NOX酶在特发性肺纤维化发病机制中的作用研究进展

李博闻，胡加森，吕增静，杨佳女，孙燕

（1.沈阳医学院基础医学院临床医学专业2015级本科生，辽宁 沈阳 110034；2.基础医学院药理学教研室）

特发性肺纤维化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）是一种慢性进行性的纤维化肺病，其病理改变为肺泡上皮细胞（alveolar epithelial cell，AEC）受损，肌成纤维细胞增多，细胞外基质（extracellular matrix，ECM）大量沉积，肺泡结构遭到破坏，进而使气体交换愈发困难，最终导致呼吸衰竭而死亡，主要的临床特征为慢性进行性呼吸困难，偶尔会并发刺激性干咳［1-3］。NOX家族，也称还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH），是细胞活性氧（reactive oxygen species，ROS）的主要来源，由几种同工酶组成：NOX1～5和双重氧化酶（DUOX1和DUOX2）［4］。大量实验表明，NOX酶产生的ROS可能是IPF致病过程中的主要参与者［5］。此外，IPF的发生进展机制可能涉及AEC损伤凋亡、上皮间质转化（epithelialmesenchymal transition，EMT）而导致ECM过多沉积和炎症反应。尽管目前IPF发病机制并未完全阐明，但NOX酶在IPF中发挥的作用，已成为近几年研究的热点。本文将对NOX酶在IPF的发生机制中的作用进行综述，以期找到IPF新的治疗靶点。

1 ROS在IPF中的作用

ROS包括超氧化物（O2-）和过氧化氢（H2O2）这两类物质。当ROS高表达时，会使生物分子如DNA、蛋白质和脂质受到氧化损伤，也可导致细胞凋亡和衰老［6］。而在IPF发生进展过程中，ROS 主要来自于线粒体和 NOX4［7-8］。NOX4 在IPF患者和肺纤维化小鼠模型的肺泡Ⅱ型（AT2）细胞上高表达，产生大量ROS［8］。当线粒体功能出现障碍时可以导致过量的ROS产生［9］。研究发现，敲除表达线粒体基因的小鼠在暴露于石棉或博来霉素后肺纤维化程度相较于野生型小鼠减轻［10］。在IPF患者和石棉引起的肺纤维化小鼠模型的AEC中可以发现，ROS能够激活p53，损伤DNA，诱导细胞凋亡［11］。而p53通常又可以通过影响线粒体来促进ROS的过量产生［12］。在IPF发生发展过程中，ROS可以激活基质金属蛋白 酶（matrix metalloproteinases，MMPs），刺 激MMPs转录，从而激活各种生长因子、细胞因子，进而影响细胞的黏附、增殖、分化、募集、转移以及细胞凋亡等细胞功能，对IPF的发展具有一定作用［13-14］。

2 NOX诱导AEC损伤及凋亡

在IPF发生发展过程中，AEC的凋亡是其中的关键步骤，而NOX2和NOX4对AEC凋亡具有诱导作用［15-16］。细胞凋亡主要通过损伤细胞DNA和激活肿瘤坏死因子受体（TNF-R）超家族的成员而发生［17］。有研究表明，NOX4过表达产生的ROS不仅能促进TGF-β的活化，还能诱导巨噬细胞、纤维母细胞持续分泌TGF-β，加剧AEC的凋亡［18］。有研究显示，在肺纤维化小鼠中，AEC凋亡部位与NOX4的高表达部位高度一致［19］。对于一些已经发现的介导细胞凋亡的信号通路，NOX4也有一定的影响作用，在关于肝纤维化的一项实验中，对照组小鼠可通过Fas/FasL通路介导肝细胞的凋亡，而实验组中敲除了NOX4基因的小鼠，对这条通路介导的肝细胞凋亡作用的敏感性下降［20］。在AEC中也存在Fas/FasL通路来介导细胞凋亡，但AEC中NOX4能否对这条通路有所影响仍需要探究。应用NOX2表达抑制剂也可以在一定程度上抑制小鼠AEC的凋亡［19］。同时在敲除了NOX2基因的肺纤维化小鼠中，AEC凋亡受到抑制的同时，也可观察到AEC中的NOX4表达降低［19］。

3 NOX促进EMT和ECM沉积

在IPF的发生发展过程中，肌成纤维细胞并不仅限于由肺原有的成纤维细胞活化而来，EMT也是肌成纤维细胞的一个重要来源［21］。EMT可将肺内的各种上皮细胞转化为成纤维细胞和肌成纤维细胞，在IPF的发生发展中起着重要作用［22］。目前，TGF-β被公认为是在IPF发病过程中促进EMT的关键因子，而在实验中使用TGF-β诱导AEC的EMT时，可观察到NOX4表达和ROS产量同时上升［23］。有研究显示，ROS过表达时可以增强诱导EMT的TGF-β/Smad信号通路中Smad转录因子的表达，进而促进EMT［24］。另有研究表明，对AEC使用NOX4表达抑制剂DPI，在降低ROS表达的同时可有效抑制TGF-β诱导的EMT［25］。

