陳鳳 李龍 王潔 劉勝菲

由于病因不明,特發(fā)性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)缺乏有效的干預(yù)措施。晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end products,RAGE)是免疫球蛋白受體超家族的成員,在肺臟中表達(dá)最多,有助于維持肺組織的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。其參與糖尿病腎纖維化和肝纖維化已有證明,多項(xiàng)研究也表明,RAGE與IPF有關(guān)。本文就RAGE與IPF的研究進(jìn)展做一綜述,以期為IPF的治療提供一思路。

一、RAGE的簡(jiǎn)介

RAGE最早于1992年從牛肺中分離出來(lái),首次被發(fā)現(xiàn)是因?yàn)槠浣Y(jié)合晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)的能力,促進(jìn)糖尿病的炎癥和血管并發(fā)癥。編碼人類RAGE的基因位于Ⅲ類主要組織相容性復(fù)合體(MHC)的6p21染色體區(qū)域。RAGE是一種由404個(gè)氨基酸組成的35kD多配體跨膜蛋白,由胞質(zhì)區(qū)、細(xì)胞外區(qū)及跨膜區(qū)三個(gè)主要區(qū)域組成[1]。RAGE的細(xì)胞外段是配體結(jié)合位點(diǎn),由三個(gè)免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域組成,包括一個(gè)可變(V)免疫球蛋白(Ig)結(jié)構(gòu)域和兩個(gè)恒定的C(C1和C2)組成,V-C1結(jié)構(gòu)域的分子表面被疏水腔覆蓋,并含有許多帶高正電荷的Arg和Lys殘基,多個(gè)RAGE的配體含有帶高負(fù)電荷的區(qū)域,可以與帶正電荷的V-C1結(jié)構(gòu)域結(jié)合,以發(fā)揮其特異性作用[2, 3]。胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域可與各種下游信號(hào)效應(yīng)分子,如Toll-白細(xì)胞介素1受體結(jié)構(gòu)域銜接蛋白(TIRAP)、透明相關(guān)福爾馬因-1(DIAPH1)和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1和2(ERK1/2)進(jìn)行關(guān)鍵相互作用,最終導(dǎo)致絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activate protein kinase,MAPK)途徑的激活[2, 3]。RAGE在體內(nèi)以兩種主要形式存在:膜結(jié)合RAGE (mRAGE)和可溶性RAGE (sRAGE)。mRAGE有三個(gè)結(jié)構(gòu)域:識(shí)別和結(jié)合RAGE配體的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域、疏水跨膜結(jié)構(gòu)域和在細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞中起作用的帶電細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域[2, 3]。sRAGE是選擇性剪接事件或ADAM10或基質(zhì)金屬蛋白酶對(duì)mRAGE蛋白水解的產(chǎn)物,其包括內(nèi)源性分泌性RAGE(esRAGE)和外域脫落形式的RAGE。因缺乏跨膜和細(xì)胞內(nèi)C末端結(jié)構(gòu)域,只包含細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域,雖能與RAGE競(jìng)爭(zhēng)同一配體的結(jié)合,但卻不能在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào),是一種誘騙受體,通過(guò)隔離RAGE配體,從而阻斷RAGE信號(hào)向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)。

二、RAGE在肺中的表達(dá)

RAGE在肺組織中高度表達(dá),是多種肺病理的重要媒介,如IPF、肺癌、哮喘、肺炎、慢性阻塞性肺疾病(COPD)、支氣管肺發(fā)育不良和囊性纖維化(cysticfibrosis,CF)[2, 4]。RAGE在肺中的多種細(xì)胞類型中都有不同水平的表達(dá),包括肺泡巨噬細(xì)胞、肺內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、氣道上皮細(xì)胞和氣道平滑肌細(xì)胞[5]。而在Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞(type 1 alveolar epithelial cells,AT1)中表達(dá)最為豐富[6]。通過(guò)細(xì)胞外基質(zhì)跨膜區(qū)直接分泌到細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM),參與維持肺泡結(jié)構(gòu)、AT1的生存發(fā)育和分化[7]。

