作者：蘇北人民醫院麻醉科（陳夢媛、高巨）
機械通氣生命支持在急性呼吸窘迫症候群（acute respiratory distress syndrome，ARDS）患者救治過程中發揮著主要作用，然而機械通氣可能引發肺炎及產生纖維化反應，進而導致機械通氣相關肺纖維化的發生。研究表明，肺纖維化的嚴重程度與ARDS患者的病死率、預後及長期生活質量密切相關。如何有效降低ARDS患者病死率並積極預防ARDS患者肺纖維化的發生、發展，以及改善ARDS患者的預後，提高其生活質量，一直以來是國內外學者關注的焦點。目前，ARDS患者發生病理性肺纖維化的細胞機制及相關信號通路尚未明確，臨床預防及治療效果並不理想。因此，本文就ARDS患者機械通氣相關肺纖維化的發生機制、防治策略等方面的研究新進展予以綜述。
1.ARDS患者早期肺纖維化的臨床證據
越來越多的研究表明：ARDS患者早期即存在肺纖維化，甚至有研究發現47%的患者，在首診為ARDS的第1天，CT即可證實存在肺纖維化。ARDS患者支氣管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）中轉化生長因子中（transforming growth factor書，TGF-β）及III型前膠原肽（procollagen type III，PCIII）的濃度水平，可反映成纖維細胞的激活以及PCIII的分泌，是評估早期肺纖維化程度的敏感指標，如果ARDS患者BALF中TGF-β、PCIII水平明顯增高，其病死率也隨之增高。進一步研究發現，早期即行機械通氣治療的ARDS患者，BALF中TGF-β及PCIII水平明顯高於正常人。Papaziam等隨後的研究也表明，行機械通氣治療的ARDS患者中，治療時間不少於5d的患者，肺活檢纖維化檢出率為53%，治療時間平均為12d的患者其檢出率高達64%，且病死率高達57%。曾有研究提出在25例行機械通氣的ARDS患者中，肺高度纖維化的患者病死率為57%，沒有肺纖維化證據的患者病死率為0；同時研究也表明，無論患者ARDS的病因是什麼，肺纖維化的進展是機械通氣導致患者高病死率的決定性因素。
2.機械通氣相關肺纖維化的細胞機制
目前，機械通氣相關肺纖維化的確切細胞來源仍存在爭議，可能包括肺泡上皮細胞、肺固有成纖維細胞、循環成纖維細胞以及免疫細胞。
2.1上皮細胞
肺上皮細胞表面活性物質消失，轉化成具有間葉細胞表型的成纖維細胞和肌成纖維細胞，這個生物學過程即為上皮間質轉化（epithelial mesenchymal transition，EMT）。最近的研究表明，無論是周期性牽拉小鼠初代n型肺泡上皮細胞，抑或是對ARDS小鼠過度機械通氣，均可使輕脯氨酸含量增加，且在基因水平和蛋白水平上，TGF-β、β連環蛋白及間質蛋白（α-平滑肌肌動蛋白和波形蛋白）表達增高，上皮細胞標誌物（角蛋白-8、E鈣黏蛋白）表達降低，這些證據表明過度的機械通氣可通過啟動肺泡上皮細胞發生EMT，從而參與肺纖維化。
2.2成纖維細胞
肺成纖維細胞是肺纖維化的關鍵因素，炎症介質通過調節肺成纖維細胞的活性，調節膠原合成。2型輔助T細胞的細胞因子（T helper cell 2，Th2），包括IL4、IL-5、IL-10、IL-13，可激活肺固有成纖維細胞，趨化循環成纖維細胞，促進成纖維細胞合成膠原，最終導致細胞外基質蛋白沉積和纖維化。
Quesnel等臨床研究表明，行機械通氣治療的ARDS患者，其BALF中成纖維細胞檢出率高達98%，甚至提出BALF中肺成纖維細胞所佔比例大於6%，可作為評估行機械通氣治療的ARDS患者病死率的獨立指標。
