免疫细胞在特发性肺纤维化发病机制中的作用研究进展①

李高鹏 房 冉 饶 琳 赵小立

(浙江大学生命科学学院，杭州310058)

特发性肺纤维化(Idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是肺纤维化疾病中较为严重的一种疾病，在全球每10万人中就有超过60人患有该疾病[1]。这种疾病具有长期性、侵袭性以及不可逆性，患者确诊后生存期仅为2～6年[2，3]。在IPF患者的肺组织中，成纤维细胞进行大量增殖，其所分泌的胞外基质充斥在正常组织中，长此以往肺泡结构被破坏，肺顺应性降低，致使肺气体交换功能遭到破坏，并最终导致个体呼吸衰竭和死亡[4]。

IPF的病因并不明确，基因差异、生存环境、衰老以及表观重编程等多种因素均能诱导个体发病。越来越多的证据显示，肺部免疫系统功能异常是IPF发病的重要因素。空气中的有害成分被气道上皮细胞通过模式识别受体(Pattern-recognition receptors,PRR)进行识别，而后上皮细胞通过产生趋化因子、白细胞介素-1β(Interleukin-1β，IL-1β)、IL-6、IL-8、转化生长因子(Transforming growth factor-β，TGF-β)等参与免疫应答以及炎症反应。TGF-β在促进肺纤维化发生的过程中发挥着关键作用。TGF-β既可以通过smad2/3提高胶原相关基因的转录水平来促进胞外基质的沉积，也可以促进成纤维细胞向成肌纤维细胞分化[5]。此外，TGF-β还可以促进二型肺泡上皮细胞的凋亡来加剧肺纤维细胞的严重程度[6]。除了TGF-β之外，前列腺素F2α受体、基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinase，MMPs)、IL-1β、IL-17A等多种关键分子在诱发肺纤维化过程中均扮演着重要角色。

1 固有免疫细胞在特发性肺纤维化中发挥的作用

1.1 巨噬细胞 肺部的巨噬细胞分为两类：位于气道的肺泡巨噬细胞(Alveolar macrophages，AMs)和位于实质组织的间质巨噬细胞(Interstitial macrophages，IMs)[7]。由于极化程度、周围微环境以及纤维化严重程度的不同，AMs具有促进和抑制纤维化的双面效应[8]。一方面，AMs可以通过分泌MMPs来分解胞外基质或者直接摄取胶原来减少胞外基质的沉积[9]。另一方面，AMs还可以分泌各种促纤维化的细胞因子和趋化因子如TGF-β1、血小板源性生长因子等，从而有助于肺纤维化的发生[10，11]。肺泡巨噬细胞的蛋白激酶B可以引起线粒体ROS的升高和线粒体自噬的发生，这会抑制巨噬细胞的凋亡，从而促进肺纤维化的发展[6]。M2巨噬细胞在组织损伤修复过程中发挥着重要作用，包括分泌炎症抑制因子和促进上皮细胞产生胞外基质。IMs往往表达M2巨噬细胞的表面标记分子，如CD206、IL-10以及精氨酸酶1(Arginase-1，Arg1)从而具有促纤维化的作用[12]。

1.2 中性粒细胞 与巨噬细胞一样，中性粒细胞不仅仅具有抗菌功能，也可以通过释放蛋白酶、氧化酶、细胞因子以及趋化因子来塑造组织环境[13]。将小鼠体内的中性粒细胞剔除会使得肺组织内TGF-β1、肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor，TNF-α)、IL-17、MMP-8 和 金属蛋白酶组织抑制因子-2表达水平降低，这有助于减轻肺纤维化的严重程度[14]。IPF患者肺泡灌洗液中中性粒细胞的数量与患者早期死亡率呈正相关关系，因此可以作为患者生存状况的预测指标[15]。作为中性粒细胞的关键趋化因子和生长因子，IL-8/CXCL趋化因子8和粒细胞集落刺激因子在IPF患者组织中的表达水平也是明显升高的[16]。在IPF患者肺泡灌洗液中，肺泡上皮细胞的标记分子细胞角蛋白19与中性粒细胞的数量呈现相关性，表明中性粒细胞与肺泡上皮细胞损伤存在相关性[17]。

