整合素在纤维化疾病中作用的研究进展

周义霞，李武

(昆明医科大学第一附属医院感染与肝病科，昆明650032)

纤维化是指在各种损伤因素如慢性感染、药物、毒物、放射线等作用下，组织发生慢性炎症或损伤，引起组织内纤维结缔组织增多，实质细胞减少，最终导致器官组织结构改变和功能障碍的疾病。纤维化可发生于几乎所有的组织器官，主要是肝脏、肺脏、肾脏、心脏、胰腺等。纤维化疾病早期不易发现，发现时大多已进展至器官硬化，并发症也随之而来，严重影响患者的生活质量，最终危及患者生命。目前，纤维化疾病的治疗选择非常有限，器官移植是治疗终末期纤维化疾病的唯一有效方法［1］。但由于供体器官有限，且价格昂贵，因此并不普及，目前迫切需要寻找有效的抗纤维化治疗方法。

整合素是一类细胞黏附因子，在人体组织和细胞中分布广泛，其作为细胞表面受体与不同配体结合，参与细胞与细胞间以及细胞与细胞外基质(extracellular matrix，ECM)间的黏附、信号转导等。整合素与多种疾病密切相关，在血栓性疾病中，抗血栓药阿昔单抗、替罗非班等整合素阻断药，通过与整合素αⅡbβ3受体结合，抑制血小板聚集，从而发挥抗血栓的效果［2］。目前，许多潜在的抗纤维化靶点正在积极研究中，包括各种信号分子、生长因子和介导自分泌或旁分泌激活的促纤维化因子。整合素家族作为慢性炎症和纤维化的关键调控因子备受关注，许多整合素抗体及抑制剂正在积极研发中，有望成为新的靶向抗纤维化的治疗方法，给临床纤维化疾病的治疗带来新的希望。现就整合素在纤维化疾病中的作用及相关机制予以综述。

1 整合素概述

整合素是一大类细胞表面受体家族，是由α 亚基和β 亚基结合形成的异二聚体跨膜糖蛋白。在哺乳动物中，已经发现18 种α 和8 种β 亚基，这些亚基非共价键结合形成至少24 种不同的整合素，由各类细胞差异表达并识别多种配体，介导细胞内与细胞外基质以及相邻细胞间的信息传递［3］。整合素由胞外区、跨膜区和胞内区三部分组成，胞外N 端结构域与特异性配体结合，胞内区通过α 辅肌动蛋白、踝蛋白以及黏着斑蛋白与细胞骨架蛋白相连接，形成配体-整合素-细胞骨架跨膜系统。根据整合素配体的特异性可将整合素分为3 种:结合层粘连蛋白类整合素、结合胶原蛋白类整合素以及结合精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列(Arg-Gly-Asp，RGD)类整合素［4］。

整合素是一类细胞黏附分子，作为细胞表面受体通过细胞膜双向传递信号。外向内信号传递:整合素与ECM 中的配体结合，导致整合素构象变化，并在细胞膜上聚集，形成局灶性黏附，激活多个细胞内信号通路，将信号从胞外转导入胞内，从而调节细胞黏附、扩散、迁移、增殖、分化以及重塑［3，5］。内向外信号传递:细胞内信号诱导踝蛋白构象发生改变，导致踝蛋白与整合素β 亚基胞内结构域结合，这种结合解开了胞质内α 亚基链尾和β 亚基链尾之间的链接，整合素头部构象发生变化，使其与胞外配体结合的亲和力增加，增强了细胞的黏附能力［3］。

2 整合素与肝纤维化

肝纤维化是一种由各种致病因子所致的慢性损伤后修复反应，其主要病理改变为肝内ECM 生成增加和降解减少导致的基质过度沉积，引起肝脏结构和功能改变。现已经明确肝星状细胞是肝纤维化时ECM 的主要合成细胞［6］。整合素是介导细胞与其周围ECM 相互作用的受体，直接与ECM 的组分结合并控制其重构，在肝纤维化的演变和进展中发挥重要作用。

