慢性阻塞性肺疾病相关炎性细胞因子的研究进展

周 盈，曹 磊，平 芬

(河北省人民医院 老年病三科，河北 石家庄 050000)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一种主要由吸烟引起的进行性肺部疾病，其特征是慢性炎症和气流受限不能完全逆转。吸烟是COPD的主要危险因素，80%～90% COPD患者有吸烟史。据报道[1]有许多因素与COPD有关，包括全身和局部的炎症、空气污染和久坐不动的生活方式。多种暴露源和污染物导致了COPD患病的风险。澳大利亚一项长达21年的COPD事件随访队列特异性分析表明[2]，COPD与二氧化硫暴露显著相关。随着环境污染的日益加重,COPD 的发生率逐年上升，最新的研究显示我国 COPD 患病总人数高达9990万,60岁以上人群患病率超过27%[3]。大约50%的COPD患者死于心血管合并症。每年全世界超过300万人死于COPD，COPD的高患病率、高死亡率和较重的经济负担，已成为我国及全球重要公共卫生问题[3-4]。COPD确切的发病机制未明，诸多研究表明,炎症是COPD进展的核心机制[5]。许多相关炎性细胞因子在COPD反复发作和恶化的过程中直接或者间接参与其中，其中肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)等是参与COPD气道炎症的重要因子。进一步探讨细胞因子在COPD 气道炎症中所发挥的作用，为如何延缓疾病进展和减少急性发作提供理论依据。现将与COPD发生机制相关的细胞因子总结如下。

1 肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)

TNF于1975 年首次发现。先后用卡介苗和内毒素使小鼠感染,在血清中发现和内毒素不同的物质,会造成肿瘤坏死,即TNF。TNF-α具有广泛生物活性,在许多炎症条件下起作用，包括生长抑制和促进炎症、血管生成、细胞毒性和免疫调节[6]。它是由活化单核巨噬细胞、T 淋巴细胞等生成及分泌的一种强有力的致炎症因子。一项meta分析[6]证明TNF-α 308基因变异是COPD发病机制中的独立因素。TNF-α是COPD患者中研究最广泛的细胞因子,它是核因子-κB强有力的催化剂并且能够放大炎症反应。吸烟、理化刺激及感染因素等均可导致TNF-α高分泌[7]。研究表明，维生素D3水平与血清TNF-α浓度呈负相关[8]，补充维生素D能够降低血清TNF-α水平。TNF-α与2型TNF受体(TNFR2)结合后可通过经典和非经典方式激活核因子κB(nuclear factor kappa beta，NF-κB)信号转导通路，诱导血管内皮细胞产生更多的炎症介质，如白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-8(IL-8)、白细胞介素-1(IL-1)以及前列腺素(PG)等。Karadag等[9]指出，TNF-α可以作为稳定期COPD患者系统性炎症反应的生物标记物。相关研究表明，急性加重期COPD(AECOPD)患者呼出气冷凝液 (exhaled breath condensate，EBC)中的TNF-α明显高于稳定期COPD及健康对照组[3]。血清TNF-α浓度与气道阻塞水平和COPD严重程度呈正相关[8]。还有研究指出EBC中的TNF-α可以作为评价 COPD患者肺功能和炎症情况的潜在炎性细胞因子[10]。一项TNF-α和COPD的Meta分析[1]显示，TNF-α与第1秒用力呼气容积(FEV1)相关，COPD患者发生一系列身心疾病的风险增加，TNF-α参与了COPD发展及其并发症的发生。其潜在机制仍然未知，需要进一步研究。TNF-α用于COPD的诊断仍然是有争议的，有研究指出TNF-α在轻、中、重度AEC0PD患者间差异无统计学意义，无法用于预测患者的临床结局[11]。这些结果进一步激励我们探索TNF-α在COPD形成和发展所发扮演的角色和TNF-α作为COPD新型生物标志物和治疗靶点的潜力。

2 血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)

