肾上腺素对支气管平滑肌作用（肾素-血管紧张素系统与特发性肺纤维化）

来源：国际呼吸杂志2021年第09期

作者：1朱欢 2李龙

1.兰州大学第一临床医学院 730000

2.兰州大学第一医院呼吸与危重症医学科 730000

通信作者：李龙

Email：llqqdbd@163.com

摘要

肾素-血管紧张素系统(RAS)是人体内重要的内分泌系统，已知RAS在血压调节、电解质及体液稳态方面起关键作用。随着不断研究，在特发性肺纤维化的进程中也观察到了局部RAS系统的异常激活，提示RAS系统可能是特发性肺纤维化的新靶点。

特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibROSis，IPF)发病机制仍不明确，是以持续的炎症浸润、肌成纤维细胞激活及胶原的过度沉积为特征的间质性肺疾病。IPF主要发生在老年患者，可有较长的临床稳定期，后期病情快速恶化常伴呼吸衰竭[1]。目前尚无有效治愈手段，预后较差，中位生存期估计仅为3～4年，病死率达50%～60%，发病率也不断上升，已成为全球严重的公共卫生问题[2]。

纤维化是肺组织对损伤的一种反应机制。在纤维化病理过程中发现，早期在各种致病因子及刺激因素影响下，肺泡上皮细胞(alveolar epithelial cell，AEC)及血管内皮细胞弥漫性损伤，从而激活肺泡炎症级联反应，引起肺泡间隔破坏、血管通透性增强，促进分泌多种生长因子及促炎介质，导致大量成纤维细胞募集、增殖，驱动胶原形成及细胞外基质沉积，导致肺组织异常修复和功能破坏[3]。上述过程相互影响，交织存在，最终导致肺组织的纤维化病变。现研究发现肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system，RAS)与肺纤维化发生有关[4]。本文就RAS系统对肺纤维化影响进行综述。

1 RAS组成

1.1 经典血管紧张素转化酶(angiotensin-converting enzyme，ACE)-血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)-血管紧张素Ⅱ1型受体(angiotensin Ⅱ type 1 receptor，AT1R)轴

肾素由肾小球近球细胞合成，切割血管紧张素原形成AngⅠ，AngⅠ在ACE的作用下形成AngⅡ，主要与AT1R结合后发挥血管收缩、水钠潴留、炎症反应以及细胞生长和重塑[5]等作用。现研究发现AngⅡ受体有4种不同亚型：AT1R、AT2R、AT3R、AT4R，但对AT1R外其他3种受体具体作用尚未明确[6]。

1.2 新成员ACE2-Ang(1-7)-Mas受体轴

2000年研究者发现ACE的同源物ACE2，但其作用与ACE大不相同。ACE2最主要的活性产物是Ang(1-7)，一方面，ACE2可以直接水解AngⅡ产生Ang(1-7)；其次，ACE2可以将AngⅠ转化为Ang(1-9)，后者被中性内肽酶或ACE裂解，产生Ang(1-7)。研究发现，ACE2对AngⅡ的催化效率大约是对AngⅠ的400倍，是形成Ang(1-7)的主要途径[7]。随着研究的不断深入，Ang(1-7)的重要性逐渐被人们认识，通过与其特异性Mas受体结合后介导血管舒张、抑制细胞生长、抗血栓形成和抗心律失常等与AngⅡ拮抗的作用[8]。

ACE2-Ang(1-7)-Mas轴构成了RAS系统的另一个分支，该分支拮抗ACE-AngⅡ-AT1R轴的作用，二者相互协调、相互拮抗，对协调机体生理功能平衡具有重要意义。

