肝细胞生长因子与肺纤维化发生发展相关性的研究进展

李青原 冯同 郑鹏城 王波 李万成

肺纤维化 (pulmonary fibrosis, PF) 是一种治疗选择有限的慢性、进行性、肺间质性纤维化疾病，它是多种异质性间质性肺疾病的终末阶段。肺纤维化的特征是肺泡上皮细胞的反复损伤和众多信号通路被异常激活，通过多种机制，肺泡上皮细胞、肌成纤维细胞、巨噬细胞和成纤维细胞的代谢组学异常导致异常的胶原合成和气道重塑[1]。随着全球老龄化人口的迅速增加，肺纤维化发病率和患病率都在增加，患者被诊断时的中位数年龄为 66 岁，诊断后平均生存期为 2～4 年[2]。尽管过去对PF发病机制进行了广泛的研究，但它的潜在机制仍然知之甚少。肝细胞生长因子(Hepatocyte growth factor,HGF)是一种多肽生长因子，具有多种生物学效应，既往的研究表明，HGF具有抗纤维化作用[3]，在这篇文章中，我们概述了HGF相关生物学效应及在肺纤维化疾病治疗中的潜在作用。

肝细胞生长因子概述

一、HGF结构及特点

20世纪80年代早期，科学家在肝切除大鼠血清中发现一种激素样物质，其具有刺激培养肝细胞DNA合成的能力，能促进肝细胞生长，进而将该激素类物质称为肝细胞生长因子[4]。HGF是由二硫键连接组成的异二聚体，在细胞外可被蛋白酶水解为2条链：69 kDa的α(重链)和34 kDa的β(轻链)[5]；HGF由间充质细胞以前体形式(proHGF)产生，在正常组织中检测到的HGF分子主要是单链非活性的proHGF，proHGF主要通过肝细胞生长因子激活因子(hepatocyte growth factor activitor,HGFAC)和细胞II型跨膜丝氨酸蛋白酶(type II trans-membrane serine proteases,TTSP)转换为具有活性的HGF[6]。

二、HGF受体结构及特点

HGF与其特异受体间充质上皮转化因子(mesenchymal-epithelial transition factor,c-Met)结合促进多效性信号传导，c-Met是一种酪氨酸激酶跨膜受体，由一个50 kDa的细胞外亚基，通过二硫键连接到一条145kDa 的链上，该受体在平滑肌细胞、成纤维细胞和内皮细胞等多种细胞上表达[7]。活性HGF与c-Met结合，会诱导激酶结构域激活环中Y1234/Y1235 残基磷酸化，随后通过在羧基末端Y1249 和 Y1356 的磷酸化，形成蛋白结合区来接受配体蛋白并转导下游信号通路，相关配体蛋白如 GRB2、SOS、RAS、RAF、MEK 或 ERK[8-9]。

三、HGF/c-Met生物学功能

HGF/c-Met信号主要通过丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)/细胞外信号调节激酶(extracellular signal—regulated kinase,ERK)、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(The phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B,PI3K/AKT)、核因子κB(unclear factor of kappaB,NF-kB)和转录激活因子3/5(signal transducer and activator of transcription 3/5,STAT3/5)信号通路从细胞膜传递到细胞核(图1)，这些信号通路，影响多种生物学活动，包括组织细胞形态发生、增殖、存活、血管生成、运动和侵袭，HGF/c-Met控制系统对生理条件下的发育和内环境稳定起至关重要的作用[10-11]，研究发现，HGF/c-Met系统还具有抑制纤维化和抗肿瘤等多种功能(图2)[12]。在抗纤维化过程中，尽管HGF表达和分泌的确切机制尚不清楚，但过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ)已被证明具有转录调节HGF基因启动子的能力[13]。

图1 HGF信号传导通路

图2 HGF保护组织器官相关机制

肝细胞生长因子抗肺纤维化机制

一、HGF调控免疫反应

肺损伤的初始免疫炎症反应触发被认为是肺纤维化最有可能原因。在有关的潜在触发因素(危险因素)包括接触烟草烟雾、病毒感染、职业/环境接触无机材料(金属、木材和硅尘)和无机尘埃以及空气污染刺激下，I型肺泡上皮细胞(I alveolar epithelial cells,AECI)和AEC层产生破坏，肺组织损伤后，生长因子、基质因子和细胞外基质驱动的信号，共同激活多种修复途径，同时启动肺泡上皮-间充质细胞转化、促纤维化细胞因子(如趋化因子、蛋白酶、TGF-β)释放导致炎性细胞募集、成纤维细胞增殖和细胞外基质扩张，最终导致组织纤维化[14-15]。

