王聰 董春玲

肺纖維化是一種臨床表現(xiàn)為活動性呼吸困難、漸進性加重，干咳，杵狀指，可有不適、乏力及體質量減輕的肺部疾病。肺纖維化多于50～70歲發(fā)病，起病隱匿，患者可在雙肺基底部聞及吸氣末細小的Velcro啰音，確診后的患者生存期約為2～5年，患者大多死于呼吸衰竭、循環(huán)衰竭。目前肺纖維化多采用抗炎、免疫抑制藥等治療，然而并不能明顯提高生存期，且具有較嚴重的不良反應[2]。至今除肺移植外，尚未發(fā)現(xiàn)治療肺纖維化的其他有效方法。肺纖維化的發(fā)病機制尚未完全明確，雖然有研究發(fā)現(xiàn)環(huán)境暴露(如金屬粉塵、木塵)、吸煙、病毒感染、藥物作用等與肺纖維化的發(fā)生有關，但確切機制仍未明確。肺纖維化的發(fā)病機制是近年的研究熱點。近年多項研究表明，氧化應激在肺纖維化形成過程中發(fā)揮著重要的作用，且氧化應激可誘導上皮細胞凋亡，上皮細胞凋亡可能是肺間質纖維化早期發(fā)生、發(fā)展的重要因素。該文總結了近年氧化應激與肺纖維化肺泡上皮細胞凋亡的研究進展，以供臨床同道參考。

一、氧化應激導致肺纖維化的作用機制

氧化應激指機體內高活性物質如活性氧簇產生過多，超出了機體的清除能力，導致的氧化與抗氧化體系失衡。活性氧簇包括羥基自由基、超氧陰離子、過氧化氫等，可通過信號通路及轉錄因子的激活直接或者間接地影響機體[3]。低水平的活性氧簇對于細胞存活信號通路及抗氧化能力是很重要的，其可以消除自由基，維持人體內環(huán)境的穩(wěn)定性，但是較高水平的活性氧簇，會破壞細胞的生物分子，如DNA、蛋白質、脂質，進而導致細胞的凋亡和衰老。有研究顯示，肺纖維化患者肺組織來源的肺泡炎癥細胞(巨噬細胞、淋巴細胞、中性粒細胞、嗜酸性粒細胞)和成纖維細胞所產生的活性氧簇水平高于正常對照組，而正常對照組的患者細胞內液中含有較高的還原型谷胱甘肽(GSH)、血清超氧化物歧化酶(SOD)等抗氧化物質，肺纖維化患者則較低，結果表明肺纖維化患者存在氧化劑與抗氧化劑的比例失衡[4]。

肺臟由于其特殊的解剖結構，易受到氧化應激的損傷，使肺泡上皮分泌多種生長因子或細胞因子，如轉化生長因子-β(TGF-β)、血小板衍生生長因子、內皮素-1、血管緊張素-2及結締組織生長因子，這些因子可以直接或者間接地介導纖維化過程[5]。TGF-β是促進肺纖維化的關鍵因素，它能促進肺成纖維細胞的增殖和轉化以及細胞外基質的沉積[6]。TGF-β也是促進上皮-間質轉化(EMT)的重要介質。EMT能促進纖維化進程，并參與組織的修復，過度的EMT可能會導致纖維化而導致器官衰竭[7]。有研究表明，成纖維細胞分化為肌成纖維細胞和TGF-β在肺纖維化的發(fā)生和發(fā)展均起著重要的作用[8]。氧化應激還會破壞肺組織中蛋白酶與抗蛋白酶體系平衡，從而導致肺纖維化。

近年研究表明，轉錄因子Bach1參與了氧化應激反應的調節(jié)，該因子通過識別與抗氧化劑相關的反應元件抑制轉錄，進而拮抗紅細胞衍生的核因子2相關因子2(Nrf2)，Nrf2是氧化應激反應中的一個重要因子，可促進Nrf2-依賴的抗氧化基因和蛋白質的表達，保護細胞免受氧化損害[9-10]。曾有學者指出，小鼠和人類的Nrf2缺陷均與肺纖維化發(fā)病機制有關[11]。博來霉素誘導肺纖維化小鼠的動物實驗顯示，Nrf2激動劑可通過調節(jié)肺部氧化劑水平抑制肺纖維化的發(fā)展[12]。但目前尚沒有可靠的證據表明靶向該轉錄因子Bach1是否能減弱肺纖維化[13]。對Bach1的研究也可能為肺纖維化的治療帶來新的前景。