三、RAGE與間質(zhì)性肺疾病

間質(zhì)性肺疾病(interstitial lung disease,ILD)是一類廣泛的彌漫性肺實(shí)質(zhì)疾病,其特征是不同程度的肺纖維化和炎癥,IPF是一種常見(jiàn)且原因不明的進(jìn)行性ILD。RAGE被認(rèn)為在肺中起穩(wěn)態(tài)作用,因?yàn)镽AGE敲除小鼠隨著年齡的增長(zhǎng)而發(fā)展為肺纖維化。據(jù)報(bào)道,IPF患者肺組織中的RAGE分布降低[8]。在多個(gè)肺纖維化試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?包括博來(lái)霉素、石棉和二氧化硅所致),小鼠肺內(nèi)RAGE表達(dá)顯著下降。但在這些模型中,對(duì)RAGE的意義仍存在著分歧。RAGE缺失對(duì)石棉引起的纖維化作用最強(qiáng),對(duì)博來(lái)霉素引起的纖維化也有一定防護(hù)功能,但對(duì)二氧化硅引起的纖維化則沒(méi)有作用。在不同肺纖維化模型中,RAGE作用不同的原因仍未可知。RAGE對(duì)細(xì)胞是具有保護(hù)作用還是有害作用可能取決于細(xì)胞暴露的損傷類型[9]。RAGE在AT1中高度表達(dá),但RAGE后信號(hào)的增加導(dǎo)致上皮損傷和EMT導(dǎo)致RAGE表達(dá)減少[10]?？傊?在小鼠動(dòng)物模型及肺纖維化患者中,RAGE的表達(dá)水平都有所降低。

1. RAGE與DNA損傷修復(fù)

肺大量暴露在高氧張力和活性氧(ROS)中,氧化應(yīng)激易導(dǎo)致DNA損傷,進(jìn)而發(fā)展為IPF,因此需要一個(gè)有效的DNA修復(fù)系統(tǒng)來(lái)對(duì)抗活性氧增加的后果。有缺陷的DNA修復(fù)潛力導(dǎo)致細(xì)胞衰老,促炎性衰老相關(guān)分泌表型(SASP),促進(jìn)促炎因子(如IL-6)和成纖維介質(zhì)(如TGF-β)的分泌,并最終導(dǎo)致纖維化及推動(dòng)纖維化的進(jìn)展[6]。RAGE的缺失可導(dǎo)致細(xì)胞衰老的增加,這是由于缺乏足夠的DNA損傷修復(fù),促進(jìn)了老年RAGE-null小鼠的SASP和隨后的肺纖維化[11]。

Kumar等人[12]通過(guò)WT和RAGE-/-小鼠模型發(fā)現(xiàn),RAGE的缺失與小鼠肺纖維化組織的堆積和衰老病變有關(guān)。在RAGE-/-小鼠的其他組織中也觀察到衰老病變的積累。RAGE-/-小鼠的肺顯示出更為扭曲、松散的肺泡和肺泡周圍區(qū)域。并發(fā)現(xiàn)衰老相關(guān)細(xì)胞特性的標(biāo)記物IL-6、H2AX、53BP1和pATM均增加,表明存在持續(xù)的DNA損傷信號(hào)。而缺乏充分和及時(shí)的DNA修復(fù)可能會(huì)導(dǎo)致突變的積累,最終導(dǎo)致癌癥。還證實(shí)了RAGE的重建有效地恢復(fù)了DNA損傷并逆轉(zhuǎn)了病理異常,RAGE可以被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核,在細(xì)胞核中它被共濟(jì)失調(diào)-毛細(xì)血管擴(kuò)張-突變激酶的Ser376和Ser389磷酸化,磷酸化將RAGE招募到DNA雙鏈斷裂區(qū)域,在那里它增強(qiáng)內(nèi)切酶活性,促進(jìn)DNA損傷修復(fù)[12]。因此可知,RAGE與DNA修復(fù)之間的聯(lián)系對(duì)纖維化的進(jìn)展,甚至癌癥的發(fā)生具有一定作用。

