纤维化是许多慢性炎症性疾病的最终、常见的病理结果。虽然胶原蛋白沉积是伤口愈合过程中不可或缺的、通常是可逆的部分,但如果组织损伤严重或重复,或者如果伤口愈合反应本身变得失调,正常组织修复可能演变为渐进性不可逆的纤维化反应。纤维化是指纤维结缔组织(细胞外基质(ECM)的成分,如胶原蛋白和纤维连接蛋白)在发炎或受损组织中及其周围过度积聚,这可能导致永久性瘢痕形成、器官功能障碍,最终导致死亡,如终末期肝病、肾病、,特发性肺纤维化与心力衰竭1,2纤维化也是许多慢性自身免疫性疾病的主要病理特征,包括硬皮病、类风湿性关节炎、克罗恩病、溃疡性结肠炎、骨髓纤维化和系统性红斑狼疮。纤维化还影响肿瘤的侵袭和转移、慢性移植物排斥反应以及许多进行性肌病的发病机制。尽管纤维化越来越被认为是大多数慢性炎症性疾病发病率和死亡率的主要原因,但很少有专门针对纤维化发病机制的治疗策略。
许多不同的触发因素可导致进展性纤维化疾病的发展。例如,仅举几个例子,遗传性遗传疾病;持续感染;反复接触毒素、刺激物或烟雾;慢性自身免疫炎症;移植中人类白细胞抗原轻微错配;心肌梗死;高胆固醇;肥胖;糖尿病和高血压控制不佳三无论始发事件如何,所有纤维化疾病的一个共同特征是产生ECM的肌成纤维细胞的激活,这是纤维化组织重塑的关键介质4,5例如,伴随慢性高血压的左心室肥厚是由胶原和其他ECM成分在细胞外空间的异常积聚引起的。这种反应性和进行性间质纤维化导致心肌僵硬,最终导致心室功能障碍,据信这是心肌成纤维细胞持续活化的结果。由慢性丙型肝炎病毒(HCV)感染、酗酒或非酒精性脂肪性肝炎(NASH)引起的肝硬化同样由活化的肌成纤维细胞引起1在肝脏中,过度的胶原蛋白沉积会扭曲正常的组织结构,导致肝细胞功能障碍和肝血流阻力增加,从而导致肝功能不全和门脉高压。由于分泌ECM的肌成纤维细胞是所有纤维化疾病的核心发病机制,因此纤维化研究的重点是阐明启动、维持和终止静止成纤维细胞向活跃增殖、分泌ECM肌成纤维纤维细胞分化的分子和免疫学机制。
现在很清楚,先天性和适应性免疫反应的许多要素参与了成纤维细胞的分化和激活(). 在这篇综述中,我们描述了一些有助于纤维化进展的重要机制。我们还介绍了几个不同模型系统的实验结果,目的是确定纤维化的共同途径,以促进开发广泛有效的抗纤维化药物。最后,我们讨论了抗纤维化药物开发中的一些主要障碍,并强调了一些已进入临床测试的重要纤维化途径。
伤口修复和纤维化概述。各种损伤引起的上皮和/或内皮损伤触发复杂的相互关联的创伤治疗程序,以快速恢复体内平衡。凝血途径起到止血的作用,首先被触发,然后是急性炎症和固有免疫介质的激活,如常驻巨噬细胞、中性粒细胞和树突状细胞。上皮和先天免疫细胞衍生的细胞因子随后影响适应性免疫反应的激活。组织损伤也可以直接激活适应性免疫反应。炎症和免疫介质(细胞因子、趋化因子和自由基)试图消除刺激因子,同时将静止的成纤维细胞激活为肌成纤维细胞,协调血管生成和ECM成分的产生。未能充分抑制或消除刺激因素可能会加剧炎症反应,导致慢性创伤愈合反应,导致组织持续损伤、修复和再生,最终导致纤维化。胸腺基质淋巴细胞生成素;抗体;中性粒细胞、多形核白细胞;EOS,嗜酸性粒细胞;嗜碱性粒细胞;肥大,肥大细胞。
先天免疫与纤维化
急性炎症反应在触发许多不同器官系统的纤维化中起着重要作用。例如,在博莱霉素诱导的肺纤维化和四氯化碳诱导的肝纤维化中,短暂接触这些药物分别会导致上皮细胞凋亡和肝细胞坏死,激活炎症性创伤愈合反应,从而导致ECM成分在受影响组织中暂时过度沉积6,7低级别但持续的炎症也被认为有助于心血管疾病和高血压的纤维化进展。事实上,在许多纤维化疾病中,持续的炎症触发因素对激活导致纤维化的创伤治疗程序至关重要。因此,消除炎症触发因子是阻止组织重塑进展并允许损伤后恢复正常组织结构的最直接方法,正如在接受高效口服抗病毒药物恩替卡韦治疗的慢性乙型肝炎感染患者中观察到的那样。当组织损伤机制已知时,这可能很容易实现,但在许多纤维化疾病中,组织损伤刺激物要么未知,要么无法轻易消除。在这种情况下,研究人员致力于查明控制炎症的先天性和适应性机制,目的是确定可靶向减轻纤维化的关键介质。
天生的创伤愈合机制启动纤维化反应
凝血反应是损伤后激活的第一个创伤愈合机制。当内皮细胞受损时,循环血小板在内皮下层遇到暴露的胶原和血管性血友病因子时被激活8凝血因子II(凝血酶原)也被蛋白质水解分解形成凝血酶。凝血酶反过来又起丝氨酸蛋白酶的作用,将可溶性纤维蛋白原转化为不溶性纤维蛋白链,帮助血小板聚集在一起形成纤维蛋白凝块,确保快速止血。活化血小板还释放生长因子,如血小板衍生生长因子(PDGF),一种对炎症细胞有效的化学引诱剂,以及转化生长因子-β1(TGF-β1),后者刺激局部成纤维细胞合成ECM9因此,凝血级联反应中的任何长期干扰都可能导致纤维化10例如,最近的一项研究表明,激活的凝血因子X(FXa)通过诱导肌成纤维细胞分化而导致急性肺损伤后的纤维化11作者表明,当FXa被中和时,博莱霉素诱导的小鼠肺纤维化可以被抑制。