1 HGF和上皮间质转化 最近的研究表明，上皮-间质转化(epithelial-to-mesenchymal transition,EMT)是肺纤维化发病的关键因素[16]。EMT是指上皮细胞通过特定的过程转化为间质细胞的生物学过程。在EMT过程中，上皮细胞极性、细胞间粘附和上皮标记物E-钙粘蛋白(E-cadherin)的表达降低，同时细胞迁移能力、α-平滑肌细胞肌动蛋白(Smooth muscle actin-α,α-SMA)表达增加，研究表明肺泡上皮细胞经过EMT可转化为肌成纤维细胞，并可能增加细胞外基质的沉积[17-18]，EMT在肺、肝、肾等组织脏器纤维化过程中发挥着重要作用，TGF-β1诱导的EMT参与了肺纤维化的发病机制[19-20]。 Wei Junjun等[21]发现TGF-β1是肾细胞EMT的促动因子，可抑制HGF的表达。然而，间充质干细胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)通过增加 HGF 水平和降低TGF-β1水平来阻止EMT进展，HGF是MSCs 抗纤维化的关键因素之一。 Yu Mina等[22]在高浓度葡萄糖环境中培养人腹膜间皮细胞(human peritoneal mesothelial cells,HPMCs)，发现将HPMC暴露在高葡萄糖中，会导致抗纤维化细胞因子、HGF表达减少，外源性给予HGF治疗导致了可以阻断高葡萄糖诱导的EMT，改善腹膜纤维化，预防EMT过程可预防组织纤维化发生发展。

2 HGF与转化生长因子-β1 转化生长因子-β1((transforming growth factor beta1,TGF-β1)是组织(肺、肾、肝和心脏)纤维化的关键介质，主要通过激活其下游Smad信号而导致纤维瘢痕组织形成。不同的TGF-β信号传导通路在纤维形成中发挥不同的作用。大量研究表明，TGF-β1/Smad通路失调是组织纤维化的重要致病机制。Smad2和Smad3是促进TGF-β1介导的组织纤维化的两个主要下游调节器，在参与TGF-β1介导的纤维化中发挥重要影响[23]。Shibnath Ghatak在研究小鼠肺纤维化模型中发现，HGF通过干扰 TGF-β1 信号传导来抑制TGF-β1刺激的胶原蛋白Ⅰ和α-SMA的表达,有效缓解小鼠肺纤维化，证实了HGF/c-Met通路在间质性肺病的发病机制中的重要作用[24]。Lan Yingwei等[25]通过移植制瘤素 M 预处理的间充质干细胞，改善了博莱霉素诱导的肺纤维化小鼠的纤维化程度，证实机制与通过HGF的旁分泌作用减轻肺纤维化有关，如果敲除HGF基因，会消除间充质干细胞对 TGF-β1 诱导的纤维蛋白过表达的抑制作用。Yi Xin 等[26]发现，HGF是肺、肾和肝纤维化过程中的一种抗纤维化因子，增加心肌成纤维细胞中HGF水平会减弱TGF-β1诱导的心肌成纤维细胞增殖、转化和分泌功能，HGF是TGF-β1调节心脏成纤维细胞转化的负调节因子。

3 HGF与细胞外基质 在肺纤维化过程中，成纤维细胞和肌成纤维细胞进行性增殖，以及细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的广泛沉积为纤维化发生发展过程中的重要特征。肌成纤维细胞在ECM沉积中起关键作用，TGF-β1是一种主要的促肌成纤维细胞的分化因子[27]。有研究显示，在博莱霉素处理的肺纤维化小鼠模型中，间质肌成纤维细胞上发现c-Met表达，从博莱霉素处理的小鼠肺分离的肌成纤维细胞培养中，HGF增加了肌成纤维细胞凋亡。Shinya Mizuno等[28]由此确定HGF是诱导肌成纤维细胞凋亡和ECM降解的关键因子，而在纤维化肺中激活HGF/c-Met系统，可能是减轻肺纤维化进展的一个靶点。Cui Qingbo等[29]在研究大鼠的跟腱损伤模型中发现，肌成纤维细胞分化和ECM沉积都是肌腱瘢痕形成的重要组成部分，通过对大鼠损伤的跟腱局部注射 HGF(每只小鼠 2ng·μL-1)，组织学结果显示 HGF 改善了大鼠手术切口引起的紊乱的胶原纤维，HGF可抑制 TGF-β1 诱导的肌成纤维细胞分化和 ECM 沉积。现在有充分的证据表明，HGF在各种器官的实质修复和保护中起着至关重要的作用。在肺部急性损伤时，HGF是一种有效的再生和细胞保护因子。通过早期HGF保护预防对肺实质的破坏，进而可阻断后续的纤维化发展[30]。

