基于TNF-α/NF-κB信号通路对IPF炎症与焦亡的探讨

王丽娜，罗 竹，黄小朵，徐昌君，严春兰，罗进程，杨长福

（贵州中医药大学，贵州 贵阳 550002）

特发性肺纤维化（Pulmonary Fibrosis,IPF）是由多种因素导致的纤维增殖性疾病，是以细胞外基质（Extracellular Matrixc，ECM）沉积伴随炎症损伤、大纤维细胞增生，导致肺组织结构破坏为特征的病理过程[1]。迄今,对于IPF西医以糖皮质激素治疗为主，激素类药物对特发性肺纤维化有良好的抑制作用，并且在临床广泛使用。近年来，据有关研究显示，特发性肺纤维化的患病率呈现逐步上升的趋势[2]，且这种趋势随着年龄的增加而升高。一旦被确诊为肺纤维化，其预后差，一般生存年限平均约2.8～4.2年。

因此，探究IPF疾病发生发展的机制，对于指导临床用药以及提高居民生活质量，具有不可忽视的作用。本文将从炎症反应方面探究其可能的相关机制。

1 早期肺泡巨噬细胞诱发的炎症，与促炎因子TNF-α密切相关

早期肺泡巨噬细胞诱发的炎症，与促炎因子TNF-α密切相关，大量释放促炎因子TNF-α有可能导致后期纤维化的发生。早期的炎症反应可能与TNF-α激活NF-κB信号通路有关，因此可以作为防治肺纤维化早期的靶向通路。

1.1 早期肺泡巨噬细胞诱发的炎症反应是IPF发病的重要原因,炎症反应与TNF-α高表达有关

IPF发病早期主要是由于受到外界刺激，血液内的单核细胞启动免疫反应，外界刺激突破免疫屏障后，会诱导单核细胞转化为巨噬细胞，巨噬细胞可以产生促炎因子。TNF-α是一种由活化的巨噬细胞产生的促炎因子，它的由来是经过一系列的研究发现的。早期，肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）最开始出现是在1975年，由E.A.Carswell等人发现，当注射细菌脂多糖在接种卡介苗的小鼠身上后,血清中会出现一种能使多种肿瘤发生出血性坏死的物质，这种物质被命名为TNF，而活化巨噬细胞，T淋巴细胞及NK细胞可以产生TNF，并且能够杀死体内、体外的某些肿瘤细胞，且能够产生抑制肿瘤细胞增殖的作用。在1985年，Shalaby把巨噬细胞产生的TNF命名为TNF-α，其中肿瘤细胞株对TNF-α具有很大的敏感性差异。

有研究表明，肿瘤坏死因-α（TNF-α）具有促纤维化的作用，表现在TNF-α 不仅可以参与自身局部损伤和炎症反应，可以增加促炎活性和进行免疫调节,也可以介导其它细胞和炎症因子的表达,从而促进成纤维细胞的增殖和胶原的合成与分泌。同时TNF-α还可以扩大炎性损伤，表现在TNF-α可以单独或协同补体C3a、C5a，诱导其他细胞合成进而分泌炎性因子，因此TNF-α是肺纤维化形成和发展过程中关键性的炎症细胞因子，当TNF-α高表达时,肺纤维化炎症发展更迅速。此外，TNF-α与在其他呼吸系统疾病的炎性反应当中也发挥着重要的作用。

1.2 前期研究发现：

促炎因子TNF-α可以直接或间接激活NF-κB信号通路,诱导炎症反应发生,在肺纤维化炎症中起到重要作用,是治疗肺纤维化有效靶点

研究表明,NF-κB是一条存在于多种类型细胞中的信号通路，与细胞内生物学功能和炎症反应密切相关[3-4],并且能和许多基因启动子区域的固定核苷酸序列结合,启动基因转录，可以在炎症反应、细胞的生长调控及机体免疫应答等方面发挥重要作用。其中，TNF-α作为一种基因启动子区域,含有NF-κB的位点,TNF-α可以通过激活IKK,进而激活NF-κB信号通路，TNF-α作为激动剂进一步增强NF-κB的转录活性,刺激NF-κB活化，NF-κB 活化后，可增强TNF-α、IL-1β 的转录,从而使细胞产生和释放的TNF-α、IL-1β增多，新产生的TNF-α、IL-1β进而再次激活NF-κB,并使IL-6、IL-8等促炎细胞因子的产生和释放量增多,因此活化的NF-κB反过来又增加TNF-α的形成,二者形成的正反馈调节环可不断扩大炎症反应和加深纤维化程度。

