影响矽肺形成的多因素效应作用机制

1、影响矽肺形成的多因素效应作用机制而肺 与其细胞 肺成纤摘要 矽肺形成是一个慢性的、持续渐进过程，在整个形成过程中二氧化硅粉尘颗粒的 大量、 长期吸入是形成矽肺的基础。 由各种自由基所诱导的脂质过氧化反应所致巨噬细胞和 上皮细胞损伤是矽肺形成的前提。 在矽肺形成过程中巨噬细胞增殖能力先增强后减弱， 巨噬细胞凋亡始终增加。 纤维化细胞因子通过自分泌和旁分泌形成更多细胞因子， 表面相应受体构成信息链动传递并实施免疫交叉、 协同调控作用是矽肺形成的关键。 维细胞大量增殖、胶原合成和细胞外基质产生是矽肺形成的重要因素。矽肺是长期吸入游离二氧化硅粉尘所致的以肺部弥漫性纤维化为主的、 职业性、 全身性疾病

2、1。二氧化硅（ SiO2 ）是地壳的主要成分，在自然界分布很广泛，通常把接触含有10%以上游离二氧化硅（SiO2）粉尘作业称为矽尘作业，于从事采矿、选矿、采石、石英加工、 铸钢、 陶瓷、喷砂、钻探和掘进等作业有关。 虽然矽肺发病机制国内外都在研究， 学说很多， 但矽肺的形成机制并不完善， 其形成机制十分复杂， 研究表明矽肺的形成不是单一因素作用 效应， 而是涉及多方面、 多因素、 多环节综合作用形成的病理结果。 本文对近几年关于矽肺 形成机制的研究从自由基、细胞凋亡和细胞因子等多因素作用效应进行综述。1 矽肺形成过程自由基的作用 吞噬细胞在防御反应中，吞噬外来微生物、颗粒物，诱导 ROS 产物

3、增加，细胞内氧耗量大 大增加，该现象称为“呼吸爆发” ， 二氧化硅是肺泡巨噬细胞（ AM ）“呼吸爆发”的强有 力刺激物 2。肺泡巨噬细胞（ AM ）吞噬二氧化硅粉尘游走时，由于氧代谢突然增加发生 “呼吸爆发”而产生大量自由基；髓单核细胞向巨噬细胞转化过程中也可产生氮氧自由基。 自由基指外层电子轨道上具有不配对电子的原子、分子或基团， 其性质不稳定， 反应活性强3。由于自由基对不饱和共价键有一种特殊的亲和力，因此， 在体内自由基最易攻击生物膜磷脂的不饱和脂肪酸（PUFA），抽取（PUFA）上的氢离子，产生脂质自由基使膜发生脂 质过氧化 4。而在 SiO2 作用下，自由基可启动膜脂质过氧化的链式

4、反应造成膜的流动性 和通透性改变， 一些酶的失活， 蛋白质合成能力丧失， 线粒体能量代谢失调。 二氧化硅诱导 的自由基主要损伤对象是肺泡巨噬细胞， 使其改变细胞的通透性， 促使细胞外液 ca2+ 内流， 当其内流超过ca2+/mg2+-ATP酶及其他途径排钙能力时，胞内的ca2+浓度升高，造成巨噬细胞的损伤甚至发生死亡， 所释放的二氧化硅被其他巨噬细胞吞噬后崩解死亡， 由此形成的 肺泡巨噬细胞吞噬、崩解、释放，再吞噬、崩解、死亡的恶性循环过程是矽肺形成的主要因 素5。脂质过氧化作用近年来引起人们的广泛关注，而二氧化硅（sio2）引起的膜脂质过氧化反应剧增和细胞内钙稳态失调被认为是导致 AM 膜

5、损伤乃至引起死亡的主要原因 6。 在染硅尘大鼠肺纤维化过程中，抗氧化损伤指标如丙二醛、谷胱甘肽过氧化酶（GSH-PX ）等活力均明显下降，使肺泡表面抗氧化保护层受到破坏，氧化/抗氧化失衡，使肺泡巨噬细胞损伤7 Shix等8利用电子自旋共振（ESR）技术，首次检测二氧化硅悬液中活性 氧（ROS）生成，证明了二氧化硅粉尘可激发巨噬细胞产生羟自由基，并引起膜脂质过氧化 而导致细胞损伤。 二氧化硅自由基作用肺泡上皮细胞引发脂质过氧化，使其变性肿胀、 崩解脱落，当I型肺上皮细胞受损严重，n型肺上皮细胞不能修复时，则引致基底膜受损松解， 暴露肺间质，激活成纤维细胞增生9张尚明用Fenton体系产生 OH-

