王苗風(fēng) 李喬 田宇 趙峰

肺纖維化(pulmonary fibrosis,PF)是多種病因引起的彌漫性實(shí)質(zhì)性肺疾病的最終結(jié)局,部分疾病病因不清。PF的病理改變主要為Ⅱ型肺泡上皮的損傷、老化及異常激活,釋放促炎、促纖維化細(xì)胞因子,誘導(dǎo)肺泡上皮向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化,使肺間充質(zhì)細(xì)胞活化,促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞。肌成纖維細(xì)胞分泌過量的細(xì)胞外基質(zhì),在肺間質(zhì)和肺泡處沉積,導(dǎo)致不可逆的肺組織結(jié)構(gòu)重塑和功能喪失[1]。在特發(fā)性肺纖維化(interstitial pulmonary fibrosis,IPF)中,以增生的肌成纖維細(xì)胞和成纖維細(xì)胞為主形成的成纖維細(xì)胞灶是其主要的病理基礎(chǔ),但成纖維細(xì)胞確切的來源目前還不十分清楚[2]?；罨某衫w維細(xì)胞是介導(dǎo)PF中細(xì)胞外基質(zhì)沉積的主要效應(yīng)細(xì)胞,成纖維細(xì)胞的活化和細(xì)胞外基質(zhì)的異常沉積使肺組織纖維化瘢痕形成,最終導(dǎo)致肺功能衰竭[3-4]。成纖維細(xì)胞活化蛋白(fibroblast activation protein,FAP)是一種活化的成纖維細(xì)胞的生物標(biāo)志物,其在肺纖維化組織中的高表達(dá)先于肺內(nèi)成纖維細(xì)胞灶的形成,但FAP在PF肺組織中的表達(dá)、作用及診斷、治療的意義目前尚不明確[5-7]。本文分析、總結(jié)了FAP在PF發(fā)生發(fā)展中的作用,為PF的診斷、病情監(jiān)測(cè)和治療提供新的思路。

一、FAP概述

FAP于1986年首次在單克隆抗體F19培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)[8]。FAP在組織重塑中選擇性表達(dá)于活化的基質(zhì)成纖維細(xì)胞中,是一種跨膜絲氨酸水解酶,是Ⅱ型絲氨酸蛋白酶家族成員之一,具有二肽基肽酶、內(nèi)肽酶、明膠酶和溶解變性的Ⅰ型和Ⅲ型膠原活性,可降解體內(nèi)的二肽和明膠[9-10]。從人體組織中的分布情況看,FAP主要表達(dá)在人體的腫瘤組織中,其選擇性表達(dá)在90%以上的上皮惡性腫瘤的成纖維細(xì)胞表面,包括乳腺癌、卵巢癌、結(jié)直腸癌、胃癌、胰腺癌等,但在正常的成纖維細(xì)胞中不表達(dá)[11-15]。另有研究發(fā)現(xiàn),FAP在女性的子宮內(nèi)膜和子宮頸也具有較高表達(dá),但在健康的成人組織、良性病變及癌前病變組織中通常很少表達(dá)[16-17]。目前,FAP在腫瘤領(lǐng)域被大量研究,其在腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞表面高度表達(dá),并且作為腫瘤的一種特異性標(biāo)志物貫穿于腫瘤細(xì)胞的生長、侵襲、轉(zhuǎn)移全過程,對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有促進(jìn)作用[18-19]。此外,也有研究表明,FAP在炎癥和纖維化相關(guān)疾病中的表達(dá)也持續(xù)升高,包括傷口愈合、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、骨關(guān)節(jié)炎、肝硬化和PF等[20-21]。FAP既可以作為腫瘤的潛在治療靶點(diǎn),又可以作為腫瘤、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等疾病早期診斷的生物標(biāo)志物。因此,準(zhǔn)確高效的FAP的檢測(cè)方法成為該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。目前已知的FAP檢測(cè)方法主要有逆轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)法、免疫組化法、蛋白質(zhì)印跡法(Western Blot)、液相質(zhì)譜檢測(cè)法和熒光檢測(cè)法等[22]。