整合素β1在正常肝脏细胞中广泛表达，在肝纤维化时表达明显增多。整合素β1促纤维化的信号转导核心介质包括丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶蛋白、机械敏感因子、Yes 相关蛋白1 (Yes-associated protein 1，YAP-1)。Martin 等［7］研究表明，人整合素α11β1在体外通过阻断和逆转肝肌成纤维细胞的促纤维化特性(细胞迁移、增殖、收缩和胶原蛋白的产生)，从而有效抑制肝纤维化中胶原蛋白的沉积。YAP-1 是体外肝星状细胞活化所必需的。在体内，单剂量的YAP-1 抑制剂维替泊芬可改善四氯化碳诱导的纤维化小鼠肝脏的纤维化程度［8］。因此有可能通过抑制体内YAP-1 和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶蛋白的功能而改善肝纤维化。

整合素α5β1作为ECM 的受体，存在于肝细胞和肝星状细胞等细胞表面。黏着斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)是整合素信号转导通路的基础分子，整合素受体的胞质端与FAK 结合，引起FAK 活化。张坤等［9］的研究表明，肝复康可能通过抑制α5β1/FAK 通路信号的转导抑制肝星状细胞的增殖和活化、降低炎症反应程度，从而防治肝纤维化。

整合素αv 在许多细胞类型中广泛表达。迄今为止发现，αv 亚基可与5 个β 亚基(β1、β3、β5、β6和β8)组合，也可与转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)和TGF-β3的潜伏相关肽(latencyassociated peptide，LAP)的RGD 序列结合，且具有激活潜伏TGF-β 的能力［1］。整合素与TGF-β 信号通路之间存在广泛联系，在组织纤维化过程中，整合素与TGF-β 形成正馈循环介导胶原重塑，阻断整合素或TGF-β 的激活可抑制胶原合成，降低ECM 的异常沉积，有可能成为治疗纤维化疾病的新的靶点［10］。在慢性胆道损伤小鼠模型中，αvβ6基因的破坏或选择性靶向抗体可有效抑制HSC 活化，预防肝纤维化的发生［11］。

骨膜素是一种基质细胞蛋白，可作为整合素的配体。肝星状细胞活化诱导骨膜素表达，骨膜素通过整合素αv 发挥强有效的促纤维化活性，破坏整合素αv 和骨膜素的相互作用，显著下调纤维化基因的表达［12］，提示整合素αv/骨膜素轴可作为肝纤维化新的治疗靶标。

3 整合素与肺纤维化

肺纤维化是大多数慢性肺疾病的终末期改变，其病理特征为肺成纤维细胞过度增殖与分化，转化为肌成纤维细胞分泌大量胶原蛋白，导致ECM 在肺泡内和肺间质过度聚集，并伴随炎症损伤和组织结构破坏，最终引起肺衰竭，甚至导致患者死亡。

整合素α5β1是纤维连接蛋白的主要受体，可与纤维连接蛋白结构中的RGD 序列结合。在博莱霉素诱导的大鼠肺纤维化中，α5β1、纤维连接蛋白的表达增加，经TGF-β 作用后，肺成纤维细胞中整合素α5β1的表达进一步增加，表明整合素α5β1在肺间质细胞活化、增殖、分化及ECM 合成中发挥极其重要的作用［13］。在机械通气诱导的肺纤维化过程中，α7β1通过α7亚基特异性结合层粘连蛋白调节细胞的增殖、迁移和分化，阻断层粘连蛋白/α7β1信号通路可以抑制肺组织中成纤维细胞的增殖，从而抑制肺纤维化［14］。

整合素αvβ1在活化的成纤维细胞中高度表达，其直接与TGF-β1的LAP 结合介导TGF-β1的活化。Reed 等［15］设计并合成整合素αvβ1的特异性抑制剂，该抑制剂可减弱博莱霉素诱导的肺纤维化，表明整合素αvβ1可作为抗肺纤维化的靶点。

整合素αvβ3在多种细胞类型中表达，参与炎症反应、切口愈合和肿瘤血管生成等病理生理过程。纤溶酶原激活物抑制剂1(plasminogen activator inhibitor 1，PAI-1)是TGF-β1下游的关键靶基因，TGF-β1能调控人胚肺成纤维细胞PAI-1 的表达，而整合素αvβ3拮抗剂西仑吉肽能抑制PAI-1 的表达，PAI-1 小干扰RNA 能显著抑制Ⅰ型胶原的表达。刘博［16］对放射性肺纤维化小鼠的研究发现，西仑吉肽能通过干预TGF-β1/αvβ3/PAI-1 通路调节关键蛋白的表达，减弱放射性肺纤维化的发生，为临床上使用西仑吉肽干预治疗放射性肺纤维化提供理论依据。

