上皮细胞间质转化与肺纤维化的研究进展_曾仁凤
doi:10.3969/j.issn.1009-4393.2014.2.007
上皮细胞间质转化与肺纤维化的研究进展
曾仁凤 何振华 张秀峰
[摘要] 在肺纤维化过程中，由于各种细胞因子的刺激和信号通路的激活，肺泡上皮细胞、气道上皮细胞通过间质转化最终成为成纤维细胞以及肌成纤维细胞。本文以参与上皮细胞间质转化的典型标志物及信号通路与肺纤维化的研究进展作一综述。
[关键词] 上皮细胞间质转化；肺纤维化
brosis, with the activation of many cytokines and signaling pathways, fi nally, alveolar epithelial cells [Abstract] In the process of pulmonary fi
and bronchial epithelial cells undergo transition to fi broblasts and myofi broblasts through epithlial to mesenchymal transition. In this review, we describe the features of markers of EMT and the signaling pathways of EMT in pulmonary fi brosis.
Pulmonary fi brosis [Key words] Epithlial to mesenchymal transition；
肺纤维化（pulmonary fibrosis，PF）通常是慢性肺疾病最终的表现结果，是全球肺疾病发病率及死亡率的重要原因之一。肺纤维化是以多种原因引起的上皮细胞受损，修复障碍，上皮细胞活化、损伤，导致大量细胞因子释放、细胞外基质沉积、异常间质细胞活化和增生为特征的疾病。其病理特点主要为大量间质细胞（成纤维细胞、肌成纤维细胞）积聚及增殖，而这些间质细胞来源尚不清楚。最近研究报道，这些细胞是通过上皮细胞间质转化
（epithlial to mesenchymal transition，EMT）而来的[1]。
1 EMT
EMT是细胞塑形的一种过程，上皮细胞失去极性，上皮细胞
标志物丢失或下调，细胞骨架重建，细胞变成纺锤体形态，获得间
质细胞标记物，并且细胞的黏附能力减弱、增殖和迁移能力增强。
2 EMT的主要表型标志物的完整性，使得E-cad不能准确定位于膜上，胞浆内蛋白酶将其降解进入胞浆，丧失其黏附的能力，增加了上皮细胞增殖和迁移能力，从而促进上皮细胞的再生修复。2.2 a-SMA a-SMA是一种间质细胞标志物，由血管平滑肌机细胞及肌上皮细胞表达。a-SMA是一种中等大小的蛋白质，由375个氨基酸组成，分子量为43KDa。a-SMA被认为是肌成纤维细胞的一种标志物，而这些肌成纤维细胞来自于上皮细胞间质转化，并且与肺纤维化有关[4]，a-SMA的表达与肺纤维化的进展是成正相关的。2.3 Vimentin Vimentin是常见的EMT间质细胞标记物，来源于成纤维细胞、内皮细胞和白细胞等中胚层细胞。Vimentin 是中间纤维家族中的一员，构成间质细胞中最主要的中间纤维，其重要功能是与微管、微丝共同形成一个细胞支架网络而维持细
胞完整性。人的vimentin基因位于人类染色体10p 13上，相对分
子量大小约为57KDa，总共编码466个氨基酸。Vimentin由头
部的氨基端（N端）、尾部的羧基端（C端）和两端之间的螺旋杆状
区3部分构成，不仅参与肿瘤分化、转移和增殖有着密切的关系，
还在细胞的黏附、迁移、增殖、凋亡等生理功能中起重要作用。在
炎症的修复过程中，多种细胞因子的参与下，上皮细胞间质转化
发生时，波形蛋白的表达上调[5]。
3 EMT促进了肺纤维化EMT发生时，上皮细胞标志物丢失，并获得间质细胞标志物，代表上皮细胞的标志物主要有E-钙粘素(E-cadherin，E-cad)，紧密连接蛋白（1zonula occludens-1，ZO-1)；代表间质细胞的标志物主要有α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）、波形蛋白（vimentin）、I型胶原蛋白（col type I）、纤维连接蛋白（fibronectin）、纤维状肌动蛋白（F-actin）。下面介绍3种肺纤维化中EMT的主要表型标志物。2.1 E-cadherin E-cadherin，是典型的EMT上皮细胞
标志物[2]。E-cad，分子量大小为120KDa，广泛分布于胚胎和成EMT是目前肺纤维化发病机制的研究热点，在肺纤维化的熟组织上皮细胞中，位于同种上皮细胞侧面的中间连接处，是一形成中扮演了非常重要的角色。EMT是肺纤维化重要的病理类介导细胞之间互相黏附的钙依赖性跨膜糖蛋白，参与介导上皮过程[1,6]。EMT是上皮细胞失去极性，上皮细胞标志物丢失或下型细胞—细胞间的黏附、胚胎发育以及正常组织中上皮细胞层调，细胞骨架进行重建，细胞变成纺锤体形态，并获得间质细
