成纤维细胞活化蛋白在肺纤维化中的作用

2023-03-09王苗风李乔田宇赵峰

临床肺科杂志 2023年12期

王苗风李乔田宇赵峰

肺纤维化(pulmonary fibrosis,PF)是多种病因引起的弥漫性实质性肺疾病的最终结局,部分疾病病因不清。PF的病理改变主要为Ⅱ型肺泡上皮的损伤、老化及异常激活,释放促炎、促纤维化细胞因子,诱导肺泡上皮向间充质转化,使肺间充质细胞活化,促进成纤维细胞增殖、转化为肌成纤维细胞。肌成纤维细胞分泌过量的细胞外基质,在肺间质和肺泡处沉积,导致不可逆的肺组织结构重塑和功能丧失[1]。在特发性肺纤维化(interstitial pulmonary fibrosis,IPF)中,以增生的肌成纤维细胞和成纤维细胞为主形成的成纤维细胞灶是其主要的病理基础,但成纤维细胞确切的来源目前还不十分清楚[2]。活化的成纤维细胞是介导PF中细胞外基质沉积的主要效应细胞,成纤维细胞的活化和细胞外基质的异常沉积使肺组织纤维化瘢痕形成,最终导致肺功能衰竭[3-4]。成纤维细胞活化蛋白(fibroblast activation protein,FAP)是一种活化的成纤维细胞的生物标志物,其在肺纤维化组织中的高表达先于肺内成纤维细胞灶的形成,但FAP在PF肺组织中的表达、作用及诊断、治疗的意义目前尚不明确[5-7]。本文分析、总结了FAP在PF发生发展中的作用,为PF的诊断、病情监测和治疗提供新的思路。

一、FAP概述

FAP于1986年首次在单克隆抗体F19培养的成纤维细胞中被发现[8]。FAP在组织重塑中选择性表达于活化的基质成纤维细胞中,是一种跨膜丝氨酸水解酶,是Ⅱ型丝氨酸蛋白酶家族成员之一,具有二肽基肽酶、内肽酶、明胶酶和溶解变性的Ⅰ型和Ⅲ型胶原活性,可降解体内的二肽和明胶[9-10]。从人体组织中的分布情况看,FAP主要表达在人体的肿瘤组织中,其选择性表达在90%以上的上皮恶性肿瘤的成纤维细胞表面,包括乳腺癌、卵巢癌、结直肠癌、胃癌、胰腺癌等,但在正常的成纤维细胞中不表达[11-15]。另有研究发现,FAP在女性的子宫内膜和子宫颈也具有较高表达,但在健康的成人组织、良性病变及癌前病变组织中通常很少表达[16-17]。目前,FAP在肿瘤领域被大量研究,其在肿瘤相关成纤维细胞表面高度表达,并且作为肿瘤的一种特异性标志物贯穿于肿瘤细胞的生长、侵袭、转移全过程,对肿瘤的发生发展具有促进作用[18-19]。此外,也有研究表明,FAP在炎症和纤维化相关疾病中的表达也持续升高,包括伤口愈合、类风湿性关节炎、骨关节炎、肝硬化和PF等[20-21]。FAP既可以作为肿瘤的潜在治疗靶点,又可以作为肿瘤、类风湿性关节炎等疾病早期诊断的生物标志物。因此,准确高效的FAP的检测方法成为该领域研究的热点之一。目前已知的FAP检测方法主要有逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)法、免疫组化法、蛋白质印迹法(Western Blot)、液相质谱检测法和荧光检测法等[22]。

FAP抑制剂(fibroblast activation protein inhibitors,FAPIs)是一种拟肽性喹啉衍生物,与FAP具有高亲和力[23]。近年来,FAPIs能否用于肿瘤靶向治疗引起了人们的重视,但FAPIs相关的治疗用药目前尚未面世。FAPIs作为PET/CT的显像剂用于肿瘤的检测近年来已成为研究的热点,并逐渐应用于临床活动中[24-26]。68Ga标记的FAPIs是一种以FAP为靶点的新型正电子显像剂,它可以在FAP表达阳性的细胞和组织中积聚,并早期发现异常的病变,目前主要用于肿瘤诊断、鉴别良恶性肿瘤、明确肿瘤分期、随访再分期及评价疗效和预后[27]。此外,近来FAPIs在非肿瘤疾病中的应用也逐渐被认可,如类风湿性关节炎、骨关节炎和纤维化等[28-29]。

