01
新冠之肺纖維化
提到肺纖維化，不得不和最近的新冠聯系起來。確實，新冠患者很大一部分由于進行性肺纖維化而死亡。
在一份新冠患者的臨床研究中，4％的急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）患者1周之內就已經發現纖維化，24％的患者在1到3周之間發現肺纖維化，61％的患者在大于3周的病程中發現。研究呼吁，為了有效干預肺纖維化，相關措施應該在ARDS發作的第一周內就實施。
前段時間有個紀錄片，全程記錄了新冠患者崔志強從患病到康復出院的過程，他也是首位達到出院標準的肺移植患者。移植手術的時候，醫生就提到，他的肺已經灰中泛黑，高度纖維化、萎縮、變小。
02
什么是肺纖維化
如果看完上面那個視頻，許多同學們一定有很多疑問，什么是肺纖維化，為什么要肺移植？
肺纖維化是一種極難治療且死亡率高的肺部疾病。它的特征是由疤痕形成引起的肺部結構的進行性和不可逆性破壞，最終導致器官功能衰竭，氣體交換中斷和呼吸衰竭而死亡。
特發性肺纖維化（IPF）是一種病因不明的特別嚴重的肺纖維化，診斷后的平均生存期僅2.8年。當前，可用于進行性肺纖維化的唯一有效療法是肺移植。這是難題，也是契機。
損傷修復四階段
我們先來看看正常情況下肺組織是如何損傷再生修復的？損傷修復有四個不同的階段，包括凝血期，炎癥期，成纖維細胞遷移/增殖階段，以及正常組織結構的最終愈合階段。
凝血期：組織損傷后，上皮細胞/內皮細胞開始釋放炎性介質，從而啟動抗纖溶-凝血級聯反應。
炎癥期：炎癥細胞的浸潤，血小板激活會促進血管擴張和增加的通透性，從而使炎癥細胞（例如嗜中性粒細胞，巨噬細胞，淋巴細胞和嗜酸性粒細胞）聚集損傷部位。
成纖維細胞的增殖和激活：這些炎癥細胞會產生各種細胞因子和趨化因子，這些因子會放大炎癥反應并觸發成纖維細胞增殖和募集。這里有個重要的EMT轉化過程，就是上皮細胞轉分化為成纖維細胞樣細胞。一旦成纖維細胞被激活，它們就會轉化為成肌纖維細胞，表達α-SMA和ECM成分。
傷口愈合階段：成肌纖維細胞促進傷口收縮，傷口邊緣向中心遷移，上皮/內皮細胞分裂并遷移至ECM基質上，從而使受損組織再生。
以上是正常修復的四個階段，但俗話說“過猶不及”，當修復過程過度且一發不可收拾時，就會發生纖維化。
03
肺纖維化如何上手研究
如果你是剛進實驗室的新人，研究方向也正好是肺纖維化，那一定是我們的緣分，趕緊往下看吧。如果你發現室友/同學正在為肺纖維化頭疼，趕緊把這篇文章轉發給TA吧。
首先我們要知道如何造模型。許多科研工作者都是在小鼠/大鼠中進行建模和研究，包括藥物（博來霉素），顆粒物（石棉和二氧化硅），輻射，閉塞性細支氣管炎和慢性移植物抗宿主誘發肺纖維化。
博來霉素應該是使用最多，最經典的模型藥物了，它本身是一個化療抗生素，但是在使用過程中，發現了約有10％的患者出現肺毒性，最后可能會約1％的患者發展為肺纖維化，所以現在廣泛用于肺纖維化造模。
一般通用的造模方式是麻醉動物后，剪開頸部皮膚，暴露氣管，直接注射博來霉素，1.2-1.25U/kg，縫合皮膚，3周以后取肺檢測。當支氣管肺泡灌洗液（BALF）細胞數量（主要是中性粒細胞，淋巴細胞等）和膠原蛋白沉積明顯增高時可以視為造模成功。造模成功是第一步，成功了才能進行下一步的機制研究。
分子機制千千萬，我們怎么去選擇呢？別慌，看看小優的吐血整理。
轉化生長因子-β（TGFβ）
