伤愈合反应，是终末期肝病的共同病理基础。肝纤维化以细胞外基质增生和降解失衡、细胞外基质成分发生转变并异常沉积为特征。其持续发展将进展为以纤维间隔和假小叶形成为特征的肝硬化，肝硬化病人常发展为肝功能衰竭、门脉高压，最终引起肝癌。我国是肝病大国，各种肝病患者多达4亿，约占世界肝病患者的1/3，给社会带来极大的医疗挑战和严重的经济负担。由于肝纤维化是可逆的病变，而肝硬化进展到晚期则不能逆转。因此，阻断、抑制或逆转肝纤维化成了治疗慢性肝病的一个十分重要的目标，而深入揭示调控肝纤维化进展的细胞和分子机制，是诊断和治疗慢性肝病的前提。在3年前的研讨会上，与会专家就肝纤维化的研究现状提出了几个值得关注的重要科学问题：(1)生活方式、代谢特征以及其它环境因素对脏器纤维化发生、发展的影响极其作用机制；(2)肝脏实质细胞与非实质细胞(枯否氏细胞、血窦内皮细胞和肝星形细胞)之间相互作用在纤维化中的作用；(3)肝脏固有细胞损伤、修复再生障碍等机制；(4)肝脏纤维化早期、无创、定量检测技术和风险评估的生物标志物；(5)治疗肝脏纤维化的新药物和新技术。围绕这几个关键科学问题，在肝纤维化的基础和临床研究中，我国科研工作者在以下几个方面取得了系列进展。

2.1肝细胞核因子(hepatocyte nuclear factor，HNF)FOXA2表达影响肝纤维化的分子和细胞机制 肝细胞对维持肝脏功能和稳态起着至关重要的作用，但肝细胞损伤对肝纤维化的作用尚未得到足够的重视。第二军医大学长征医院消化内科谢渭芬教授课题组近10年来围绕肝细胞核因子在肝细胞损伤中的作用进行了大量的研究。FOXA2是HNF家族的一个重要成员，在肝脏发育和功能调控中发挥重要的作用，但其在肝纤维化中的作用尚未见报道。谢教授课题组利用免疫组化和real-time PCR检测了正常人肝组织和肝纤维化患者肝组织中FOXA2的表达，发现其在人肝纤维化组织中表达下调。进一步利用四氯化碳(carbon tetrachloride，CCl4)诱导的肝纤维化小鼠进行检测发现，FOXA2在肝细胞中表达明显下调，而在肝星状细胞中表达上调。利用慢病毒载体分别在大鼠和小鼠的肝脏中过表达FOXA2，可显著减轻其肝纤维化；而利用腺相关病毒特异性剔除肝细胞FOXA2，则促进小鼠肝纤维化进程。同时用慢病毒载体在肝星状细胞中过表达FOXA2则对肝纤维化没有影响。表明FOXA2主要通过影响肝细胞调控肝纤维化的进展。进一步的分子机制研究显示FOXA2可能是通过调控肝细胞氧化应激和内质网应激水平影响肝细胞凋亡而影响肝纤维化的进程[12]，提示FOXA2可能通过参与肝保护而抑制纤维化进展。

