左 蓓 陳興無

肌成纖維細胞(myofibroblast，MF)是一種介于平滑肌細胞(smooth muscle cell，SMC)和成纖維細胞(fibroblast，F(xiàn)B)之間的特殊類型的細胞，是一類分化了的FB，具有活躍的增殖和分泌膠原的能力，是細胞外基質(extracellular matrix，EMC)的主要來源［1］。大多數(shù)情況下MF以表達α-平滑肌肌動蛋白(αsmooth muscle actin，α-SMA)為主，具有一定的收縮潛能。在一些正常組織器官(如肺、腎、肝、皮膚等)的結締組織中僅有少量MF存在，常在結締組織損傷修復過程中一過性出現(xiàn)，但在慢性疾病過程中組織MF可以大量增殖并持續(xù)存在，導致皮膚疤痕攣縮，肺纖維化，肝硬化，腎臟纖維化，動脈粥樣斑塊形成等病理過程。哮喘病理生理特征涉及氣道高反應性與氣道重塑［2］。氣道重塑是指氣道在慢性炎癥刺激下所發(fā)生的氣道壁的結構改變，主要表現(xiàn)為ECM沉積、氣道平滑肌(airway smooth muscle，ASM)增厚、上皮下纖維化等。研究表明，哮喘患者氣道重塑過程中肌纖維母細胞數(shù)量明顯增多，提示MF參與哮喘的氣道重塑過程?，F(xiàn)就MF在哮喘氣道重塑中的作用綜述如下。

一、MF的特點和作用

MF是一種特殊類型的平滑肌樣細胞，最早由Gabbiani等于1971年提出，其超微結構類似于FB，不同點在于其細胞外型較FB大且不規(guī)則，胞核卵圓或不規(guī)則，有多個深的折疊，有豐富的粗面內質網、高爾基復合體，細胞間，細胞與基膜間有多種連接，質膜下有平行排列且密集的微絲束。微絲在免疫電鏡下可見有α-SMA抗體附著，證實微絲為α-SMA肌動蛋白，這是MF的主要免疫組織化學特征，使MF有了平滑肌細胞的收縮功能。但MF不同于真正的平滑肌細胞，一般不表達結蛋白。近年來對其作用有較多的研究，其主要功能是分泌大量ECM參與組織修復。在MF與創(chuàng)傷愈合實驗性中發(fā)現(xiàn)，激活的FB可以分化為MF，其有超強的分泌細胞外基質蛋白的能力，并表達α-SMA促進創(chuàng)口的收縮，在創(chuàng)口愈合過程中發(fā)揮著必不可少的作用。病理狀態(tài)下涉及組織器官的纖維化，如在肝、腎及肺的纖維化病灶中，肌成纖維細胞大量激活、增殖因而占有主要地位，是炎性損傷后ECM沉積，結構重塑，器官本身細胞功能破壞的關鍵細胞。另外有報道提示MF的出現(xiàn)對腫瘤細胞的侵襲和轉移有一定的限制作用，可能由于間質內此類細胞的增生、收縮和膠原纖維形成可包繞腫瘤細胞而延緩腫瘤的浸潤過程，限制腫瘤細胞進入血管和神經周圍間隙而發(fā)生播散。

二、MF的來源

MF是一類分化了的FB，在一些正常組織器官(如肺、腎、肝、皮膚等)的結締組織中僅有少量存在，常在結締組織損傷修復過程中一過性出現(xiàn)。病理條件下，MF在各種炎癥介質及細胞因子作用下被大量激活增殖并持續(xù)存在，其分泌過多的ECM可導致組織器官的纖維化改變。關于MF的來源可能有以下幾條途徑:

1.局部FB的轉化［3］:這是MF的主要來源。哮喘氣道重塑過程中平滑肌細胞增生肥大，膠原沉積，上皮下纖維化，F(xiàn)B增殖并且分化為特異性表達α-SMA的MF。肺間質纖維化的病理過程也包括平滑肌增生、肥大、膠原沉積及纖維細胞的形成，這些與哮喘早期氣道重塑的病理過程相似，因此某些參與肺間質纖維化的重要炎癥因子，可能在哮喘早期氣道重塑中也同樣發(fā)揮重要的作用。轉化生長因子-β(transforming growth factor，TGF-β)被認為是組織器官纖維化最關鍵的細胞因子之一。已知TGF-β可誘導多種組織FB轉分化為MF，并誘導MF分泌ECM和促進結締組織蛋白合成［4］。體外實驗也證明TGF-β1作用于人胚肺FB，可引起細胞內α-SMAmRNA和蛋白表達的水平增強，并逐漸向MF轉分化。Vignola等［5］用免疫細胞化學染色和原位雜交的對照研究發(fā)現(xiàn)，哮喘患者支氣管壁合成TGF-β的細胞主要為氣道上皮細胞、FB和嗜酸性粒細胞，并且支氣管上皮、黏膜中TGF-β免疫反應性增高與基底膜增厚、FB增生呈正相關。陳興無等［6］通過建立人氣道上皮細胞16HBE與人支氣管成纖維細胞的共培養(yǎng)，并用免疫熒光及Western blot分析，結果顯示損傷氣道上皮細胞誘導了上皮下成纖維細胞(sub-epithelial fibroblasts，SEF)的α-SMA過表達;而用TGF-β中和抗體則對損傷氣道上皮細胞誘導SEF的α-SMA表達有不同程度的抑制作用。除了TGF-β，其他細胞因子如結締組織生成因子(connective tissue growth factor，CTGF)、白介素-4(interleukin-4，IL-4)、白介素-3(interleukin-3，IL-3)及內皮素等，都能通過各自信號轉導途徑促進FB轉分化為MF，并可協(xié)同TGF-β促進MF的生成和增殖［7-9］。

