肺纤维化:“不是癌症的癌症”

肺部纤维化，也被称作“不是癌症的癌症”。除了肺移植外，尚无有效的肺纤维化药物。【1】所以，一提到肺纤维化，患者往往谈虎色变。

所谓肺纤维化，其实并不是肺部出现了纤维变化，而是肺部出现异常的“成纤维细胞”增殖，导致肺部缺乏弹性，同时还出现炎症及组织结构损伤等情况。简单而言，如果人的肺部是一个富有弹性的气球，则肺纤维化就相当于用绷带捆住了气球，让气球失去弹性不能收缩，人体就会出现呼吸功能不断恶化的症状。

 

肺纤维化虽然不是癌症，但死亡率较高，其中特发性肺纤维化（特发性即“找不到原因的”，另外还有继发性肺纤维化，是能找到原因的肺纤维化）发病率和死亡率逐年增加，诊断后平均生存期仅2.8年，死亡率甚至高于大多数肿瘤。【2】

能够引起肺纤维化的原因有很多，比如①长期口服药物的人，如常见的抗癌药（博来霉素、平阳霉素、马利兰、他莫昔芬、吉西他滨、卡莫司汀）；心血管药物（胺碘酮、血管紧张素转换酶抑制剂）；抗风湿药（甲氨蝶呤、来氟米特）；②长期暴露在粉尘下的职业者，如矿工、装修工人、清洁工等；③特定环境下的肺部：加湿器肺、空调肺等。此外，还有医生建议要注意生活中的一些隐蔽因素，如甲醛、烟草、桶装水等问题，桶装水打开一周后会产生细菌和孢子，这些有害物质进入人体也会损害肺部。【3】

 

肺部纤维化的治疗

虽然“成纤维细胞”不属于肿瘤细胞，但肺纤维化同样难以根除。目前除了肺移植外，尚无有效的治疗肺纤维化的药物。

目前只能通过部分药物来减缓症状或者预防肺纤维化的急性加重，常用控制肺纤维化的药物有糖皮质激素（甲泼尼龙、泼尼松），免疫抑制剂（环磷酰胺、硫唑嘌呤、氨甲喋呤、羟氯喹等），抗纤维化的药物（吡非尼酮、尼达尼布）等。此外，就是采用氧气疗法。

 

氢氧吸入VS肺纤维化

在此前潓美医疗氢氧气雾化机参与的系列实验中，科学家得出氢氧气体具有抗细胞炎症、抗氧化、抗细胞凋亡、组织损伤等作用。因此，科研人员认为吸入氢氧混合气体，可以帮助对抗肺纤维化中的炎症、氧化和组织损伤。同时，肺纤维化传统上就有氧气疗法，氢氧混合吸入有氢气小分子携氧作用，可能优于单纯吸氧。

因此，国家呼吸疾病临床研究中心、中日友好医院呼吸内科医学中心、郑州市中心医院、首都医科大学附属北京朝阳医院肺科和重症监护科的专家们联合启动名为《氢吸入通过抑制转化生长因子𝜷1和相关的氧化应激以及上皮到间质转化来减轻博来霉素诱导的肺纤维化》的实验【4】，探索以氢氧吸入的方式找到对抗肺纤维化的潜在途径。

潓美氢氧气雾化机

实验设计

博来霉素（BLM）是导致肺纤维化的常见试剂。因此本实验采用给大鼠注射注射BLM的方式，来建立肺纤维化模型。因为肺纤维化过程中，BLM会引起急性间质和肺泡内炎症、巨噬细胞活化以及肿瘤坏死因子TNF-α、转化生长因子TGF-β1。

TGF-β是公认的在特异性肺纤维化（IPF）发生发展过程中最为关键的细胞因子。TGF-β参与了IPF发生发展的各个过程,是成纤维细胞的增殖、肌成纤维细胞的变异以及胶原沉积等多个关键步骤的主要促进因子。

其中，肿瘤坏死因子TNF-α可刺激不受控制的ECM蛋白沉积，导致纤维化和器官衰竭。TGF-β1的过度表达会导致纤维化基因的表达，TGF-β1会诱导产生活性氧（ROS），并且抑制抗氧化酶，从而导致氧化还原失衡。ROS反过来激活TGF-β1，形成恶性循环。

此前的一系列研究显示，氢气（H2）是一种有效的抗氧化剂，可以有效的保护组织免受肝肾和肺损伤。氢气也可以轻松穿透细胞膜，进入线粒体和细胞核，帮助细胞抗氧化。

实验中，科学家将实验动物分成三组，模型组为“BLM滴注+空气”，治疗组为“BLM滴注+氢氧混合气体治疗”，对照组为“生理盐水滴注+氢氧混合气体治疗”。（指标越接近生理盐水组，则实验动物状态越好，反之则越差。）

 

实验结果

①氢氧吸入疗法可显著降低大鼠肺中TGF-β1和TNF-α的水平

实验中，科学家使用潓美氢氧气雾化机（浓度氢气66%+氧气33%，最大产气量3000ml）为大鼠提供氢氧吸入治疗。结果显示，吸入氢氧混合气体时间越长，大鼠指标越接近健康状态！

提示：&、&&的含义——与BLM组相比&P <0.05或&&P <0.01，结果具有统计学意义。

 

据研究，几种促纤维化细胞因子，例如TGF-β（主要的纤维化介质）和TNF-α（诱导纤维化反应所必需的细胞因子），都与异常伤口愈合反应有关。并通过诱导肺成纤维细胞分化为成肌纤维细胞，刺激ECM的积累和EMT的发展而导致纤维化的发展【5】。