二、氧化應激在肺泡上皮細胞凋亡中的調節(jié)作用

肺泡上皮細胞主要由肺泡Ⅰ型上皮細胞(AT-Ⅰ，占表面積的90%)和肺泡Ⅱ型上皮細胞(AT-Ⅱ，占表面積的10%)組成，前者主要負責氣體交換，后者主要負責分泌活性物質減輕肺泡表面活性[14]。通過不同濃度過氧化氫處理AT-Ⅱ模擬體內活性氧簇攻擊AT-Ⅱ時，可見AT-Ⅱ的細胞形態(tài)隨著過氧化氫濃度變化而變化，較高濃度下可見大量的AT-Ⅱ脫壁，胞體變圓，培養(yǎng)上清液中可見變圓漂浮的細胞和細胞碎片以及凋亡小體等明顯的細胞損傷性改變，電鏡形態(tài)學觀察也從形態(tài)學上證實了AT-Ⅱ凋亡的發(fā)生[15]。另有研究報道，過氧化氫氧化應激處理AT-Ⅱ后，過氧化氫組細胞生長抑制率明顯高于對照組[16]。上述研究說明活性氧簇可誘導AT-Ⅱ存活率下降和凋亡的發(fā)生，其可能機制有如下幾種。

1.TGF-β的激活

正常細胞產生的TGF-β以非活性狀態(tài)存在，和潛在相關肽(LAP)以二硫鍵聯(lián)接形成休眠復合體，并與ECM交聯(lián)在一起。氧化應激在肺泡上皮細胞凋亡中發(fā)揮著重要的作用，而TGF-β與肺氧化應激相關，活性氧簇直接氧化LAP激活TGF-β；同時活性氧簇誘導基質金屬蛋白酶攻擊LAP，從而激活TGF-β，活性氧簇還可以促進巨噬細胞和活化的肌成纖維細胞等表達TGF-β基因和分泌TGF-β[17]。TGF-β同時又可誘導活性氧簇的產生，形成一個惡性循環(huán)。高濃度的活性氧簇造成DNA破壞，細胞周期阻滯，并最終導致肺泡上皮細胞凋亡和壞死[18]。TGF-β可誘導肺組織表達還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4(NOX4)，有研究顯示NOX4 在纖維化小鼠肺泡上皮細胞的高表達引致細胞凋亡[19]。

2.核因子-κB(NF-κB)和BaK的參與

有研究顯示，氧化應激可激活NF-κB，誘導產生多種炎癥細胞因子，使促炎和抗炎細胞因子體系失衡，進而引發(fā)一系列的炎癥反應和內皮細胞通透性的增高，構成了AT-Ⅱ凋亡的物質基礎[16]。NF-κB還可調控Bcl-2家族成員BaK的表達，Bcl-2家族是細胞凋亡和肺纖維化發(fā)展的重要調節(jié)因子，通過控制線粒體外膜的完整性調控細胞凋亡[20]。有研究發(fā)現(xiàn)，AT-Ⅱ經過氧化氫刺激3 h后BaK表達水平升高，提示BaK可能作為促凋亡因子參與了氧化應激下AT-Ⅱ的凋亡過程[21]。

