NOX4是肺纤维化的潜在治疗靶点

NOX4是肺纤维化的潜在治疗靶点

孙宝迪;聂时南

【摘 要】肺纤维是一种高致死率的难治性疾病,TGF-β1可激活并上调NOX4

mRNA的表达,继而诱导机体产生大量ROS,而ROS可进一步激活Smad,参与介导TGF-β1/Smad信号通路,最终促使肺纤维化的发生.而通过各种技术手段阻断NOX4基因表达可干扰TGF-β1/Smad信号通路从而阻断肺纤维化,所以NOX4可能是肺纤维化进程中最具有前景的治疗靶点.

【期刊名称】《基础医学与临床》

【年(卷),期】2014(034)001

【总页数】4页(P130-133)

【关键词】急性肺损伤;还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4;肺纤维化;氧自由基;转化生子因子-β1

【作 者】孙宝迪;聂时南

【作者单位】南京军区南京总医院急救医学科,江苏南京210002;南京军区南京总医院急救医学科,江苏南京210002

【正文语种】中 文

【中图分类】R318.13

肺纤维化是一种目前具有难治性及高致死率的疾病，其最终可导致肺部组织结构发生不可逆性的病理变化，肺部无法进行正常血气交换，最终导致患者呼吸衰竭而死亡。如患者发生肺纤维化，肺移植术是目前唯一有效的治疗手段，一般患者确诊后

预期寿命只有2～6年。目前的研究发现肺纤维化的诱导因素很多，比如病毒感染、化学药物、射线及有毒环境等原因，而且尚有原因不明的特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)[1]。肺纤维化的致病机理也很复杂，但目前有学者认为肺组织损伤后的氧化还原反应及随后的组织修复机制是导致肺纤维化的主要致病机理[2]。还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NDAPH氧化酶，NOX)家族是参与组织损伤后氧化还原反应的重要酶类，尤其是亚型NOX4，在急性肺损伤至纤维化的病理过程中具有重要作用[3]。本综述总结NOX4在急性肺损伤致肺纤维化中的重要作用机制及其潜在治疗前景。

还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NDAPH氧化酶，NOX)是一类膜结合的多亚基复合酶，其主要作用是将电子从NADPH转移给分子氧，从而产生超氧自由基及活性氧(reactive oxygen species，ROS)，NOX家族包括7个亚基，均具有一定的组织特异性，NOX4在肾及血管多见[4]。NOX的激活通常需要胞质内的亚基(P40PHOX、P47PHOX、P67PHOX、小Rho GTP酶、Rac1/Rac2)迁移并与膜结合的亚基P22PHOX以及NOX亚基结合，但NOX4的活化可能并不需要细胞质内亚基的存在[4]。NOX4由578个氨基酸构成，人类NOX4基因位于第11号染色体q14.2-q21，与NOX2基因具有39%的同源性，基因长度为165

139 kb[5]。NOX4的表达细胞主要包括肺泡上皮细胞、纤维母细胞/肌成纤维细胞、内皮细胞、气道平滑肌细胞[6]。

为了研究NOX4在细胞内的具体功能，NOX4基因表达失活的动物模型的制作必不可少。目前已经有多种技术可以使NOX4基因表达失活或者下调，主要包括小分子干扰RNA(siRNA)技术和基因剔除技术。siRNA是目前在各个领域都应用广泛的一种技术手段[7]，用针对灭活NOX4基因的siRNA试剂通过腹腔注射转染实验小鼠(50 μg/小鼠)，成功灭活小鼠NOX4基因，并阻断了小鼠肺纤维化的发生[8]。同时灭活NOX4基因的转基因小鼠也是一种减弱NOX4表达的常用技术，

有研究发现剔除NOX4基因的转基因小鼠可使小鼠心脏内NOX4表达下降78%[9]。

在肺损伤初期，包括TGF-β1在内的大量炎性因子表达上调[10]，TGF-β1可诱导肌成纤维细胞分化、合成ECM 以及纤维母细胞，在此过程中NOX4是必不可少的成分[11]，所以TGF-β1在诱导肺纤维化过程中具有重要作用，其作用机制主要涉及氧化应激反应[12]，进一步的研究发现TGF-β1可刺激细胞表达NOX4