2 NLRP炎症小体激活，搭建Caspase-1平台，与细胞焦亡的发生具有可能性的机制研究

细胞焦亡是一种胱天蛋白酶（caspase）依赖的、伴随细胞内容物释放及程序性细胞死亡的方式[5]，主要是由NLRP炎症小体（NALP inflammasome）启动的，炎性小体是由NLRP、凋亡相关点样蛋白（ASC）和caspase-1构成的多蛋白复合物。其中NLRP3炎症小体（NALP3 inflammasome）是目前研究比较清楚的炎症小体，NLRP3炎症小体可以被胞质内病原体或内源性分子激活，进而激活与NLRP3偶联的caspase-1，IL-1β、IL-18前体被caspase-1剪接成熟，释放至胞外。IL-1β、IL-18可驱化各种炎性细胞聚集[6]，诱发组织炎症反应。对于感染性疾病，细胞焦亡可能是保护性反应，但细胞焦亡异常则引起严重的组织损伤。

3 NF-κB与NLRP炎症小体关系

NF-κB这条与炎症反应密切相关的信号通路可以刺激炎性小体NLRP3,提供Caspase-1激活的平台,促进前体IL-1β、IL-18 释放和累积,使IL-1β、IL-18活化,通过诱导焦亡的底物GSDMD蛋白,透过细胞膜分泌到细胞外,和其他炎性细胞聚集,扩大炎性反应。

NLRP炎症小体（NALP inflammasome）在启动细胞焦亡中发挥关键作用，其中，NLRP3炎性小体是目前研究最多和研究最深的一个炎性小体,其激活机制需要两个信号：第一个信号是NF-κB的刺激，其中，细胞膜上的TLR识别胞外的危险相关分子模式或病原体相关分子模式TLR4，进而可以识别细菌脂多糖（LPS），从而激活NF-κB信号通路，诱导多种NOD样受体（例如NLRP3）蛋白以及pro-IL-1β/pro-IL-18的表达，成熟后的pro-IL-1β/pro-IL-18释放到胞外介导炎症的级联反应，导致宿主免疫反应的发生；第二个信号是某一个NLRP3激活介质[7]，它在NLRP3炎症小体的精确组装时提供信号。当NLRP3被激活后，ASC会出现成核现象的朊病毒样，募集更多ASC，从而不断聚集成为一个大而稳固的丝状物,提供caspase-1激活的平台[8]。当caspase-1被激活后，会促进IL-1β、IL-18前体剪接成熟，成为活化的IL-1β、IL-18，被激活的IL-1β、IL-18通过GSDMD蛋白在细胞膜打孔破膜，被分泌到细胞外，与其他炎症细胞集合从而扩大炎症反应[9]。在这条激活通路中，GSDMD是诱导细胞焦亡的关键蛋白，邵峰课题组发现GSDMD被抑制的巨噬细胞在受到脂多糖或者经典炎性小体的配体刺激时，虽然caspase-1可使IL-1β前体被加工成熟,但不会分泌到细胞外，因此并不会发生细胞焦亡。英国《自然》周刊同时发表的两篇论文也指出，gasdermin-D（GSDMD）蛋白是caspase-1，caspase-4，caspase-5，caspase-11的共同底物[10]，与细胞焦亡密切相关，其机制可以通过相关研究报道发现GSDMD的N端结构域可以通过诱导细胞焦亡，扩大炎性反应，而C端结构域通过与N端结构域相结合能够抑制细胞焦亡，控制炎性反应。因此，我们可以推测通过抑制焦亡相关蛋白的表达，阻断NLRP3的活化，可能会控制炎症的发生发展，从而影响IPF进程。

4 讨 论

IPF主要是由于外界刺激突破免疫屏障，生成活化的巨噬细胞，巨噬细胞可以产生促炎因子TNF-α，TNF-α可以直接或间接激活NF-κB信号通路，激活后的NF-κB信号通路可以诱导包括NLRP3在内的相关点样受体，激活Caspase-1平台，促进pro-IL-1β、IL-18剪切成熟，通过焦亡底物GSDMD在细胞膜上破膜打孔，释放到细胞外，与其他炎症因子结合，从而扩大炎症反应，引起细胞焦亡。

由此可见，IPF发病早期活化的巨噬细胞诱发炎症反应，炎症细胞大量浸润肺泡组织和肺间质，其产生细胞死亡的方式可能与细胞焦亡有关，这条与细胞焦亡相关的信号通路可以作为治疗IPF的一条靶向通路，研究药物通过抑制焦亡，降低炎症反应，从而影响IPF发生发展的进程。