王顏華

（中日友好醫(yī)院 急診科，北京 100029）

肺纖維化（pulmonary fibrosis，PF）是一類成纖維細胞（fibroblast，F(xiàn)b）過度增殖，并向肌成纖維細胞（myofibroblast，mFb）轉化，產生大量膠原（collagen，COL）等細胞外基質導致肺臟順應性和彌散功能下降的疾病。它是多種彌漫性肺實質疾病的共同病理改變和最終通路，已知的很多因素，如感染、風濕免疫性疾病、急性肺損傷、粉塵吸入、放化療等都可以引起PF，此外還有相當部分病因未知的特發(fā)性肺纖維化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）。PF 病程一旦啟動，在某些因素的誘導下將持續(xù)進展，最終導致患者呼吸衰竭和多臟器功能衰竭而亡，至今尚無有效的治療，診斷后平均生存期不足5年[1，2]。PF 的診斷依靠臨床癥狀和影像學檢查，雖然有一些概念上的認識，但是具體發(fā)病機制尚不十分清楚[3]。盡管如此，大量的研究表明，環(huán)氧合酶2（cyclooxygenase 2，COX-2）及其催化產物前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2） 可能是抑制Fb 增殖和轉化的關鍵物質，現(xiàn)將此方面的研究做一綜述。

1 肺纖維化的認識

目前普遍認為，PF 是由肺泡上皮細胞不可修復的損傷引起Fb 過度地增殖和轉化，大量細胞外基質沉淀而成。肺泡上皮修復異?？赡苌婕癢nt 信號通路的異常激活，也可能與端粒酶功能障礙性縮短有關。比較清楚的是生長因子、 細胞因子和其他介質與肺內固有細胞的相互作用對PF 反應進展具有重要作用，其中轉化生長因子（transforming growth factor-β1，TGF-β1） 促纖維化作用研究較為明確。最終PF 的效應細胞為肺固有Fb 和循環(huán)來源Fb，它們在促纖維化因子的作用下轉化為mFb，后者能過表達α 平滑肌肌動蛋白 （α-SMA）、COL 和金屬蛋白酶組織抑制劑-2，并抵抗PGE2 的增殖抑制作用[4，5]。

2 COX-2 和PGE2

COX-2 是經刺激能迅速產生的誘導酶，主要定位于核膜和內質網，還可見于核內。人的COX-2 基因片段長約8.3kb，定位于第一號染色體q25.2～25.3，含有10 個外顯子和9 個內含子，mRNA 長約4kb，編碼604 個氨基酸殘基組成的多肽。COX-2 的表達調控主要在轉錄水平上，在COX-2 基因的5’端包含一個保守的啟動子元件TATA 盒和多個順勢調控元件，如白介素（interleukin，IL）6 核因子、激活蛋白-2、核轉錄因子-kb、環(huán)腺苷酸（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）反應元件等。細胞受到刺激后由蛋白激酶C 和Ras 介導的信號轉導并作用于5’ 端轉錄，誘導COX-2 的表達，這些細胞外的刺激因素主要有某些細胞因子、生長因子、炎性介質、致癌劑以及一些癌基因產物等； 抗炎因子如IL-4 和10 以及糖皮質激素可以抑制COX-2 的表達，有研究發(fā)現(xiàn)多種藥物可以通過影響組蛋白乙酰基轉移酶（histone acetyltransferase，HAT）的活性及共激活復合體來誘導COX-2[6]。

PGE2 是一種脂質分子，由廣泛存在的花生四烯酸（arachidonic acid，AA）代謝產生，通過自分泌、旁分泌和內分泌的方式與受體結合從而發(fā)揮強大的生物化學作用。在磷脂酶A2 的催化下，細胞膜磷脂中的AA 被氧化環(huán)化并釋放；游離的AA 被呈遞到內質網或者核膜，經過限速酶COX-2 的催化形成PGH2；PGH2 在PGE2 合成酶的作用下生成PGE2。PGH2 也可以在相應的PG 異構酶的作用下合成PGF、PGD 和PGI 等，因此各種PG 異構酶組織分布和相互競爭是影響PGE2 合成的一個因素。相對來講在肺臟，內皮細胞沒有PGI 合成酶；膜型PGE2 合成酶出現(xiàn)在大多數(shù)細胞中負責合成PGE2，但是呼吸道上皮細胞中卻沒有。PGE2 發(fā)揮生物學作用主要通過與其受體結合并激活下游信號通，至今已知的PGE2 受體有4 種：EP1、EP2、EP3 和EP4，它們都是7 次跨膜的G 蛋白耦聯(lián)受體，其中EP1 可以升高細胞內Ca2+水平，EP2 和EP4 可以升高細胞內cAMP 水平，而EP3 則降低細胞內cAMP 水平。

