作者：苏北人民医院麻醉科（陈梦媛、高巨）

机械通气生命支持在急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）患者救治过程中发挥着主要作用，然而机械通气可能引发肺炎及产生纤维化反应，进而导致机械通气相关肺纤维化的发生。研究表明，肺纤维化的严重程度与ARDS患者的病死率、预后及长期生活质量密切相关。如何有效降低ARDS患者病死率并积极预防ARDS患者肺纤维化的发生、发展，以及改善ARDS患者的预后，提高其生活质量，一直以来是国内外学者关注的焦点。目前，ARDS患者发生病理性肺纤维化的细胞机制及相关信号通路尚未明确，临床预防及治疗效果并不理想。因此，本文就ARDS患者机械通气相关肺纤维化的发生机制、防治策略等方面的研究新进展予以综述。

1.ARDS患者早期肺纤维化的临床证据

越来越多的研究表明：ARDS患者早期即存在肺纤维化，甚至有研究发现47%的患者，在首诊为ARDS的第1天，CT即可证实存在肺纤维化。ARDS患者支气管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）中转化生长因子中（transforming growth factor书，TGF-β）及III型前胶原肽（procollagen type III，PCIII）的浓度水平，可反映成纤维细胞的激活以及PCIII的分泌，是评估早期肺纤维化程度的敏感指标，如果ARDS患者BALF中TGF-β、PCIII水平明显增高，其病死率也随之增高。进一步研究发现，早期即行机械通气治疗的ARDS患者，BALF中TGF-β及PCIII水平明显高于正常人。Papaziam等随后的研究也表明，行机械通气治疗的ARDS患者中，治疗时间不少于5d的患者，肺活检纤维化检出率为53%，治疗时间平均为12d的患者其检出率高达64%，且病死率高达57%。曾有研究提出在25例行机械通气的ARDS患者中，肺高度纤维化的患者病死率为57%，没有肺纤维化证据的患者病死率为0；同时研究也表明，无论患者ARDS的病因是什么，肺纤维化的进展是机械通气导致患者高病死率的决定性因素。

2.机械通气相关肺纤维化的细胞机制

目前，机械通气相关肺纤维化的确切细胞来源仍存在争议，可能包括肺泡上皮细胞、肺固有成纤维细胞、循环成纤维细胞以及免疫细胞。

2.1上皮细胞

肺上皮细胞表面活性物质消失，转化成具有间叶细胞表型的成纤维细胞和肌成纤维细胞，这个生物学过程即为上皮间质转化（epithelial mesenchymal transition，EMT）。最近的研究表明，无论是周期性牵拉小鼠初代n型肺泡上皮细胞，抑或是对ARDS小鼠过度机械通气，均可使轻脯氨酸含量增加，且在基因水平和蛋白水平上，TGF-β、β连环蛋白及间质蛋白（α-平滑肌肌动蛋白和波形蛋白）表达增高，上皮细胞标志物（角蛋白-8、E钙黏蛋白）表达降低，这些证据表明过度的机械通气可通过启动肺泡上皮细胞发生EMT，从而参与肺纤维化。

2.2成纤维细胞

肺成纤维细胞是肺纤维化的关键因素，炎症介质通过调节肺成纤维细胞的活性，调节胶原合成。2型辅助T细胞的细胞因子（T helper cell 2，Th2），包括IL4、IL-5、IL-10、IL-13，可激活肺固有成纤维细胞，趋化循环成纤维细胞，促进成纤维细胞合成胶原，最终导致细胞外基质蛋白沉积和纤维化。

Quesnel等临床研究表明，行机械通气治疗的ARDS患者，其BALF中成纤维细胞检出率高达98%，甚至提出BALF中肺成纤维细胞所占比例大于6%，可作为评估行机械通气治疗的ARDS患者病死率的独立指标。