2.2肠道菌群和胆汁酸代谢在肝纤维化形成中的重要作用 脂肪性肝病正成为一种在中国和西方国家日益普及的慢性肝病，约15%～25%的脂肪性肝病患者在未来的10～15年会发展为肝纤维化和肝硬化，其发生与肠道菌群紊乱和胆汁酸代谢异常密切相关。围绕这个现象，第四军医大学西京医院聂勇战教授、上海交通大学仁济医院马雄教授和上海交通大学第六人民医院贾伟教授的课题组近年来做了系列研究。马雄教授课题组发现[13]胆汁酸核受体FXR通过GW4064激活后，可以扩增髓系来源的抑制性细胞(myeloid derived suppressor cells，MDSC)，从而在原发性胆汁性胆管炎(primary biliary cholangitis，PBC)中发挥重要的免疫调控作用；贾伟教授课题组[14]采用肠道菌群元基因组学技术、胆汁酸代谢相关表达谱以及基础质谱的定量代谢组学技术，在大规模人群样本、动物和细胞模型中系统研究了胆汁酸代谢异常与肝纤维化病变的关系，初步明确了引起胆汁酸代谢异常的肠道菌群结构的变化特征，胆汁酸成分对肝星状细胞的激活作用，并提出“经肠道细菌代谢后的胆汁酸在肝脏的持续升高是导致肝纤维化发生和发展的一个重要因素”的科学假说；聂勇战教授课题组利用肝细胞特异剔除SIRT1小鼠结合CCl4诱导的肝纤维化模型发现，肝细胞剔除SIRT1小鼠肝纤维化明显加重。利用质谱发现并通过一系列实验证实SIRT1缺陷，影响胆汁酸稳态，抑制窦周间隙和胆管细胞IQ结构域三磷酸鸟苷合酶激活蛋白1(IQ motif containing GTPase-activating protein 1，IQGAP1)的表达，从而抑制肝星形细胞(hepatic stellate cells，HSCs)活化[15]。补充熊去氧胆酸(3α,7β-二羟基-5β-胆烷酸，ursodeoxycholic acid，UDCA)可逆转肝纤维化。进而提出“SIRT1是否通过乙酰化修饰影响FXR，影响胆汁酸的合成从而影响纤维化”。这些研究将为未来的抗纤维化治疗提供潜在的靶点和策略。

2.3不同来源和不同活化状态的巨噬细胞在肝纤维化进展和消融期发挥不同的调控作用 尽管大量文献证实活化的HSCs是肝纤维化中细胞外基质的主要来源[16]，但免疫细胞尤其是巨噬细胞是产生HSCs激活信号最关键的细胞亚群。因而，近年来研究提示靶向巨噬细胞进行肝纤维化治疗具有潜在的应用前景。然而，由于巨噬细胞具有起源、活化和功能的异质性，深入理解不同起源肝巨噬细胞亚群、活化模式和功能异质性在肝纤维化中的作用及其调控机制，对临床靶向干预巨噬细胞进行肝纤维化治疗具有重要的理论和实践意义。第四军医大学基础部秦鸿雁教授课题组近年来围绕巨噬细胞在慢性肝病中的作用进行了系列研究，利用髓系细胞特异激活/剔除Notch信号的小鼠结合CCl4和BDL建立的肝纤维化小鼠进行研究发现，巨噬细胞中Notch信号缺失可通过上调去泛素化酶CYLD而抑制NF-κB的活性，进而影响HSCs活化并减轻肝纤维化[17]。为进一步探讨Notch信号是否调控不同来源的巨噬细胞参与肝纤维化进展，利用上述小鼠结合骨髓单核细胞来源阻断的CCR2-/-小鼠，建立肝纤维化模型发现，Notch信号可能通过调控骨髓来源的巨噬细胞参与肝纤维化进展，而卵黄囊来源的组织定居巨噬细胞可能参与肝纤维化的消融。同时，其课题组的研究发现回输骨髓来源的M1型巨噬细胞能够通过调节肝脏免疫微环境而减轻CCl4诱导的肝纤维化，其机制可能是通过募集自身的巨噬细胞使其转变为促纤维降解和促进功能恢复的巨噬细胞。同期，首都医科大学附属北京友谊医院贾继东教授的课题组在研究肝脏组织定居枯否氏细胞(Kupffer cells，KC)在肝纤维化中的作用时，利用CSF1R-Cre/GFP小鼠示踪单核前体细胞和所有的巨噬细胞，同时结合氯磷酸盐脂质体清除肝脏中90% KC，发现肝损伤恢复后的KC既不通过自我增殖，也不通过单核细胞分化而来,可能是通过一群Sca1+c-Kit+造血干细胞重新定居在肝脏中后分化而来。该研究发现将丰富肝脏组织定居KC来源的理论知识，即KC不仅来源于胚胎时期卵黄囊或骨髓单核细胞，也来源于骨髓中一群造血干细胞。上述这些研究为肝纤维化的细胞免疫治疗提供了新靶点和新思路。