αvβ6和αvβ8均能与TGF-β1和TGF-β3LAP 中相同的RGD 序列结合，αvβ6通过直接细胞-细胞间接触激活TGF-β1，而αvβ8则是通过将LAP 复合物呈递给细胞表面的基质金属蛋白酶，从而激活TGF-β1［1］。研究表明，抗αvβ6抗体能够减弱博来霉素诱导的肺纤维化，同时降低TGF-β 活性［17-18］。已经开发了靶向αvβ6的人源化单克隆抗体STX-100，目前正处于治疗特发性肺纤维化的Ⅱ期临床试验中。在IL-1β和白蛋白诱导的小鼠气道纤维化模型中，肺成纤维细胞αvβ8的条件性缺失可抑制小鼠气道纤维化［19］。

4 整合素与肾纤维化

肾纤维化是各种慢性肾脏疾病进展到慢性肾衰竭的共同途径和病理基础，其病理过程包括肾小球硬化、肾小管萎缩、ECM 异常增多和过度沉积及肾间质纤维化。研究发现，肾纤维化过程中，肾间质炎症细胞浸润、成纤维细胞激活、ECM 过度沉积等均与整合素的异常表达有关［20］。

整合素参与调节啮齿类动物肾纤维化的形成［21］。整合素α1β1和α2β1是胶原蛋白的主要受体，在肾脏中广泛表达。整合素α1β1主要结合Ⅳ型胶原，而整合素α2β1主要结合Ⅰ型胶原。在新月体肾小球肾炎的大鼠模型中，整合素α1β1在肾小球和肾小管间质过度表达，用整合素α1β1抑制性抗体治疗可减少肾脏纤维化形成［22］。研究表明，从中药丹参中分离的生物活性成分隐丹参酮可通过抑制TGF-β1/Smad3/整合素β1信号通路，部分改善肾纤维化和上皮-间充质转化，使中药抗肾纤维化成为可能［23］。但有研究表明，整合素α1缺失小鼠较野生型小鼠会发生更严重的肾小球硬化［24-25］，这可能与α1β1增加活性氧的产生及下调胶原沉积有关［26］。与野生型小鼠相比，α2缺陷型小鼠过表达TGF-β 和结缔组织生长因子，促进肾纤维化形成［27］。

αvβ1是肾成纤维细胞上唯一能结合并激活TGF-β 的αv 整合素，是肾纤维化的关键调节因子。Chang 等［28］研究表明，小分子抑制剂C8 在体外能阻断αvβ1，减轻肾纤维化并改善肾功能，其具体的作用机制还有待进一步研究。Hayashida 等［29］研究表明，在人肾小管细胞系中，整合素β1基因敲除后，整合素αvβ3的活性增强，导致Rac1 的活性增加，刺激胞外信号调节激酶活化，从而导致Ⅰ型胶原转录增加，促使肾纤维化发生。Hahm 等［30］研究表明，αvβ6在人类肾脏疾病中的表达高度上调，靶向αvβ6的阻断抗体可抑制肾纤维化形成。整合素αvβ8在肾小球系膜细胞中的表达丰富，主要配体是潜在TGF-β。生理情况下，整合素αvβ8结合LAP/TGF-β 复合物，使TGF-β 保持无活性状态;在无整合素αvβ8的情况下，TGF-β 的生物活性水平升高，导致肾小球损伤［31］。有学者提出，抑制多种整合素亚型可能会对糖尿病肾病中的蛋白尿和肾纤维化产生有意义的影响。在大鼠糖尿病肾病模型中，用αv 抑制剂MK-0429 长期治疗后，蛋白尿、肾纤维化显著减少，提示该αv 抑制剂可能会改善糖尿病肾病的肾纤维化进展［32］。