二、FAP与肺纤维化

1 FAP可作为活化的成纤维细胞的生物标志物目前,PF的诊断、病情监测和预后评估的方式主要依赖于高分辨CT(high resolution CT,HRCT)、病理、肺功能检查和血气分析等。近年来,尽管国内外在PF诊断和疾病进展评估的生物标志物方面进行了大量的研究,但至今仍无令人满意的生物标志物可以大规模应用于PF日常临床诊治中[30-31]。而FAP在肺成纤维细胞中高表达为其用于PF的诊断及评估PF活动性提供了可能。无论是肿瘤还是非肿瘤性疾病,FAP的表达都是基于活化的成纤维细胞参与疾病的生理、病理过程,而活化的成纤维细胞在PF的发病和疾病进展中发挥着关键作用[32-35]。由于FAP是一种对组织结构重塑至关重要的跨膜蛋白,其表达可以区分已经发生纤维化的间质和正常的间质[5]。因此,FAP有可能作为一种可靠的生物标志物用于证实PF的存在及纤维化活性。

2 FAP选择性表达在纤维化的肺组织中 FAP在肺纤维化组织中的高表达在国内外很多研究中得到了验证。魏丽和董丽等[36-37]在小鼠肺纤维化模型中发现,FAP高表达于细支气管、大血管周围和成纤维细胞灶的成纤维细胞上,在正常肺泡组织中不表达。并且FAP的表达与肺纤维化组织病理学严重程度呈正相关,由此推测FAP可能在PF发病过程中起到一定的作用。Acharya等[5]通过免疫组化检测IPF患者、肺气肿患者和健康成人肺组织中FAP的表达,结果发现FAP只在IPF患者肺组织的成纤维细胞灶和纤维化的间质中高度表达,在健康成人肺组织和肺气肿肺组织中不表达。该研究结果表明FAP的表达存在于正在进行组织重塑的成纤维细胞灶区域,提示FAP可用于评价IPF患者的疾病活动性。此外,Röhrich等[38]使用PF患者的肺组织标本和小鼠的肺纤维化组织进行免疫组化检测,结果显示FAP在纤维化区域和正常肺组织中的表达存在差异。正常肺组织中FAP呈低表达,而在纤维化区域显示了FAP的部分表达,但FAP的高表达主要发生在纤维化区域向正常肺组织的过渡区中,表明FAP的高表达可能先于成纤维细胞灶的形成,同时提示 FAP 表达可能是在肺纤维化活跃区域,而不是肺纤维化成熟区,FAPIs高摄取区域为肺纤维化病变活跃区域提供了依据。因此,FAP是特异性的表达于肺成纤维细胞灶上,进而有可能成为早期诊断PF及判断PF活动性的生物标志物。

3 FAPIs PET显像在肺纤维化中的应用 HRCT目前是诊断PF的最佳影像学手段,但HRCT只能提供肺组织的解剖结构信息,不能呈现功能显像。单纯的HRCT影像也无法精确评估疾病的活动性和进展情况,并且不能在未破坏肺组织结构的前提下即分辨出纤维化病变的性质。因此,目前常规影像检查手段对PF患者的诊断和病情监测作用有限。近年来,诸多研究表明FAPIs PET显影可用于肺组织纤维化病变的存在及评估其活动性。Rosenkrans等[39]通过68Ga-FAPI-46 PET/CT和HRCT检测小鼠肺组织形态学上纤维增生的程度,HRCT仅在小鼠使用博来霉素第14天时观察到小鼠的肺组织纤维化影像学特点,而小鼠对于68Ga-FAPI-46 PET/CT的肺摄取在第7天和第14天均显著高于对照组,且与在组织学中观察到的FAP表达水平升高是一致的。研究再次强调了使用68Ga-FAPI-46 PET/CT在疾病早期便可以检测到肺纤维化病变,在PF的早期诊断和监测疾病活动性方面提供了更多的依据。Bergmann等[40]观察了21例系统性硬化症相关间质性肺疾病(interstitial lung disease,ILD),并在5年内ILD出现进展性特征的患者和21例无ILD的对照组患者,所有受试者均使用68Ga-FAPI-04 PET/CT成像,并进行6个月的随访。结果显示,68Ga-FAPI-04只在患有系统性硬化症相关ILD患者组的肺纤维化区域中蓄积,并且在广泛性肺组织纤维化、5年内ILD出现进展性特征的患者68Ga-FAPI-04摄取显著高于局限性肺组织纤维化、5年内ILD稳定的患者。研究使用FAP的表达水平对系统性硬化症相关ILD患者的进展风险进行分级发现其与随访时ILD进展风险相关,表明FAP表达水平可以作为新的指标来评估PF患者肺内的纤维化进展,同时有助于ILD患者临床病程的预测并进行适当的风险分级。Yang等[41]使用多种实验方法对FAP在人类原代肺成纤维细胞和肺组织标本中的表达进行了全面的检测,发现在肺成纤维细胞活化的早期,FAP表达水平显著上调。单细胞测序数据进一步表明,ILD患者肺中几乎所有FAP阳性细胞都是产生胶原的成纤维细胞。免疫组化分析证实,FAP表达水平与ILD患者肺活检切片中成纤维细胞病灶的丰度密切相关。同时通过68Ga-FAPI-04 PET/CT定量分析发现FAP显像剂的摄取与肺功能参数的下降显著相关。这些结果表明了对ILD患者肺内FAP表达水平的检测可以用来评估ILD的纤维化活动程度。总体而言,FAPIs PET/CT显像可以用来检测PF的活动性和疾病进展,有望成为评估PF患者的疾病活动、病情检测及疗效评估的有前途的方式。