2.4Menin在非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)所致肝纤维化进展中作用机制的初步研究 NAFLD是一组因机体代谢紊乱所致的以肝细胞内脂肪堆积为特征的临床病理综合征。近年来我国NAFLD 患病率逐年提高，达到30%，已超过慢性乙型肝炎成为第一大肝病，构成日益严峻的公共健康问题。上海交通大学医学院附属瑞金医院的宁光教授长期从事内分泌代谢病，通过大型队列研究建立代谢性疾病生物样本库结合动物模型进行NAFLD研究时发现，多发性内分泌肿瘤I型综合征的关键基因MEN1在肝细胞中高表达。利用肝细胞特异性剔除MEN1的小鼠模型发现，胶原蛋白Col1a2、Col5a2和Col5a3等在敲除小鼠肝脏中明显升高，提示MEN1基因编码的Menin蛋白与肝纤维化的发生有关[18]。进而利用该条件性基因剔除小鼠结合CCl4诱导的肝纤维化模型证实，MEN1剔除小鼠的肝纤维化程度加重,其机制可能与MEN1缺失导致肝细胞发生上皮-间质转化相关。此外，课题组利用小檗碱干预NAFLD和肝纤维化动物模型，发现小檗碱处理db/db和MCD饮食小鼠后，肝脏脂肪沉积显著减少，肝组织中磷酸化的蛋白激酶R样内质网激酶(phosphorylated protein kinase R-like ER kinase，p-PERK)和磷酸化的真核起始因子2(phosphorylated eukaryotic initiation factor 2，p-eIF2)等内质网应激相关蛋白和激酶活性降低，胶原纤维沉积减少。这些研究将为代谢性疾病的防治提供新方案。

2.5利用间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSC)治疗肝硬化的临床实验肯定了二甲双胍在纤维化治疗中的前景 解放军302医院感染病诊疗与研究中心的王福生教授长期从事慢性肝炎、肝癌和艾滋病的细胞免疫及抗病毒治疗，其课题组先后应用脐带间充质干细胞(umbilical cord derived mesenchymal stem cells，UC-MSC)治疗失代偿性肝硬化、慢加急性肝衰竭和难治性原发性肝硬化患者，临床结果证实UC-MSC回输治疗可明显改善患者肝功能和提高患者生存率，其机制可能是通过旁分泌、分化成肝细胞和免疫抑制调节。在看到MSC治疗临床疑难肝病的可喜一面时，王福生教授指出干细胞治疗肝病仍面临许多挑战，如临床研究的规范化管理、需遵循的伦理学原则以及其临床疗效和安全性问题等。此外，王教授还指出二甲双胍可通过抑制NAFLD患者肝内炎症及肝纤维化形成，进而避免肝细胞受损而发挥治疗效果。

王福生教授总结认为，近年来，无论是在肝纤维化基础研究还是临床试验方面，国内外都做了大量工作，主要包括：(1)肝纤维化的调控机制研究，除了如何阻止肝星状细胞活化、促进胶原降解外，还有对纤维化进程中免疫细胞及胞内信号转导的新认识，其它脏器(肠道细菌移位)对肝脏的影响等等；(2)肝纤维化及肝硬化病理分期分级的重新定义；(3)无创性肝纤维化的监测方法；(4)建立大型肝纤维化及肝硬化临床研究队列。