6、作用于人胚成纤维细胞，研究表明 OH-在体内能够促进成纤维细胞的增殖和胶原合成10 Geroge用黄嘌呤次黄嘌呤体系产生 O2-,作用于成纤维细胞，成纤维细胞不仅数量增加，而且细胞形态也发 生了改变 11。上述研究表明 12二氧化硅自由基不仅可以影响 AM 分泌纤维化因子以 及影响致纤维因子活性， 从而诱导成纤维细胞增生和胶原合成， 而且还可以直接作用成纤维 细胞导致肺纤维化。 矽肺患者出现体液免疫增强和细胞免疫水平偏低的现象，有人认为这与自由基和丙二醛（MDA ）有关，H2O2自由基可使 AM表面CD11/CD18增多，抗原表达增强，使 IgG 分子中 -CH2-CH2- 更为活跃，导致体液

7、免疫功能增强13。也有人认为二氧化15。硅作用于 AM 分泌细胞因子 IL-1 、 IL-6 等激活 B 淋巴细胞转化浆细胞使 IgG、 IgA、 IgM 分 泌增加14。MDA影响AM吞噬功能，使 C3b受体减少导致细胞免疫下降2 矽肺形成过程细胞凋亡的作用在矽肺发生早期， 肺泡巨噬细胞凋亡有利于清除受损细胞， 消除炎症， 重塑肺组织结构以及 维持肺功能； 但在晚期随着巨噬细胞凋亡的增多， 则不利于此保护过程。 体外培养的巨噬细 胞系(IC-21)、L-1 B抗体和一氧化氮(NO)抑制剂均能抑制矽尘诱导的细胞凋亡，提示L-1B、NO对矽肺病变中的细胞凋亡起重要调控作用16,同时也证实了肺泡巨

8、噬细胞参与矽肺炎症，纤维化发生、发展过程。肺泡上皮细胞的损伤也是矽肺引发的关键, 胶原纤维的产生为矽结节的形成提供了物质 基础。二氧化硅粉尘损伤肺泡I型上皮细胞，一方面作为异物可引起沉积部位的炎症，另一方面17研究发现，矽尘离子所含的Fe3+还原为Fe2+,进而催化H2O2产生羟自由基(OH), 促使细胞膜上多聚不饱和脂肪酸发生脂质过氧化反应，造成I型上皮细胞损伤，当此类损伤超过I型上皮细胞的修复能力时，就会造成肺间质暴露， 肺泡间隔内成纤维细胞向外移动与矽尘直接接触,并在一些生物活性物质的刺激下产生大量的胶原纤维。 肺成纤维细胞大量增殖和胶原合成, 游离二氧化硅刺激肺泡巨噬细胞产生自由基和细

9、胞因子 可导致成纤维细胞活化异常而产生大量的细胞外基质,促使肺纤维化的形成, 同时二氧化硅可直接作用于肺成纤维细胞。 毛国根等所做的关于二氧化硅对肺成纤维细胞间隙连接功能下 调实验表明,正常生理状态下,肺泡巨噬细胞对肺成纤维细胞功能有调节作用18。郝小惠等研究表明,矽肺患者 AM 体外培养上清具有促成纤维细胞增殖及胶原合成、分泌增加 的作用,说明二氧化硅粉尘的确可通过 AM 介导使成纤维细胞增殖及胶原合成与分泌增加 19。二氧化硅既可通过对肺泡巨噬细胞的直接作用,抑制肺成纤维细胞功能下调,也可 促使肺成纤维细胞合成大量胶原,在矽肺纤维化发生过程中发挥重要作用。3 矽肺形成过程中细胞因子的作用矽