2. RAGE與2型免疫反應(yīng)

2型免疫是對(duì)抗寄生蟲(chóng)感染的關(guān)鍵性防御機(jī)制,當(dāng)調(diào)節(jié)失調(diào)時(shí),它會(huì)導(dǎo)致不良的免疫反應(yīng),不僅導(dǎo)致過(guò)敏性哮喘和特應(yīng)性皮炎(AD),還會(huì)導(dǎo)致組織纖維化[6]。在這種反應(yīng)中,IL-4和IL-13由Th2細(xì)胞、肥大細(xì)胞和ILC產(chǎn)生[6]。促炎和促纖維化細(xì)胞因子,如IL-4和IL-13在IPF患者中升高。IL-13是一種多效性2型細(xì)胞因子,可促進(jìn)炎癥,細(xì)胞增殖和纖維化[6]。有研究發(fā)現(xiàn)[5],RAGE在2型炎癥驅(qū)動(dòng)哮喘的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭衅鹬诵淖饔?在哮喘進(jìn)展的多個(gè)步驟中需要RAGE,包括響應(yīng)過(guò)敏原釋放IL-33,以及rIL-33誘導(dǎo)ILC2在肺部的積累。持續(xù)IL-13誘導(dǎo)的Stat6激活和隨后的Stat6誘導(dǎo)基因(例如Clca1和Ccl11)的上調(diào)需要RAGE,這些基因驅(qū)動(dòng)粘液產(chǎn)生和炎癥[5]。有文獻(xiàn)報(bào)道,ILC2s參與肺纖維化[13]。RAGE還促進(jìn)ILC2的活化和積累以響應(yīng)外源性IL-33[5]。RAGE在哮喘模型中直接或通過(guò)ILC2調(diào)節(jié)IL-13信號(hào)傳導(dǎo)的關(guān)鍵作用表明RAGE也可能在調(diào)節(jié)IL-13介導(dǎo)的肺纖維化。

3. RAGE與巨噬細(xì)胞極化

M1巨噬細(xì)胞(platelet derived growth factor)具有抗肺纖維化或是致肺纖維化作用還有待考究。極化巨噬細(xì)胞表現(xiàn)出可塑性,因?yàn)樗鼈兛梢匀O化為M0巨噬細(xì)胞或通過(guò)復(fù)極化表現(xiàn)出相反的表型,這取決于特定的微環(huán)境[14]。說(shuō)明M1巨噬細(xì)胞可轉(zhuǎn)向M2巨噬細(xì)胞的極化。M2巨噬細(xì)胞產(chǎn)生血小板源性生長(zhǎng)因子(platelet derived growth factor,PDGF)、精氨酸酶1(argininase,Arg1)以促進(jìn)纖維化過(guò)程,還可產(chǎn)生轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor-β1,TGF-β1),誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞分化為肌成纖維細(xì)胞,源自M2巨噬細(xì)胞的IL-4和IL-10的過(guò)表達(dá)也有助于肺纖維化[15, 16]。肺部間充質(zhì)干細(xì)胞(LR-MSC)對(duì)肺纖維化中成纖維細(xì)胞的活化具有積極作用,M2型巨噬細(xì)胞可促進(jìn)LR-MSC的成纖維細(xì)胞分化及α-SMA的表達(dá)[17]。Li Zhuang等人[18]研究發(fā)現(xiàn),HMGB1(high mobility group protein B1,HMGB1)有助于腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAM)的M1樣極化,RAGE在TAM中充當(dāng)HMGB1的受體,并通過(guò)RAGE-NF-κB-NLRP3炎癥小體途徑,HMGB1增強(qiáng)了TAM的M1樣極化。在巨噬細(xì)胞中,HMGB1通過(guò)細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK1/2)的磷酸化激活RAGE,然后激活NF-κB和細(xì)胞因子產(chǎn)生。已有研究表明,MAPK和NF-κB可能在巨噬細(xì)胞M1樣極化中起關(guān)鍵作用[19]。He等人[20]研究表明,用RAGE抑制劑對(duì)巨噬細(xì)胞培養(yǎng)物進(jìn)行預(yù)處理,可抑制MAPK-p38信號(hào)通路的激活,促進(jìn)巨噬細(xì)胞的M1極化。此外,HMGB1與RAGE的結(jié)合與HMGB1的釋放增加和RAGE的表達(dá)之間建立了正反饋機(jī)制,導(dǎo)致M1巨噬細(xì)胞極化的增強(qiáng)。說(shuō)明,在巨噬細(xì)胞中,HMGB1可通過(guò)RAGE/NF-κB信號(hào)通路誘導(dǎo)M1巨噬細(xì)胞的極化。所以,深入研究RAGE在巨噬細(xì)胞極化中的作用可能對(duì)IPF的治療帶來(lái)一定幫助。