回顾过去几年来的研究，抗纤维化治疗仍没有公认的直接抗纤维化药物的出现。因而建立有效的治疗方案，阐明肝纤维化发生发展的细胞和分子机制尤为重要。与会专家一致认为，今后将在如下方面开展深入研究并取得实质性突破：(1)肝纤维化的免疫调控机制：明确免疫细胞特别是固有免疫细胞介导的免疫应答与肝星状细胞活化、肝纤维化发生之间的关系；(2)肠-肝轴在肝纤维化中的作用：阐述胆汁酸代谢和肠道微生态在肝纤维化发生发展中的作用；(3)肝细胞损伤在肝纤维化发生发展中的作用，以保护肝细胞作为抗肝纤维化的重要策略；(4)加强非酒精性脂肪性肝病相关肝纤维化的发病机制研究，明确免疫代谢学对肝纤维化发生的影响；(5)探索原创性治疗新技术或药物：深入研究MSC、巨噬细胞治疗肝纤维化的疗效和分子机制；中西药物联用抗肝纤维化的药理效应机制与药代动力学研究。

3 肺脏纤维化研究进展和未来热点问题

肺纤维化(pulmonary fibrosis，PF)是以炎症和细胞外基质沉积为特征，呈进展性和致死性的弥漫性肺间质疾病。在弥漫性间质性肺疾病中，特发性肺间质纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)发病率最高，且预后极差。特发性肺纤维化是一种原因不明、以弥漫性肺泡炎和肺泡结构紊乱最终导致肺间质纤维化为特征的疾病，病理组织学特点是普通型间质性肺炎(usual interstitial pneumonia, UIP)，表现为上皮细胞增生、基底膜裸露、肺泡实变并出现成纤维细胞灶等。近三十年来IPF发病率和死亡率呈逐渐增长趋势，且目前在临床上缺乏有效的治疗手段，成为肺纤维化研究的主要热点。近年的基础研究进展和热点主要集中在以下几个方面。

3.1遗传因素与肺纤维化 近几年随着高通量分子生物技术、全基因关联分析技术在IPF发病机制研究中的应用，Flingerlin等[19]发现SP-A、SP-D、IL-8、CXCL-13、MMP-7，MMP-1、ICAM-1、TERT、MUC5B和TERC等基因参与IPF的发病，还发现了FAM13A、DSP、OBFC1、ATP11A和DPP等新的关联基因突变。另外，MUC5B(rs3575950)和TOLLIP(rs5743890)等基因多态性位点与IPF患者疾病进展相关，提示IPF患者存在机制不同的临床表型。表面活性蛋白C(surfactant protein C，SFTPC)和表面活性蛋白A2(surfactant protein A2，SFTPA2)在 II型肺上皮细胞中的合成突变并导致II型肺上皮细胞失去功能，该现象伴随着家族性的肺纤维化[20-21]。此外，伴随Hermansky-Pudlak综合征(具有明显的遗传特性)出现的肺纤维化通常由跟溶酶体相关的细胞内运输蛋白合成变异引起，形成巨大的片层 II型肺上皮细胞[22]。先天性角化不良综合征为性连锁隐性遗传病，有研究报道IPF发生在部分患者中并带有变短的端粒，说明IPF是一种加速肺部老化的疾病[23]。

3.2免疫反应与肺纤维化 非特异性与特异性免疫反应被认为和肺纤维化息息相关。Toll样受体(Toll-like receptors，TLR)是参与非特异性免疫(天然免疫)的一类重要蛋白质分子，研究表明TLR9和TLR3在肺纤维化组织中显著升高[24-26]。与非特异性免疫反应一样，特异性免疫反应参与了肺纤维化过程。具有CD28-CD4+表征的T细胞在IPF组织中大量存在，提高了胞毒介质及促炎症因子的表达水平，促进肺纤维化[27]。此外，促炎症树突细胞、内源性的CD4+T细胞和信号素7a (semaphorin 7a)表征的调节T细胞被发现在IPF组织中聚集[28-30]。