科学家在不同持续时间的氢氧吸入（每天2、4或8小时）后检测BLM诱导的肺损伤中TGF-β和TNF-β的含量。在BLM诱导的肺纤维化过程中，TGF-β1和TNF-α的分泌和表达增强。氢氧吸入疗法可显着降低大鼠肺中TGF-β1和TNF-α的水平（P <0.05），尤其是在吸入时间为8h时（P <0.01）。

此外，氢氧吸入还抑制了mRNA和蛋白质水平上的TGF-β1和TNF-α的表达，这表明长时间的氢氧混合吸入改善了BLM诱导的大鼠肺纤维化。 

 

②氢氧吸入疗法对于各项EMT指标

TGF-β1被认为与气道重塑的发病机理有关。科学家检查了肺纤维化中EMT（上皮间充质转化）的指标。为了研究氢氧吸入疗法在调节EMT形成中的作用，同时检查了上皮标记物E-钙粘蛋白和肌成纤维细胞标记物𝛼-SMA。

 

EMT（上皮间充质转化）

上皮细胞-间充质转化（EMT），是指上皮细胞通过特定程序转化为具有间质表型细胞的生物学过程。在胚胎发育、慢性炎症、组织重建、癌症转移和多种纤维化疾病中发挥了重要作用，其主要的特征有细胞黏附分子(如E-钙黏蛋白)表达的减少、细胞角蛋白细胞骨架转化为波形蛋白（Vimentin）为主的细胞骨架及形态上具有间充质细胞的特征等。通过EMT，上皮细胞失去了细胞极性，失去与基底膜的连接等上皮表型，获得了较高的迁移与侵袭、抗凋亡和降解细胞外基质的能力等间质表型。

结果表明BLM刺激导致E -cadherin表达（P <0.05）和𝛼-SMA表达明显增加（ P <0.01）。氢氧混合吸入治疗在BLM治疗组中以时间依赖性方式显着增加，上皮细胞E-钙黏着蛋白的表达，同时降低成肌纤维𝛼-SMA的表达。

简而言之，上图中，对照组和BLM组的各项指标有明显差异，但随着吸入氢氧混合气体的时间增加，BLM组的指标逐渐接近对照组。其中，吸入氢氧混合气体时间最长的8小时组，数据基本和对照组一致。

 

③氢氧吸入疗法对抗肺纤维化氧化应激

研究发现氧化应激是指导致脂质，蛋白质和DNA受损的细胞内ROS水平升高，被认为是导致肺纤维化的重要分子机制【6】。因此，科学家测量了大鼠肺组织中GSH-PX的活性以及MDA，ROS和羟脯氨酸的含量。

与对照组相比，BLM刺激导致细胞内ROS生成增加了四倍以上！此外，在BLM处理的肺组织中检测到的MDA和羟脯氨酸含量高出两倍以上。然而，通过BLM处理降低了GSH-PX的活性，该活性在细胞氧化还原反应中起作用，以保护细胞膜免受自由基引起的氧化损伤【7】。

相反，氢氧混合吸入可明显减轻BLM诱导的氧化应激，反映为ROS，MDA和羟脯氨酸的含量降低以及GSH-PX活性增强，表明氢氧混合吸入可抑制体内的氧化应激，BLM诱导的肺纤维化的过程。

上图是肺组织切片，用苏木精和曙红染色的图像用来评估肺组织损伤。从中可以看出，BLM组加氢氧混合吸入治疗的（BLM+H2）明显好于BLM组，更趋近于对照组（ctrl）。

 

上图是肺组织切片，用Masson Trichrome染色的代表性图像，用于检测肺纤维化。可以得出相同结论，使用氢氧混合吸入之后，肺纤维化水平更低，接近对照组。

 

从上面的指标能够更加直观的看出，氢氧混合吸入可以降低各项氧化应激指标，减轻氧化应激水平。 

 

④氢氧吸入疗法调节纤维化细胞去分化和胶原蛋白累积

研究表明：纤维化相关基因，如𝛼-SMA，COL1A1和TGF-β，与纤维化细胞去分化和胶原蛋白积累密切相关，而VEGF参与调节纤维化中的炎症，纤维蛋白周转率和液体位置的变化【8】。在这项研究中，科学家在使用与不使用氢氧吸入处理的情况下，在BLM刺激后4周，检测mRNA和蛋白水平上γ-SMA，COL1A1和VEGF的表达。

最后的数据表明，由BLM诱导的SMA-SMA，COL1A1和VEGF的上调（与对照组相比，P <0.01；）可能显着下调。

这些数据表明，氢氧混合吸入可以明显减轻纤维化基因（𝛼-SMA，COL1A1和TGF-β）表达和胶原蛋白积累的增加。科学家对于氢氧混合气体对抗肺纤维化产生期待。

 

氢氧混合吸入治疗肺纤维化

肺纤维化是一种慢性和间歇性肺部疾病，由炎症和纤维化引起的肺实质损害【9】。BLM诱导的肺纤维化大鼠模型通常用于评估肺纤维化的潜在机制并确定潜在的治疗干预措施【10】。在先前的研究中，已经证明BLM诱导的肺纤维化过程中存在氧化应激，反映为过度的ROS产生和低的GSH-PX活性【11】 。

炎症表现为巨噬细胞浸润的增加和TNF-α分泌的增强，在纤维化的发病机理中起着根本性的作用，并与许多分子的纤维化作用密切相关。氢氧混合吸入疗法可同时降低肿瘤坏死因子𝛼的表达，分泌及浸润炎性细胞。

以上实验表明，肺纤维化的形成主要是机制是肺部细胞炎症和氧化应激的发生，而氢氧混合吸入针对的正是这两种机制。

注意：以上实验尚处于动物实验阶段，不可替代药物，不具备临床指导意义。