4. RAGE與其相關(guān)配體

RAGE被認(rèn)為是一種模式識(shí)別受體(PRR),在單體狀態(tài)下,RAGE對(duì)幾種配體只有弱親和力,而多聚化是配體結(jié)合所必需的。RAGE對(duì)配體的識(shí)別主要是通過(guò)細(xì)胞膜上的3種結(jié)構(gòu)域?qū)崿F(xiàn),其結(jié)合的配體又與其他受體結(jié)合, 構(gòu)成復(fù)雜的RAGE配體軸。IPF患者中,RAGE的主要相關(guān)配體,包括SI00蛋白、AGEs和HGMB1等升高。RAGE與配體結(jié)合被激活后,促進(jìn)各種細(xì)胞過(guò)程,包括炎癥、遷移和增殖,導(dǎo)致多種疾病,如糖尿病、腫瘤和器官纖維化等。

在IPF中,S100A9激活肺成纖維細(xì)胞增殖,并通過(guò)RAGE信號(hào)激活NF-κB通路,誘導(dǎo)α平滑肌肌動(dòng)蛋白(Acta2)、膠原1A1 (Col1a1)、基質(zhì)金屬蛋白酶-9 (MMP9)和RAGE的表達(dá)并誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生,從而參與纖維化[6]。

有文獻(xiàn)報(bào)道,當(dāng)HMGB1對(duì)各種刺激做出反應(yīng)時(shí),通過(guò)與幾種跨膜受體(如RAGE和Toll樣受體)相互作用,激活多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路,包括MAPK、ERK1/2、NF-κB和PI3K通路及其下游靶標(biāo)AKT[21]。MAPK信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)成纖維細(xì)胞分化和成纖維細(xì)胞活化至關(guān)重要,導(dǎo)致基質(zhì)產(chǎn)生和積累增加,而肌成纖維細(xì)胞持續(xù)活化為IPF重要“核心效應(yīng)細(xì)胞”。IPF的發(fā)生及惡化與肺部持續(xù)炎癥有關(guān)[22]。PI3K/AKT通路介導(dǎo)下游炎性細(xì)胞因子的釋放,例如TNF-α和白細(xì)胞介素,最終誘導(dǎo)炎癥和組織損傷[23]。NF-κB途徑在HMGB1-RAGE相互作用時(shí)也可被激活,釋放多種炎癥因子如TNF-α、IL-6和IL-1β等炎癥因子過(guò)表達(dá)[24],導(dǎo)致肌成纖維細(xì)胞聚集合成成纖維細(xì)胞灶,最終形成肺纖維化。有文獻(xiàn)報(bào)道,腎素-血管緊張素系統(tǒng)與IPF有關(guān)[25]。血管緊張素Ⅱ 1型受體(AT1R)能與 RAGE形成異構(gòu)復(fù)合物,Ang Ⅱ誘導(dǎo)的AT1R 激活反式激活RAGE細(xì)胞質(zhì)尾部的跨式激活和NF-κB驅(qū)動(dòng)的促炎基因表達(dá)。當(dāng)RAGE被刪除或其胞質(zhì)尾部的轉(zhuǎn)導(dǎo)被抑制時(shí),由AT1受體激活誘導(dǎo)的不良促炎信號(hào)傳導(dǎo)事件被減弱[26]。