FAP抑制劑(fibroblast activation protein inhibitors,FAPIs)是一種擬肽性喹啉衍生物,與FAP具有高親和力[23]。近年來,FAPIs能否用于腫瘤靶向治療引起了人們的重視,但FAPIs相關(guān)的治療用藥目前尚未面世。FAPIs作為PET/CT的顯像劑用于腫瘤的檢測(cè)近年來已成為研究的熱點(diǎn),并逐漸應(yīng)用于臨床活動(dòng)中[24-26]。68Ga標(biāo)記的FAPIs是一種以FAP為靶點(diǎn)的新型正電子顯像劑,它可以在FAP表達(dá)陽性的細(xì)胞和組織中積聚,并早期發(fā)現(xiàn)異常的病變,目前主要用于腫瘤診斷、鑒別良惡性腫瘤、明確腫瘤分期、隨訪再分期及評(píng)價(jià)療效和預(yù)后[27]。此外,近來FAPIs在非腫瘤疾病中的應(yīng)用也逐漸被認(rèn)可,如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、骨關(guān)節(jié)炎和纖維化等[28-29]。

二、FAP與肺纖維化

1 FAP可作為活化的成纖維細(xì)胞的生物標(biāo)志物 目前,PF的診斷、病情監(jiān)測(cè)和預(yù)后評(píng)估的方式主要依賴于高分辨CT(high resolution CT,HRCT)、病理、肺功能檢查和血?dú)夥治龅?。近年?盡管國內(nèi)外在PF診斷和疾病進(jìn)展評(píng)估的生物標(biāo)志物方面進(jìn)行了大量的研究,但至今仍無令人滿意的生物標(biāo)志物可以大規(guī)模應(yīng)用于PF日常臨床診治中[30-31]。而FAP在肺成纖維細(xì)胞中高表達(dá)為其用于PF的診斷及評(píng)估PF活動(dòng)性提供了可能。無論是腫瘤還是非腫瘤性疾病,FAP的表達(dá)都是基于活化的成纖維細(xì)胞參與疾病的生理、病理過程,而活化的成纖維細(xì)胞在PF的發(fā)病和疾病進(jìn)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[32-35]。由于FAP是一種對(duì)組織結(jié)構(gòu)重塑至關(guān)重要的跨膜蛋白,其表達(dá)可以區(qū)分已經(jīng)發(fā)生纖維化的間質(zhì)和正常的間質(zhì)[5]。因此,FAP有可能作為一種可靠的生物標(biāo)志物用于證實(shí)PF的存在及纖維化活性。

2 FAP選擇性表達(dá)在纖維化的肺組織中 FAP在肺纖維化組織中的高表達(dá)在國內(nèi)外很多研究中得到了驗(yàn)證。魏麗和董麗等[36-37]在小鼠肺纖維化模型中發(fā)現(xiàn),FAP高表達(dá)于細(xì)支氣管、大血管周圍和成纖維細(xì)胞灶的成纖維細(xì)胞上,在正常肺泡組織中不表達(dá)。并且FAP的表達(dá)與肺纖維化組織病理學(xué)嚴(yán)重程度呈正相關(guān),由此推測(cè)FAP可能在PF發(fā)病過程中起到一定的作用。Acharya等[5]通過免疫組化檢測(cè)IPF患者、肺氣腫患者和健康成人肺組織中FAP的表達(dá),結(jié)果發(fā)現(xiàn)FAP只在IPF患者肺組織的成纖維細(xì)胞灶和纖維化的間質(zhì)中高度表達(dá),在健康成人肺組織和肺氣腫肺組織中不表達(dá)。該研究結(jié)果表明FAP的表達(dá)存在于正在進(jìn)行組織重塑的成纖維細(xì)胞灶區(qū)域,提示FAP可用于評(píng)價(jià)IPF患者的疾病活動(dòng)性。此外,R?hrich等[38]使用PF患者的肺組織標(biāo)本和小鼠的肺纖維化組織進(jìn)行免疫組化檢測(cè),結(jié)果顯示FAP在纖維化區(qū)域和正常肺組織中的表達(dá)存在差異。正常肺組織中FAP呈低表達(dá),而在纖維化區(qū)域顯示了FAP的部分表達(dá),但FAP的高表達(dá)主要發(fā)生在纖維化區(qū)域向正常肺組織的過渡區(qū)中,表明FAP的高表達(dá)可能先于成纖維細(xì)胞灶的形成,同時(shí)提示 FAP 表達(dá)可能是在肺纖維化活躍區(qū)域,而不是肺纖維化成熟區(qū),FAPIs高攝取區(qū)域?yàn)榉卫w維化病變活躍區(qū)域提供了依據(jù)。因此,FAP是特異性的表達(dá)于肺成纖維細(xì)胞灶上,進(jìn)而有可能成為早期診斷PF及判斷PF活動(dòng)性的生物標(biāo)志物。