2.3免疫細胞
在ARDS急性炎症期，中性粒細胞在肺實質內廣泛浸潤，釋放大量細胞毒性介質，包括活性氧和蛋白酶（彈性蛋白酶和細胞外基質金屬蛋白酶），可造成肺泡上皮細胞、基膜和血管內皮屏障受到損害，有利於炎細胞的進一步浸潤、肺成纖維細胞遷徙、透明膜形成以及膠原沉積，促進肺纖維化的發展。Quesnel等研究表明，行機械通氣的ARDS患者BALF中，除了含大量成纖維細胞外，肺泡巨噬細胞也佔有較高比例，進一步研究發現，使用TH2細胞因子IL4及IL-10刺激正常人類肺泡巨噬細胞，可使肺泡巨噬細胞轉化為與肺纖維化發生機制相關的M2表型，肺泡巨噬細胞可釋放炎性介質及蛋白酶，參與肺纖維化反應。
3.可能參與ARDS患者機械通氣相關肺纖維化的信號通路
目前認為，ARDS早期（24h內），纖維增生過程就已開始，構成炎症反應和修復過程同時存在的不均一性特徵。ARDS纖維化的發生是膠原蛋白等細胞外基質（extracellular matrix，ECM）合成與降解不平衡的結果，而TGF-β是最強的ECM沉積促進劑，促進ECM合成增加、降解減少。現有研究表明，機械通氣可激活多種ECM蛋白，如膠原蛋白、彈性蛋白、纖維蛋白、層黏連蛋白、基膜聚糖、蛋白多糖等，且ECM的表達隨著肺纖維化的發展進程而有所改變，比如在ARDS患者肺損傷早期，以PCHI纖維為主，而後期則以PCI纖維更為常見。ECM與TGF-β及間葉組織生長因子互相作用共同調節肺纖維化過程。
短鏈透明質酸（short fragment hyaluronan，sHA）是ECM的一種組成成分。機械牽張可導致ECM中sHA的積累，與肺成纖維細胞和肺上皮細胞產生的IL-8增加有關。Mascarenhas等在研究中觀察到，在採用高潮氣量通氣的野生型小鼠中，炎症反應較強、肺泡間隔中性粒細胞浸潤及細胞因子產生更多、肺水腫也更為嚴重，而在剔除透明質酸合成酶3基因的小鼠中，上述反應均減弱。Hebe等進一步研究發現，在成纖維細胞缺如下，對小鼠初代II型肺泡上皮細胞進行周期性機械牽拉4h，可致sHA表達增高，機械牽拉產生的sHA又可上調Wnt/p-蛋白通路的Wnt信號蛋白1的表達，而Wnt/P-蛋白通路在EMT過程中起到了重要的調節作用。Villar等的研究認為，即使對沒有肺損傷的動物行高潮氣量機械通氣，同樣可激活Wnt/β-蛋白通路。因此，證實了機械牽拉過程中產生和釋放的sHA可導致II型肺泡上皮細胞發生EMT，也為sHA作為目標靶向治療機械通氣相關性肺纖維化的新靶點提供了理論基礎。
機械通氣還可激活酪氨酸蛋白激酶2（proline rich tyrosinekinase2，Pyk2）信號通路。Sonomura等研究發現，機械牽拉小鼠腎小管上皮細胞致細胞水腫，可致活性氧上調，激活Pyk2通路；而對剔除Pyk2基因的腎小管上皮細胞進行機械牽拉，因機械牽拉誘導產生的TGF-β1、結締組織生長因子顯著降低。由此可見，Pyk2通路很可能是機械通氣相關肺纖維化的始動因素。雖然目前還沒有研究證明人類肺泡上皮細胞表達Pyk2通路，但我們可以推測，Pyk2信號通路的啟動，可能在機械牽張導致纖維化過程中起著重要作用。
細胞生長因子（midkine，MK）已被證實可在人類肺微血管內皮細胞增強血管緊張素轉化酶（angiotensin converting enzyme，ACE〉表達，促進血管緊張素（angiotensin，Ang）I轉化為Angll，而Angll是導致肺纖維化的關鍵因子。Zhang等的研究表明，ARDS患者血漿MK濃度顯著高於健康患者；且MK-Notch2-ACE信號通路可調節機械牽張導致的EMT，在野生型ARDS小鼠模型中，膠原沉積以及羥脯氨酸水平增高、肺組織順應性減低，而在MK基因敲除的ARDS小鼠，膠原沉積和羥脯氨酸水平有很大程度的降低。可見，MK在機械牽張導致的EMT中起著至關重要的作用。因此，MK通路可能是治療機械通氣相關肺纖維化的另一治療靶點。