VEGF又称血管通透因子(Vascular permeability factor,VPF)，是组织细胞产生的一种信号蛋白，在人体内起着重要的作用，如胚胎发育过程中新生血管的形成、运动后肌肉的生长、血管损伤后再生，并且绕过堵塞的血管建立侧支循环。肺组织富含VEGF，许多不同的肺组织细胞能够产生VEGF，同时VEGF也作用于这些细胞。VEGF能够增加血管通透性、促进血管内皮细胞分裂增殖、迁移及促进血管生成的炎症因子。内皮细胞在血管生成中起关键作用，血管生成导致细胞再调节、增殖、黏附、迁移和侵袭。血管生成因子与内皮细胞上的受体结合，激活表皮生长因子受体(EGFR)和磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(PI3K/Art/mTOR)信号通路启动血管生成过程。刺激血管生成的细胞因子包括直接和间接的促血管生成标记物。直接促血管生成因子有VEGF、FGF-2和肝细胞生长因子(HGF)，而间接促血管生成因子包括TGF-β、IL-6、IL-8和PDGF。VEGF和成纤维细胞生长因子(FGF-2)是最强的血管生成激活剂，刺激血管内皮细胞的迁移和增殖，从而产生并稳定新生血管。VEGF是最强的促血管生成因子之一，它是一种直接促血管生成标志物[12]。另有研究发现黎族和汉族群体在VEGF 基因型和等位基因频率方面均存在差异[13]，可能与VEGF基因多态性有关[14-15]。VEGF在COPD不同时期对肺的血管起不同的作用[16]，VEGF过表达与肺部疾病有密切的关系[17]，如肺动脉高压(PAH)、COPD、哮喘、纤维化和肺癌。VEGF是缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor，HIF)的靶基因，其表达受HIF-1α的调控。研究发现在缺氧状态下，HIF-1αmRNA在肺泡、支气管上皮细胞及血管内皮细胞中表达增加[18]导致气道重塑和慢性炎症。缺氧时也可激活环氧化酶(COX)-2，有助于刺激VEGF基因表达[19]。有文献报道，多种天然和合成药物可用于减少VEGF和成纤维细胞生长因子(FGF)-2的过表达，从而有助于治疗肺部疾病[20]。有研究[21]证明通过干预HIF-1α的表达，寻找可用于治疗肺部疾病的新型血管生成抑制剂，降低HIF-1α而下调其靶基因VEGF的表达有可能成为治疗 COPD新的靶点。

3 转化生长因子β(Transforming growth factor-β,TGF-β)

TGF-β是由血小板、内皮细胞、巨噬细胞、单核细胞等分泌的炎性细胞因子，TGF-β还是一种多功能多肽生长因子，能够调节炎性细胞、内皮细胞和成纤维细胞的生长、分化、迁移、凋亡以及细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的生成。TGF-β超家族信号传导分子及其同源受体参与调节许多身体发育和疾病过程相关的细胞增殖和凋亡[22]。研究证实TGF-β在慢性肺部疾病中起重要作用[23]，COPD患者的血清TGF-β水平与COPD严重程度成正比[24]。TGF-β能够诱导炎性细胞浸润肺、血管和呼吸道[25],促进成纤维细胞趋化，产生胶原和纤维连接蛋白，抑制胶原降解，促进纤维化发生。TGF-β能激活信号转导和转录激活因子-3(STAT-3)信号传导通路，随后STAT3磷酸化参与血管生成介质的上调，如VEGF、FGF-2和HIF-1，从而导致血管重塑[26]。国内研究发现[27]气道上皮细胞TGF-β表达与外界刺激有关，TGF-β表达量与受刺激时间成正比。血清25(OH)D浓度与COPD患者的TGF-β水平呈负相关；体外实验表明，活性维生素D3抑制MRC-5细胞中TGF-β诱导的Smad2 / 3磷酸化；此外，维生素D浓度与COPD患者的TGF-β/ Smad信号和上皮间质转化(EMT)呈负相关[24]。TGF-β还能促进IL-1、IL-6、IL-8等细胞因子的释放[28]，进而导致肺功能迅速下降。研究报道,血清TGF-β水平与 AECOPD 患者肺功能密切相关[29],同时 TGF-β在气道重塑形成过程中通过环加氧酶-2(Cyclooxygenase-2，COX-2)基因高表达，促进血管生成。最新研究显示[30]，在患有慢性气道疾病的患者中，TGF-β可以升高人类免疫缺陷病毒(HIV)储备负荷，这可能进一步加剧HIV相关的肺部合并症。与正常人相比，急性加重期和缓解期 COPD 患者血清TGF-β 的水平明显升高，TGF-β的表达与COPD气流受限的严重程度呈正相关[31]，TGF-β可能是导致 COPD 的重要因素[17]。

4 血小板源性生长因子(platelet-derived growth factor，PDGF)