3 COX/PGE2 和肺纖維化

2009年，Coward 等人發(fā)現(xiàn)IPF 患者COX-2 表達缺陷是因為組蛋白乙酰化水平減低：COX-2 基因promoter 區(qū)募集HAT 減少同時轉錄共抑制復合體增多，導致組蛋白H3和H4 乙?；瘻p低，基因的轉錄受阻。在經典的PF 動物模型中，氣管內注入博來霉素后，7～10d 會有明顯的炎癥反應，COX-2 的表達和PGE2 的合成會大幅增加，但是隨著纖維化的進展，COX-2/PGE2 的水平明顯下降。博來霉素誘導小鼠的PF 實驗顯示，COX-2 基因敲除的小鼠PF 的程度明顯重于野生型，而且無論是基因特異性敲除還是應用COX 抑制劑，都能加重博來霉素誘導的PF。在博來霉素誘導下，野生型小鼠PGE2 主要是由COX-2 介導產生；COX-2 雜合子小鼠PGE2 合成受限，同時PF 程度加重，體現(xiàn)在肺臟COL 含量明顯增加；COX-2 全敲小鼠因為COX-1 代償性過表達，PGE2 水平反而高于野生型，最終炎癥反應和纖維化程度跟野生型相比反而沒有變化。很多動物實驗通過補給PGE2 對PF 起到了保護性的作用，這種保護性作用主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1） 調節(jié)呼吸道上皮損傷的愈合；（2）抑制Fb 的增殖；（3）抑制COL 的合成；（4）抑制TGF-β1 的轉化作用；（5）調節(jié)一些與炎癥和修復相關的細胞因子如IL-8、IL-12、 單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）和粒巨噬細胞集落刺激因子（CG-CSF）等[7～9]。另外有一些研究報道細胞因子、 炎性介質和藥物諸如CGCSF、MCP-1 與CC 趨化因子受體2、cys-白三烯、血管緊張素受體抑制劑Losartan 和大蒜素等能通過促進PGE2 合成發(fā)揮抗纖維化的作用。

大量研究表明，PGE2 的抗纖維化作用主要是通過EP2 受體介導的。EP2 升高的cAMP 可以通過激活下游的蛋白激酶A （protein kinase A，PKA） 或者交換蛋白（exchange protein），不但能夠抑制Fb 的增殖和COL 的合成，而且能夠拮抗TGF-β1 的作用抑制Fb 向mFb 轉化，抑制α-SMA 的表達。此外cAMP 還能夠抑制Akt，促進肺Fb 的凋亡[10]。密歇根大學醫(yī)學院做了大量關于PF 與PGE2 受體的研究。他們首先報道了PGE2 通過EP2 受體激活PTEN基因增加cAMP，進而抑制TGF-β1 誘導的Fb 向mFb 的轉化，同時抑制COL 合成和Fb 的增殖。后來他們比較博來霉素誘導不同EP 基因缺陷動物的PF 程度，發(fā)現(xiàn)EP2敲除的動物PF 最嚴重，其次是EP4 基因缺陷的小鼠，這進一步印證了EP2 表達缺失而非EP1 或EP3 與致纖維化損傷密切相關。IPF 患者除了COX-2 表達和PGE2 生成減少，還表現(xiàn)出對PGE2 抗纖維化作用的抵抗，這種反應可能是由cAMP/PKA 下游的反應元件結合蛋白磷酸化降低引起的，也可能跟EP2 受體下調有關。IPF 患者表達EP2下降可能有2 個原因：EP2 基因的過甲基化和PTEN 基因的缺失—PTEN 可以上調EP2 的表達，同時PGE2 可以增強PTEN 的活性。在體外實驗中，誘導PF 的藥物博來霉素就能夠下調肺Fb 的EP2 受體表達。此外Liu 等的實驗表明，各種升高細胞內cAMP 的物質如異丙腎上腺素和腺苷酸環(huán)化酶活化劑forskolin 都能抑制肺Fb 的增殖和轉化。這些都說明EP2/cAMP 及其下游的信號通路是PGE2 抗纖維化的重要機制[11]。鑒于TGF-β1 的Smad 信號通路研究得比較清楚，很多人認為PGE2 可能通過干擾SMAD 磷酸化及入核，從而抑制TGF-β1 的轉化作用。但是Thomas 等則報道PGE2 抑制TGF-β1 的機制不依賴Smad 通路，而是通過影響細胞骨架結構如黏著斑等來實現(xiàn)的。PGE2 能夠抑制IL-1β 誘導的血小板源生長因子α 受體的表達，這可能也是PGE2 抑制增殖的一個機制。除了EP2/cAMP 通路，PGE2 還可能通過線粒體途徑、死亡受體途徑，下調存活素、上調Fas 受體等多種途徑促進肺Fb 的凋亡[12，13]。