巨噬细胞在纤维化中发挥重要作用。组织损伤后，募集到损伤部位的单核细胞按经典激活途径和替代激活途径分别分化为M1和M2 2种亚型,M1亚型主要发挥促进炎症的作用，M2亚型则大量分泌TGF-β，发挥促进纤维化的作用。浙江大学柯越海教授系统探讨了酪氨酸磷酸酶Shp2在巨噬细胞活化以及肺纤维化中的作用。巨噬细胞Shp2特异性缺失小鼠(Shp2 MφKO)的巨噬细胞发生II型活化。博来霉素诱导纤维化小鼠模型后，Shp2 MφKO的纤维化症状加重[31]。对Shp2 MφKO品系小鼠进行长期观察发现，随着年龄增大，Shp2 MφKO小鼠逐渐表现出严重肺泡结构丧失及自发性类似肺气肿样病变。巨噬细胞是主要的浸润细胞，并呈现囊泡化改变。而且巨噬细胞弹性蛋白酶MMP12在年老的Shp2 MφKO中显著上调，提示慢性模型Shp2 MφKO小鼠出现自发性肺气肿样病变可能与巨噬细胞分泌MMP12有关。机制研究发现Shp2参与了TGF-β信号正向调控，从而抑制MMP12分泌，该研究揭示了酪氨酸磷酸酶Shp2对巨噬细胞活化的调控作用。

3.3肺泡细胞损伤后的再生机制 肺泡是肺器官进行血氧交换的基本单位，肺泡主要由2种上皮细胞组成：I 型肺泡上皮细胞(alveolar type 1 epithelial cells， AT1)和 II 型肺泡上皮细胞(alveolar type 2 epithelial cell，AT2)。AT1是终末分化细胞构成了气体交换的广大面积，主要参与气体交换和肺泡形态建成；AT2是肺泡成体干细胞，主要参与肺损伤修复和微环境稳态的维持。在肺泡上皮损伤造成呼吸功能缺失后，作为肺泡干细胞的AT2细胞能够快速增殖分化，成为具有气体交换功能的AT1细胞，从而在肺组织损伤修复中发挥重要作用。正常肺组织在手术切除或急性损伤后具有再生能力。然而长期的组织损伤往往抑制肺再生功能，导致不可逆的肺纤维化，但是机制不清。北京生命科学研究所汤楠教授课题组建立了小鼠肺叶切除后肺泡再生模型，发现肺叶切除后，AT2细胞(肺泡干细胞)会快速增殖分化为 I 型肺泡上皮细胞，形成新肺泡，修复肺呼吸功能。机械张力引起的肺泡扩张对肺泡再生过程极为重要。而且机械张力对YAP信号通路在肺泡干细胞中的激活非常重要[32]，更为重要的是，肺泡干细胞功能损伤导致的肺再生过程受损会引起肺纤维化。这一发现揭示了干细胞损伤在肺纤维化发病中的作用，为防治肺纤维化提供了新靶点。

3.4血管微环境对肺纤维化的影响 既往的血管研究理论认为血管的功能是输送血液和营养物质。血管内皮细胞被视为分隔血液和血管结构的被动性屏障。然而，近年的研究表明，血管微环境对器官再生修复和纤维化具有重要的调节作用[33-34]。新生血管的形成伴随着器官的修复，并对促进器官再生具有重要作用；与干细胞紧密接触的血管微环境在器官修复中对干细胞活力有重要的调控作用，同时也影响了纤维化的主要功能细胞成纤维细胞的活化状态。