凝血反应也被认为是肝纤维化发病机制的主要驱动因素。凝血酶除了在凝血级联反应中发挥作用外,还可以通过诱导趋化因子(C-C基序)配体2(CCL2)的产生和通过肝成纤维细胞(肝星状细胞)上表达的蛋白酶激活受体发出信号,直接促进纤维化12为了支持这一假设,蛋白酶激活受体1的拮抗剂和抗凝药物均能保护小鼠免受实验性肝纤维化的影响13,14然而,尽管凝血级联反应可能是纤维化的重要始发因素,但凝血途径的缺陷也被证明有助于纤维化。肝硬化和门脉高压症患者普遍存在促凝血功能缺陷。这里,门静脉和肝静脉的闭塞性病变是对微血栓的反应,微血栓通过实质消退导致组织缺血、内皮细胞死亡和纤维化15总之,这些发现说明了凝血级联中的紊乱如何实质性地促进进展性纤维化疾病的发展。
炎症性骨髓细胞在纤维化中起作用
除了激活凝血级联反应外,血小板和受损的上皮细胞和内皮细胞还会释放多种趋化因子,将炎性单核细胞和中性粒细胞聚集到组织损伤部位(). 这些循环中的髓样细胞对CCL2梯度作出反应,并被招募到受损组织中,在那里它们分化为巨噬细胞,吞噬纤维蛋白凝块和细胞碎片。ECM碎片,包括透明质酸,研究还表明,通过刺激炎性单核细胞和巨噬细胞产生趋化因子和促炎细胞因子,是纤维化的重要驱动因素16中性粒细胞在受伤后也会迅速被招募,并参与清除组织碎片和杀死入侵细菌。虽然组织损伤部位炎性单核细胞和中性粒细胞的招募对伤口愈合过程很重要,但这些细胞也会分泌各种有毒介质,包括对周围组织有害的活性氧和氮。因此,如果炎症巨噬细胞和中性粒细胞没有被迅速清除,它们会进一步加剧导致瘢痕形成的组织损伤性炎症反应。事实上,只有控制了这些炎症细胞,才能实现适当的伤口愈合,最近的一项研究表明,早期巨噬细胞耗竭可显著减少小鼠肝纤维化的发展17其他研究已确定中性粒细胞在博莱霉素和过敏性肺炎诱导的小鼠肺纤维化中的类似促纤维化作用,可能在IPF中18也有人认为,肝树突状细胞通过促进炎症和激活肝星状细胞在肝纤维化的发展中起作用19因此,限制先天性髓系细胞的促炎活性可能被证明对多种慢性炎症和纤维化疾病非常有益。
纤维化中的天然免疫细胞。巨噬细胞是参与慢性炎症和纤维化的典型固有免疫细胞。巨噬细胞是由血液单核细胞生成的,当它们进入组织时,这些单核细胞会分化为巨噬细胞,或者在某些情况下,是由组织周围巨噬细胞的局部增殖产生的。根据其病因,巨噬细胞被多种触发物激活。干扰素-γ和/或Toll样受体配体,如脂多糖(LPS)和低分子量透明质酸(LMWHA)导致经典活化,其特征是产生活性氧和氮物种;IL-4、IL-13和粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)介导选择性激活,导致l-精氨酸分解代谢产生多胺和l-脯氨酸。某些触发因素(如细胞外细菌和组织损伤)也引发由IL-17和其他中性粒细胞募集和/或中性粒细胞激活信号介导的持续或复发性中性粒细胞浸润,这些信号可以显著增强自由基的杀微生物和组织损伤活性。同样,蠕虫抗原和过敏原介导嗜酸性粒细胞的浸润,这有助于寄生虫的杀灭,如果不严格限制在纤维性肉芽肿内,可能会对宿主组织造成严重的间接损害。促红细胞生成素;髓鞘碱性蛋白;嗜酸性粒细胞源性神经毒素;AAM,交替激活巨噬细胞;MMP2、金属蛋白酶-2;MMP9、金属蛋白酶-9;CAM,经典活化巨噬细胞;诱导型一氧化氮合酶;活性氧;RNS、活性氮物种。
固有炎症介质调节纤维化
先天性炎症细胞(包括巨噬细胞、中性粒细胞、肥大细胞和嗜酸性粒细胞)分泌的各种生长因子和细胞因子已成为抗纤维化治疗的潜在靶点。尤其是肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素-1β(IL-1β)已被确定为多种纤维化疾病的重要靶点20肺中过度表达TNF-α或IL-1β的小鼠发展为高度进行性肺纤维化21,22研究还表明TNF-α在二氧化硅和博莱霉素诱导的小鼠肺纤维化的发展中起着重要作用23,24为支持这些实验结果,特发性或系统性硬化相关肺纤维化患者的TNF-α水平较高25TNF-α也被证明在辐射诱导的纤维化、克罗恩病诱导的肠纤维化、CCL4和胆汁淤积诱导的肝纤维化和NASH中发挥关键作用26–28因此,最近开始了临床试验,以评估肿瘤坏死因子途径抑制剂(如依那西普或英夫利昔单抗)是否有助于治疗肺纤维化和其他纤维化疾病29与TNF-α研究类似,其他研究也记录了巨噬细胞中IL-1β和NALP3/ASC炎性体信号的促纤维化活性30白细胞介素-1β缺乏小鼠由博莱霉素和二氧化硅诱导的肺纤维化、高胆固醇血症小鼠的肝纤维化、单侧输尿管梗阻导致的肾间质纤维化和心肌梗死后的心血管纤维化均减少31–33与TNF-α一样,IL-1β是一种强效的促炎介质,可加重实质细胞损伤。它还通过TGF-β1介导的机制诱导上皮间质转化(EMT)和肌成纤维细胞活化34证实了它是纤维化的一个强有力的上游驱动因素。IL-1β和TNF-α也增加IL-6的表达,这表明成纤维细胞具有自分泌生长因子活性。IL-6是弥漫性系统性硬化症、CCL4暴露后肝纤维化和慢性心脏移植排斥反应中纤维化的重要介质35,36因此,许多先天性促炎细胞因子在纤维化的发病机制中具有关键作用。