雖然COX2/PGE2 的抗纖維化作用得到廣泛的認可，但是實際臨床工作中對于PF 患者的治療抗炎藥物還是經常用到的，不管是激素還是非甾體類抗炎藥物，它們或是用于發(fā)熱喘憋的對癥處理，或是聯(lián)合其他藥物一同抗纖維化[1，14]。近年來也出現(xiàn)了許多與COX2/PGE2 抗纖維化相反的實驗結果報道。其中E.Lappi 等發(fā)現(xiàn)IPF、石棉肺和隱源性機化性肺炎患者的增生性和/或化生性肺上皮細胞高表達COX2。Moore 等也在部分博來霉素誘導的小鼠PF 模型中發(fā)現(xiàn)PGE2 水平是增高的。在博來霉素誘導的小鼠PF模型中，留取d14、d21 和d28 血液和肺組織檢測，結果發(fā)現(xiàn)： 雖然正常組小鼠也有表達，模型組肺泡間質內的COX-2 在d14 和d21 表達增強，d28 表達減弱但仍高于正常組；正常組小鼠僅有少量PGE2，主要分布于支氣管和肺泡上皮，模型組PGE2 于d14 表達最高，主要分布于上皮細胞和肺泡炎性細胞周圍，d21 和d28 逐漸減低，但仍高于正常組；此外TGF-β1 和表皮生長因子EGFR 在模型組表達增強，且隨著時間延長表達增加。

在百草枯誘導的大鼠PF 模型中，d28 取血清、BALF和肺組織檢測COX-2 和PGE2 亦均高表達[15，16]。在人胚肺Fb-MRC5 上，TGF-β1 促進該細胞轉化和增殖的同時可以誘導COX-2 的表達，而通過siRNA 抑制COX-2 的表達，可以減弱TGF-β1 的促轉化和增殖作用，其機制可能為抑制COX-2 能夠降低Notch 信號通路中Notch1 和Jagged1的表達[17]。邱岳等通過博來霉素誘導大鼠PF，發(fā)現(xiàn)造模14d 開始予以右歸飲干預20d，大鼠的PF 程度明顯減輕，而這種改善作用主要與降低血清和肺組織中PGE2 水平相關，后期他們深入研究相關機制發(fā)現(xiàn)，PF 模型肺組織中PGE2 水平明顯升高，實變區(qū)肺泡壁上可見大量異常增生的Ⅱ型肺泡上皮，且此類細胞高表達EP2 受體； 同時PF模型呼吸性細支氣管周圍的肺泡管和肺泡腔內有大量巨噬細胞聚集，右歸飲干預可以提高巨噬細胞EP3 的表達，從而發(fā)揮抗炎作用，緩解PF 的進展[18]。目前專家共識推薦的只有吡啡尼酮、 尼達尼布可能延緩PF 患者的肺功能下降，但是這些藥的效果并不理想，也無法逆轉其PF 的自然病程； 我國的中醫(yī)中藥對于PF 的機理和治療有一些獨特的臨床研究[19]。上海中醫(yī)藥大學邵長榮教授帶領團隊進行矽肺肺纖維化的臨床科研工作，研制成的成化纖煎治療IFP 取得一定效，此方劑的作用機制就是降低包括血清TNF-α 、TGF- β、COX2 水平，抑制炎癥反應[20]。鑒于PGE2性質不穩(wěn)定，檢測起來比較困難，但是它經15-羥基前列腺素脫氫酶 （15-PDGH） 代謝后形成的終末產物PGEMUM （7 alpha-hydroxy-5，11-diketotetranor-prosta-1，16-dioic acid），卻比較穩(wěn)定且易于檢測[21]。Tsugumi 等發(fā)現(xiàn)慢性間質性肺炎患者的PGE-MUM 水平是升高的，而且PGE-MUM 水平與患者纖維化程度的CT 評分正相關，與患者肺彌散功能負相關。他們認為鑒于肺臟是PGE2 產生和代謝的主要場所，患者的PGE-MUM 水平可以反映肺的PGE2 水平。

值得注意的是，這些相關性僅限于纖維化程度CT 評分在1、2、3 級的患者，4 級已經重度纖維化重構的患者PGE-MUM 反而是降低的[22]。其實這與我們普遍接受的觀念是一致的： 肺損傷后至纖維化早期，炎癥反應明顯，COX2/PGE2 表達增高，PF 晚期COX2/PGE2 表達減低。這種變化涉及到不可忽視卻尚未明確的問題：PGE2 的細胞來源是肺泡上皮細胞、血管內皮細胞、原位的肺Fb 還是循環(huán)來源Fb？ 有人認為肺泡上皮細胞是PGE2 的主要來源，因為肺受損時肺泡上皮細胞首當其沖，而且它可以同時表達2 種類型的COX；確實也有實驗通過免疫組化的方法在IPF 病理切片上染色COX2，結果表明，覆蓋在受損的肺組織表面的肺泡上皮細胞很可能是PGE2 的來源。很多細胞實驗通過干預手段上調肺FbCOX2/PGE2 表達來抑制其增殖和轉化，但直接給予PGE2 刺激或者與高表達PGE2 的肺泡上皮細胞共孵育，肺FbEP2 受體表達下降，這是否說明肺Fb 是通過自分泌PGE2 來抑制纖維化，而不是外源性的或旁分泌的，其中的具體機制有待組織或者人體試驗進一步研究探索。