粉尘致肺纤维化机制的研究现状

粉尘致肺纤维化机制的研究现状

07级卫生检验班蒙永胜指导教师：白钢

【摘要】鉴于尘肺病的高发病率、高危害性和不可逆转性，探讨其发病机制以达到早发现、早诊断、早治疗具有重要意义。本文对目前研究的较为深入的自由基学说和细胞因子网络学说进行综述。

【关键词】尘肺；肺纤维化；脂质过氧化作用；自由基；细胞因子网络尘肺是由于在职业活动中长期吸入生产性粉尘而引起的以肺组织弥漫性纤维化为主的全身性疾病，是我国发病率最高的职业病，已成为我国一个重大的公共卫生和社会问题。尘肺所造成的肺纤维化，目前认为是不可逆转的病理变化［1］，一经传统的后前位胸大片确诊，肺部病变已经无法逆转。但目前尘肺的发病机理仍然不完全清楚，无早期诊断的特异性指标，也无特异性的治疗药物和方法。因此，进一步探讨粉尘致肺纤维化机制以寻找早期防治方法，具有重要意义。研究表明，尘肺发病涉及几个重要环节：肺泡巨噬细胞（AM）吞噬石英颗粒，AM 及有关细胞发生脂质过氧化，各种致纤维化活性因子的分泌，成纤维细胞增生与胶原合成肺泡Ⅰ、Ⅱ型细胞损伤与基底膜受损。这几个环节涉及许多分子机制，共同决定了尘肺病的发生发展。

1 自由基

自由基是指那些外层电子轨道上具有不配对电子的原子、分子或基团，性质不稳定，反应活性强。常见的自由基有超氧阴离子自由基（O2－·）、羟自由基（OH·）、氢过氧基、脂氧自由基、脂过氧自由基等。目前普遍认为SiO2可引发自由基反应，启动AM 细胞膜的过氧化，产生过氧化脂质，从而使AM 细胞膜结构破坏，表面电荷减少、膜通透性增强、细胞流动性降低，最终导致细胞破裂；而细胞破损后释放出的SiO2又被重新吞噬，如此再破裂、再吞噬，反复循环，引起AM 大量增殖和集聚，为矽结节的形成和发展提供了基础。

1．1 矽肺发生中自由基的来源［2］

1．1．1 石英自身可产生自由基石英粉尘经机械破碎后，再与水作用时，可产生OH·；粉尘表面存在的一些金属离子，特别是Fe、Gu 等过渡金属元素能催化氧化石英尘表面吸附的生物基质及化学吸附的氧，形成自由基；硅酸水化也能产生过氧化氢（H2O2）。

1．1．2 人体细胞内和质膜上存在着产生自由基的酶如质膜上的还原型辅（NADPH）作为电子供体，当SiO2作用于质膜时氧接受电子还原成为O2－·；细胞内的黄嘌呤氧化酶（XO）可作用于ATP 的代谢产物次黄嘌呤，使其转变为黄嘌呤、尿酸，同时产生O2－·和H2O2；SiO2被AM 吞噬时，与AM 中的溶酶体融合生成次级溶酶体，此时，溶酶体中的髓过氧化物酶（MPO）作用于被吞噬物，产生大量的O2－·；当AM 吞噬和游走时，由已糖氧化供给消耗能量，氧代谢会突然增长，并产生大量的O2－·（即呼吸爆发）。O2－·和H2O2通过Haber-Weiss 反应生成毒性很强的OH·；在体内有过渡性金属离子存在时，即使没有O2－·也可通过Fenton 氏反应产生OH·。OH·是一种活性极强的自由基，能与任何生物分子起反应，且由于半衰期极短，没有任何酶能够排除它。脂质被初始氧化后的中间产物，如有机自由基、烷氧自由基与O2－·等，也能持续产生毒性很强的H2O2。通过前述过程自由基可被放大和形成链式反应。

1．1．3 髓单核细胞和在肺中转化为AM 的细胞中都含有NO 合成酶NO 合成酶可催化精氨酸与分子O2生成NO·，当AM 被活化后可产生NO·，NO·与生物系统中产生

的O2－·相互作用可生成超氧亚硝酸阴离子（ONOO－），ONOO－一旦被质子化后可迅速分解成高活性的OH·和稳定的NO2·，产生细胞毒作用，导致细胞坏死和组织损伤。

1．2 自由基的损伤作用

1．2．1 对肺吞噬细胞的作用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多不饱和脂肪酸，产生脂质自由基并自氧化，形成过氧化产物，

