循环纤维细胞在CTEPH 肺动脉内膜纤维化中的作用

王文锋 邓朝胜

福建医科大学附属第一医院呼吸与危重症医学科,福州350005

尽管医疗卫生技术在过去几十年间有了长足的进步,纤维化相关疾病所造成的死亡在所有死亡原因中仍占很高的比例。除了常见的器官纤维化疾病诸如肺纤维化、肝纤维化、肾纤维化等,纤维化作为一种病理表现,广泛参与了各种疾病的发生发展。例如,肺动脉内膜纤维化是慢性血栓栓塞性肺动脉高压 (chronic thromboembolic pulmonary hypertension,CTEPH)患者肺动脉狭窄、肺血管阻力增加、肺动脉压力上升的重要原因,但其具体机制尚不明确。纤维化中的效应细胞——肌成纤维细胞的细胞来源一直是众多研究者重点关注的内容。近年来,循环纤维细胞作为一种纤维化病灶中肌成纤维细胞的来源参与纤维化而备受关注,并已发现可抑制该细胞分化的蛋白质,该细胞可能成为CTEPH 新的治疗靶标。

1 循环纤维细胞来源于白细胞群体中的单核细胞系

早在150多年前就有人在外周血中发现了肌成纤维细胞样细胞群的存在,直到1994年,Bucala等[1]首次将其定义为纤维细胞 (fibrocyte,FC),循环纤维细胞才拥有了正式的命名。FC是一种具有分化为肌成纤维细胞潜能的白细胞群体,这群细胞可表达胶原蛋白Ⅰ、波形蛋白、CD34以及白细胞标志CD45、CD68、CD11b等表面标记,并可特异地进入损伤组织,随着分化成熟逐渐表达α-平滑肌肌动蛋白 (α-smooth muscle actin,α-SMA),产生胶原纤维。多个研究表明,FC 是从CD14 阳性的人单核细胞或Gr-1阳性的小鼠单核细胞亚群发育而来。它们既具有巨噬细胞的炎性特征,又具有肌成纤维细胞的组织重塑特性,其表型可能取决于局部微环境。FC除了产生胶原纤维等细胞外基质,还可分泌高水平血管内皮生长因子、血小板源性生长因子、肝细胞生长因子、转化生长因子、碱性成纤维细胞生长因子、IL-8和IL-1β等[2-5],这些因子均参与了组织纤维化的调控。因此,FC是纤维化过程的重要参与者,过多的FC可促进纤维化进程。

2 FC广泛参与纤维化疾病和血栓机化过程

在定义FC 之后的20多年时间,对FC 研究的深度和广度得到了极大的扩展。组织损伤修复通常需要肌成纤维细胞的参与,Bucala等[1]发现FC 从血液快速进入皮下植入的伤口内,并且存在于结缔组织瘢痕中。还有研究表明,FC参与肾脏[3]、心脏[6]和肺脏[7]纤维化,甚至还参与了气道重塑[8]。对于CTEPH,更重要的是,FC 还参与了血管的重塑和血栓的机化过程。

FC在血管外膜重塑的重要作用已经在新生小牛和慢性缺氧诱导的肺动脉高压大鼠模型中观察到,使用氯膦酸脂质体或氯化钆选择性耗尽这种单核细胞群,可减轻肺血管外膜重塑[9]。发表在 《欧洲呼吸杂志》中的文章进一步支持了这个结论,他们发现FC 在慢性缺氧性肺动脉高压动物模型的肺动脉中积累[10],并导致了血管外膜的重塑。此外,在血栓机化过程中,也可以看到FC 的身影。Rao等[11]在腹主动脉瘤患者手术切除标本的机化血栓中发现了层状胶原纤维以及同时表达CD68和α-SMA 的细胞。这一结果与在大鼠下腔静脉结扎血栓模型中观察到的现象相吻合。在该模型中,随着血栓形成时间的延长,FC 数量逐渐上升,在14 d时达到高峰,之后开始下降[12]。FC 数量的下降可能是因为FC 成熟后丢失原有的标记,导致能被检测到的FC数量减少[13]。最重要的是,FC还参与了血管内膜增生。血管成形术后再狭窄的主要机制是新生内膜形成,而新生内膜细胞的确切来源仍不确定。He等[14]在同种异体球囊损伤的颈总动脉移植后14 d,发现α-SMA 阳性细胞和CD68阳性的FC在移植后的新生内膜中清晰可见,这种细胞也被认为是FC。而在绵羊颈动脉人工贴片移植物模型中,体外以羧基荧光素二乙酸酯琥珀酰亚胺酯标记并回输体内的的循环白细胞在整个移植物以及新生内膜中被观察到,并且这些细胞表达FC特异性标记[15]。这些实验证明,FC不仅参与各种纤维化疾病,还参与包括外膜和内膜在内的血管壁重塑。

CTEPH 是一种肺动脉内血栓慢性化导致血管重塑和堵塞、肺动脉压力进行性升高的恶性肺血管疾病。CTEPH通常被认为是急性肺栓塞的晚期并发症,常发生于急性肺栓塞后的2 年之内。目前认为,CTEPH 以急性肺栓塞为始发事件,在血栓不溶的基础上发生内膜的重塑、远端小血管病变、原位血栓的形成、血管形成障碍和血管腔细胞外基质堆积等一系列事件,导致血管腔狭窄甚至闭塞,肺血管阻力显著升高,肺动脉压力因此进行性升高。右心室在长期高负荷状态下,逐渐发生重塑,最终可致右心衰竭甚至死亡[16]。