mRNA表达，利用外源性的TGF-β1刺激气道平滑肌细胞，发现细胞内NOX4

mRNA的表达随着浓度依赖方式增长，在24 h表达量达高峰，并维持48 h，而NOX4蛋白量则在TGF-β刺激48～96 h后出现增长[13]，也有研究表明在血管平滑肌细胞中，TGF-β在刺激细胞4 h后便可使NOX4 mRNA表达增加，并在24 h达到高峰[14]。NOX4基因缺陷的小鼠在肺泡上皮细胞暴露在TGF-β1之后并没有产生ROS，提示NOX4可能是体内产生ROS的唯一酶类，且TGF-β1在调节NOX4生成ROS的过程中具有很重要作用[15]。虽然目前的研究大多认为NOX4主要位于细胞膜，但也有研究者认为NOX4也可以表达于核膜，且发现TGF-β1是诱导非吞噬细胞性NOX4的强力诱导剂，且此过程主要发生在细胞内质网及细胞核[16]，这与最近一项研究结论一致，即采用免疫荧光法检测脂肪源性干细胞内的NOX4，发现其主要存在于细胞核周围[17]，这提示NOX4可能具有调节细胞周期及核蛋白合成的作用。

ROS在生理条件下可充当信号因子的作用，而在病理条件下，ROS可通过信号传导促发肺纤维化的发生，所以ROS在肺纤维化的形成中具有重要作用[18]，有研究认为位于细胞核膜的NOX4产生的ROS可对细胞核内DNA产生氧化损伤，并认为NOX4对人类基因组具有不稳定性[19]。ROS可促进纤溶酶原激活物抑制剂-1(plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1)的表达[11]，而PAI-1的过度表达可导致胶原在损伤的肺组织过度积累，ECM无法降解，最终导致肺纤维化的形成

[20]。有研究者发现用博来霉素处理的野生型小鼠在3周后，其肺组织会出现广泛纤维化，但在剔除NOX4基因的小鼠在相同的时间点却没有出现广泛的肺纤维化，这就提示NOX4在肺纤维化的形成中有极为重要的作用，而且肺泡上皮细胞坏死可能是引起肺纤维化的初始步骤，而且此实验也提出NOX4的作用可能是通过产生的ROS激活Smad2的磷酸化来发挥作用[15]。但目前临床上所应用的多种抗氧化剂在阻断肺纤维化的治疗中效果并不显著，其原因可能是由于ROS与抗氧化剂的相互作用的失衡导致抗氧化剂效果不明确，所以有研究者认为在肺纤维化的过程中，阻断产生ROS的酶类-NOX可能是解决问题的关键，而NOX4可能是NOX家族中较好的治疗靶点[18]。

NOX4可通过各种细胞信号通路导致肺纤维化的发生，其机制复杂且相互影响。目前研究比较明确的信号通路为TGF-β/smad信号通路，NOX4介导的肺纤维化过程是通过TGF-β/Smad2/3信号通路起作用的[21]。TGF-β1诱导NOX4表达受Smad3以及PI3K的影响[16]，Smad2在此过程中也具有重要作用，有研究表明在博来霉素制成的肺纤维化小鼠模型中，有NOX4基因缺陷的小鼠并没有因为博来霉素而出现广泛的纤维化，且Smad2磷酸化的程度也很低，此实验提示在肺纤维化的形成中可能存在NOX4/ROS/Smad2信号通路[15]，且TGF-β1在此信号通路中具有重要作用，有研究发现在气道平滑肌细胞裂解液中检测TGF-β对Smad3的磷酸化时发现前者可强烈增加后者的磷酸化程度，且这种调节方式呈时间依赖性，即在刺激30min后达高峰，并维持24 h，而过度表达的Smad3可使NOX4 mRNA的表达增加，提示NOX4在TGF-β/Smad3信号通路中具有重要作用[13]。

目前研究认为NOX4在肺损伤致纤维化的过程中具有十分重要的作用。TGF-β1可在基因转录水平刺激NOX4 mRNA表达，而NOX4作为细胞主要产生ROS的酶类，可通过ROS进一步激活细胞内多种信号通路，比如smad信号通路激活后

可在基因水平调节细胞的增殖、分化，对肺纤维化的形成具有至关重要的作用。鉴于目前应用于临床的针对ROS的抗氧化药物尚不具有显著的作用，所以寻找阻断肺纤维化的新治疗靶点十分迫切，而目前的研究显示NOX4在肺纤维化的形成过程中至关重要，所以针对NOX4的抑制剂或抗体的研究前景广泛，而且针对NOX4的特异性抑制剂或单克隆抗体也是目前研究难点所在。

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