使膜发生脂质过氧化（LPO），造成膜的流动性及通透性改变。在尘肺的发生过程中，机体氧化／抗氧化状态失衡是粉尘所致AM 损伤的重要因素之一。AM 受自由基损伤后，可以形成和释放大量的活性物质，其中与尘肺发病关系最密切的是细胞因子。

1．2．2 对肺泡上皮细胞的作用自由基作用于肺泡Ⅰ型上皮细胞，引发脂质过氧化，使其变性肿胀、崩解脱落。当Ⅰ型上皮细胞受损严重、Ⅱ型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。

1．2．3 对成纤维细胞的作用自由基除能通过损害AM、I型肺上皮细胞，诱导成纤维细胞增生和胶原合成外，还能直接作用于成纤维细胞导致纤维化。原胶原蛋白的脯氨酸和赖氨酸经过相应氨基酸羟化酶作用转变成胶原蛋白，而酶促羟化作用需要活性氧参加。

1．3 自由基致肺纤维化的相关证据

通过测定NO·、脂质过氧化产物丙二醛（MDA）及自由基清除剂超氧化物歧化酶（SOD）的水平，可了解机体氧化损伤的程度。姚武等［3］研究表明：尘肺患者血清中SOD含量明显低于正常对照（P＜0．05），而MDA 的含量却明显高于正常对照（P＜0．05）；煤工尘肺患者血清NO·与SOD呈负相关关系，而NO·与MDA 及SOD 与MDA 之间无相关关系；健康对照中三指标均无相关关系。Altin等［4］研究表明，与对照组相比，暴露于煤矿环境中的大鼠的肺组织，血浆或红细胞中的MDA、NO·、羟脯氨酸（HP）水平和XO、MPO 活性有显著提高（P＜0．05）；SOD、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性显著下降（P ＜0．05）。

尽管自由基学说能解释尘肺发生中多种改变与表现，但仍有许多不完善和不确定的地方。到底自由基引起的改变是因还是果？还是中间环节？都有待进一步深入探讨与研究。

2 细胞因子网络

为了维持机体的生理平衡，抵抗病原微生物的侵袭，防止肿瘤的发生，机体的许多细胞，特别是免疫细胞合成和分泌许多种微量的多肽类因子。它们在细胞之间传递信息，调节细胞的生理过程，提高机体的免疫力，在异常情况下也有可能引起发烧、炎症、休克等病理过程。这样一大类因子已发现的有上百种，统称为细胞因子。除AM 外，中性粒细胞、淋巴细胞、肺泡上皮细胞（Ⅰ型和Ⅱ型）等受到粉尘刺激时均可产生。在尘肺病发病过程中，细胞因子主要通过促进肺成纤维细胞的增生，促进细胞间质胶原合成增加和降解减少，从而导致肺弥漫性纤维化［5］。

目前国内外大量文献报道显示，某些细胞因子及细胞因子形成的复杂网络系统在肺纤维化的发生、发展过程中发挥着重要作用。有学者在体外对细胞因子促成纤维细胞增殖、胶原合成作用进行了研究［6］，发现单一细胞因子的作用和几种细胞因子共同作用的结果有差异，甚至是相反的。虽然在这些离体实验中细胞因子的相互作用并不一定符合体内情况，但是也证实了细胞因子间存在着网络关系。

2．1 生长因子（GF）

生长因子是一类通过与特异的、高亲和的细胞膜受体结合，调节细胞生长与其他细胞功能等多效应的多肽类物质。如转化生长因子（TGF）、血小板源性生长因子（PDGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）、白细胞介素类生长因子（IL）、类胰岛素生长因子（IGF）等。TGF 有TGF-α和TGF-β两大类，TGF-β又包括TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3。TGF-α通过偶联表皮生长因子受体（EGFR）可促进肺成纤维细胞增殖。Madtes 等［7］发现，以博来霉素处理转基因TGF-α缺陷小鼠，其肺纤维化程度较对照组明显减轻。在自发性纤维化和吸入石棉的大鼠支气管

的肺泡区中均见TGF-α的mRNA 表达增加。TGF-β刺激成纤维细胞合成胶原和纤维黏连蛋白，抑制胶原酶mRNA表达，增加金属蛋白酶组织抑制因子（TIMP）、α-2 巨球蛋白合成，从而抑制细胞间基质的降解，促使其沉积。其中TGF-β1可能通过上调胶原和纤维粘连蛋白基