3.線粒體的損壞

α-Klotho是主要在腎中表達并分泌在血液中的抗衰老蛋白，它可以通過保持線粒體DNA的完整性，保護肺泡上皮細胞免受氧化應激所誘導的細胞凋亡[22]。線粒體對氧化應激敏感，部分是因為肺泡上皮中的線粒體缺乏組蛋白的保護及相對有限的DNA修復機制，當氧化應激作用于肺泡上皮細胞中的線粒體時，8-羥基鳥嘌呤DNA糖基化酶、線粒體烏頭酸、沉默調節(jié)蛋白3均可降低，而上述因子均與線粒體的完整性，線粒體DNA損傷的修復與老化有關。依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的去乙?；窼irtuin-3(SIRT3)能通過增加活性氧簇清除酶活性和穩(wěn)定線粒體功能抑制線粒體內活性氧簇的蓄積。有報道指出，肺纖維化患者缺乏SIRT3，其體內肺泡上皮細胞的線粒體DNA損傷和細胞凋亡均可增加[23]?；钚匝醮剡€可激活線粒體內在凋亡途徑，導致線粒體外膜的滲透性增加，降低線粒體膜電位，刺激眾多的凋亡蛋白(線粒體細胞色素C等)及促凋亡蛋白Caspase-9和Caspase-3的釋放，最終致使線粒體功能發(fā)生障礙，細胞發(fā)生凋亡[24]。

4.過氧化物酶6(Prdx6)的調節(jié)

氧化應激會導致體內活性氧簇產生過多，引起一系列不良后果，為了對抗這種不良反應，機體會產生抗氧化物酶，Prdx6就是其中的一種。肺組織中，Prdx6高表達。有研究顯示，Prdx6基因敲除小鼠肺組織中的Prdx6 mRNA和蛋白質表達水平均下降，肺泡上皮細胞凋亡，Prdx6可能通過釋放花生四烯酸及IL-1調節(jié)TNF誘導細胞凋亡[25-26]。

三、肺泡上皮細胞凋亡在肺纖維化中的作用機制

在正常條件下，肺泡表面覆蓋AT-Ⅰ和AT-Ⅱ，AT-Ⅱ是AT-Ⅰ的祖細胞，參與肺泡上皮細胞損傷后的修復[27-28]。而且，肺泡上皮細胞損傷、修復異常及老化加速是出現(xiàn)肺纖維化的關鍵因素。但是，肺泡上皮細胞尤其是AT-Ⅱ易受到氧化應激而發(fā)生凋亡，凋亡的AT-Ⅱ可能在以下幾個方面促進纖維化的形成：①凋亡的肺泡上皮細胞釋放TGF-β誘導肺泡上皮細胞通過EMT向肌成纖維細胞轉化；②肺泡上皮細胞對成纖維細胞的增殖調控失常減弱了其對成纖維細胞的抑制作用，從而啟動了其異常的修復功能，肺泡上皮細胞還可釋放促纖維化因子，刺激成纖維細胞的增殖和激活；③凋亡的肺泡上皮細胞分泌炎癥細胞因子，趨化中性粒細胞、單核細胞和淋巴細胞等炎癥細胞，進一步加重組織損傷，且損傷過程中輔助性T細胞2型分泌的IL-4、IL-13等細胞因子亦具有促纖維化作用；④肺泡上皮細胞的凋亡與成纖維細胞、肌成纖維細胞的活化增殖相互作用，形成肺纖維化的惡性循環(huán)[29-30]。因此AT-Ⅱ凋亡在肺纖維化具有重要作用，修復AT-Ⅱ損傷可能會逆轉肺纖維化的發(fā)生和發(fā)展。

四、展 望

國內外學者對肺纖維化發(fā)病機制的探索和尋找有效的治療方法進行長期不懈的研究，也提出了許多假設如炎癥反應學說、氧化應激學說，但肺纖維化的確切發(fā)病機制仍未明確，肺纖維化仍缺乏有效的治療手段[31]。氧化與抗氧化體系的失衡和氧化應激在肺纖維化的發(fā)生和發(fā)展過程中扮演重要的作用。有報道，抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸能明顯延緩肺纖維化患者病情進展[32]。另有報道抗氧化劑吡非尼酮治療肺纖維化可降低患者的病死率，但未能逆轉肺纖維化[33-34]。在今后的研究中，糾正氧化與抗氧化體系的失衡，探索抗氧化失衡的途徑及降低肺泡上皮細胞凋亡的靶向藥物可能為防治肺纖維化提供新的思路。

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