3 FAPIs PET顯像在肺纖維化中的應(yīng)用 HRCT目前是診斷PF的最佳影像學(xué)手段,但HRCT只能提供肺組織的解剖結(jié)構(gòu)信息,不能呈現(xiàn)功能顯像。單純的HRCT影像也無法精確評(píng)估疾病的活動(dòng)性和進(jìn)展情況,并且不能在未破壞肺組織結(jié)構(gòu)的前提下即分辨出纖維化病變的性質(zhì)。因此,目前常規(guī)影像檢查手段對(duì)PF患者的診斷和病情監(jiān)測(cè)作用有限。近年來,諸多研究表明FAPIs PET顯影可用于肺組織纖維化病變的存在及評(píng)估其活動(dòng)性。Rosenkrans等[39]通過68Ga-FAPI-46 PET/CT和HRCT檢測(cè)小鼠肺組織形態(tài)學(xué)上纖維增生的程度,HRCT僅在小鼠使用博來霉素第14天時(shí)觀察到小鼠的肺組織纖維化影像學(xué)特點(diǎn),而小鼠對(duì)于68Ga-FAPI-46 PET/CT的肺攝取在第7天和第14天均顯著高于對(duì)照組,且與在組織學(xué)中觀察到的FAP表達(dá)水平升高是一致的。研究再次強(qiáng)調(diào)了使用68Ga-FAPI-46 PET/CT在疾病早期便可以檢測(cè)到肺纖維化病變,在PF的早期診斷和監(jiān)測(cè)疾病活動(dòng)性方面提供了更多的依據(jù)。Bergmann等[40]觀察了21例系統(tǒng)性硬化癥相關(guān)間質(zhì)性肺疾病(interstitial lung disease,ILD),并在5年內(nèi)ILD出現(xiàn)進(jìn)展性特征的患者和21例無ILD的對(duì)照組患者,所有受試者均使用68Ga-FAPI-04 PET/CT成像,并進(jìn)行6個(gè)月的隨訪。結(jié)果顯示,68Ga-FAPI-04只在患有系統(tǒng)性硬化癥相關(guān)ILD患者組的肺纖維化區(qū)域中蓄積,并且在廣泛性肺組織纖維化、5年內(nèi)ILD出現(xiàn)進(jìn)展性特征的患者68Ga-FAPI-04攝取顯著高于局限性肺組織纖維化、5年內(nèi)ILD穩(wěn)定的患者。研究使用FAP的表達(dá)水平對(duì)系統(tǒng)性硬化癥相關(guān)ILD患者的進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)發(fā)現(xiàn)其與隨訪時(shí)ILD進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)相關(guān),表明FAP表達(dá)水平可以作為新的指標(biāo)來評(píng)估PF患者肺內(nèi)的纖維化進(jìn)展,同時(shí)有助于ILD患者臨床病程的預(yù)測(cè)并進(jìn)行適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)分級(jí)。Yang等[41]使用多種實(shí)驗(yàn)方法對(duì)FAP在人類原代肺成纖維細(xì)胞和肺組織標(biāo)本中的表達(dá)進(jìn)行了全面的檢測(cè),發(fā)現(xiàn)在肺成纖維細(xì)胞活化的早期,FAP表達(dá)水平顯著上調(diào)。單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)一步表明,ILD患者肺中幾乎所有FAP陽性細(xì)胞都是產(chǎn)生膠原的成纖維細(xì)胞。免疫組化分析證實(shí),FAP表達(dá)水平與ILD患者肺活檢切片中成纖維細(xì)胞病灶的豐度密切相關(guān)。同時(shí)通過68Ga-FAPI-04 PET/CT定量分析發(fā)現(xiàn)FAP顯像劑的攝取與肺功能參數(shù)的下降顯著相關(guān)。這些結(jié)果表明了對(duì)ILD患者肺內(nèi)FAP表達(dá)水平的檢測(cè)可以用來評(píng)估ILD的纖維化活動(dòng)程度?？傮w而言,FAPIs PET/CT顯像可以用來檢測(cè)PF的活動(dòng)性和疾病進(jìn)展,有望成為評(píng)估PF患者的疾病活動(dòng)、病情檢測(cè)及療效評(píng)估的有前途的方式。