目前,CTEPH 发生发展的确切机制仍不明了。最初认为血栓堵塞大血管在其中起着至关重要的作用,但血栓堵塞血管理论不足以解释某些特殊的现象。例如,CTEPH患者中,只有约33%～75%的病例有急性肺栓塞或者深静脉血栓形成史[17]。部分患者可能曾患有无症状性肺栓塞或深静脉血栓形成或许可以解释这个现象,但影像学检查发现,1/3～2/3的急性肺栓塞患者在经过充分抗凝治疗之后的数月甚至数年内依然存在肺动脉充盈缺损[18]。然而急性肺栓塞幸存者中只有0.5% ～9% 的患者最终发展为CTEPH[16],部分急性肺栓塞患者经过抗凝治疗后血栓不溶却没有发生CTEPH。此外,诸多重复栓塞动物肺动脉的模型均难以真正模拟CTEPH 的病理生理特征。所以,CTEPH 的发生机制远不只为不溶血栓堵塞肺动脉导致肺血管阻力升高,继发于血栓之后的血管病变可能更为重要。

3 内膜纤维化是CTEPH 管腔狭窄的重要原因

CTEPH 患者的肺动脉内膜剥脱术后标本的组织病理学研究发现,内膜中存在大量胶原纤维沉积[19],血栓近端和远端内膜组织满布梭形α-SMA 阳性的肌成纤维细胞[20-22],内膜因此而增厚,管腔逐渐狭窄。肌成纤维细胞是组织修复及纤维化机制中产生胶原纤维的主要效应细胞[23],它的激活是对损伤愈合的高度保守和固定的反应[24-25]。血栓形成后,若不能及时溶解,机体将启动再通过程,但CTEPH 患者肺动脉血栓血管形成障碍,再通无法完成。随后,血栓内胶原纤维不断沉积,血栓逐渐机化,这其中需要肌成纤维细胞的参与。在伤口正常愈合修复情况下,肌成纤维细胞通过凋亡来实现自身清除,以避免产生过多的胶原纤维而影响组织器官功能[26]。而在CTEPH肺动脉内膜中,肌成纤维细胞持续存在,并且这种细胞还呈现出高增殖活性和凋亡抗性[27],这可能是内膜发生纤维化的症结所在。

肌成纤维细胞可由多种细胞转化而来,包括内皮细胞、平滑肌细胞、间充质干细胞和循环纤维细胞等[28]。研究表明,肺动脉内膜剥脱术后内膜标本中的α-SMA 阳性细胞不表达内皮细胞标志 (如CD31、Ⅷ因子)和平滑肌细胞标志(如结蛋白)[22,27],因此,推测这些细胞可能主要不是由内皮细胞间充质转化或平滑肌细胞迁移而来。如上所述,单核细胞发育而来的FC 在纤维化疾病和血管重塑中的作用日益受到关注,而这种细胞主要存在于血液循环中,极有可能参与了血栓和CTEPH 肺动脉内膜的纤维化。

一项CTEPH 剥脱组织病理研究表明,近端增生的内膜中存在CD34和α-SMA 双阳性的细胞,如上所述,这种表面标记组合常见于FC。但同时该文献也指出,尽管在内膜中存在单独表达CD45和胶原蛋白Ⅰ的细胞,然而未发现同时表达这2种标记的细胞[29],这可能是因为FC 成熟后丢失CD34 和CD45 标记[13]。而在另一项研究中,CTEPH 肺动脉中组织化血栓的区域发现大量CD68阳性细胞存在,遗憾的是,这些细胞是否有部分转化成FC 不得而知[30]。已知的是,CTEPH 肺动脉内膜剥脱组织中TGF-β受体及其下游信号分子,如Smad等明显上调,提示内膜中TGF-β 过度激活,且内膜中纤维化明显[31]。而TGF-β是单核细胞向FC 分化目前已知的最重要的刺激因子,同时自身也可分泌TGF-β[2]。另有研究表明,与急性肺栓塞患者相比,CTEPH 患者的骨桥蛋白血浆浓度更高,且骨桥蛋白主要存在于CTEPH 内膜剥脱组织纤维化的区域[32]。而FC被报道可通过分泌骨桥蛋白促进肺癌细胞表现出干细胞特性[33]。此外,正常人外周血中也有FC 的存在,但比例很低,仅占有核细胞的0.1%～0.5%[1]。当机体出现损伤或慢性炎症时,其比例增高,α-SMA 表达上升,胶原纤维产量也上升。心脏纤维化病变患者外周血中FC总数升高,表达α-SMA 的活化型FC 比例增高[34],而在与CTEPH 有着类似内膜纤维化病变的第一大类肺动脉高压患者外周血中也观察到FC 数量升高[35]。这些研究提示,CTEPH 患者长期不溶的血栓和不断形成的原位血栓有可能造成慢性炎症,促使单核细胞向FC 分化,抑制FC分化可能对CTEPH 肺动脉内膜纤维化防治有一定功效。研究发现,尼达尼布通过抑制FC 活性在肺纤维化治疗中发挥抗纤维化功效[36],而吡非尼酮通过减弱体内CCL2和CCL12的产生而减弱了博来霉素处理的小鼠肺中FC 池的大小,并且吡非尼酮在体外抑制了FC的迁移[37]。抑制FC被认为是吡非尼酮抗纤维化作用的机制。遗憾的是,吡非尼酮和尼达尼布不能理想地阻止纤维化的进展。

4 展望

综上所述,CTEPH 治疗困难,其发生发展与肺动脉内膜纤维化密切相关,而目前肺动脉内膜纤维化的研究资料少。了解介导内膜纤维化的主要效应细胞对于防治内膜纤维化意义重大,FC在多种纤维化疾病中发挥举足轻重的作用,但FC在CTEPH 发生过程中发挥的作用及机制尚未明确。现有的一些药物不能理想地阻止纤维化的进展,更有效的纤维化防治手段有待开发。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突