TGF-β1具有抗炎和抗纤维化活性
在创伤愈合反应早期出现的巨噬细胞也是TGF-β的主要产生者,毫无疑问,这是纤维化的关键驱动因素之一。TGF-β的产生与肝、肺、肾、皮肤和心脏纤维化的进展相关,在许多实验模型中,TGF-。除了作为一种能直接诱导成纤维细胞分化为分泌胶原蛋白的肌成纤维细胞的促纤维化细胞因子的作用外,TGF-β1现在被广泛描述为一种多功能细胞因子,具有广泛的调节活性,影响许多重要的生物途径。其中包括调控胚胎发生、免疫、致癌、细胞增殖和迁移、伤口愈合、炎症和纤维化等的途径37研究表明,TGF-β1的细胞来源决定了其活性,来源于巨噬细胞的TGF-+T调节细胞(T规则细胞)作为抗炎和抗纤维化介质38TGF-β1缺乏的小鼠会出现多种自身免疫性疾病,更容易患癌症。因此,尚不清楚TGF-β1信号通路的拮抗是否对人类有益,因为进行性纤维化患者可能需要长期抗纤维化治疗。
选择性激活的M2巨噬细胞抑制纤维化
巨噬细胞的一个独特功能亚群,称为M2或交替激活的巨噬细胞,也与纤维化的发病机制有关39Gordon和他的同事首先注意到,被IL-4(或IL-13)激活的巨噬细胞会产生一种不同于干扰素-γ(IFN-γ)诱导的经典激活巨噬细胞(M1)的替代激活状态40.体外和体内小鼠研究表明,这种表型的特征是甘露糖受体(CD206)、几丁质酶-3样蛋白-3(Chi3l3,也称为Ym1)、抵抗素样分子-α(Relm-α,也称为FIZZ-1)、主要组织相容性复合体II类抗原和精氨酸酶-1(Arg1)的高表达。M2细胞对Arg1的表达特别感兴趣,因为这种酶控制l-脯氨酸的生成,而l-脯氨酸是活化的肌成纤维细胞合成胶原所必需的41M2细胞也参与了辅助性T细胞2型(TH(H)2) 效应器反应、纤维生成细胞因子的产生、M1反应的抑制和纤维细胞的募集42,43由于M2巨噬细胞通常在肝纤维化前免疫反应的高峰期观察到,因此被假设为伤口愈合和纤维化的重要诱导剂。然而,使用LysM进行的机械研究Cre公司IL-4Rα–/弗洛克斯在小鼠中,Cre介导的重组导致髓系细胞系(包括M2细胞)中IL-4Rα链的缺失,这表明M2巨噬细胞不需要参与T细胞的发育H(H)感染后2种反应或肝纤维化曼氏血吸虫44事实上,在条件性Arg1缺乏小鼠中进行的相关研究表明,表达Arg1的M2细胞是抑制和解决纤维化所必需的45这些后来的实验表明M2细胞与T细胞竞争H(H)2细胞和成纤维细胞分泌l-精氨酸,精氨酸是生产多胺和l-脯氨酸所必需的,分别调节细胞生长和胶原合成。M2细胞的抑制活性也与研究表明它们是T细胞的重要诱导剂相一致规则细胞46也与抑制纤维化有关。因此,M2细胞似乎利用多种机制抑制肌成纤维细胞合成ECM,而不是促进纤维化。鉴于对M2巨噬细胞作用的这种修正观点,研究M2细胞在其他纤维化模型中是否具有类似的抑制作用将非常重要。
这些发现表明,M2细胞可以用于改善纤维化疾病。事实上,调节巨噬细胞激活状态的药物可能成为治疗纤维化的通用治疗策略。例如,过氧化物酶体增殖物激活受体-α(PPAR-α)和PPAR-γ在炎症巨噬细胞中被诱导,与这些受体结合的内源性和合成配体已被证明通过诱导交替激活的巨噬细胞分化来抑制纤维化的发展,这些巨噬细胞可减少M1细胞产生的促炎细胞因子47,48PPAR配体还直接抑制TGF-β1诱导的成纤维细胞活化(参考49). 为了支持这些观察,PPAR-α和PPAR-γ活化剂已被证明在多种实验性纤维化模型中有效,包括高血压诱导的心脏纤维化、胆管结扎诱导的肝纤维化、单侧输尿管梗阻诱导的肾间质纤维化和博莱霉素诱导的肺纤维化50–53蠕虫感染期间自发形成的M2巨噬细胞也被证明可以减轻炎症并减缓肝纤维化的进展44,45因此,上述条件IL-4Rα-和Arg1缺陷小鼠将成为进一步研究M2细胞在纤维化疾病中治疗潜力的重要工具。
其他先天性髓系细胞在纤维化中起作用
虽然人们普遍认为单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞在纤维化的进展和消退中具有重要作用39其他髓系细胞(如肥大细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞)也参与了多器官系统纤维化的发病机制,并被视为潜在的治疗靶点。例如,对小鼠的研究已经确定肥大细胞是系统性硬化、肾移植后肾纤维化和高血压心脏左心室纤维化的诱导因素。对大鼠的机制研究表明,肥大细胞通过招募炎性白细胞和产生促纤维化介质来促进纤维化54嗜酸性粒细胞似乎以类似的方式发挥作用,并被认为是TGF-β1和IL-13的重要来源(参考文献。55,56). 虽然嗜酸性粒细胞通常与肺纤维化的发展有关57嗜酸性粒细胞的增加也与皮肤中肌成纤维细胞的激活、肝纤维化以及特发性腹膜后纤维化有关55,58支气管肺泡嗜酸性粒细胞增多症也被确定为IPF进展性肺部疾病和与胶原血管疾病相关的肺纤维化的预测性生物标志物59最后,尽管嗜碱性粒细胞在纤维化发展中的作用不如其他髓细胞人群明确,但它们与骨髓纤维化的发病机制有关,并且在间质性肺病患者中经常发现大量嗜碱性粒分子60嗜碱性粒细胞也被认为是2型细胞因子的重要来源,这表明它们可能是IL-4和/或IL-13依赖性纤维化的重要驱动因素。