PDGF是于1974 年发现的一种可以促进间质细胞分裂增殖的肽类调节因子，PDGF族由PDGF-A、-B、-C、-D四种亚型组成，因为它们形成了功能性同型二聚体，也称为PDGF-AA、-BB、-CC和-DD。PDGF通过结合PDGF受体α(PDGFRα)或PDGF受体β(PDGFRβ)来发挥生物学效应。生理状态下PDGF来源于血小板的α颗粒，组织受损时PDGF主要由单核/ 巨噬细胞合成,它能够促进单核细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞的增生和游走，还可促进胶原细胞的增生,是平滑肌细胞(SMC)、血管内皮细胞和成纤维细胞的有丝分裂原和趋化因子，能刺激成纤维细胞增殖及诱导其合成ECM、纤维连接蛋白和胶原等。PDGF-B对SMC的增殖有较强的促进作用，PDGF-B只有和PDGFRβ结合才能激活信号通路。PDGF-B和PDGFRβ调节血管形成起直接作用，例如促进血管平滑肌细胞(vSMCs)和周细胞的增殖和扩散。在肺纤维化进程中,肺泡巨噬细胞产生大量的 PDGF-B,呈剂量依赖性,其浓度的增加对肺成纤维细胞有明显的趋化作用 ，在肺内PDGF与TGF-β 起协同作用,能够对成纤维细胞的增殖及细胞外基质含量的变化进行调控。PDGF能加强金属蛋白酶组织抑制因子(TIMP)抑制胶原酶的作用,以减少细胞基质的降解,PDGF与肺血管重塑密切相关[32]。特发性PAH患者肺动脉中PDGF和PDFG受体的表达增加。有研究显示[33]，PDGF信号传导与香烟烟雾(CS)诱导的PAH有关，CS显著增加了肺动脉壁的厚度和胶原蛋白的沉积，在CS暴露大鼠的肺动脉中，PDGF-B和PDGFRβ的蛋白质和mRNA表达水平均显著增加。此外，香烟烟雾提取物(CSE)显著增加了大鼠肺动脉平滑肌细胞(PASMC)的增殖，PASMC的增殖被PDGFR抑制剂伊马替尼抑制。

5 成纤维细胞生长因子-2( fibroblast Growth Factor-2，FGF-2)

FGF-2也称为碱性成纤维细胞生长因子(bFGF或FGF-β)，是一种通过FGF-2基因编码的生长因子和信号蛋白。FGF在创伤愈合、胚胎发育和各种内源性信号传导通路等正常生理功能中起着重要作用。FGF-2是肝素结合蛋白，在细胞表面与酪氨酸激酶FGF受体(FGFRs)相关的硫酸肝素蛋白多糖相互作用。FGF-2和细胞功能和细胞内间隔形成相关。低分子量FGF-2由细胞释放，刺激细胞迁移和增殖，而高分子量FGF-2作用于细胞核，调节细胞增殖。FGF-2之所以能够发挥生物活性，是因为与位于细胞表面的酪氨酸激酶受体有高度亲和力。体内外研究表明，FGF-2是一种强有力的有丝分裂原。在培养的内皮细胞中，FGF-2诱导血管生成表型，包括增殖、迁移、蛋白酶的产生和整合素的表达的增加。蛋白激酶Cε (PKCε)是PKC的一种同工酶，和许多肺组织细胞的病理过程相关,包括渗透、收缩、迁移、肥大、增殖、凋亡和分泌。PKCε加强FGF-2释放进而激活自分泌/旁分泌的FGFR1信号，并促进内皮细胞分裂增殖[34]。在肺部疾病发生时，观察到PASMC中内皮素-1和TGF-β水平增高，从而促进FGF-2高分泌[35]。除此之外，活性氧和PI3K/AKT信号传导通路也会导致FGF-2的过表达。先前的研究表明[36]，在暴露于CS的小鼠的肺组织中，FGF-2含量降低。鼻内使用重组成纤维细胞生长因子2 (recombinant fibroblast growth factor-2 ，rFGF-2)可显著减少肺内巨噬细胞占主导的炎症和肺泡破坏；在弹性蛋白酶诱导的肺气肿模型中，rFGF-2改善了肺的再生；rFGF-2减少了接触CS的肺部炎症，因此吸入rFGF-2对于COPD患者可能是一种新的治疗选择。

综上所述，多种细胞因子在COPD气道慢性炎性中发挥作用，这种炎症的特征是从循环中募集的肺泡巨噬细胞、中性粒细胞和T淋巴细胞的数量增加。炎症因子进入血液循环，导致与炎症因子相同的全身炎症反应，通过炎症级联反应激活肺组织中炎症因子过表达，是导致肺血管生成异常的重要原因。因此，深入了解COPD相关炎症因子及其抑制剂的作用机制，是治疗COPD等慢性肺部疾病的主要研究方向。