10、尘所致肺纤维化涉及多种细胞和多种生物活性物质参与的炎症、免疫反应、 细胞毒作用和组织修复等, 近年来随着大量研究结果证实细胞因子在矽肺的发生发展中起着关键作用。细胞因子由肺固有细胞如肺上皮细胞、 内皮细胞和间质细胞表达, 也可有激活的炎症细胞、 巨 噬细胞等合成分泌, 同时这些细胞又是细胞因子作用的靶细胞。 细胞因子通过自分泌和旁分 泌方式发挥生物学效应。 通过与靶细胞的表面相应受体结合将生物信号传导致细胞内,启动-a (TNF- a)、白胞内信息链, 调控胞内基因表达。 不同细胞因子之间的生物作用可以协同、 交叉、 也可以拮 抗,相互制约、 相互调整从而构成复杂的肺内细胞因子网络, 共同参与

11、矽肺形成过程, 参与 过程按功能大致可分为参与局部损伤和炎症反应, 组织修复和纤维化进展, 抗损伤和抑制纤 维化三种情况。 参与局部损伤和炎症反应的细胞因子,此类细胞因子包括肿瘤坏死因子 细胞介素-1 (IL-1 )、白细胞介素-6 (IL-6 )、白细胞介素-8 (IL-8 ) 肿瘤坏死因子-a (TNF- a )主要来源于单核巨噬细胞，是单核巨嗜细胞合成的结缔组织调 节因子，可分为 L-1 a和L-2 3两型，且二者可与成纤维细胞受体结合，作为有丝分裂原发 挥作用,在肺纤维化形成过程中, IL-1 可调节辅助 T 淋巴细胞的活性,趋化粒细胞、巨噬 细胞和淋巴细胞的积聚,促进炎性反应,同时又

12、可促进修复与过度修复,引起间质纤维化。 还可以上调粘附分子的分泌,促进肺成纤维细胞产生胶原和氨基多糖20。在肺纤维化的动物模型和特发性肺间质纤维化患者的肺泡巨噬细胞和支气管肺泡灌洗液中均可检测到高水平白细胞介素-1 (IL-1 )。在进行博莱霉素刺激小鼠肺纤维化实验中，Suwabe等发现肺泡间质巨噬细胞在受到博莱霉素刺激第 1 天后会出现 IL-1 分泌高峰,因此推断肺内巨噬细胞 在受到外界环境刺激后通过 IL-1 引起肺纤维化的可能性 21。白细胞介素-6 (IL-6 )可诱导肝细胞及肺成纤维细胞(FB)合成释放 C-反应蛋白、血清淀粉样蛋白 -A 等急性期蛋白，以促进非特异性炎症反应。在博

13、莱霉素诱导的肺纤维化模型中 肺泡巨噬细胞 IL-6 水平明显增高， Denis M 等用抗 IL-6 抗体明显抑制了大鼠肺泡炎向肺纤 维化进程结果表明，肺泡巨噬细胞在体内激活后可通过分泌IL-6 而参与早期肺泡炎和后期肺纤维化形成 22。翟日洪等研究证实煤工尘肺肺内IL-6 的表达及含量与肺组织内煤尘及肺纤维化程度有密切关系，在煤工尘肺的肺灌洗液中IL-6 的水平明显高于对照组，并且证实尘肺患者血清 IL-6 水平与尘肺期别有明显的相关性23。白细胞介素-8( IL-8 )是一种重要的白细胞趋化因子，在炎症刺激因子IL-1、TNF作用下，由内皮细胞、淋巴细胞、肺巨噬细胞表达产生。研究表明IL-

14、8 可诱导中性粒细胞聚集于气道，并活化中性粒细胞脱颗粒， 释放氧自由基、 白三烯、 前列腺素等介质引发中性粒细胞炎 症， IL-8 介导的多数炎症反应为机体的正常防御反应， 具有保护作用。 当反应过强引发中性 粒细胞在肺部大量、 持续积聚， 并伴广泛而强烈反应造成肺部损伤。 IL-8 引起炎症细胞趋化 产生炎症反应， 释放氧自由基、 损伤肺上皮细胞， 并促使肺泡巨噬细胞释放细胞因子和纤维 连接蛋白、前列腺素-2( PGE-2)进入肺间质刺激成纤维细胞增殖，胶原合成和细胞外基质 沉积 24。肿瘤坏死因子-a (TNF- a )是一种细胞毒细胞因子，主要由LPS激活的单核巨噬细胞和活化的 T 淋巴