HMGB1與RAGE結(jié)合后,RAGE的細(xì)胞質(zhì)尾部可通過(guò)募集Dia-1,來(lái)活化小GTP酶Rac1/Cdc42, 從而增加細(xì)胞的遷移、調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架的重塑、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、神經(jīng)軸突生長(zhǎng)和腫瘤生長(zhǎng)等,最終發(fā)生IPF。在AGE-RAGE相互作用期間也可激活小GTP酶Cdc42/Rac[1]。同時(shí),當(dāng)細(xì)胞處于炎癥狀態(tài)時(shí),AGEs與RAGE相互作用,持續(xù)激活許多與炎癥機(jī)制(粘附分子的表達(dá),細(xì)胞因子的產(chǎn)生)相關(guān)的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,包括MAPK、p38-MAPK和p-p38MAP[27]。AGEs/RAGE軸激活也可促進(jìn)TGF-β1的表達(dá)。有研究證實(shí),RAGE通過(guò)阻斷TGF-β誘導(dǎo)的Smad2、ERK和JNK信號(hào)激活,抑制EMT進(jìn)程[1, 7]。

綜上,RAGE與配體結(jié)合被激活后,通過(guò)眾多途徑參與肺纖維化?？芍?靶向配體/RAGE軸可能對(duì)IPF的治療和預(yù)防有積極作用。

四、治療

1. RAGE抑制劑

(1)RAGE抑制劑阻斷RAGE信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)或與配體結(jié)合

RAGE抑制劑可阻斷相關(guān)配體與RAGE結(jié)構(gòu)域的結(jié)合,從而抑制RAGE下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。通常用于抑制RAGE在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的作用?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的RAGE抑制劑有很多,如FPS-ZM1、生物堿和曲尼司特等。

FPS-ZM1是一種高效RAGE抑制劑,已在動(dòng)物模型中各種炎癥的治療中進(jìn)行了測(cè)試。Nam等人[28]用FPS-ZM1處理小鼠晶狀體上皮細(xì)胞,證實(shí)其顯著抑制了TGF-β2誘導(dǎo)的α-SMA表達(dá),Smad2磷酸化比對(duì)照明顯降低,抑制了纖維化的發(fā)展。另有研究表明,用FPS-ZM1治療自發(fā)性高血壓大鼠,可抑制NF-κB的活化并降低促炎細(xì)胞因子的表達(dá),降低腎臟AngII水平,可減輕腎臟的氧化應(yīng)激,進(jìn)而減少腎小管間質(zhì)纖維化[29]。說(shuō)明FPS-ZMI可能對(duì)IPF的治療具有積極作用,然而,該化合物仍需進(jìn)一步的體內(nèi)研究,證明其在實(shí)際臨床研究中的適用性,從而證明其是否可用于IPF的治療。

生物堿是RC的主要藥理成分,包括小檗堿(BBR)和罌粟堿等。Xiao等人[30]利用db/db小鼠證實(shí),BBR下調(diào)了腎組織中AGEs-RAGE-TGF-β/Smad2和PI3K-Akt通路中相關(guān)蛋白的表達(dá),緩解了db/db小鼠的結(jié)構(gòu)異常和腎纖維化。有報(bào)道發(fā)現(xiàn),BBR通過(guò)減少ACES的產(chǎn)生來(lái)抑制RAGE的表達(dá),還抑制TGF-β/Smad3誘導(dǎo)的腎纖維化和NF-κB介導(dǎo)的腎臟炎癥[31]。表明生物堿可作為先導(dǎo)分子,用于開(kāi)發(fā)新型有效的RAGE拮抗劑,可以是IPF有前途的候選藥物。