适应性免疫与纤维化
T型H(H)17型免疫是促炎症和纤维化的
CD4细胞+根据T细胞分泌的细胞因子及其不同的功能,T细胞被分为不同的亚群(). CD4+T型H(H)表达促炎细胞因子IL-17A的17细胞亚群正在成为纤维化的重要驱动因素。IL-17A的表达与肺纤维化的发病机制有关61,慢性同种异体排斥反应62原位肺移植中的纤维化63,心肌纤维化64和肝炎引起的肝纤维化65在许多情况下,IL-17A的表达与持续的中性粒细胞增多有关66有研究表明,过度的中性粒细胞募集通过诱导血管内皮细胞的凋亡,有助于组织损伤和纤维化的发展67中性粒细胞募集也是IPF患者早期死亡率的重要预测因素68研究小鼠纤维化IL-17途径的机制研究已确定促炎细胞因子IL-1β和IL-23是纤维化前T细胞的重要上游启动子H(H)17条回复61,69IL-17A和TGF-β1之间的联系也已确定61除了在促进中性粒细胞炎症方面的作用外,IL-17A还可以直接诱导人原代心脏成纤维细胞中基质金属蛋白酶-1的表达70表明IL-17A通过加剧上游炎症反应和调节下游成纤维细胞的激活来促进纤维化。总之,这些数据确定IL-1β–IL-17A–TGF-β1细胞因子轴是炎症驱动纤维化的重要途径。
纤维化中的适应性免疫途径。天真的CD4+受损伤的上皮细胞和活化的抗原呈递细胞(树突状细胞和巨噬细胞)产生的线索驱动,T细胞分化为各种不同的功能谱系。细胞内感染触发IL-12驱动的TH(H)1产生IFN-γ的反应,激活杀菌和细胞毒活性,有助于病原体清除。细胞外细菌和某些真菌可以导致炎症小体激活和IL-6的产生,并且在TGF-β1的存在下,可以驱动TH(H)17分化。T中的IL-17H(H)17个细胞帮助招募中性粒细胞清除感染并加剧炎症。感染细胞外组织蠕虫寄生虫会导致TH(H)2分化,IL-4、IL-25、IL-33和胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)从先天性和上皮性来源引导CD4的分化+T型H(H)2个单元格。IL-13在不被更高亲和力的诱饵受体IL-13Rα2竞争时,结合其信号受体IL-13Rα1,导致巨噬细胞的选择性激活以及上皮细胞凋亡和肌成纤维细胞激活。T型规则细胞在限制T的大小方面至关重要H(H)细胞反应,从而确保适当调节创伤愈合反应。T之间也存在大量交叉调节H(H)细胞子集。例如,IL-13抑制TH(H)17分化,而IFN-γ可以通过诱导经典巨噬细胞活化和抑制肌成纤维细胞中IL-13和TGF-β1诱导的胶原合成来抑制IL-13诱导的纤维化。R(右)x个临床前或临床试验中靶向治疗的途径;诱导型一氧化氮合酶;活性氧;中性粒细胞、多形核白细胞;MUC5AC,粘蛋白-5AC。
T型H(H)2型免疫是进展性纤维化的有力驱动因素
许多研究表明,2型细胞因子反应是进展性纤维化的关键驱动因素71.T型H(H)2反应由IL-4、IL-5和IL-13的产生定义(参考72)虽然这三者都与纤维化的发展有关55,73,74IL-13在几种实验性和自然纤维化模型中已成为纤维化组织重塑的主要介质74IL-13的产生与慢性哮喘纤维化的发展有关75、IPF76,实验性肺纤维化模型77、系统性硬化78、特应性皮炎-诱发皮肤纤维化79,辐射诱导纤维化80溃疡性结肠炎相关的纤维化81以及持续感染和NASH导致的肝纤维化82,83从机制上讲,IL-13被假设通过刺激TGF-β的产生和激活而诱导纤维化84然而,其他研究表明,IL-13可以独立于TGF-β促进纤维化85,86通过直接激活成纤维细胞、上皮细胞和平滑肌细胞的合成和增殖特性87,88因此,与似乎通过诱导组织损伤和炎症间接促进纤维化的IL-17A不同,IL-13和TGF-β具有直接纤维化活性。T型H(H)产生IL-13和T的2个细胞规则已知表达TGF-β的细胞也能抑制TH(H)17条回复89这表明IL-13和TGF-β在创伤愈合反应中具有双重作用,因为这两种细胞因子在促进纤维化的同时抑制炎症。IL-13的促纤维化活性由重要靶细胞(如肌成纤维细胞)上表达的IL-13Rα1信号受体和IL-13Rβ2诱饵受体的丰度控制90,91当诱饵受体表达降低或缺失时,IL-13依赖性纤维化加剧92然而,IL-13Rα2缺乏的小鼠对IL-1β和IL-17驱动的炎症反应更具抵抗力,可能是因为IL-13活性增强89表明IL-13Rα2是两种TH(H)17介导的炎症和TH(H)2驱性纤维化93.