在正常肾脏中，整合素α8亚基仅在肾小球系膜细胞和血管平滑肌细胞上表达，当肾小球损伤时α8的表达上调［33］。有研究表明，上调的α8在糖尿病肾病中起保护作用，可能有助于改善肾小球损伤［34］。此外，Hartner 等［35］研究发现，在单侧输尿管梗阻诱导的肾纤维化小鼠中，管状上皮细胞和间质成纤维细胞出现α8亚基的表达，引起α8亚基及其配体表达的增加，但并未增加间质纤维化，而缺乏α8亚基的小鼠则发生更严重的肾纤维化。由此得出，整合素α8亚基在肾脏疾病中的上调可能是保护性的，而非促纤维化的。

近年来对整合素连接激酶(integrin-linked kinase，ILK)的研究越来越多。ILK 可与整合素β1、β3亚基胞质区域结合，参与整合素的信号转导，调节ECM 积聚、细胞黏附、迁移、凋亡等过程，与肾间质纤维化的发生密切相关。ILK 抑制剂QLT0267 可以部分抑制ILK 信号转导通路的下游效应分子，从而降低HK-2细胞上皮-间充质转化的进展速度，延缓糖尿病肾病的肾间质纤维化进程［36］。在多囊性肾病中，囊性上皮细胞异常分泌骨膜素，激活ILK-蛋白激酶B-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白途径，促进囊肿生长和纤维化，靶向骨膜素-整合素-ILK 轴可能是缓解多囊性肾病中囊肿生长和纤维化的潜在治疗方法［37］。

5 整合素与心肌纤维化

心肌纤维化是以心脏间质成纤维细胞过度增殖、胶原过度沉积及异常分布为特征的心脏间质重构，最终导致心脏功能衰竭。其病理特点主要表现为ECM 合成和降解失衡，各类型胶原比例失衡、排列紊乱，同时伴有心肌成纤维细胞的增生。

心脏成纤维细胞表达含β1亚基的整合素、αvβ3和αvβ5，通过与ECM 相作用在心脏重塑中发挥关键作用。含β1亚基的整合素在心脏细胞中的表达最为丰富，主要介导细胞与ECM 间的黏附。β1亚基作为Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白的主要受体，与ECM 结合引起FAK 酪氨酸磷酸化，从而激活FAK，介导成纤维细胞迁移［38］。林传钦等［39］发现，阻断整合素β1能够抑制FAK 的磷酸化，下调TGF-β1、基质金属蛋白酶9、Ⅰ型胶原α1及Ⅲ型胶原α1的表达，从而改善心肌细胞纤维化。但也有研究认为，在心肌纤维化中，Ⅰ型胶原可通过降低整合素α2β1的表达，增强成纤维细胞的分化和增殖，促进心肌纤维化［40］。因此，α 亚基与β1亚基结合后可能发挥不同的生物学效应。

整合素αvβ3和αvβ5在纤维化期间介导TGF-β1活化，促进成纤维细胞分化为具有收缩功能的肌成纤维细胞［41］。Sarrazy 等［42］提出，抑制整合素αvβ3和(或)αvβ5可能是阻止人心脏成纤维细胞分化为肌成纤维细胞的有效策略。此外，Perrucci 等［43］发现，西仑吉肽可通过抑制整合素αvβ5的表达，显著减少自发性高血压大鼠成纤维细胞分化为有害的肌成纤维细胞。大量研究证明，整合素αv 的特异性缺失或应用αv 抑制剂可以抑制TGF-β1的激活，有效治疗和预防器官纤维化，包括心脏、肺、肝和肾纤维化，且不会引起不良反应［44-45］。因此，靶向抑制整合素αvβ3、αvβ5或αv 亚基可作为抗纤维化治疗的有效途径之一。

6 小 结

随着慢性疾病的不断进展，人体各组织器官均可发生纤维化病变，引起器官功能衰竭，最终危及生命。纤维化形成的核心是ECM 生成增多和(或)降解减少，如何阻止或逆转ECM 过度沉积成为治疗的关键。整合素作为ECM 受体，单独或与各细胞信号通路相互作用参与纤维化的形成。目前，已经研发了针对不同整合素亚型的抑制剂，主要为含β1或αv 亚基的整合素抑制剂，并且动物研究显示其在多个器官有抗纤维化潜力。随着整合素在纤维化疾病中研究的深入，将会给临床研发治疗纤维化的有效药物提供新的思路。但目前大部分研究尚处于动物实验阶段，因此整合素抑制剂运用于临床还需要继续探索。