ECM主要由肌成纤维细胞分泌，而NOX4可以促进EMT使肌成纤维细胞产生增加进而促进ECM沉积［26］。ECM在大量沉积后可进一步加强EMT的作用，使得ECM的沉积更为显著［27］。NOX4产生的ROS也可以激活MMPs，MMPs对各种蛋白质（包括多种ECM成分）发挥蛋白水解活性，从而成为ECM形成的中心。肺中的许多细胞类型能够表达MMPs，包括上皮细胞、成纤维细胞、肌成纤维细胞和巨噬细胞，而在IPF患者中也观察到了MMPs在这些细胞的高水平表达［13，18］。由此我们可以猜测，NOX4 通过产生的ROS激活MMPs，MMPs，是ECM形成的中心，从而促进ECM沉积，该过程可能是IPF的发病机制。

4 NOX介导炎症反应促进IPF

起初，人们认为炎症反应是IPF发病的重要始动因素，机体正是因为炎症反应的持续刺激出现了AEC凋亡，肌成纤维细胞分化，ECM沉积，导致IPF的发生［28］。随着研究的进展，有证据显示，即使在没有发生炎症的情况下，AEC的凋亡也能引起IPF，但这并不意味着炎症反应在IPF的进展过程中没有作用，炎症细胞可能会导致上皮损伤［13］。对IPF患者的研究表明，肺泡炎症细胞（主要是中性粒细胞和巨噬细胞）可以促进AEC的损伤，从而增加ROS的产生［29］。NOX2在肺中普遍表达且稳定存在，其在炎症条件下会出现表达增多［30］。而NOX2在IPF中的证据主要来自动物模型，该模型显示NOX2遗传缺陷的小鼠可以减少博来霉素或碳纳米管诱导的AEC的损伤［31］。除上述NOX2在炎症细胞的作用之外，有研究表明NOX2/ROS/NLRP3炎性小体信号通路会促进IPF的发生［32］。同时也有研究表明NOX4/NALP3炎症体信号通路在AngⅡ影响下会促进肺成纤维细胞胶原的产生［33］。

5 靶向NOX在IPF中的潜在应用

目前治疗IPF的代表性药物主要致力于解决机体氧化抗氧化失衡的问题。但是，过去临床上常用的抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（N-acetyl-L-cysteine，NAC）在近些年的临床对照试验中对IPF的治疗并无明显的效果。其原因可能是由于ROS与抗氧化剂相互作用的失衡导致抗氧化剂效果不明确，因此需要在IPF中探索更具靶向性的抗氧化治疗方法［34-36］。2015年新的IPF诊治指南将吡非尼酮和尼达尼布列为有条件推荐药物［37］。吡非尼酮既能抑制IPF过程中的炎症因子，减少AEC损伤，也能抑制TGF-β等促EMT因子的表达，进而起到抗纤维化的作用。经临床试验证实能显著改善患者肺功能［38-40］。尼达尼布是Src家族酪氨酸激酶抑制剂，通过抑制成纤维细胞生长因子和血小板衍生因子（platelet derived growth factor，PDGF）的表达，可以有效地改善患者肺功能，提高患者生活质量［41-42］。

NOX4是IPF发生进展过程ROS的重要来源，同时在TGF-β介导下对AEC凋亡和成纤维细胞的迁移均有着重要作用，因而抑制NOX4表达对于IPF的治疗是有一定的理论基础的［43］。有研究指出，应用针对NOX4表达或活化的药理性抑制剂可以在阻止纤维化进程的同时，不抑制TGF-β介导的其他有利效应［43］。因此，抑制NOX4表达在IPF治疗中有着潜在的应用价值。目前以抑制NOX4表达为治疗靶点的二甲双胍和阿奇霉素都经过动物模型实验和体外细胞培养实验的验证，对肺纤维化皆有着明显的抑制作用［44-46］。

综上所述，NOX酶与其产生的ROS在IPF中对于AEC凋亡、肌成纤维细胞分化、迁移、增殖及炎症反应发挥了重要作用。靶向NOX药物在治疗IPF方面已取得了初步的进展，具有广阔的应用前景。虽然NOX酶作为治疗靶点在治疗IPF的潜在价值已得到承认，但对于这类药物的临床效果及不良反应仍需要大量的研究去验证。