T型H(H)1型免疫显示抗纤维化活性
许多研究表明,TH(H)1效应T细胞,由其产生IFN-γ定义,具有抗纤维化活性94–96IFN-γ-产生的自然杀伤细胞和自然杀伤T细胞也被证明具有类似的作用97,98从机制上讲,IFN-γ被认为通过拮抗TGF-β1的促纤维化活性来抑制纤维化,至少在一定程度上是这样。γ干扰素抑制TGF-β诱导的信号转导子Smad3磷酸化和随后TGF-α应答基因的激活99IFN-γ还通过依赖于Janus相关激酶(Jak1)和转录因子Stat1的途径发挥作用,并诱导Smad7的表达,Smad7可以阻止Smad3与TGF-β受体的相互作用,从而进一步减弱TGF-β诱导的信号传导。IFN-γ还直接抑制成纤维细胞增殖、TGF-β1诱导的编码I型前胶原和III型前胶原基因的表达以及激活的肌成纤维细胞中胶原的合成100IFN-γ还可防止TH(H)2细胞因子诱导CD14分化+外周血单核细胞转化为纤维母细胞样细胞,称为纤维细胞,据信参与许多器官系统纤维化的发展101最后,由于其能够刺激T细胞产生IFN-γH(H)1和自然杀伤细胞,IL-12表现出类似的抗纤维化活性体内在小鼠中71,102.但尽管有大量在体外和体内支持T具有抗纤维化作用的证据H(H)1型免疫,研究IFN-γ在治疗IPF、系统性硬化和其他纤维化疾病中的治疗潜力的临床研究迄今大多令人失望103.
T型规则细胞抑制或促进纤维化
T型规则细胞在各种纤维化疾病中被诱导,但它们在组织纤维化形成中的作用不如其他一些T细胞亚群的作用明确H(H)细胞。Foxp3-表达T规则细胞是控制T细胞的免疫抑制细胞因子的重要产生者规则细胞功能,如IL-10和TGF-β1。因此,人们可以预测,如果T规则细胞数量充足,它们可以通过负向调节导致ECM沉积的炎症反应来抑制进行性纤维化疾病。事实上,几个研究纤维化机制的小组已经证明T规则组织纤维发生中的细胞。T型规则细胞与改善IPF的纤维化有关104,营养不良小鼠肌肉105、心血管疾病106慢性移植物抗宿主病诱发的狼疮性肾炎107以及慢性HCV和HIV诱导的肝纤维化108一项研究表明规则细胞通过分泌IL-10保护小鼠免受纤维化(参考38). 然而,T规则细胞也是TGF-β1的重要来源,至少一些研究表明TGF-规则细胞诱导而不是抑制纤维化109,110因此,T是否规则可以有效地利用细胞来改善进行性纤维化疾病。尚不清楚为什么T规则细胞在某些情况下具有抗纤维化活性,在其他情况下具有促纤维化活性,但T细胞的发育和募集规则相对于其他效应T细胞群,细胞可能具有决定性作用。似乎T规则细胞可以抑制TH(H)17-和TH(H)2-driven纤维化,但加重TGF-β1依赖性纤维化。
内在、自分泌和表观遗传机制调节纤维化
ECM的机械修饰以及成纤维细胞和上皮细胞中的细胞内变化也已被证明通过维持关键纤维生成途径的激活,有助于纤维化的进展。
维持肌成纤维细胞活化的机制
Wnt–β-catenin信号通路调节细胞生长并与肿瘤发生密切相关,在肺纤维化小鼠模型以及诊断为IPF和慢性阻塞性肺疾病的患者的肺泡上皮II型(ATII)细胞中被组成性激活111Wnt–β-catenin信号通路的激活在肾脏、肝脏、皮肤和心脏纤维化中也有报道112,113从机制上讲,Wnt-1–诱导信号蛋白1(WISP-1)在小鼠中可增加ATII细胞的增殖,促进肺和肾的EMT,并介导TGF-β1驱动的肾纤维化114().WISP-1还增加小鼠和人肺成纤维细胞中ECM成分的合成,并调节肝脏中肝星状细胞的激活115阻断研究表明博莱霉素诱导的肺纤维化高度依赖Wnt-1通路116因此,Wnt信号已成为IPF和其他几种慢性纤维化疾病的潜在治疗靶点。
纤维化中的EMT。在肾和肝纤维化小鼠模型中,高达40%的α-SMA阳性、分泌胶原蛋白的肌成纤维细胞是通过EMT分化局部上皮祖细胞而产生的。转录因子Snail1、Snail2、Zeb1和Zeb2的抑制对维持上皮形态很重要。炎症环境中上调的几个因子,包括核因子-κB(NF-κB)、TGF-β1、骨形态发生蛋白(BMPs)、Wnt和Notch信号蛋白,可以激活Snail-Zeb通路,导致这些细胞的间充质分化。R(右)x个临床前或临床试验中靶向治疗的途径;透明质酸;FSP-1,成纤维细胞特异性蛋白-1。
随着组织变得更加纤维化,组织硬度的增加和弹性的降低会导致机械应力,这表明会加剧组织损伤,并使表达α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)的局部成纤维细胞持续活化117。最近两次在体外对小鼠和猪细胞的研究表明,机械应力通过TGF-β1、Wnt-β-catenin和透明质酸驱动的机制诱导肺泡Ⅱ型上皮细胞产生EMT,从而促进异常伤口愈合和纤维化118,119由于组织或基质硬度增加而激活的成纤维细胞在回到健康的“软”组织时似乎也保持了其激活的表型120这表明成纤维细胞的机械感应可以永久性改变其行为,有利于纤维化表型。事实上,有人认为成纤维细胞分化为产生ECM的肌成纤维细胞是由IL-1β、TGF-β1和机械张力的联合作用控制的121与门脉高压和血管重塑相关的加压、剪切力和静水压增加也可使肌成纤维细胞持续活化。