2.3免疫细胞

在ARDS急性炎症期，中性粒细胞在肺实质内广泛浸润，释放大量细胞毒性介质，包括活性氧和蛋白酶（弹性蛋白酶和细胞外基质金属蛋白酶），可造成肺泡上皮细胞、基膜和血管内皮屏障受到损害，有利于炎细胞的进一步浸润、肺成纤维细胞迁徙、透明膜形成以及胶原沉积，促进肺纤维化的发展。Quesnel等研究表明，行机械通气的ARDS患者BALF中，除了含大量成纤维细胞外，肺泡巨噬细胞也占有较高比例，进一步研究发现，使用TH2细胞因子IL4及IL-10刺激正常人类肺泡巨噬细胞，可使肺泡巨噬细胞转化为与肺纤维化发生机制相关的M2表型，肺泡巨噬细胞可释放炎性介质及蛋白酶，参与肺纤维化反应。

3.可能参与ARDS患者机械通气相关肺纤维化的信号通路

目前认为，ARDS早期（24h内），纤维增生过程就已开始，构成炎症反应和修复过程同时存在的不均一性特征。ARDS纤维化的发生是胶原蛋白等细胞外基质（extracellular matrix，ECM）合成与降解不平衡的结果，而TGF-β是最强的ECM沉积促进剂，促进ECM合成增加、降解减少。现有研究表明，机械通气可激活多种ECM蛋白，如胶原蛋白、弹性蛋白、纤维蛋白、层黏连蛋白、基膜聚糖、蛋白多糖等，且ECM的表达随着肺纤维化的发展进程而有所改变，比如在ARDS患者肺损伤早期，以PCHI纤维为主，而后期则以PCI纤维更为常见。ECM与TGF-β及间叶组织生长因子互相作用共同调节肺纤维化过程。

短链透明质酸（short fragment hyaluronan，sHA）是ECM的一种组成成分。机械牵张可导致ECM中sHA的积累，与肺成纤维细胞和肺上皮细胞产生的IL-8增加有关。Mascarenhas等在研究中观察到，在采用高潮气量通气的野生型小鼠中，炎症反应较强、肺泡间隔中性粒细胞浸润及细胞因子产生更多、肺水肿也更为严重，而在剔除透明质酸合成酶3基因的小鼠中，上述反应均减弱。Hebe等进一步研究发现，在成纤维细胞缺如下，对小鼠初代II型肺泡上皮细胞进行周期性机械牵拉4h，可致sHA表达增高，机械牵拉产生的sHA又可上调Wnt/p-蛋白通路的Wnt信号蛋白1的表达，而Wnt/P-蛋白通路在EMT过程中起到了重要的调节作用。Villar等的研究认为，即使对没有肺损伤的动物行高潮气量机械通气，同样可激活Wnt/β-蛋白通路。因此，证实了机械牵拉过程中产生和释放的sHA可导致II型肺泡上皮细胞发生EMT，也为sHA作为目标靶向治疗机械通气相关性肺纤维化的新靶点提供了理论基础。

机械通气还可激活酪氨酸蛋白激酶2（proline rich tyrosinekinase2，Pyk2）信号通路。Sonomura等研究发现，机械牵拉小鼠肾小管上皮细胞致细胞水肿，可致活性氧上调，激活Pyk2通路；而对剔除Pyk2基因的肾小管上皮细胞进行机械牵拉，因机械牵拉诱导产生的TGF-β1、结缔组织生长因子显著降低。由此可见，Pyk2通路很可能是机械通气相关肺纤维化的始动因素。虽然目前还没有研究证明人类肺泡上皮细胞表达Pyk2通路，但我们可以推测，Pyk2信号通路的启动，可能在机械牵张导致纤维化过程中起着重要作用。

细胞生长因子（midkine，MK）已被证实可在人类肺微血管内皮细胞增强血管紧张素转化酶（angiotensin converting enzyme，ACE〉表达，促进血管紧张素（angiotensin，Ang）I转化为Angll，而Angll是导致肺纤维化的关键因子。Zhang等的研究表明，ARDS患者血浆MK浓度显著高于健康患者；且MK-Notch2-ACE信号通路可调节机械牵张导致的EMT，在野生型ARDS小鼠模型中，胶原沉积以及羟脯氨酸水平增高、肺组织顺应性减低，而在MK基因敲除的ARDS小鼠，胶原沉积和羟脯氨酸水平有很大程度的降低。可见，MK在机械牵张导致的EMT中起着至关重要的作用。因此，MK通路可能是治疗机械通气相关肺纤维化的另一治疗靶点。