4 FAP在肺纖維化治療中的潛在作用 FAP的高表達(dá)除了在PF疾病活動(dòng)、病情監(jiān)測(cè)有應(yīng)用價(jià)值外,在治療方面也漸露成效。目前,常用于PF的治療藥物主要有吡非尼酮、尼達(dá)尼布以及N-乙酰半胱氨酸、糖皮質(zhì)激素以及免疫抑制劑等。在肺成纖維細(xì)胞灶形成以后,抗纖維化治療的主要作用停留在延緩纖維化的進(jìn)展,但無法逆轉(zhuǎn)肺組織的纖維化[42]。因此,目前對(duì)于抗肺纖維化治療的療效難以令人滿意。目前,FAP相關(guān)的靶向藥物的研究主要集中在腫瘤領(lǐng)域[43-45]。Talabostat(PT-100)是首個(gè)進(jìn)入臨床試驗(yàn)的小分子FAPIs,Egger等[46]在第7天和14天縱向評(píng)估FAPIs PT-100在博來霉素誘導(dǎo)的小鼠PF模型中的治療作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)接受FAPIs PT-100組的博來霉素肺纖維化小鼠的PF沒有進(jìn)展。小鼠肺組織的qRT-PCR分析結(jié)果也顯示,接受FAPIs PT-100的小鼠肺成纖維細(xì)胞中FAP的表達(dá)水平顯著降低。這些結(jié)果表明PT-100可明顯改善PF小鼠肺組織纖維化病變程度,具有抗纖維化作用。此研究是國際上首次發(fā)現(xiàn)使用FAPIs可用于治療PF。國內(nèi)的一項(xiàng)研究[47]基于FAP在肺纖維化病變中表達(dá)水平上調(diào)的特點(diǎn),利用FAP靶向給藥的方式使其成為PF藥物治療的新靶點(diǎn),構(gòu)建了基于有介孔結(jié)構(gòu)的聚多巴胺靶向FAP載藥納米顆粒,吡非尼酮為其負(fù)載的抗纖維化藥物。研究先通過肺纖維化模型小鼠FAPIs標(biāo)記的PET/CT檢查及病理分析,驗(yàn)證肺纖維化病灶中FAP的特異性表達(dá)。接著使用多種實(shí)驗(yàn)證明FAP靶向修飾的納米材料可以向活躍的成纖維病灶的藥物運(yùn)輸。過程中使用細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)、劃痕實(shí)驗(yàn)與免疫組化證明了經(jīng)FAP修飾的負(fù)載吡非尼酮的聚多巴胺給藥方式使小鼠纖維化程度均低于各類健康對(duì)照組。研究說明經(jīng)FAP修飾的負(fù)載吡非尼酮的聚多巴胺在體內(nèi)外均可靶向活化的成纖維細(xì)胞,具有良好的抗纖維能力,為靶向肺纖維化病灶的抗纖維化治療提供了新的思路。Hettiarachchi等[48]利用肺組織中的膠原促進(jìn)FAP表達(dá)上調(diào)的特點(diǎn),設(shè)想利用低分子量的FAP配體向表達(dá)FAP的細(xì)胞遞送顯像劑和治療藥物的方式來實(shí)現(xiàn)抗肺纖維化的作用。由于膠原合成的誘導(dǎo)與磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)的激活相關(guān),研究設(shè)計(jì)了一種FAP靶向PI3K抑制劑來抑制膠原合成。結(jié)果顯示在肺纖維化小鼠模型中給予PI3K抑制劑可抑制纖維化肺中PI3K的活化,減少膠原沉積,并增加小鼠的存活率。這些研究結(jié)果表明,FAP用于抗肺纖維化的藥物在治療方面具有一定的潛在作用。

三、小結(jié)

FAP特異性的表達(dá)在活化的成纖維細(xì)胞上,而活化的成纖維細(xì)胞在PF的發(fā)病和進(jìn)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。目前針對(duì)FAP的研究除了用于腫瘤領(lǐng)域,更多的證據(jù)表明FAP也可用于PF的疾病活動(dòng)、病情監(jiān)測(cè)及療效評(píng)估之中。此外,FAP作為載體靶向抗纖維化藥物有可能是PF治療的有效途徑。