成纤维细胞的表观遗传修饰也通过稳定地改变肌成纤维细胞激活状态而促进纤维化的发病。最近对成纤维细胞进行的全基因组甲基化扫描显示了几种DNA甲基化修饰,这些修饰是从纤维化小鼠肾脏中获得的胶原蛋白分泌肌成纤维细胞所特有的122其中一个修饰导致了拉萨尔1(编码Ras癌蛋白抑制因子),增加Ras活性并导致成纤维细胞自发的、生长因子无关的增殖。这些发现很重要,因为它们表明成纤维细胞的内在变化可能导致某些癌症中肌成纤维细胞不受控制的扩张。他们还为成纤维细胞的持续和可遗传激活提供了新的分子解释,成纤维细胞的持续和可遗传激活通常出现在IPF和其他高度进展的纤维化疾病中。根据这些观察结果,可以预测,通过超甲基化对已知抗纤维化基因的靶向抑制可能有助于纤维化的发展,正如最近在IPF中所记录的那样123发现DNA甲基转移酶抑制剂可逆转表观遗传修饰并保护小鼠免受肺纤维化124因此,由于表观遗传修饰似乎是可逆的,它们可能成为抗纤维化治疗的重要靶点。
内质网应激与未折叠蛋白反应
导致细胞死亡的内在机制也被假设为调节纤维化的进展。内质网(ER)应激导致上皮细胞、内皮细胞和肝细胞等关键结构细胞凋亡,被认为是纤维化的重要驱动因素。例如,内质网中未折叠或错误折叠蛋白质的过度积累激活了细胞应激途径。压力反应反过来会激活一种复杂的反反应,这通常对细胞具有保护作用。然而,如果反反应延迟、不足或与大量线粒体功能障碍相关,则可能导致细胞凋亡和创伤愈合反应的持续激活。内质网应激导致的肝细胞凋亡被认为在NASH肝纤维化的发病机制中起主要作用125ER应激导致肺泡上皮细胞凋亡也被认为在散发性IPF中起关键作用126,127因此,更好地理解诱导内质网应激或导致其缓解的机制可以揭示预防或治疗进展性纤维化疾病的新策略。
间充质细胞端粒缩短促进损伤导致纤维化
端粒缩短被认为是成人型和家族型肺纤维化发生的重要因素128,129事实上,在很大比例的散发性、家族性和特发性肺纤维化病例中发现端粒缩短的循环外周血白细胞。这种缩短被归因于编码端粒酶逆转录酶(TERT)的基因突变,TERT是维持成人干细胞端粒长度的关键酶130–132肺泡2型细胞和肺内间充质干细胞表达端粒酶,这种酶的突变已被证明有助于他们过早死亡,导致受伤后肺再生减少。端粒酶缺失小鼠也表现出端粒缩短导致肺泡完整性受损和肌成纤维细胞分化减少133,134Profibrotic介质,如TGF-β1和活性氧中间体,也参与端粒缩短135,136表明纤维前体介体生成的恶性循环、端粒酶活性受损以及干细胞和/或AT2细胞衰老加剧是纤维化的发病机制之一。然而,对TERT缺乏小鼠的研究提出了问题,即TERT是否仅在纤维化中起保护作用,因为端粒酶活性被发现是博莱霉素诱导小鼠肺纤维化发展所必需的137.
微RNA调节成纤维细胞生长和活化
MicroRNAs(miRNAs)包括一大类进化上保守的小分子非编码RNA,它们通过阻断翻译或促进互补靶mRNA的降解,在多种病理生理过程中发挥重要作用。虽然miRNA的独特亚群已在各种纤维化疾病中被确定,但小得多的miRNA亚群已成为纤维化过程的关键调节因子。例如,miR-21在IPF患者的肺中表达,用miR-21反义探针治疗的小鼠可以防止博莱霉素诱导的肺纤维化138以及压力超负荷引起的心脏纤维化139从机制上讲,miR-21被认为通过调节激活的肌成纤维细胞中TGF-β1和MAP激酶信号来促进纤维化138,139.miR-21抑制几个肿瘤抑制基因,表明MIR21公司也可能作为癌基因发挥作用。miR-21在肿瘤细胞中也起抗凋亡因子的作用140因此,成纤维细胞中miR-21或其他关键miRNAs的异常表达可能有助于其存活和/或分化为产生致病性ECM的肌成纤维细胞。然而,最近一项对miR-21阴性小鼠的研究提出了关于miR-21在病理性心脏重塑中的整体重要性的问题141在大鼠和小鼠研究中,与miR-21一样,miR-192、miR-216a和miR-217被确定为TGF-β和Smad3驱动的纤维化的关键触发因素(参考文献。142,143). miR-29在人类和小鼠研究中也被确定为系统性硬化、肝纤维化和心脏纤维化的潜在治疗靶点144–146miR-29似乎通过直接调节I型胶原的表达促进人类细胞的纤维化147其他miRNA在健康组织中组成性表达,但随着纤维化的发展而下调,这表明它们可能具有保护性抗纤维化作用,如最近在IPF中显示的miRNA let-7d148miR-133和miR-30的减少也与结缔组织生长因子(CTGF)活性的增加有关,这导致心肌基质重塑的增加149肝星状细胞中miRNA-150和miRNA-194的下调被假设为有助于星状细胞激活和增加肝脏中ECM的生成150最后,miR-200a的表达被证明通过抑制TGF-β2的表达来防止肾纤维化151因此,识别抑制重要纤维生成途径或促进组织愈合或再生的特异性miRNAs可以证明对治疗纤维化非常有益148事实上,用小分子抑制剂或miRNA模拟物靶向特定的miRNAs可能是治疗纤维化疾病的一般策略。
靶向治疗的关键纤维生成途径
组织纤维化发生的机制研究揭示了对抗进行性纤维化疾病的各种潜在治疗方法。以下各节将简要讨论一些已经发展到临床试验阶段的独特策略和目标。
肌成纤维细胞与TGF-β途径