[7]的形成和维持，是细胞连接的重要分子。人类E-cad基因位于16 胞标记物的过程。EMT分为3型，Ⅰ型EMT参与胚胎发育、
q 22.1 附近，由723～748个氨基酸组成，包括N端胞外区、高度器官形成，Ⅱ型EMT在肺纤维化中发挥作用，Ⅲ型EMT与肿
2+2+[8]疏水的跨膜区及C端胞内区。N端是Ca的结合位点，对Ca有瘤形成、进展有关。很多研究证明EMT与肺纤维化有着密切
2+[5-6,9]高度敏感性，通过与Ca特异性结合而发挥黏附功能；胞内区通的关系。博来霉素诱导的肺纤维化小鼠的肺泡上皮细胞
过连环素（catenin）与微丝、中间丝、肌动蛋白相连接，形成复合（alveolar epithelial cells，AECs）及气道上皮细胞（bronchial
[3]体，使E-cad被锚定于细胞骨架上，与相邻细胞形成稳定连接。epithelial cells，BECs）发生了上皮细胞间充质转化[6]，实验结
当组织受到损伤时，在修复过程中，上皮细胞间E-cad连环素复果是上皮细胞标志物E-cad的表达下降，而间质细胞标志物
[9]合物及其核心骨架蛋白发生酪氨酸磷酸化，破坏了该复合体结构a-SMA、F-actin的表达增加。在C^a mara 的研究中，人的气
道上皮细胞（human bronchial epithelial cells，HBECs)）也
发生了上皮细胞间质转化，导致E-cad的丢失，获得vimentin、作者单位：湖南 421001 湖南衡阳南华大学附属第二医院新院呼吸内
科 （曾仁凤 何振华 张秀峰）a-SMA。同样，Milara等[5]的研究，无论是在体外实验的A549细
通讯作者：何振华 E-mail：[email protected]胞中，还是在体内实验的特发性肺纤维化患者中，都证明了上皮
细胞间充质转化,伴随上皮细胞标志物ZO-1、E-cadherin的4.2.4 Wnt Wnt蛋白本身不能诱导EMT，典型的Wnt下调，间质细胞标志物α-SMA、vimentin、col type I的上调。信号通路是被β-catenin调节的。β-catenin是细胞紧密连接这些研究表明EMT的发生促进了肺纤维化的形成。的一部分，连接细胞骨架间的E-cad。如果Wnt信号被活化，将抑
4 EMT促进肺纤维化的信号通路制GSK-3β，导致胞质中的β-catenin大量累积[11]。激活Wnt信
4.1 TGF-β/smad通路 转化生长因子β（TGF-β）是号，抑制GSK-3β，可以下调E-cad的表达，从而调节EMT[14]。一种多功能的细胞因子，通过影响细胞的增生、分化、凋亡、细胞5 结论
外基质生成来调节组织的形态发生及分化，被誉为是诱导纵多肺纤维化呈进行性发展，是呼吸系统最严重慢性疾病之一，组织（包括肺组织）纤维化的总开关。在正常的哺乳动物上皮细最终导致呼吸衰竭而亡。目前肺纤维发病机制尚不清楚，缺乏有胞中，TGF-β是肺纤维化中上皮细胞间质转化的主要诱导者，效的治疗手段。TGF-β介导的EMT在肺纤维化形成机制中扮演包括肾小管上皮细胞、角膜上皮细胞和肺泡上皮细胞[7]。在Kasai了非常重要的角色，因此加强对EMT的科学研究，为肺纤维化的等[10]的研究中，使用TGF-β处理的A549细胞，相差显微镜检查发现肺泡上皮细胞发生了形态学的改变，并且检测到成纤维细
胞表型标志物vimentin的表达上升，上皮细胞标志物E-cad表达参考文献
下调，同时致纤维化因子Ⅰ型、Ⅲ型胶原蛋白及结缔组织生长因［1］ Kim KK,Kugler MC,Wolters PJ,et al.Alveolar epithelial cell 子（CTGF）的表达升高。这个研究证明了TGF-β能够诱导肺泡mesenchymal transition develops in vivo during pulmonary fibrosis and is 上皮细胞发生EMT，而且此项研究还证明了TGF-β诱导EMTregulated by the extracellular matrix［J］.PNAS,2006,103(35):13180-13185.是通过活化了的Smad2。另外，还有研究证明Smad3也参与了［2］ Kalluri R,Neilson EG.Epithelial-mesenchymal transition and its EMT [7]。implications for fibrosis［J］.J Clin Invest,2003,112(12):1776-1784.
［3］ Pettitt J.The cadherin superfamily ［J］.WormBook,2005,12 TGF-β/Smad信号通路是参与肺纤维化EMT的重要转(29):1-9.
