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2023血管生成与肺纤维化的发生发展(全文)摘要特发性肺纤维化是一种持续发展且不可逆性的肺间质疾病，以上皮细胞反复损伤，伴有纤维化性异常修复为特征，最终导致肺部结构错乱及蜂窝肺形成。其准确发病机制尚未完全阐明，而在众多机制中，血管生成也可能是促成IPF的始动因素之一。慢性进行性微血管重塑紊乱已被证实存在于IPF中，本文就血管生成的诱因、调节因子、调控机制、生成规律、治疗靶点等方面与肺纤维化发生发展关系作一阐述。特发性M纤维化(idiopathicpulmonaryfibrosis,IPF)是一种持续进展曲市纤维化疾病,以肺功能进行性、不可逆性下降为特征，最终导致呼吸衰竭1IPF是间质性肺疾病(interstitiallungdisease,ILD)中最常见的一种，如不治疗,中位生存期仅为35年2,3OIPF存活率低反映了对其发病机制认识不足，缺乏有效的治疗方法来减缓甚至逆转疾病进程4oIPF的病理过程为：肺泡上皮损伤后，各种细胞因子和细胞外基质共同激活多种修复途径，导致炎症细胞招募、成纤维细胞增殖和细胞外基质不断累积，肺组织广泛纤维化形成5,6O近年来血管生成对IPF形成的影响逐步得到重视。有作者认为JPF还是一种微血管重塑紊乱的慢性进行性肺部疾病血管生成也可能是促成IPF的始动因素之T7l8l9J0,11z12o包括提供养分放大成纤维细胞增殖，提供部分成纤维细胞来源，分泌促纤维化因子，内皮细胞外泌体中的L0X2可以增加胶原蛋白和弹性蛋白的数量与刚性以及内皮-间质转化(endothelium-mesenchymaltransition,EndoMT)等。肺组织广泛损伤后,异常血管生成可能是触发纤维化性修复的关键因素13o一、肺血管生成及相关肺部疾病组织的血管形成含有血管发生和血管生成两个部分。成血干细胞分化形成初始血管结构称作血管发生，而原有血管出芽形成新血管的过程称作血管生成。血管生成一般只见于再生、发育、创伤修复等，是一种严格受控的生理过程。缺氧、肺组织广泛损伤、活化癌基因、细胞因子等因素都可以刺激血管增生。肺部广泛损伤后，炎性物渗出阻碍了气体交换，并释放大量促血管生成因子促进血管生成。炎性细胞活化还可以引起局部相对氧含量不足，触发缺氧诱发因子促进促血管生成因子释放，引起毛细血管代偿性增生来适应组织代谢的需求14O血管生成和炎性反应无论生理抑或病理状态，两者经常相伴存在15o血管生成与多种肺部疾病发生发展有关16,17,18,19,如肺癌中血管生成促进肿瘤增殖与播散，慢性阻塞性肺疾病(简称慢阻肺)中缺氧导致血管管壁增厚、肺微血管再生，以代偿生理所需；肺动脉高压中血管生成和重塑促进了动脉高压；肺急性损伤中毛细血管增生及通透性增加导致弥漫性肺泡水肿及透明膜的形成。肺纤维化发生发展过程中同样包含了病理性血管生成过程20o二、肺血管生成的调节与肺纤维化肺是一个血管极其丰富的组织器官。血管生成过程受到血管生成因子和血管抑制因子的双重调节，即血管形成的开关平衡假说21:正常组织中血管生成处于相对停滞状态，当生成因子势能上调或抑制因子势能下调，可破坏血管生成调节平衡，使开关处于开放状态，最终引起血管生成。血管生成相关的细胞因子调控是一个复杂的网络体系，具有多层次性、广泛性、网络性。每种因子在肺纤维化血管异常生成中的影响程度及具体规律目前尚未完全阐明。(-)促血管生成因子1 .血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactorzVEGF):VEGF是一种酪氨酸激酶糖蛋白，是最有效的血管生成刺激因子之一。