由于活化的肌成纤维细胞是所有纤维化疾病中的关键致病细胞,许多实验性抗纤维化策略正试图以成纤维细胞的活化、增殖和/或募集为目标(方框1和). 吡非尼酮以Esbriet和Pirespa的名义销售,是欧洲和日本第一个批准用于治疗IPF的靶向抗纤维化药物152虽然其确切的作用机制尚不清楚,但吡非尼酮被认为可以减弱成纤维细胞的增殖以及激活的肌成纤维细胞产生纤维炎相关介质和ECM成分。吡非尼酮在肝纤维化、肾纤维化、肥厚性心肌病和辐射诱导纤维化的临床前模型中也显示出疗效,表明其可能具有广泛的抗纤维化活性。TGF-β1治疗性抗体(参考153),一种参与肌成纤维细胞活化的关键细胞因子;CTGF,一种基质相关的肝素结合蛋白,反映TGF-β对成纤维细胞的纤维化前活性;和整合素αv(v)β6其负责激活组成性表达的潜在TGF-β154,也正在研究其抗纤维化活性。人源化α单克隆抗体v(v)β6由Stromedix和Biogen Idec开发的药物正在被研究用于治疗肾移植受者的间质纤维化和肾小管萎缩,以及治疗IPF155Genzyme(赛诺菲安万特公司所有)也在探索一种人源化泛TGF-β抑制剂(fresolimumab),用于治疗早期弥漫性系统性硬化症、局灶节段性肾小球硬化症、IPF和骨髓纤维化患者156,157以及针对CTGF的抗体和反义药物正在IPF和瘢痕修复手术中进行研究158溶血磷脂酸-1受体拮抗剂是一种诱导CTGF和TGF-β1表达的生长因子,被认为可以治疗肾纤维化、IPF和系统性硬化159,160骨形态发生蛋白-7也被确定为慢性肾损伤的潜在治疗剂,因为它可以对抗TGF-β1诱导的EMT161一种促进肌成纤维细胞收缩和迁移的内皮素受体拮抗剂正在心血管疾病和IPF中被探索162Gilead Sciences正在研究一种针对赖氨酰氧化酶(一种催化胶原交联的酶)的人源化单克隆抗体,用于治疗心脏纤维化、IPF和肝纤维化163其他基质组装蛋白,如脯氨酰羟化酶,正在进行抗纤维化活性的临床前研究164硼替佐米是美国食品和药物管理局批准的蛋白酶体抑制剂,可抑制TGF-β1信号传导在体外并且已经证明可以保护小鼠免受博莱霉素诱导的皮肤和肺纤维化165.还诱导肝星状细胞凋亡166因此,硼替佐米可能对TGF-β1、ER应激和激活的肌成纤维细胞被确定为关键致病介质的疾病有效。目前正在研究丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶抑制剂是否会减少IPF患者循环纤维细胞的数量167由于产生ECM的肌成纤维细胞是所有纤维化疾病中最后常见的致病细胞,任何成功消除其活性的治疗都可能具有广泛的抗纤维化活性。
表1
类别 | 姓名 | 目标/机制 | 等级 | 目标疾病 | 制造商 | 阶段 |
---|
生长因子 | 吡非尼酮 | TGF-β活性, 炎症 | 小分子 | IPF、肝和肾纤维化、, 肥厚性心肌病 | InterMune公司 | 医务室一 |
| 一般条款1008 | 转化生长因子-β1 | 单克隆抗体 | 骨髓纤维化、系统性硬化 | 健赞 | 1 |
| LY2382770号 | 转化生长因子-β1 | 单克隆抗体 | 糖尿病性肾小球硬化 | 礼来公司 | 2 |
| FG-3019型 | CTGF公司 | 单克隆抗体, 反义 | IPF,瘢痕修复手术 | 纤维蛋白原 | 1/2 |
| PRM-151型 | SAP(奔驰2) | 重组蛋白 | IPF,术后疤痕 | Promedior公司 | 1/2 |
发动机控制模块 | GS-6624型 | 赖氨酰氧化酶-2类 | 单克隆抗体, 小分子 | 心脏纤维化 | 吉利德科学 | 1/2 |
| STX-100型 | 整合素αv(v)β6 | 单克隆抗体 | IPF,肾纤维化 | 斯特罗姆迪克斯 | 1 |
细胞内 酶 | 西维莱斯特 | 中性粒细胞弹性蛋白酶 | 小分子 | 急性肺损伤,慢性 阻塞性肺病 | 小野制药 | 1 |
| FG-4592型 | 低氧诱导因子 脯氨酰羟化酶 | 小分子 | 慢性肾脏疾病 | 纤维蛋白原 | 2 |
| 硼替佐米 | 26S蛋白酶体 | 小分子 | 肺和皮肤纤维化 | 一千年 | 医务室b条 |
| 伊马替尼 | PDGFR酪氨酸激酶 | 小分子 | 肾原性系统性纤维化 | 诺华公司 | 2 |
| 西罗莫司 | 哺乳动物的目标 雷帕霉素(mTOR) | 小分子 | 肾纤维化 | 辉瑞公司 | 3/4c(c) |
| 北京国际图书展1120d日 | 血管激酶类 | 小分子 | IPF公司 | 勃林格殷格翰 | 2 |
| INCB018424公司 | 雅克2 | 小分子 | 骨髓纤维化 | 赛诺菲-安万特 | 1/2 |
| CC-930型 | JNK公司 | 小分子 | IPF公司 | 赛尔基因 | 2 |
免疫调节剂/ 发炎的 调制器 | 埃塔内塞普 | 肿瘤坏死因子-α | TNF受体2–IgG1 融合蛋白 | IPF公司 | 辉瑞公司 | 2 |
| QAX576型 | 白介素-13 | 单克隆抗体 | IPF,嗜酸性食管炎, 哮喘 | 诺华公司 | 2 |
| 阿纳金拉 | 白介素-1 | 重组蛋白 | 关节纤维化 | 安进/生物素 | 医务室e(电子) |