除了数量增加外，中性粒细胞在IPF患者中的活化程度也得到了提高。通过分析主要蛋白水解产物和中性粒细胞弹性蛋白酶(Neutrophil elastase,NE)，研究人员发现IPF患者气道内中性粒细胞的活化水平明显增高[18]。NE会水解支气管组织，分解各种胞外基质组分，包括Ⅰ型胶原、层黏连蛋白、巢蛋白、纤连蛋白以及弹性蛋白，损伤肺泡上皮细胞和毛细血管内皮细胞，破坏肺泡结构，从而导致肺纤维化的产生[19]。进一步研究发现，NE可以促进成纤维细胞的增殖和成肌纤维细胞的分化[20]。NE敲除会导致TGF-β信号通路活化受阻，进而使肺纤维化程度减轻[19]。相似的是，NE的抑制剂西维来司钠通过抑制TGF-β信号通路的活化以及炎性细胞在肺部的募集来减轻肺纤维化的程度[21]。此外，中性粒细胞可以分泌包括MMP-2、MMP-8、MMP-9在内的多种MMPs，它们能够抑制肺纤维化的形成。

1.3 嗜酸性粒细胞 通过检测嗜酸性粒细胞阳离子蛋白，发现IPF患者肺泡灌洗液中嗜酸性粒细胞数量明显增加[22]。有研究表明，来自嗜酸性粒细胞的肽酰脯氨酰异构酶能够促进TGF-β mRNA的稳定性，从而有助于肺纤维化的形成和发展[23]。肺部组织中的TNF-α能够募集更多的嗜酸性粒细胞，后者可以分泌一些促炎症和纤维化的细胞因子如单核细胞趋化因子1、TGF-β等来加剧肺纤维化的严重程度[24]。但是在博来霉素诱导小鼠模型中，嗜酸性粒细胞的募集对于肺纤维化的发生并不是必要条件[25]。

1.4 肥大细胞 肥大细胞在肺纤维化发展过程中也扮演着重要角色。与其他肺部纤维化疾病相比，IPF患者纤维化肺部组织中肥大细胞数量更多，其所分泌的TGF-β也更加多[26]。并且来自肥大细胞的糜蛋白酶可以将TGF-β从胞外基质中释放出来，从而有助于TGF-β前体的活化[27]。另外，来自肥大细胞的组胺H1和血管紧张肽Ⅱ与成纤维细胞表面的相应受体结合后能促进后者的增殖以及TGF-β1的分泌和胶原的合成，从而促进纤维化的发生[28]。肥大细胞与肺部成纤维细胞也可以直接相互作用从而活化肥大细胞。活化的肥大细胞能够释放类胰蛋白酶，后者可以通过PAR-2/PKC-α/Raf-1/p44/42信号通路刺激成纤维细胞快速增殖以及胞外基质的产生[29]。并且成纤维细胞通过细胞黏附分子1与肥大细胞相互接触可以有助于肥大细胞的活化与存活[30]。

2 适应性免疫细胞在特发性肺纤维化中发挥的作用

2.1 辅助性T细胞 有大量的证据表明，Th1/Th2平衡在肺纤维化炎症阶段起着重要的调节作用[31]。Th1细胞因子γ干扰素(Interferon-γ，IFN-γ)和 白细胞介素-12可以减轻肺纤维化，然而Th2细胞因子IL-4、IL-5和IL-13能够刺激成纤维细胞增殖、胶原的产生以及成纤维细胞向成肌纤维细胞的活化，因此从这个角度来说，Th1细胞是有益的，而Th2细胞是有害的[3]。在转录水平上，过表达Th2转录因子GATA绑定蛋白3(GATA binding protein 3)或者抑制Th1转录因子T-bet均可以加剧肺纤维化的严重程度[32]。但是过表达重组IFN-γ或者使用单克隆抗体中和IL-13并不能明显缓解IPF症状[33]。

Th17在IPF中所发挥的作用并不十分清楚。在IPF患者的血清、肺泡灌洗液以及肺组织中均检测到了IL-17的升高[34]。封闭或者中和Th17细胞来源的IL-17A能够延缓肺纤维化的进程和促进肺纤维化的康复[35]。在二氧化硅诱导的肺纤维化模型中，中和IL-17A能够延迟T细胞介导的免疫应答，也由此减弱肺纤维化的进程[35]。然而，有研究指出Th17细胞对于肺纤维化并没有直接的作用[36]。在肺纤维化过程中，Th9细胞也发挥着多重作用。体内过表达IL-9能够使胶原和层黏连蛋白在支气管内大量聚集，从而产生促纤维化效应[37]。然而其他研究表明，IL-9能够减缓石棉诱导的肺纤维化，并且通过前列腺素E2来抑制博来霉素所诱导的肺纤维化的形成[38]。