Simler等22观察到，IPF患者基线血浆VEGF浓度与高分辨率CT的纤维化评分呈正相关。其在肺内可由上皮细胞、血管内皮细胞、巨噬细胞以及肺间质细胞分泌230VEGF促血管生成机制主要通过以下几点24:增强血管通透性，使血管外基质蛋白积累，构成血管生成所需的营养基质和内皮细胞迁移的支架；通过MAPK/ERK或P13KAKt通路作用于内皮细胞，促使其分裂、增殖、趋化；诱导抗凋亡因子产生，抑制内皮细胞凋亡。VEGF还可以把骨髓来源的干细胞动员至受损组织，并在受损组织诱导血管生成25o在低氧和高氧条件下，肺成纤维细胞中VEGFR1的表达均增加26Jo2021年Amano等27发现VEGFR1-TK信号的缺失抑制了博莱霉素诱导的肺纤维化。由此推断,针对特异性调控VEGFRl-TK信号通路的酪氨酸激酶抑制剂有望成为防治肺纤维化的药物。2 .血管生成素(angiopoietin,Ang):Ang是内皮细胞的间接刺激因子，它对内皮细胞无直接促分裂增殖作用。Angl和Ang2共享同一受体，即内皮细胞TEK酪氨酸激酶（Tie2）,但产生的效应却呈拮抗作用。Angl对血管促成熟、促稳定。Ang-1的作用机制包括28。）激活P13KAKt途径、增加抗凋亡因子：生存素，从而抑制内皮细胞凋亡。（2）促进血管外膜组织与内皮细胞接触，有利于内皮细胞的分化、迁移；在慢性炎症的血管生成中，Ang-1与VEGF可以发挥互补作用。Ang2则是通过竞争性地与Tie2结合并破坏血管的稳定从而发挥Angl的天然拮抗作用291Ang2对内皮细胞无直接刺激作用，仅是通过拮抗Angl促使血管退化，然而，Ang2破坏内皮细胞与外周基质的作用，使内皮细胞在不稳定状态下对生长因子更加敏感，又可增加VEGF及其他因子的促血管作用。所以在Ang2作用下的血管不仅不会退变，反而会发生血管新生改变。Margaritopoulos30发现IPF患者中在蛋白水平上可观察到Ang-2和Tie2之间存在显著的成对相关性，提示IPF可能增强了血管活性，这可能是参与IPF发病过程的一条新途径。Tie2中的蛋白Twistl是W血管生成中重要的转录因子，参与博莱霉素诱导的小鼠肺纤维化31oTwistl基因敲除可降低Tie2的表达，从而使得以Angl为主的健康小鼠肺内皮屏障功能下降，同时抑制了内毒素诱导的肺血管完整性的破坏，这一过程通过降低血管通透性和抑制异常血管重塑来减轻博莱霉素诱导的纤维化改变；在博莱霉素诱导的体内肺纤维化模型中，Twist1Ser42磷酸化也促进了小鼠肺内病理性血管生成，TwistlSer42磷酸化可能通过AngTe2信号调控生理及病理性血管生成32o因此，调节Twistl表达或Twist1Ser42磷酸化以调控AngTie2信号通路可能是治疗肺纤维化的一种潜在策略。临床研究表明，高浓度Ang2患者的5年存活率明显低于低浓度Ang2的患者，而Angl高、低两组间存活率差异无统计学意义33o因此，Ang2有望成为反映肺微血管损伤和预测IPF进展或预后的生物标志物。3 .ELR÷CXC家族：CXC趋化因子家族在调节血管生成方面发挥着不同作用。根据半胱氨酸前是否有ELR结构,可分为ELR+CXC和ELR-CXQ340两类趋化因子比例失调是异常血管生成所致纤维化性修复的重要原因。ELR+CXC具有促血管生成作用(包括CXCLkCXCL2、CXeL3、CXCL5、CXCL6、CXCL7和CXCL8),主要作用受体是CXCR2350而CXCL12、CXCL16.CXCLl7具血管生成特性。CXCL5和CXCL8都具有很强的血管生成活性。