曲尼司特是一種常用的抗過(guò)敏藥物,具有抗纖維化作用[32]。可通過(guò)阻斷S100A11與RAGEV結(jié)構(gòu)域之間的相互作用,從而抑制細(xì)胞增殖[33]。

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn),他汀類藥物、替米沙坦被用于抑制RAGE。二甲雙胍也能抑制AGE誘導(dǎo)的MCF-7細(xì)胞RAGE和VEGF mRNA水平的上調(diào)[34]。這可能對(duì)于IPF合并高血脂、高血壓及糖尿病患者的治療是一重大進(jìn)展。

(2)可在細(xì)胞內(nèi)結(jié)合的RAGE小分子抑制劑

RAGE的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域?qū)Ω鞣N類型的RAGE信號(hào)和下游效應(yīng)起著關(guān)鍵作用。Manigrasso等人[35]在一組58000個(gè)分子中鑒定出13個(gè)最佳的小分子(化合物11-23),這些小分子可以與RAGE的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域結(jié)合,抑制RAGE和DIAPH1的結(jié)合。在AGEs-BSA刺激的Ager小鼠巨噬細(xì)胞模型中,用ctRAGE/Diaph1抑制劑(化合物11,inhRAGE)處理顯著但部分抑制AGEs-BSA-RAGE介導(dǎo)的NF-κB活化[36]。可知,阻斷RAGE和DIAPH1之間的相互作用對(duì)IPF的治療有積極作用。

綜上可知,RAGE抑制劑可能是IPF治療的新型策略,目前該類藥物在IPF治療中的研究甚少,還需對(duì)其進(jìn)行更多的相關(guān)研究,進(jìn)而為IPF的治療提供更廣闊的前景。

2. sRAGE

sRAGE是一種強(qiáng)大的保護(hù)分子,在IPF患者中,sRAGE的循環(huán)水平降低,且sRAGE水平較低與AE-IPF發(fā)病較早且預(yù)后不良有關(guān)[10]。sRAGE的保護(hù)作用已在臨床前模型中得到證實(shí),sRAGE給藥可減少由RAGE刺激引發(fā)的不同有害損傷。體內(nèi)直接施用sRAGE已被證明可以逆轉(zhuǎn)RAGE介導(dǎo)的病理狀況[37]。表明sRAGE在IPF的治療中具有積極作用,其可能為未來(lái)IPF的治療新前景。他汀類藥物、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑、羅格列酮和維生素D被用于增加sRAGE水平,這可能作為RAGE介導(dǎo)途徑的調(diào)節(jié)劑。

3. siRNA

siRNA具有轉(zhuǎn)染效果、效力和特異性高及免疫反應(yīng)低等特點(diǎn),是最適合RNAi療法的藥物。Gross 等人[38]在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)可用siRNA轉(zhuǎn)染HCE細(xì)胞來(lái)對(duì)抗RAGE。表明siRNA在RAGE介導(dǎo)的疾病中具有治療潛力?？赡苁荌PF未來(lái)治療的新領(lǐng)域。

五、小結(jié)與展望

抗纖維化藥物的使用對(duì)IPF的生存率產(chǎn)生了重大影響,但發(fā)病率和死亡率并沒(méi)有下降,故需早期發(fā)現(xiàn)新的治療方法。RAGE通過(guò)多種機(jī)制參與IPF的發(fā)生及發(fā)展,進(jìn)一步探究RAGE的作用,將會(huì)對(duì)IPF的臨床治療產(chǎn)生積極的指導(dǎo)意義。且鑒于這一靶點(diǎn)在多種疾病中的重要性,RAGE藥物化學(xué)的未來(lái)發(fā)展可能為新一代新型療法的發(fā)展提供了土壤。