2.氣道上皮細胞的轉化［10］:成熟的上皮細胞在特定環(huán)境作用下，可以表現(xiàn)出可塑性，在與其周圍間質的相互作用過程中，雖然喪失部分上皮細胞特征如細胞間連接丟失、細胞極性喪失，但卻獲得了一些間質細胞的特征，如浸潤性和遷移游走能力，這種現(xiàn)象被稱為上皮間充質轉化(epithelial mesenchymal transition，EMT)。EMT在腎臟，肝臟，晶狀體及肺等器官組織的纖維化來源中扮演重要角色。在EMT過程中上皮細胞主要發(fā)生以下兩個方面的變化:①上皮細胞表型如:鈣黏蛋白、β-連環(huán)蛋白等逐漸喪失，而獲得間質細胞的表型如:α-SAM蛋白、Snail蛋白、波形蛋白、N鈣黏素等;②上皮細胞極性喪失，與周圍細胞的聯(lián)系減少，細胞的運動與遷徙能力增強。間質成纖維細胞就是具有間質細胞表型的一類細胞，而MF則是一類活化的間質成纖維細胞，表達獨特的分子標記蛋白α-SAM。在一些細胞因子如TGF-β等的刺激下，這些在EMT過程中生成的間質成纖維細胞就可以轉變?yōu)镸F。因此上皮細胞被認為是MF的又一來源。張敏等［11］用低濃度的多聚左旋精氨酸(poly-L-arginine，PLA)(一種嗜酸性粒細胞陽離子蛋白類似物)反復刺激支氣管上皮細胞株16HBE-14o模擬哮喘的慢性炎癥過程，發(fā)現(xiàn)部分細胞出現(xiàn)了肌纖維母細胞表型的轉化，即表達肌纖維母細胞表型的標記物α-SMA。這一現(xiàn)象提示，氣道上皮細胞在反復的慢性損傷過程中部分受損傷細胞未能正常愈合而出現(xiàn)表型發(fā)生改變，并向肌纖維母細胞轉化。Emiko等在一個體外研究中發(fā)現(xiàn)，轉染了腺病毒EIA基因的氣道上皮細胞能夠表達間質表型標記物α-SMA和波形蛋白(vimentin)而發(fā)生表型改變。由此可以證實，氣道上皮細胞在不同的損傷因素作用下能向肌纖維母細胞轉化。微環(huán)境對于EMT的形成有很大的影響，這是由于當微環(huán)境被激活之后會出現(xiàn)不同的細胞因子，如血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、TGF-β、腫瘤壞死因子-β(tumor necrosis factor-β，TNF-β)、胰島素樣生長因子(insulinlike growth factors，IGF)、成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)等，這些因子加快了上皮細胞EMT的產生。其中TGF-β是EMT的主要誘導因子，已被證實在肝、腎、肺等許多組織器官的纖維化中起到重要作用，其通過依賴Smad和非依賴Smad的方式誘導纖維化中EMT的發(fā)生［12-13］。以往的研究已發(fā)現(xiàn)，損傷的氣道上皮細胞分泌TGF-β增多。在張敏等［11］研究中用PLA反復損傷氣道上皮細胞系16HBE-14o，在氣道上皮細胞系16HBE-14o反復損傷、修復過程中，有部分細胞α-SMA表達陽性，TGF-β的刺激增加了α-SMA陽性細胞數(shù)，并延緩了損傷后16HBE-14o的修復。據(jù)此推測，可能氣道上皮細胞這種潛在轉化為肌纖維母細胞的作用，參與了哮喘的氣道重塑過程。