15、细胞产生，是介导多向性炎症反应和免疫调节反应的细胞因子，具有多种生物 活性。Sime等25研究发现，在病毒转染TNF- a的cDNA后,小鼠内炎症明显增强，中性粒细胞、巨噬细胞、淋巴细胞聚集增加，接着成纤维细胞聚集ECM 沉积， TGF-3 明显增高。宾亮华等 26研究表明在肺纤维化动物模型中，肺泡巨噬细胞 TNF-a 的合成释放增 加，肺纤维化患者肺内 TNF-a mRNA 表达也升高。 用免疫组化等技术证明其肺组织内 TNF- a蛋白及mRNA的表达与定位与小鼠矽肺模型的结果一致，2/3患者支气管肺泡灌洗液中有TNF- a mRNA的表达，同时其上清液具有TNF- a活动。Liu JY等2

16、7研究在博莱霉素或矽肺致纤维化动物模型中病程早期肺内有TNF- a表达，抗TNF- a抗体可阻止肺纤维化病变的发生， TNF-a 受体消除的小鼠暴露于石棉纤维后不发生肺纤维增生病变。李才军等28认为TNF- a在肺纤维化发生机制中主要有聚集炎症细胞作用，肺损伤早期增加的TNF-a可上调粘附分子和化学趋化分子，是致肺泡炎症细胞浸润的原因。TNF- a可与IL-1其协同作用，激活嗜中性粒细胞，介导肺泡炎症反应。TNF- a能刺激肺成纤维细胞增殖，对胶原合成有一定促进作用。TNF- a位于细胞表面的受体相结合引起细胞代谢改变可介-3 (TGF- 3 )、血小板源生长因子导细胞凋亡和细胞死亡。 参与组

17、织纤维化进展的细胞因子；此类因子有转化因子(PDGF )、结缔组织生长因子(CT-GF )等。30 种以TGF-3 ，免疫抑制转化因子-3 ( TGF- 3 )是1983年Assoian等自人血小板中成功提取出来的，含有 上蛋白成分的庞大家族，TGF- 3是一种多肽类细胞因子，人体内所有细胞均能分泌 TCG-3 主要具有( 1)抑制大多数细胞的增殖，但促进某些间质细胞的增殖； (2) 作用；(3)促进细胞外基质的合成 29。 TGF-3 1 能够对巨噬细胞产生趋化性，同时刺激巨噬细胞分泌其他细胞因子30。 TGF-3 1 对成纤维细胞也是一种强有力的趋化因子，而且又是一种强烈的促进细胞分裂剂，

18、 能够促进成纤维细胞产生结缔组织蛋白， TGF-3 1 这种 作用可能是直接作用于靶细胞的 DNA 促进结缔组织蛋白基因表达所致 31。用免疫组化 检测 TGF-3 1 在染尘小鼠肺组织中蛋白质的表达，发现矽尘处理的小鼠支气管及细支气管 粘膜上皮细胞 TGF- 3 1阳性表达增强，第 714天达高峰，第1428天只有少量阳性，这 表明 TGF-31 可能与矽肺引起的早期肺损伤有密切关系 32。在肺纤维化的发展过程中， TGF- 3 1 作用于肺成纤维细胞，促其转型为肌成纤维细胞，而后者又分泌TGF-3 1 进一步促其转型分化，从而导致炎症(纤维化)的迁延不愈33。研究表明 TGF-3 1 是通

19、过对巨噬细胞和成纤维细胞产生化学趋化性， 增加细胞因子合成和促进纤维细胞增生共同来调控细 胞外基质蛋白的合成，从而导致纤维化发生。而应用TGF- B单克隆抗体则可抑制其增值。TGF- 3被认为是迄今发现的最强的细胞外基质沉积促进剂，不仅刺激各种细胞外基质成分 的合成和沉积， 而且刺激细胞外基质复制合成大量的细胞外基质， 抑制基质降解酶活性以及 增加基质降解酶抑制剂的活性， 增加基质受体的表达和促进基质和细胞粘附， 改变成纤维细 胞表型使其合成和分泌大量的胶原等细胞外基质成份。TGF- 3 在增加细胞外基质产生的同时，还可抑制蛋白水解酶的产生，使细胞外基质沉积进一步增加。血小板衍生生长因子（PD