导途径。Smad是肺纤维化EMT信号通路中TGF-β的下游底［4］ Masszi A,Di Ciano C,Sirokmány G,et al.Central role for Rho 物。TGF-β家族细胞受体是跨膜丝氨酸/苏氨酸激酶受体，in TGF-β 1-induced a-smooth muscle actin expression during epithelial-TGF-β与其胞膜上的受体结合磷酸化进入胞浆，将信号传递mesenchymal transition［J］.Am J Physiol Renal Physiol,2003,284（5）:911-924.给胞浆内的Smad2与Smad3，磷酸化的Smad2与Smad3再与［5］ Milara J,Navarro R,Juan G,et al.Sphingosine-1-phosphate is Smad4结合形成复合体，激活胞核内的核转录因子，从而启动一increased in patients with idiopathic pulmonary fibrosis and mediates epithelial 系列的反应，促进纤维化的形成。to mesenchymal transition［J］.Thorax,2012,67(2):147-156.
核转录因子包括Snail家族、ZEB家族和helix-loop-［6］ Wu Z,Yang LL,Cai L,et al.Detection of epithelial to mesenchymal
transition in airways of a bleomycin induced pulmonary fibrosis model derived from helix(HLH)家族[11]。Snail属锌指转录因子，其成员包括Snail1、an a-smooth muscle actin-Cre transgenic mouse［J］.Respir,Res,2007,8:1.
Snail （2又称Slug）和Snail3。在肺纤维化中，主要是Snail1参［7］ Willis BC，Borok Z.TGF-β-induced EMT:mechanisms and 与，Smad与Snail1启动子结合，然后进行转录，Snail1通过识别implications for fibrotic lung disease ［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol E-cad，并且与E-cad启动子部位的E-box结合，从而抑制E-cadPhysiol,2007,293（3）:525-534.
的表达。在Kim等[12]的研究中，TGF-β介导的A549细胞不尽发［8］ Lee K,Nelson CM.New insights into the regulation of 生了EMT，还发现Snail1的高表达导致E-cad的丢失。这就表明epithelial!mesenchymal transition and tissue fibrosis ［J］.Int Rev Cell Mol Snail1与EMT有着密切关系。ZEB包括ZEB1和ZEB2，ZEB蛋白Biol,2012,294:171-221.
诱导及调节下游的E-cad，使其表达减少，并且促进细胞的迁移。［9］ C ^a mara J，Jarai G.Epithelial-mesenchymal transition in primary
human bronchial epithelial cells is Smad dependent and enhanced by fibronectin HLH包括蛋白E12、E 47、Twist、Id等，也参与了EMT。and TNF-a［J］.Fibrogenesis Tissue Repair,2010,3:2.
4.2 非Smad通路 TGF-β介导的EMT的途径纵多，主［10］ Kasai H,Allen JT,Mason RM,et al.TGF-β1 induces human 要是依赖Smad的信号通路，也是当前研究最热门的信号转导途alveolar epithelial to mesenchymal cell transition (EMT)［J］.Respir 径，还有其他非Smad的信号通路，包括RhoA/Rock、MAPK、Res,2005.6：56.
PI3K/AKt、Wnt等信号通路。［11］ Xu J,Lamouille S,Derynck R.TGF-β-induced epithelial to
4.2.1 RhoA/Rock 在貂的肺上皮细胞和小鼠乳腺上皮mesenchymal transition［J］.Cell Research,2009,19:156-172.
细胞中，小G蛋白RhoA及其下游的Rock被证明参与了TGF-β［12］ Kim JH,Jang YS,Eom KS,et al.Transforming growth factor beta 1 介导的EMT，对EMT过程中细胞骨架的重排扮演了非常重要的induces epithelial to-mesenchymal transition of A 549 cells ［J］.J Korean Med
Sci,2007,22(5):898-904.角色[13]。［13］ Bhowmick NA,Ghiassi M,Bakin A,0et al.Transforming growth
4.2.2 MAPK TGF-β可以激活MAPK，激活的MAPKfactor-β1 mediates epithelial to mesenchymal transdifferentiation through a 影响细胞的紧密连接，细胞骨架重排，促进细胞的迁移，导致上皮RhoA-dependent mechanism［J］.Mol Biol Cell,2001,12（1）:27-36.
细胞向间质细胞转变[11]。［14］ 陈娟，王昌明.转化生长因子β诱导上皮细胞-间质细胞
4.2.3 PI3K/AKt TGF-β通过酪氨酸激酶受体快速转分化与肺纤维化关系的研究现状与展望［J］.国际呼吸杂志，2012，激活PI3激酶，是通过Akt激酶活化mTOR/S6激酶1，导致蛋白32(12):929-932.
的合成增加及细胞的增生，参与EMT，抑制间质细胞表型标志物
E-cad的表达下降[3]。