3.血液中纖維細胞的轉化:Bucala等［14］在損傷修復的模型中發(fā)現(xiàn)了外周血纖維細胞的存在，并通過其生長特性及獨一無二的表型首次將其命名為外周血纖維細胞。血液中的纖維細胞是一種CD34+細胞，骨髓基質細胞也表達CD34抗原，故纖維細胞一直被認為來源于骨髓基質［15］。外周血纖維細胞參與機體的損傷修復和肝纖維化、肺纖維化、哮喘、硬皮病的病理過程。當組織損傷時，外周血纖維細胞隨血流進入傷口，定位于ECM沉積區(qū)，合成膠原和基質蛋白參與損傷愈合，還可通過分泌基質金屬酶參與重塑反應。對哮喘患者進行氣管內活檢發(fā)現(xiàn)，哮喘患者氣道纖維化與同時表達CD34抗原和膠原蛋白的纖維細胞有關。Schmidt等［16］報道，由過敏原導致的哮喘患者的支氣管壁纖維化與表達CD34纖維細胞存在有關，但其CD34表達與α-SAM表達呈負相關。并且發(fā)現(xiàn)TGF-β及ET-1在下調CD34表達的同時上調α-SAM的表達，在TGF-β作用下纖維細胞還能進一步分化成熟為FB。CD34抗原在體內外均隨時間延長表達減少，可能反映纖維細胞表型的轉變，這與其在特殊的組織微環(huán)境中分化成熟、表達α-SAM有關。某些介質如TGF-β、IL-1、次級淋巴細胞趨化因子(SLC)、CXCL12以及血清淀粉樣物質P可以影響纖維細胞的功能、增殖能力、分化為MF的能力以及轉運特性。

三、MF在哮喘氣道重塑中的作用

1.上皮下纖維化:尸檢和支氣管黏膜活檢表明哮喘患者存在基底膜增厚。網狀基底膜(reticular basemet membrane，RBM)增厚是哮喘的重要特征之一，RBM的增厚主要由于膠原Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ增多所致，故又稱上皮下纖維化［17］。近年來研究發(fā)現(xiàn)哮喘患者支氣管上皮基底膜下存在一類特殊的FB-MF，并且數(shù)量較正常人明顯增加［18］。MF與哮喘患者支氣管上皮下纖維化的發(fā)生有密切關系。FB轉化為MF后，合成細胞外基質及膠原(特別是Ⅰ型膠原)的能力大大增強，其中Ⅰ型膠原、明膠酶B(MMP-9)、TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3和TIMP-4、TGF-β的基因表達均增強，而膠原酶-1(MMP-1)和明膠酶A(MMP-2)的表達沒有區(qū)別，因此膠原降解的速度要低于其分泌速度，導致了膠原沉積［19］。對哮喘患者和健康受試者纖維支氣管鏡檢物行免疫組化印跡和計算機輔助圖像分析證實哮喘患者Ⅲ型膠原、V型膠原、黏合素在上皮下沉積與局部MMP-9、TIMP-1表達增高有關，MMP-9的表達強度大于T1MP-1，表明MMP-9、TIMP-1活性失調與呼吸道重塑有關。

2.支氣管平滑肌的肥厚:研究表明，同正常氣道相比哮喘患者氣道壁中的ASM細胞數(shù)量增加了2～3倍。目前認為，哮喘患者ASM增厚增生性改變是由于FB、外膜細胞、MF的分化和逆分化的結果。其中一個原因是MF的參與，從超微結構特征來講，因MF含有α-肌動蛋白與肌纖維母細胞是不同的。這些細胞被認為是代表特殊細胞形態(tài)消失后的肌細胞，后者向上皮下區(qū)域移動形成新的ASM束。由于肥大和(或)增生引起的ASM的增加可以解釋嚴重哮喘患者大部分氣道腔的狹窄和氣道管徑的縮小。增生、肥厚的平滑肌不僅影響氣道管徑的收縮力，而且導致管壁增厚，引起氣道狹窄。

3.分泌細胞因子、生長因子和炎性介質:MF具有很強的合成和分泌功能，它能產生細胞因子、生長因子和炎性介質，如白介素-1(IL-1)、白介素-6(IL-6)、TNF-α、TGF-β、血小板源性生長因子(plateletderived growth factor，PDGF)、堿性成纖維細胞生長因子、單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)、一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)等。這些細胞因子都是炎性介質，因此MF也具有炎性細胞的特性。MF通過分泌這些細胞因子，募集炎性細胞，使與哮喘相關的炎癥程度加強、時間延長，從而形成一個炎癥反應自我激發(fā)的正反饋。持續(xù)存在的炎癥反應導致纖維化因子TGF-β高水平表達，TGF-β對MF表型的誘導和維持有重要的作用，還能誘導嗜酸性粒細胞、巨噬細胞、B淋巴細胞、單核細胞、中性粒細胞和肥大細胞等許多炎癥細胞趨化，在哮喘的慢性氣道炎癥和氣道重塑中起著重要作用。

四、結語

MF是一種活化了的FB，其來源復雜，具有活躍的增殖和分泌膠原的能力，在各種炎癥介質及細胞因子作用下被激活增殖并持續(xù)存在，可能參與哮喘氣道上皮下纖維化、支氣管平滑肌增生肥大等氣道重塑過程。抑制MF的轉化和活化有可能作為預防哮喘氣道重塑的一個途徑，但目前對該細胞了解仍不是很清楚，尚需進一步研究。

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