IPF患者中CXCL5明显升高，当从IPF组织标本中去除CXeL5时，组织源性血管生成活性显著降低；IPF患者伴有CXCL8分泌潜能的增加，结果显示IPF肺中CXCL8的表达水平高出约20倍36如何阻断CXCL5、CXCL8等促血管生成趋化因子与CXCR2结合,有望成为新的治疗靶点。4 .分泌型IgA(secretoryimmunoglobulinA,SIgA):SIgA通过促进某些促血管生成因子间接发挥促血管作用。SIgA作为一线防御，保护黏膜组织免受感染和过敏反应37o已有研究证实IPF肺内黏液蓄积量与FVC下降有关38OlPF肺重塑组织的上皮细胞暴露在富含SIgA的黏液中，SIgA通过与肺泡上皮细胞表面的TFR/CD71结合，刺激细胞产生VEGF.TGF-IL-839o这些细胞因子在IPF血管生成中各自起到重要作用，随后加重肺纤维化22,40,41,42,43o由此认为，阻止SIgA与肺泡上皮细胞表面的受体结合同样有可能成为治疗IPF的新靶点。5 .血小板衍生生长因子(platelet-derivedgrowthfactor,PDGF):PDGF与其受体PDGFR结合后的效应主要是促肿瘤增殖和血管生成。PDGFR激酶抑制剂可减少血管表面周细胞的募集，降低周细胞覆盖率，从而破坏血管的稳定44o有研究表明IPF肺中PDGF表达水平较正常肺组织升高45r也有研究显示抑制PDGF可以阻止肺纤维化进展46o因此针对PDGF抑制剂的研发很可能对IPF的治疗起到一定作用。6 .碱性成纤维细胞生长因子(basicfibroblastgrowthfactor,bFGF):FGF具有强烈的促细胞生长作用,根据等电点的不同可分为aFGF(酸性成纤维细胞生长因子)和bFGF(碱性成纤维细胞生长因子研究表明，bFGF在体内外都有明显的促血管壁生成作用；IPF中bFGF表达增高，作为重要的血管活性物质作用于受损血管的内皮细胞、平滑肌细胞，并促进血管新生47o(二)抑血管生成因子1 .色素上皮衍生因子(pigmentepithelialderivedfactor,PEDF):PEDF通过阻止其在内皮细胞中的下游信号来阻断新血管的生长48,49oPEDF抑血管生成的能力较其他因子更强，且只对新生血管起作用。为了寻找针对PEDF的抗血管生成剂，有学者分析了PEDFs的三维结构，以往研究表明PEDF中34-聚体可作用于内皮细胞，诱导凋亡；44-聚体内部片段含有控制通透性的残基，可阻碍血管生成；最新研究发现7-聚体的抗VEGF作用是34-聚体的1.5倍50O目前，重组PEDF在多种体内模型治疗中实现了实体肿瘤体积的缩小51o若能精准定位PEDF的抗血管生成功能表位，不失为IPF治疗提供新的选择。2 .干扰素(interferon,IFN):IFN中主要起抑制血管作用的是IFN-o大量研究表明IPF患者血清IFN-YZX平较低。IFN-那节血管生成是通过抑制内皮基底膜降解、减少内皮细胞结合FGFx诱导产生ELR-CXC,间接阻止血管生成。3 .ELR-CXC趋化因子：ELR-CXC趋化因子主要为抑制血管生成作用(包括CXcL4、CXCL9、CXCL10和CXCL11),主要作用受体是CXCR3340CXCL11除了有直接的抗肿瘤活性的作用外,还抑制血管生成52o研究表明，用IFN诱导的CXCL11进行全身治疗可减轻博莱霉素诱导的肺纤维化，用特异性中和抗体抑制CXCR3可导致CXCL11减轻肺纤维化的能力减弱，表明IFN诱导CXC趋化因子可能为治疗肺纤维化提供新的治疗干预措施53o与CXCL11一样，CXCL10和CXCL9也是通过与CXCR3连接，在角膜微囊袋血管生成实验中抑制血管新生54,55o在早前即有与CXCL11治疗类似的临床模型证实：CXCL10可抑制博莱霉素诱导的肺纤维化56L4 .