近年来，四川大学丁楅森教授课题组聚焦于肺周围环境，特别是造血-血管微环境(hematopoietic-vascular niche)对肺纤维化的影响，取得了一系列具有创新性的结果。该课题组发现基质细胞衍生因子1(stromal cell-derived factor 1，SDF1)的受体CXC趋化因子受体7(C-X-C chemokine receptor 7，CXCR7)和鞘氨醇-1-磷酸受体1(sphingosine-1-phosphate receptor 1, S1P1)通路是决定有利于再生的(pro-rege-nerative)血管微环境的关键节点通路。这些通路的激活导致释放促再生并防止纤维化的HGF。慢性损伤中，CXCR7和S1P1在血管内皮细胞中被抑制，从而向促纤维化血管微环境转变。这一变化是由不正常的成纤维细胞生长因子受体1(fibroblast growth factor receptor 1，FGFR1)通路激活所引起，并且伴随着另一促纤维化通路CXCR4的上调。CXCR7和S1P1通路的抑制导致了血管微环境释放促纤维化的旁分泌分子(如Notch通路ligand Jagged1)，从而导致器官的纤维化。丁教授将这2种截然相反功能的血管微环境的重构分别定义为“良性”(adaptive)和“恶性”(maladaptive)重构[35-36]。国际同行对血管微环境作用的研究发现，内皮细胞在被BMP4激活后可以通过表达血小板反应素1(thrombospondin-1)分子影响肺上皮干细胞在“增殖”后的“分化”[37]。肺微血管内皮细胞也被发现在肺泡发育过程中指引上皮细胞的伸展(branching)从而形成功能性肺泡进行气体交换[38]。在动物模型研究方面，在吸烟导致的小鼠慢性肺阻塞的模型中，“稳态”内皮细胞的破坏发生于功能性肺泡丧失之前，并且是直接导致慢性肺阻塞发病的病理性诱因[39]。上述研究结果表明，血管微环境对促进肺再生并抑制纤维化具有“指引”作用，为探索肺纤维化的再生治疗提供了新的可能。

4 心脏纤维化研究进展和未来热点问题

心脏纤维化是多种损伤因素造成的心脏病理性修复过程。高血压、肥厚性心肌病、病毒性心肌病、瓣膜病变和心肌缺血等均可引起纤维化改变。糖尿病和肥胖等代谢性疾病以及衰老等也是心脏纤维化的致病因素。近年的研究基本明确了心脏纤维化与其它多种器官纤维化的病理生理机制类似，也由具有分泌和收缩特性的肌成纤维细胞作为主要效应细胞产生大量细胞外基质。因此，肌成纤维细胞的来源以及活化机制始终是研究的热点问题。遗传谱系示踪技术提示心脏纤维化过程中肌成纤维细胞可能具有多种来源，包括由心脏定居的成纤维细胞增殖分化形成；也可由循环或局部成纤维细胞前体、心外膜来源的上皮细胞(上皮-间质细胞转化)、心内膜来源的内皮细胞(内皮-间质细胞转化)发展而来；最近的谱系示踪研究发现在纤维化病理性诱导因素去除后肌成纤维细胞本身依然存在，但其基因表达谱可恢复为静息细胞状态[40]，这种基因谱的可塑性可能是心脏纤维化可逆性的分子基础。

表观遗传调控机制在纤维化中作用的研究为心脏纤维化的干预提供了新的靶点。在多种心脏重构模型以及炎症激活的心脏肌成纤维细胞中组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)活性增强，而HDAC的广谱及特异抑制剂则有效抑制大、小鼠心脏纤维化[41]。组蛋白赖氨酸甲基转移酶(K-methyltransferases，KMT)催化组蛋白尾端赖氨酸残基甲基化。KMT6可能甲基化促纤维化基因的表达而抑制心脏纤维化[42]。最近的研究表明多种微小RNA(microRNA，miRNA，miR)及长链非编码RNA(long noncoding RNA，lncRNA)参与心脏纤维化过程，其中miR-21、miR-15、miR-34a、miR-199b和miR-208等具有促心脏纤维化的作用；而miR-1、miR-24和miR-101等则具有抗纤维化作用[43-44]。通过给予合成及病毒载体介导过表达抗纤维化miRNAs，或以锁核酸或反义核酸抑制促纤维化miRNAs均可抑制心肌纤维化进程[45]。哈尔滨医科大学吕延杰教授课题组对纤维化的心肌组织进行lncRNA表达谱的分析发现[46]，263个lncRNAs表达升高(fold change>1.2)，其中53个lncRNAs表达升高超过2倍；282个lnc-RNAs表达降低(fold change<0.8)，其中37个lnc-RNAs降低小于0.5倍。对表达于成纤维细胞的lncRNA MIAT的研究发现，siRNA敲减MIAT可抑制成纤维细胞的过度增殖，降低I、III型胶原水平，从而抑制心肌纤维化。进一步的机制研究发现，MIAT通过miR-24/Furin/TGF-β1通路促进心肌纤维化。