2.2 调节性T细胞 调节性T细胞(regulatory T cells,Tregs)在肺纤维化过程中所扮演的角色目前还存在争议。博来霉素诱导的小鼠模型外周血和肺泡灌洗液Tregs细胞数量变化在不同研究中并不一致[39]。研究数据显示，在肺部损伤阶段，Tregs可以促进TGF-β1的释放和胶原的沉积，而在后续阶段则会抑制这些物质的产生[40]。在IPF患者中，Treg细胞数量明显升高，并且Treg/Th17比例处于失衡状态[39]。Xiong等[41]发现Tregs细胞剔除后能够促进Th17细胞的应答以及Th1细胞的极化从而有效抑制辐射诱导的肺纤维化的产生。另外，在IPF患者肺泡灌洗液和血清中，CD4+CD2+FOXP3+Treg细胞活性受到抑制[42]。Tregs也能够通过抑制成纤维细胞生长因子9(Fibroblast growth factor-9,FGF-9)和CXC趋化因子配体(CXC chemokine ligand，CXCL)12来抑制成纤维细胞的募集和肺纤维化的形成[43]。

2.3 B淋巴细胞 研究显示B细胞活化异常与肺纤维化的形成和发展密切相关[44]。与健康人相比，IPF患者的外周单核细胞可以产生更多的B细胞生长和分化因子，CD20+的B淋巴细胞在IPF患者的肺组织中数量明显升高，从而产生更多的IgM和IgA[45]。在博来霉素诱导的小鼠模型中，B细胞活化因子可以通过与IL-1β 和 IL-17A协同发挥作用，从而促进肺纤维化的发生[46]。此外，B细胞能够提高IL-9的表达，同时促进肺泡巨噬细胞和胸腔巨噬细胞前列腺素E2的表达水平，最终抑制小鼠肺纤维化的发展[47]。IPF患者外周血中存在大量靶向B淋巴细胞的自身免疫性抗体[48]。最近一项研究显示，自身免疫性抗体的存在如抗波形蛋白抗体能够使得肺功能紊乱，并且与预后较差存在相关性[49]。类似的，在IPF患者体内也发现了抗热激蛋白70的自身抗体[50]。但是，也有研究显示B细胞实际上能够抑制纤维化的发生[47]。因此人们需要进一步探究B细胞与IPF之间更为详细的作用机制。

3 特发性纤维化的临床治疗

TGF-β是一个潜在的促纤维化调节因子，因此抑制TGF-β信号通路活化是治疗IPF十分重要的治疗方案[5]。紫杉醇作为一种抗癌药，可以通过上调micro RNA140降低TGF-β/Smad3信号通路的活性从而降低肺纤维化的发生[51]。作为一种新合成的化学药物，吡非尼酮可以抑制TGF-β的信号通路，减缓肺活量下降趋势，同时提高无进展生存期长达52周[52]。使用单克隆抗体将肺部环境中的TGF-β中和或者将TGF-β的活化因子整合素αvβ6作为靶点进行中和，发现博来霉素诱导小鼠模型肺纤维化严重程度得到减轻[53]。PPAR的激动剂可以抑制TGF-β介导的成纤维细胞向成肌纤维细胞的分化过程，从而抑制肺纤维的发生[54]。相应地TGF-β受体也可以作为药物靶点来治疗IPF。作为TGF-βⅠ受体的选择性抑制剂，SB-431542能够通过降低R-Smad的活性来抑制博莱霉素所诱导的肺纤维化的发生[55]。在博来霉素诱导的小鼠肺纤维化模型中，一些TGF-β的肽抑制剂能够抑制成纤维细胞向成肌纤维细胞的分化[56]。除了靶向TGF-β之外，纤维化的肺组织中的多个免疫分子均可以作为潜在的靶分子。比如，中和肺组织中的IL-13以及IL-17A也能够减轻肺纤维化的产生[57]。除此之外，一些针对诸如CC类趋化因子配体2和6的抗体也能够降低博来霉素诱导的肺纤维化症状。

4 结束语

IPF是一种复杂的，并且与衰老相关的疾病，具有较高的侵袭性和致死性，然而对于该疾病，人们可选择的治疗方案和药物是十分有限的。在过去的20年里，人们已经从肺部的微环境、细胞功能、基因和表观遗传等多个方面揭示了IPF的发病机制。上皮损伤、炎症、上皮间质转化、成纤维细胞活化以及重复性的肺损伤均会引起肺纤维化的发生。此外，现有研究数据显示通过调控肺部免疫系统，IPF的严重程度可以得到明显的改善。例如，抑制AMs向M2的极化，促进其向M1的极化能够减轻IPF的症状，反之，IPF的症状加重。再比如，抑制成熟DCs向肺部的募集能够减少慢性炎症在肺部的形成，从而减少肌成纤维细胞的活化和胞外基质的沉积等等。然而，想要开发出更为有效的治疗方法，人们还需要详细地探究免疫系统在肺纤维化发生过程中所扮演的角色，以找到更为有效的潜在分子靶点，为IPF的药物治疗开辟新篇章。