血栓素(thromboxane,TSP):TSP-1与CD36受体结合后，促进凋亡因子caspase-3的表达，以此抑制血管生成。既往研究表明TSP-1与CD36结合后，激活TGF-1信号通路继而形成肺纤维化57Jo故阻止TSP-1与CD36结合可能成为抑制IPF血管生成的靶点。三、肺纤维化中血管生成的病理机制与组织特征1963Turner-Warwick58对IPF的患者肺组织尸检中首次发现，IPF肺组织中常有血管新生及重塑，且发生部位与纤维化部位基本一致。形态学研究证实了IPF中存在血管重塑，并证明血管重塑这一过程在紧邻成纤维细胞病灶的区域活跃，而成纤维细胞病灶内的血管密度则降低7o多项研究博来霉素诱发的小鼠肺纤维化组织结果显示59:造模第1天可见血管生成活跃肺组织从色泽红润转为暗红笫7天左右血管计数达峰，随后减弱；至第14天左右，肺组织羟脯氨酸含量增加、胶原纤维沉积，血管生成明显减弱，肺组织从暗红转向苍白；第21天往后，血管计数进一步减少，甚至低于正常对照组，肺纤维化加重，肺组织呈灰白色。可以认为，血管生成在肺纤维化进程中的趋势呈单峰分布，即某一时间段呈上升趋势，到达高峰后转而下降，直至降低至小于正常。IPF肺血管生成的速度和空间异质性表明，在纤维化中抑制血管生长可能不像在癌组织中那样简单20L近年来有研究发现，在IPF肺中，早期微小纤维化形成阶段，毛细血管密度增加，而在广泛的纤维化病变中毛细血管密度减少，血管生成可为成纤维细胞增殖分化提供养分，放大了肺纤维化过程中的成纤维细胞增殖和细胞外基质沉积；并且外周血中的循环纤维细胞渗入肺组织之内分化为成纤维细胞或肌纤维母细胞，提供了成纤维细胞来源，从而促进细胞外基质分泌及重塑7JO活化的血管内皮细胞可分泌促纤维化因子,并与巨噬细胞相互作用，共同促进肺纤维化8o内皮细胞来源的外泌体含有TGF-BlmRNA,可激活相关促纤维化通路；源自缺氧内皮细胞外泌体中的LOX2可以增加胶原蛋白和弹性蛋白的数量，从而增加肺纤维化组织的刚度特性9,10o内皮细胞介导血管衰老，慢性衰老可促进多种病理进程，包括肺纤维化m内皮细胞还可以脱离原有组织，失去内皮细胞特有的形态和与标记，获得间充质细胞样的表型并表达间充质细胞标志物,此过程成为内皮-间质转化，EndoMT亦可促进肺纤维化120四、肺纤维化中血管生成的干预探索IPF治疗历程中，以往对炎症反应进行了大量研究，但抑制或阻断炎症因子干预肺纤维化进程效果甚微。目前全球认可并获批应用于临床的抗肺纤维化药物包括尼达尼布和口照E尼酮。尼达尼布是酪氨酸激酶受体的小分子抑制剂，可竞争性地与VEGF受体、FGF受体、PDGF受体结合3,60Jo其最初被设计为癌症的抗血管生成药物，由于IPF的病理生理机制与癌症存在相似性，奠定了在IPF患者中探索尼达尼布作用的理论基础61o文献报道尼达尼布可显著减少血管增生，使扭曲的微血管结构正常化，并有改善肺功能和炎症的趋势62o近期有报道显示叱非尼酮可通过不同机制对血管生成具有双向作用，即高浓度通过增加凋亡抑制血管生成，低浓度通过激活特定的信号通路促进血管生成63o其确切机制以及最近Richeldi等64报道磷酸二酯酶4抑制剂的抗肺纤维化作用,是否能从干预血管生成的角度在IPF中发挥作用，这些问题仍需更多的研究进一步验证。五、局限和展望IPF至今仍是一种难诊断、难治疗的疾病。肺纤维化发生机制与血管生成关系紧密，与之相关的细胞因子在评估预后中也有可能发挥极大的作用。血管生成可能是肺纤维化的早期关键发病环节，早期阻断异常血管生成有可能延缓肺纤维化发的发生。精准研究肺纤维化中血管生成机制有望为肺纤维化治疗提供新的靶点。但是如何选定核心调定点、如何在调控血管生成的同时不影响正常组织修复等尚须进一步深入研究。