干预心脏纤维化的药物和治疗方法始终是临床关注的焦点。近年来针对心脏纤维化的病理环节及其信号通路在寻找纤维化干预靶点及方法方面取得了一系列进展[47]。针对肾素-血管紧张素系统的如血管紧张素转换酶抑制剂(如依那普利等)、AT1受体抑制剂氯沙坦、醛固酮抑制剂螺甾内酯(spirolactone)、内皮素受体拮抗剂波生坦、肾上腺素β受体阻断剂心得安、血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factor，PDGF)受体抑制剂或抗体、单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)抑制剂或抗体、Wnt通路抑制剂、过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)激动剂、环氧酶抑制剂阿司匹林、他汀类辛伐他丁、肥大细胞活化抑制剂、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)抑制剂等在体外实验或临床前期研究中可分别阻断心脏纤维化的生化及细胞病理改变(如炎症、成纤维细胞激活、增殖和迁移；细胞外基质的堆积)并逆转纤维化或心脏结构/功能的损伤。然而部分治疗在Ⅲ期临床试验并未达到疗效。

利用骨髓来源的间充质细胞、内皮祖细胞及单核细胞对心脏纤维化的实验性细胞治疗多处于临床前期阶段，目前仍无大样本临床III期研究。最近一项关于缺血性心脏病患者细胞治疗的数据荟萃分析显示，冠脉内细胞治疗对于近期心梗患者无论心脏事件还是左室功能均无益处[48]。细胞原位重编程技术是心脏损伤修复的新方法。有实验室同时报道了使用心源性转录因子在小鼠心脏原位将非心肌细胞(成纤维细胞)转化为心肌细胞[49-50]，但其转化效率及对心脏功能的修复作用仍有较大争议。最近，丁盛教授实验室采用非遗传操纵以9种化合物成功将成纤维细胞重编程为心肌细胞[51]，为心肌的再生治疗提供了依据。

心脏纤维化研究中亟待解决的关键问题包括：(1)心脏纤维化演进中信号分子通路的动态网络及关键节点；(2)心脏纤维化效应细胞的来源及其与基质微环境的相互作用；(3)建立反映心脏纤维化疾病关键特征的新的细胞、组织及动物模型；(4)建立用于心脏纤维化早期诊断的方法及发现其转归预警的生物标志物；(5)研发用于心脏纤维化有效干预的新靶点、新药物及新技术。

与会专家经过充分讨论交流，凝练出如下关于脏器纤维化的共性科学问题。同时，专家们建议成立纤维化研究联盟，加强交流合作，推进该领域的研究进展。

亟需关注和解决的脏器纤维化的共性科学问题：(1)免疫应答/代谢紊乱对脏器纤维化发生、发展的作用及其机制；(2)肌成纤维细胞(或者基质生成细胞等)的来源、募集、活化和转化机制；(3)细胞之间及器官之间相互作用、微生态及组织微环境在纤维化中的作用；(4)脏器固有细胞损伤后的修复和再生机制；(5)影响脏器纤维化的信号通路、调控网络和关键节点；(6)建立和优化模拟人类脏器纤维化的动物模型；(7)研发脏器纤维化的无创定量检测和风险预测新技术；(8)寻找治疗脏器纤维化的新型药物和技术。

本文根据“脏器纤维化的发生发展与干预的基础研究”学术研讨会的讨论内容整理。

致谢：衷心感谢大连医科大学汪南平教授、空军军医大学聂勇战教授、秦鸿雁教授、上海交通大学马雄教授、四川大学丁楅森教授、北京生命科学研究所汤楠教授等为本文撰写提供的帮助！