4.可能作為早期識別ARDS患者機械通氣相關肺纖維化的方法
目前，臨床上還沒有早期識別ARDS患者機械通氣相關肺纖維化的明確方法，且對於評估初診ARDS患者早期肺纖維增生的最佳時間點，同樣也是不確定的。雖然我們可以通過檢測BALF來預測ARDS患者肺纖維化的情況，但支氣管鏡檢的安全性和患者接受度仍限制其在臨床上的廣泛應用，並且僅憑測定BALF濃度，很難較為準確地預測ARDS患者的預後。目前已知一些血液中生物標誌物可反映特發性肺纖維化的活動、預後及治療效果，且有研究表明，其中一些標誌物與ARDS患者肺異常纖維化的預後可能也有相關性，包括肺表面活性物質相關蛋白D和巨噬細胞趨化蛋白1，但仍待大樣本研究證實這些血液中的標誌物的確可反映ARDS患者肺病理性纖維增生程度。此外，藉助高解析度CT也可評估肺纖維化，預測ARDS患者呼吸機依賴、病死率及多器官功能障礙，但由於高解析度CT輻射劑量問題，臨床上也同樣面臨著評估早期纖維增生的最佳時間點該如何選擇？
5.治療ARDS患者病理性纖維化的策略
目前，在治療機械通氣相關肺纖維化方面，還沒有任何藥物被大規模試驗證實其治療的有效性。現有資料表明，甲潑尼龍可降低ARDS患者血漿及肺泡灌洗液中PCI、PC III濃度，改善短期預後，但後期發展為肺纖維化的風險增高。對嚴重的ARDS患者早期（72h）使用糖皮質激素治療可縮短其機械通氣時間。總體來講，糖皮質激素無法改善ARDS患者的生存率，但可降低機械通氣的需求，目前對於ARDS患者使用糖皮質激素是否獲益仍具有爭議。
研究表明，間充質基質細胞（mesenchymal stromal cells，MSCs）可分泌多種旁分泌因子保護上皮細胞免受損傷，減少炎症反應，抑制細菌生長。Islam等研究發現，骨髄源性MSC可將自身線粒體轉導到肺上皮細胞內，使其三磷酸腺苷濃度增加，Islam推測線粒體的轉移可增強肺泡上皮細胞的生物功能，改善肺功能。另有報導稱，氣管內或靜脈內注入MSCs均可增強呼吸機相關性肺損傷後的肺修復。然而，對於將MSCs應用於人類仍須謹慎，因為MSCs多來源於老鼠骨髄或人類臍帶血，有研究稱其可產生可溶性因子，調節肺成纖維細胞增長。目前，有關MSCs治療ARDS患者的作用機制、療效和安全性尚未明確，仍有待進一步研究。
其他治療ARDS肺纖維化的藥物包括酪氨酸激酶抑制劑、針對ECM以及細胞受體的多肽類。目前有關TGF書信號通路在急性肺損傷纖維化中作用的研究日益增多，包括經典的（依賴Sarnds蛋白）和非經典的（磷脂醯肌醇3激酶，蛋白激酶B，P38絲裂原活化蛋白激酶通路），對TGF屮及其信號蛋白的調控也可作為分子治療新耙點，但是通過調控信號通路以減弱機械通氣相關肺纖維化的確切效果目前仍不清楚。
6.小結
最近的研究表明，機械通氣很可能是ARDS患者肺纖維化的促發因素之一。無論是對急性肺損傷動物行機械通氣，抑或是對離體肺上皮細胞機械牽拉，均可通過纖維增生和EMT促進肺纖維化的發展。將來的研究需要提高對這些機制的探究，為研發ARDS患者機械通氣相關肺纖維化的防治新藥物及療法提供理論基礎。
來源：國際麻醉學與復甦雜誌2016年9月第37卷第9期
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