2 ACE-AngⅡ-AT1R促进纤维化

2.1 AngⅡ与AEC凋亡

AEC凋亡被视为IPF发病的起始过程，AEC凋亡导致了随后的纤维化反应[9]。AEC分为Ⅰ、Ⅱ型(AECⅠ、AECⅡ)，AECⅠ占肺泡表面积的95%以上，负责进行气体交换；AECⅡ占剩余肺泡表面积的2%～5%，交错排列于AECⅠ之间，是肺泡表面活性物质的主要来源，在维持正常的肺泡结构及功能方面起重要作用[10]。在IPF患者及动物模型中均发现了AEC的凋亡及其凋亡诱导的纤维化反应，阻断AEC凋亡则可抑制纤维化反应[9]，这说明了肺泡细胞凋亡与肺纤维化的关系。为探究其具体机制，Abdelwahab等[11]用博来霉素处理小鼠肺外植体细胞，暴露24 h后检测到肺组织中血管紧张素原蛋白、AngⅡ及caspase-9显著增加。caspase-9是凋亡蛋白家族(caspase家族)中作为凋亡启动子的一种蛋白酶，可激活AEC线粒体介导的内源性凋亡途径，而ACE抑制剂赖诺普利可阻断caspase-9升高并抑制细胞凋亡。Abdelwahab等[11]的实验表明在肺损伤组织中，AngⅡ通过对线粒体途径的激活来介导AEC的凋亡反应。此外，Wang等[12]证明AEC表面Fas激活后介导的细胞外源性凋亡途径也与肺纤维化有关。Fas系统包括Fas及其配体FasL，属于肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)受体超家族，广泛分布于多种组织，是近年研究发现与细胞凋亡密切相关的膜表面分子。更深入的研究证明，Fas激活可引起AngⅡ产生，而Ang的反义低聚核苷酸及阻滞剂能抑制Fas激活后的细胞凋亡[13]；在慢性肾损伤的小鼠模型中出现广泛肾小管细胞死亡伴Fas和FasL mRNA水平增高，使用AngⅡ抑制剂处理后细胞凋亡及Fas和FasL mRNA水平表达降低[14]；AngⅡ还通过上调丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)介导内皮细胞凋亡[15]。

2.2 AngⅡ与炎症反应

IPF发病初期，可见肺泡间隔增厚、炎性细胞浸润，大量炎性细胞因子分泌、活化，刺激肺间质纤维化。在体研究发现[16]，在心血管及肾脏等脏器损伤的局部炎症反应中，AngⅡ的浓度明显升高，通过调节单核细胞活化，以促进巨噬细胞和血管平滑肌细胞分泌TNF-α、IL(IL-1、IL-6、IL-8等)、干扰素及单核细胞化学趋化蛋白1等细胞因子的释放，加重了炎症损伤作用。IL-1、IL-6、IL-17是众多炎症因子的起始因子，能刺激上皮细胞、内皮细胞分泌粒细胞刺激因子、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子等，激活中性粒细胞、活化其他炎症因子，加重机体炎性细胞浸润和结构破坏的程度。IL-1可上调肺成纤维细胞血小板源性生长因子表达，在纤维结缔组织增生过程中发挥重要的作用[17]；IL-6能够促进成纤维细胞增殖与迁移，同时抑制细胞外基质分解[18]；IL-17可通过p38 MAPK途径促进细胞迁移并抑制自噬引起的细胞凋亡[19]。核转录因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)是一种基因转录调节蛋白，广泛存在于各种细胞中，通常在细胞中以p50-p65异二聚体的形式与抑制蛋白κB结合而呈非活化状态。胞外刺激信号如创伤、病毒、炎症因子、吸烟、辐射等可以使NF-κB发生磷酸化后快速降解，释放激活NF-κB，从而启动炎症反应，使受其调控的多种炎症细胞因子表达增加[20]。而AngⅡ可通过蛋白激酶C、蛋白激酶A、活性氧(reactive oxygen species，ROS)等多种途径促进抑制蛋白κB降解[21]，导致持续性组织损伤。同时这些被激活的炎症细胞又激活了局部RAS系统，使AngⅡ浓度升高，形成恶性循环，持续加重肺组织损伤[22]。

2.3 AngⅡ与成纤维细胞增殖

成纤维细胞是肺脏结缔组织中最常见的细胞，主要分泌胶原蛋白，尤其是胶原蛋白Ⅰ。生理条件下，成纤维细胞主要构造和维持肺脏的正常形态，几乎无细胞外基质产生，为肺组织进行高效的气体交换提供物质基础，在组织损伤后及时大量聚集以修复损伤组织。病理条件下，在受多种刺激因素，特别是大量细胞因子刺激后，成纤维细胞通过不断的异常自我增殖与转换，成为肌成纤维细胞，分泌大量细胞外基质，造成损伤组织的过度修复，导致纤维化产生[23]。肌成纤维细胞明显表达α平滑肌肌动蛋白，其分泌细胞外基质能力是成纤维细胞的4～5倍[24]。刘珊珊等[25]对人肺成纤维细胞进行继代培养，然后添加AngⅡ，发现AngⅡ呈时间和浓度依赖性地促进人肺成纤维细胞中胶原蛋白Ⅰ的表达。进一步研究发现，AngⅡ可激活MAPK磷酸化，调节核内转录因子，引起细胞增殖和生长反应。MAPK包括ERK、JNK、p38MAPK等亚家族。随着不断研究发现[26]，除了成纤维细胞异常增殖外，部分AEC向间质细胞转化是局部肌成纤维细胞的重要来源之一，即"上皮-间质转化"过程。而AngⅡ可上调转化生长因子β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)，激活TGF-β/Smad3信号通路，对促进成纤维细胞分化及上皮-间质转化为肌成纤维细胞起重要作用[27]。AngⅡ与AT1R结合后还可以通过G蛋白偶联刺激磷脂酶C，释放细胞内储存的钙离子，激活蛋白激酶C通路，促进成纤维细胞增殖和胶原合成[28]；Meng等[29]研究发现，AngⅡ诱导氧化应激反应所产生的ROS可通过RhoA/Rock途径促进成纤维细胞的迁移和合成胶原蛋白Ⅰ；AngⅡ还可抑制基质金属蛋白酶对细胞外基质的降解来促进胶原累积[30]。