二、HGF与结缔组织生长因子

结缔组织生长因子(connective tissue growth factor,CTGF)是人体组织中广泛存在的一种多功能、富含半胱氨酸的肝素结合蛋白，分子量为38 kDa。CTGF协同上调生长因子，如TGF-β和胰岛素样生长因子1，通过调节成纤维细胞分泌和维持细胞外基质诱导纤维化，因此，CTGF是抑制成纤维细胞聚集诱导的更为特异的靶点[31-32]。Ilia Atanelishvili等人研究发现，对硬皮病肺成纤维细胞进行HGF处理，可减少组织中胶原蛋白、结缔组织生长因子和α-SMA沉积，并提出HGF受体 MET 的一个小片段，是一种名为“M10”的肽，具有很强的抗纤维化特性[33]。Chen Jianquan等人通过研究TGF-β1和HGF调节人心房成纤维细胞中CTGF的表达，发现慢性心房颤动(chronic atrial fibrillation,CAF)患者组CTGF蛋白含量高于窦性心律(sinus rhythm,SR)组，CAF组患者左心房直径更大、心房成纤维细胞中CTGF mRNA表达更高，TGF-β1和HGF通过上调mRNA和下调蛋白调节人心房成纤维细胞CTGF的表达，促进或抑制心房纤维化[34]。因此，抑制CTGF产生和激活的相关药物，可能是预防或减轻肺纤维化进展的可行策略。

三、HGF与炎症介质

肺纤维化的主要原因是炎症细胞浸润，大量的活性氧产生，导致急性炎症进一步发展为肺损伤,NF-κB是一个多功能转录因子家族，它可调节大量与炎症反应、细胞增殖和凋亡控制相关基因的转录，NF-κB信号在肺纤维化的治疗中起重要作用[35]。研究显示，HGF可以结合其受体c-MET来调节NF-κB信号，Ying Pang等人对实验组大鼠用HGF治疗2周，通过Western blot分析测定不同组大鼠肺中IκBα和NF-κBp65表达的相对水平，结果发现HGF显著上调肺动脉高压大鼠肺内IκBα和下调NF-κBp65的表达，通过减弱NF-κB信号，抑制实验组大鼠肺内的炎症反应[36]。Cheng Guiming等人[37]证实HGF是一种多功能抗纤维化因子，他们实验研究发现，经过HGF治疗后，血浆肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)、白细胞介素-1(Interleukin-1,IL-1)炎性因子浓度水平显著降低，降低了参与NF-κB信号通路的促炎基因的表达水平，同时阻断了实验小鼠肾细胞中活化NF-κBp65的核输入，HGF通过调节NF-κB信号通路显著改善小鼠模型中II型糖尿病引起的肾衰竭。Cleide G da Silva等发现在人肾近端肾小管上皮细胞中，炎症会诱导NF-κB 依赖性蛋白 A20的产生，产生的A20蛋白会抑制NF-κB 活化进而抑制炎症反应，HGF会增加肾近端肾小管上皮细胞中的 A20 mRNA 和蛋白质水平，通过NF-κB 信号抑制炎症反应[38]。

肝细胞生长因子在肺纤维化疾病诊疗进展

据报道，急性呼吸窘迫综合征和肺炎患者切除的肺组织，在进行各种生物标志物检测时显示HGF水平升高。结节病可能并发肺纤维化。因此，HGF 可被视为一种新的生物标志物，用于识别早期具有较高肺纤维化风险的患者[39]。在特发性肺纤维化患者支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage，BAL)的多重蛋白分析中，HGF具有组织损伤修复功能，IPF组BAL中HGF水平较对照组升高[40]。Hyung J.Chun等通过研究SARS-CoV-2感染后急性后遗症中肺功能受损的免疫纤维化驱动因素，发现HGF通过诱导抗炎和抗氧化基因表达，促进急性肺损伤后的肺泡上皮和内皮修复，HGF是一种与急性中性粒细胞激活、纤维化信号传导和肺泡上皮修复相关的血清标志物[41]。Matthieu Perreau等[42]在COVID-19感染后47名患者免疫学标记物中发现，HGF和C-X-C基序趋化因子配体13(C-X-C motif chemokine ligand 13，CXCL13)组合是患者随访期间死亡率的最佳预测因子。HGF是一种具有抗炎特性的多效性细胞因子，在肺组织修复中起着基础性作用，CXCL13是一种与肺纤维化相关并调节B细胞成熟的促炎性趋化因子。HGF-R2019冠状病毒疾病是对抗CXC13的细胞因子，防止COVID-19肺纤维化的最主要的反调节机制。

结语与展望

迄今为止，肺纤维化发生病因和机制尚未完全阐明，目前PF治疗方式仍然很局限，且不能根本改善PF患者病情。肝细胞生长因子作为人体内一种保护性因子，具有多种生物活性。大量研究表明HGF可以通过调控炎症因子、TGF-β信号通路、EMT、ECM降解等途径改善组织纤维化。有临床实验证实，对已发生肺纤维化四名矽肺患者进行每周静脉注射MSCs/HGF治疗，6个月后患者咳嗽、胸闷症状和肺功能明显改善，在12个月的随访期间，CT扫描显示肺结节和网状结节病变部分吸收[43]，但HGF用于临床治疗肺纤维化还需要进一步研究。