| 碳纳米管888 | CCL2级 | 单克隆抗体 | IPF,纤维细胞减少 | 詹森 | 2 |
| 沙利度胺 | 抗炎, 促凋亡的? | 小分子 | IPF公司 | 赛尔基因 | 2 |
| 阿扎硫普利 | 细胞毒性,免疫抑制 | 小分子 | IPF公司 | 多个 | 三 |
| 阿维普地尔 | 血管活性肠 多肽类似物 | 合成肽 | 肺动脉高压, IPF公司 | 蒙多生物技术 | 1 |
抗氧化剂 | N个-乙酰半胱氨酸 | 氧化应激 | 小分子 | IPF,肝纤维化 | 多个 | 三 |
凝血途径 | PAR1拮抗剂 | 凝血酶和FXa 信号 | 小分子 | IPF,肝纤维化 | 多个 | 临床前 |
其他 | 洛沙坦 | 血管紧张素II受体 信号 | 小分子 | 肝、肺和心脏 纤维病 | 多个 | 医务室(f) |
| 波森坦 | 双重内皮素受体 对抗 | 小分子 | 皮肤纤维化 | 爱可泰隆 | 三 |
促炎途径
针对关键炎症途径也可能证明对治疗纤维化有益。由于在许多实验研究中,TNF-α已成为纤维化的关键驱动因素,因此已开始进行临床试验,以检查TNF-β途径的抑制剂是否可用于治疗IPF和其他瘢痕病29尽管抑制PDGF受体和血管内皮生长因子受体信号传导的小分子酪氨酸激酶抑制剂甲磺酸伊马替尼(格列卫)对IPF患者的生存率或肺功能没有影响168,正在进行的试验正在研究其作为肾源性系统性纤维化治疗的潜力169Boehringer Ingelheim还正在进行另一种研究性酪氨酸激酶抑制剂BIBF 1120的临床研究,该抑制剂有望减缓IPF患者肺功能的下降170Jaks抑制剂是一个细胞内非受体酪氨酸激酶家族,通过Jak-Stat途径转导细胞因子介导的信号,也正在研究其在肝纤维化和骨髓纤维化中的治疗活性171最后,鉴于最近的研究已将IL-17A与TGF-β1直接联系起来(参考61),破坏IL-17信号传导的治疗性抗体也可能证明对治疗纤维化有益。在持续炎症是纤维化发展的主要驱动力的情况下,可能需要针对上游促炎途径。然而,需要指出的是,尽管IFN-γ是一种众所周知的抗纤维化细胞因子,但IFN-γ1b在治疗IPF或慢性HCV诱导的肝纤维化方面几乎没有疗效172,173许多抗炎药,包括皮质类固醇、免疫调节剂和细胞毒药物,也已经过测试,发现对IPF或其他纤维化疾病的治疗效果甚微或毫无益处,因此尚不确定新一类“抗炎”药物是否最终对纤维化有益。
纤维化前2型免疫反应
T型钢H(H)2-相关细胞因子IL-13已成为感染和过敏原驱动的纤维化的关键驱动因素74,82,84在IPF患者的肺部和血液中也检测到高水平的IL-13及其受体76,174根据这些结果,诺华已启动临床研究,以确定人源化IL-13特异性单克隆抗体是否可用于治疗IPF。赛诺菲还利用一种针对IL-4和IL-13的抗体,探索了2型细胞因子在IPF中的作用。最近的一项研究支持IL-13阻滞剂的潜在效用,该研究表明,由基因泰克开发的人源化IL-13单克隆抗体lebrikizumab对哮喘控制不佳的成人子集有效175利比单抗治疗后肺功能改善最明显的患者预处理时血清骨膜炎素(一种IL-13诱导蛋白)水平较高176因此,确定这种循环生物标记物是否可用于识别IL-13依赖性纤维化患者,这些患者也可能从抗IL-13治疗中受益,这将是一件有趣的事情。由于越来越多的慢性纤维化疾病以IL-13过度产生和/或IL-13诱导基因表达增加为特征,许多纤维化患者可能受益于IL-13的中和作用。
髓样细胞和T规则细胞
大量研究表明,巨噬细胞在纤维化中具有阶段特异性作用2巨噬细胞通过产生炎症介质,如IL-1β、TNF-α和活性氧和氮,在创伤愈合反应的早期阶段显示出促纤维化活性,这些炎症介质可加剧组织损伤。它们还产生促纤维化介质,如TGF-β1。但在创伤愈合反应的后期,巨噬细胞亚群转化为抑制表型,表达多种抗炎介质,如IL-10、Arg1、编程死亡配体-2和Relm-α,这些介质促进伤口愈合并直接解决炎症反应46鉴于巨噬细胞在纤维化中的核心作用,目前正在设计一些实验性抗纤维化策略来调节不同髓细胞群的激活和/或募集。例如,强生公司正在对IPF患者进行一项人类CCL2单克隆抗体(也称为MCP-1)的1期研究,CCL2与炎性单核细胞的募集有关177Promedior的研究人员正在研究重组人血清淀粉样蛋白P(SAP,也称为戊四氮2)对IPF和青光眼患者术后瘢痕形成的保护作用178他们的临床前研究表明,SAP通过诱导“前分解”巨噬细胞产生IL-10来减少炎症和纤维化179Ono Pharmaceutical正在研究人类中性粒细胞弹性蛋白酶的竞争性抑制剂是否有助于治疗肺纤维化和特发性间质性肺炎。组蛋白去乙酰化酶抑制剂是调节基因转录的酶,已被假设通过诱导T规则细胞和减少纤维细胞数量180最后,ImmuneWorks正在检查T规则可以诱导细胞来处理IPF。有研究表明,IPF是一种由对抗V型胶原的免疫反应驱动的自身免疫性疾病181免疫工程研究人员正在研究口服抗原是否会通过增加V型胶原特异性T细胞的数量来诱导口服耐受规则细胞104因此,调节T激活和/或募集的治疗规则细胞或不同的巨噬细胞群可能成为治疗纤维化疾病的可行方法。这些策略特别有吸引力,因为它们基于免疫反应特征的改变,而不是简单的破坏,这可能具有更持久的抗纤维化作用。