2.4 Ang与TGF-β₁

TGF-β₁被认为是几乎所有组织纤维化过程中的最强调节因子，能有效刺激成纤维细胞分化及细胞外基质蛋白合成。肺损伤组织中的多种细胞可见TGF-β₁表达[27]。TGF-β₁通过与其受体结合，激活细胞内典型Smad信号通路，诱导Smad2/Smad3蛋白磷酸化，进一步与Smad4结合成复合体，激活结缔组织生长因子、血小板源性生长因子、胰岛素样生长因子1等多种纤维化基因的转录。TGF-β₁还可激活ERK、p38、JNK、PI3K、Akt/PKB和Rock等非典型通路，促进纤维化进程[31]。研究证明，AngⅡ与AT1R结合后会激活MAPK和Smad，刺激TGF-β₁的合成和释放[27]，并在TGF-β₁上游起驱动作用[32]；TGF-β₁的高表达同样可诱导AngⅡ合成增多[33]，产生正反馈作用，推动纤维化进展。

2.5 AngⅡ与氧化应激

"氧化与抗氧化失衡"是近年公认的纤维化重要发病机制之一。在纤维化组织中发现ROS过量生成[34]，破坏体内氧化/抗氧化动态平衡，对细胞中大分子物质如脂质、DNA、线粒体和蛋白质产生氧化损伤导致病变。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NADPH氧化酶)是ROS的主要来源，NADPH氧化酶包括7个成员，分别为NOX1-5、Duox-1和Duox-2。其中NOX4作为最重要的活性氧来源，可介导肌成纤维细胞分化、上皮细胞凋亡、细胞外基质生成和收缩，加速肺纤维化进程[35]。实验证明[36]AngⅡ通过促进NOX4的表达，激活ROS介导的RhoA/Rock途径加重肺纤维化程度。此外，TGF-β₁能增加ROS的产生并下调抗氧化酶，从而导致体内氧化还原失衡，而ROS反过来会诱导TGF-β₁，并介导TGF-β₁的许多纤维化作用，形成恶性循环[37]。

3 ACE2-Ang(1-7)-Mas抑制纤维化

3.1 Ang(1-7)抑制AEC凋亡

与AngⅡ相反，ACE2已被证明可改善肺组织损伤。在脂多糖诱导的急性肺损伤模型中[38]，发现AngⅡ、NF-κB、IL-1、TNF-α等炎症因子及细胞凋亡率均升高，而ACE2/ACE比值下降，Ang(1-7)保护作用也被抑制；将ACE2 cDNA注射到小鼠肺中2周后，发现ACE2上调Ang(1-7)水平，抑制MAPK途径，减轻肺组织损伤，而Mas受体拮抗剂A779或ACE2抑制剂MLN-4760则逆转了ACE2对肺组织的保护作用，加重肺功能破坏。在同种小鼠模型中也证明，ERK、p38、JNK和NF-κB通路均被激活，A779预处理更加明显地激活上述信号通路[39]。综上所述，ACE2-Ang(1-7)-Mas通过抑制肺微血管内皮细胞中MAPK/NF-κB通路拮抗LPS诱导的细胞凋亡。另有研究者发现，ACE2能够通过减少抑制Bcl-2(抗凋亡蛋白)翻译的miRNA-4262，从而增加Bcl-2的表达并减少肺内皮细胞凋亡[40]；Ang(1-7)也可通过抑制细胞内质网应激反应来减轻肺组织细胞的破坏[41]。