4 FAP在肺纤维化治疗中的潜在作用 FAP的高表达除了在PF疾病活动、病情监测有应用价值外,在治疗方面也渐露成效。目前,常用于PF的治疗药物主要有吡非尼酮、尼达尼布以及N-乙酰半胱氨酸、糖皮质激素以及免疫抑制剂等。在肺成纤维细胞灶形成以后,抗纤维化治疗的主要作用停留在延缓纤维化的进展,但无法逆转肺组织的纤维化[42]。因此,目前对于抗肺纤维化治疗的疗效难以令人满意。目前,FAP相关的靶向药物的研究主要集中在肿瘤领域[43-45]。Talabostat(PT-100)是首个进入临床试验的小分子FAPIs,Egger等[46]在第7天和14天纵向评估FAPIs PT-100在博来霉素诱导的小鼠PF模型中的治疗作用,结果发现接受FAPIs PT-100组的博来霉素肺纤维化小鼠的PF没有进展。小鼠肺组织的qRT-PCR分析结果也显示,接受FAPIs PT-100的小鼠肺成纤维细胞中FAP的表达水平显著降低。这些结果表明PT-100可明显改善PF小鼠肺组织纤维化病变程度,具有抗纤维化作用。此研究是国际上首次发现使用FAPIs可用于治疗PF。国内的一项研究[47]基于FAP在肺纤维化病变中表达水平上调的特点,利用FAP靶向给药的方式使其成为PF药物治疗的新靶点,构建了基于有介孔结构的聚多巴胺靶向FAP载药纳米颗粒,吡非尼酮为其负载的抗纤维化药物。研究先通过肺纤维化模型小鼠FAPIs标记的PET/CT检查及病理分析,验证肺纤维化病灶中FAP的特异性表达。接着使用多种实验证明FAP靶向修饰的纳米材料可以向活跃的成纤维病灶的药物运输。过程中使用细胞增殖实验、划痕实验与免疫组化证明了经FAP修饰的负载吡非尼酮的聚多巴胺给药方式使小鼠纤维化程度均低于各类健康对照组。研究说明经FAP修饰的负载吡非尼酮的聚多巴胺在体内外均可靶向活化的成纤维细胞,具有良好的抗纤维能力,为靶向肺纤维化病灶的抗纤维化治疗提供了新的思路。Hettiarachchi等[48]利用肺组织中的胶原促进FAP表达上调的特点,设想利用低分子量的FAP配体向表达FAP的细胞递送显像剂和治疗药物的方式来实现抗肺纤维化的作用。由于胶原合成的诱导与磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)的激活相关,研究设计了一种FAP靶向PI3K抑制剂来抑制胶原合成。结果显示在肺纤维化小鼠模型中给予PI3K抑制剂可抑制纤维化肺中PI3K的活化,减少胶原沉积,并增加小鼠的存活率。这些研究结果表明,FAP用于抗肺纤维化的药物在治疗方面具有一定的潜在作用。