4.可能作为早期识别ARDS患者机械通气相关肺纤维化的方法

目前，临床上还没有早期识别ARDS患者机械通气相关肺纤维化的明确方法，且对于评估初诊ARDS患者早期肺纤维增生的最佳时间点，同样也是不确定的。虽然我们可以通过检测BALF来预测ARDS患者肺纤维化的情况，但支气管镜检的安全性和患者接受度仍限制其在临床上的广泛应用，并且仅凭测定BALF浓度，很难较为准确地预测ARDS患者的预后。目前已知一些血液中生物标志物可反映特发性肺纤维化的活动、预后及治疗效果，且有研究表明，其中一些标志物与ARDS患者肺异常纤维化的预后可能也有相关性，包括肺表面活性物质相关蛋白D和巨噬细胞趋化蛋白1，但仍待大样本研究证实这些血液中的标志物的确可反映ARDS患者肺病理性纤维增生程度。此外，借助高分辨率CT也可评估肺纤维化，预测ARDS患者呼吸机依赖、病死率及多器官功能障碍，但由于高分辨率CT辐射剂量问题，临床上也同样面临着评估早期纤维增生的最佳时间点该如何选择？

5.治疗ARDS患者病理性纤维化的策略

目前，在治疗机械通气相关肺纤维化方面，还没有任何药物被大规模试验证实其治疗的有效性。现有资料表明，甲泼尼龙可降低ARDS患者血浆及肺泡灌洗液中PCI、PC III浓度，改善短期预后，但后期发展为肺纤维化的风险增高。对严重的ARDS患者早期（72h）使用糖皮质激素治疗可缩短其机械通气时间。总体来讲，糖皮质激素无法改善ARDS患者的生存率，但可降低机械通气的需求，目前对于ARDS患者使用糖皮质激素是否获益仍具有争议。

研究表明，间充质基质细胞（mesenchymal stromal cells，MSCs）可分泌多种旁分泌因子保护上皮细胞免受损伤，减少炎症反应，抑制细菌生长。Islam等研究发现，骨髄源性MSC可将自身线粒体转导到肺上皮细胞内，使其三磷酸腺苷浓度增加，Islam推测线粒体的转移可增强肺泡上皮细胞的生物功能，改善肺功能。另有报道称，气管内或静脉内注入MSCs均可增强呼吸机相关性肺损伤后的肺修复。然而，对于将MSCs应用于人类仍须谨慎，因为MSCs多来源于老鼠骨髄或人类脐带血，有研究称其可产生可溶性因子，调节肺成纤维细胞增长。目前，有关MSCs治疗ARDS患者的作用机制、疗效和安全性尚未明确，仍有待进一步研究。

其他治疗ARDS肺纤维化的药物包括酪氨酸激酶抑制剂、针对ECM以及细胞受体的多肽类。目前有关TGF书信号通路在急性肺损伤纤维化中作用的研究日益增多，包括经典的（依赖Sarnds蛋白）和非经典的（磷脂酰肌醇3激酶，蛋白激酶B，P38丝裂原活化蛋白激酶通路），对TGF屮及其信号蛋白的调控也可作为分子治疗新耙点，但是通过调控信号通路以减弱机械通气相关肺纤维化的确切效果目前仍不清楚。

6.小结

最近的研究表明，机械通气很可能是ARDS患者肺纤维化的促发因素之一。无论是对急性肺损伤动物行机械通气，抑或是对离体肺上皮细胞机械牵拉，均可通过纤维增生和EMT促进肺纤维化的发展。将来的研究需要提高对这些机制的探究，为研发ARDS患者机械通气相关肺纤维化的防治新药物及疗法提供理论基础。

来源：国际麻醉学与复苏杂志2016年9月第37卷第9期

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