3.2 Ang(1-7)抑制成纤维细胞转型

Zhou等[42]将人肺成纤维细胞用不同浓度的AngⅡ(10^-8、10^-7、10^-6mmol/L)持续处理0、12、24、48 h，发现培养的细胞中α平滑肌肌动蛋白、TGF-β₁和胶原蛋白Ⅰ蛋白表达显著增加，并且AngⅡ(10^-6mmol/L)刺激48 h被认为是诱导人肺成纤维细胞-肌成纤维细胞转变的最佳条件。他们证明Ang(1-7)可以阻断AngⅡ诱导的PI3K、Akt、p38 MAPK和JNK通路激活，抑制人肺成纤维细胞-肌成纤维细胞的转变并下调胶原蛋白Ⅰ、α平滑肌肌动蛋白和TGF-β₁的表达。其他研究证明，在肺纤维化过程中，细胞自噬水平明显下降，而抑制自噬同样也加重肺纤维化的进程，ACE2-Ang(1-7)则可以通过诱导细胞自噬改善肺部胶原合成[30]；Ang(1-7)还通过改善内质网应激、上皮-间质转化中成纤维细胞的转换来延缓组织纤维化[41]。其他器官纤维化模型对此也有证明，AVE 0991是一种Ang(1-7)非肽类似物，被认为具有与Ang(1-7)类似的对心血管有益的作用，通过抑制NOX2、NOX4和炎性因子TGF-β₁、TNF-α的过表达，减缓心肌肥厚和减少胶原合成，从而抑制心室重构和改善心功能[16]。

3.3 Ang(1-7)抑制炎症反应

Magalhães等[43]在过敏性肺炎小鼠模型中注射Ang(1-7)，发现Mas抑制IgE和ERK1/2磷酸化，使得损伤部位促炎性细胞因子IL-4、IL-5、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子和趋化因子的水平下降，降低肺损伤部位炎症细胞水平，改善肺组织损伤。同时他们进一步发现，Ang(1-7)输注会改变组织ACE2的表达，这可能会增加肺中Ang(1-7)的水平及其发挥的保护作用。Ang(1-7)-Mas抑制NF-κB活化、刺激一氧化氮、前列腺素和内皮衍生性舒张因子、IL-10等发挥扩血管、抗炎作用，并减少细胞外基质沉积[44]。然而一项实验发现向大鼠中持续输注Ang(1-7)可刺激MAPK/NF-κB通路，上调炎症反应并增加肺中胶原蛋白的沉积[45]，因此Ang(1-7)作用可能具有多重性，仍需深入探究。

3.4 Ang(1-7)抗氧化应激作用

Pan等[46]在吸烟引起的肺纤维化体内和体外模型中证明，Ang(1-7)可通过抑制NOX4衍生的ROS介导的RhoA/Rock途径，抑制了AngⅡ诱导的细胞迁移和胶原蛋白Ⅰ、α平滑肌肌动蛋白的合成、ROS引起的氧化应激并减少受损的自噬积累，从而减轻吸烟引起的肺纤维化。在另一项用95%高氧导致小鼠肺损伤实验中[47]，分别使用ACE2激动剂三氮脒和抑制剂MLN-4760处理，发现高氧与后者显著降低肺ACE2的表达活性，并增加AngⅡ/Ang(1-7)比率，而三氮脒则可以增强ACE2活性，改善AngⅡ/Ang(1-7)比率，减轻高氧造成的肺损伤。这些实验均可证明ACE2、Ang(1-7)的氧化抑制作用。

4 血管紧张素转化酶抑制剂及血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂(angiotensin Ⅱ receptor blockage，ARB)类药物在IPF中的治疗

通过系统评价的方法对血管紧张素转化酶抑制剂或ARB类药物治疗IPF的有效性进行分析[48]，治疗后D_LCO、第1秒用力呼气容积以及肺活量较对照组均有所改善，证明血管紧张素转化酶抑制剂及ARB类药物在IPF的治疗中起到保护性作用。ACE与ARB治疗IPF一方面可能直接作用于肺组织，抑制炎症发展，抵制气道重塑，延缓肺功能减退，对IPF肺损伤起保护作用；另一方面在治疗IPF的同时，一些相关的并发疾病如糖尿病、肺动脉高压、高血压等可得到一定改善，从而间接引起肺功能的改善，其治疗的有效性及具体机制还需进一步研究[49,50]。但也曾有研究发现ARB类药物并不能改善博来霉素诱导的小鼠肺纤维化，这可能与独立于AT1R之外的其他受体作用相关，提示ARB治疗肺纤维化的有限性。

5 结语

RAS系统参与了肺纤维化的形成过程，其中AngⅡ/AT1R促进组织纤维化、Ang(1-7)/Mas拮抗纤维化进程，这不仅为IPF提供了新的研究靶点，也使我们学习到该系统生物活性及作用的多样性。RAS系统引起的各种病理变化过程，也与除肺纤维化外的其他疾病息息相关，这将为临床疾病诊治提供更广阔的治疗；但RAS系统与机体各个系统，以及RAS系统中各成员间的复杂联系，仍需继续探索，以解决其临床应用中的难点与挑战

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献略

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