20、GF）为两条多肽链组合成的二聚体，是一种丝裂原和趋化因子， 主要由血小板的前体骨髓巨核细胞产生，其他血细胞、组织细胞和某些肿瘤细胞也能产生， 在血小板早期发育、 组织修复、 创伤愈合以及肺纤维化的早、 中期发挥重要作用。 在大鼠吸 入石棉后 5min ，在终末支气管、 肺泡、巨噬细胞表达 PDGFmRNA ，同时免疫组化现实 PDGF 蛋白表达， 经暴露几周后， 纤维化的支气管和巨噬细胞聚集区仍有 PDGF 的表达 34， Lasky 等35发现，在接触石棉的小鼠中PDGF- a受体的mRNA表达明显升高，Melleni等也发现与矽尘混合培养的肺泡巨噬细胞上清液能促使型上皮细胞DNA 的合成细

21、胞增殖， 加入抗PDGF抗体均明显降低此作用。PDGF不仅能促进分离的大鼠成纤维细胞增殖，而且使其I、n、ffi、V型前胶原合成增加，可能的调控机制是在转录水平上增强前胶原mRNA的表达36。在肺纤维化的过程中，肺泡巨噬细胞释放大量的 TNF- 3 因子可通过调控 PDGF 受体的表达来发挥双向作用，低浓度的 TNF- 3促 PDGF 生成，后者又可促进成纤维细胞生长， 高浓度 TNF- 3反而促 PDGF 受体表达水平下调，协同作用于肺内纤维结缔组织细胞，共同 对成纤维细胞产生影响，促进其分裂、增殖，胶原合成和肺纤维化形成。结缔组织生长因子（CT-GF）是一种富含半胱氨酸的多肽，属于生长因子

22、CCN基因家族，是 TGF 的下游介质，具有明显的有丝分裂原性和趋化性，能有效促进成纤维细胞分裂、产 生胶原及纤维结合素 37。张洪明研究表明通过 adenoviral 基因转移提高 CTGF 水平，用 博来霉素的耐受 Balb/c 鼠最终导致肺炎，不能发展为肺纤维化，用同样方法处理C57BL/6鼠导致金属蛋白酶组织抑制物继续上调和显著的纤维化反应。推测CTGF 对于诱导纤维化是不充分的， 它提供了引起个体纤维化易感的微环境， 在肺纤维化的发病过程中仍然是一个 关键的中介物。 辛伐他酊通过阻断成纤维细胞中 RHO 异戊烯化抑制 CTGF 的蛋白及基因表 达，显著的减少 CTGF 蛋白，抑制肺纤

23、维化形成和发展38。因此研究通过阻断 CTGF 的作用用于治疗肺纤维化提供可能。抑制纤维化的细胞因子；此类因子有丫干扰素（IFN- Y ）、角化细胞生长因子（KGF）, IFN-丫是一种重要的免疫调节因子又称免疫干扰素，主要由活化的T淋巴细胞产生，部分由自然杀伤细胞分泌， 主要作用为激活单核吞噬细胞， 诱导和增加主要组织相容性复合物 （MHC） 分子表达；促进 T 细胞分化，激活中性粒细胞，促进 CD4T 细胞粘附和形态的改变。并被 认为是一种抗纤维化细胞因子，Gurujeyalashmi :39研究发现IFN- 丫能明显降低伯莱霉素诱导的 TGF- 3 、前胶原纤维和 RNA 一级羟脯氨酸的

24、表达。有研究发现，在大鼠气管内注 入伯莱霉素引起气管、肺泡上皮细胞坏死后，肺灌洗液中IFN- Y含量明显升高，并出现支气管和肺泡上皮细胞增生，提示IFN- Y具有保护作用40。目前有研究表明IFN- Y通过提高肝细胞生长因子受体（C-Met）原癌基因的转录，上调肺泡上皮细胞中的C-Met蛋白和mRNA的表达，在肺损伤后的修复过程中发挥抗纤维化作用41°IFN- 丫可增强可溶性TNF-a受体的表达，使其通过抑制TNF- a与靶细胞TNFR结合使TNF- a的活性受到抑制，还可 通过与TNF- a结合阻止其分解为单聚体使其失去活性，而抑制TNF- a对肺成纤维细胞的促增殖作用发挥抗肺纤维化作用。角化细胞生长因子（KGF）,角化细胞生长因子（KGF）为纤维母细胞生长因子家族中的一 员，是介导间质与上皮相互作用的重要生长因子，多