近二十年來眾多研究表明TGF-β在發病過程中起著重要作用，TGF-β可以促進上皮細胞的活化，增殖和分化，促進成肌纖維細胞的增殖，促進細胞外基質（ECM）如膠原蛋白、纖粘連蛋白的表達和抑制ECM的降解。TGF-β在細胞生長和分化伸出了眾多只手，只手遮天（調控），即使不做纖維化，應該也有了解過TGFβ的強大功能。
看到這，也許你有疑問，既然TGF-β做的這么透徹，那么直接用TGF-β抑制劑不就行了？現實情況是TGF-β抑制劑從實驗到臨床的進度非常緩慢，可能是IPF的起因太復雜，也可能是動物模型和人類疾病尚有很大差異，目前仍然沒有批準的藥物可以臨床使用，所以機會留給了大家。
既然講到了TGFβ，那么和TGFβ有關的miRNA我們必須得提一下。研究表明，miR-21在IPF患者的肺部和博來霉素誘導的肺纖維化小鼠中異常表達，這和TGFβ密切相關。而miR-21的靶基因是幾種抑癌基因，異常表達的miR-21可以增強成纖維細胞的增殖和分化，以及凋亡抗性，從而加劇纖維化，所以關于miR-21抑制劑也是一個值得研究的點。
關鍵詞：TGFβ，miR-21
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炎性介質
特發性或全身性硬化肺纖維化患者的手術活檢和血清中都檢測到了TNF水平升高。在小鼠體內，過表達細胞因子的小鼠會發展成進行性肺纖維化。TNF抑制劑可以抑制成肌纖維細胞的膠原合成，可以阻斷某些肺纖維化的形成，但在一些研究中也發現，TNF抑制劑會使疾病惡化，所以這里也是個需要研究和優化的創新點。
和TNF一樣，IL-1β，趨化因子KC和MIP-2，都在疾病中發現表達增加。有研究者已經使用IL-1R1、MyD88、ASC、Caspase-1和Nalp3敲除小鼠說明了炎性小體和炎性因子在肺纖維化中的重要作用。
IL-17A在肺纖維化患者的支氣管肺泡灌洗液中發現有增加。隨后，在小鼠實驗中，驗證了IL-17A和IL-17RA發揮了重要作用。
這里，講一個有意思的點，盡管IL-17A的主要來源是γδT細胞（啥是γδT？百度一下），但是研究發現，CD4+ Th17細胞才是在肺纖維化中IL-17A的主要來源，而且進一步研究發現γδT細胞分泌的IL-22可以保護肺纖維化。所以在疾病模型中，這兩種細胞和因子似乎上演了一出無間道，這里也是值得深挖的一個點。
關鍵詞：TNF，IL-1β，趨化因子，炎性小體，IL-17A
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氧化應激
氧化應激會使炎癥反應持續進行，從而加劇纖維化。我們前面講到的NLRP3炎性小體其實就是受到活性氧（ROS）的驅動，而ROS是由線粒體和NOX酶產生的。有研究表明，NOX4在小鼠模型以及人IPF中都很活躍，而且，NOX4也是TGFβ1的下游，促進成肌纖維細胞分化和ECM合成。
最近也有研究報道，谷氧還蛋白（GLRx）活性在纖維化的肺中大大減少， PSSG隨之增加。缺少GLRx的小鼠對博來霉素或者過表達活性轉化生長因子β-1（AdTGFB1）誘導的肺纖維化更加敏感，而相反，肺上皮細胞中GLRx的轉基因過表達減弱了纖維化。進一步研究發現，直接給予GLRx可以逆轉肺纖維化。
關鍵詞：氧化應激，ROS，NOX4，GLRx
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肺纖維主要機制匯總
以上都是研究的比較多的機制，還有一些其他機制也值得我們去探究：
Wnt信號通路
Wnt-β-catenin信號通路也是誘導EMT的一個重要信號通路。有研究報道，使用了WISP1的中和抗體后，能夠減輕博萊霉素誘導的小鼠肝纖維化。相同的，整合素α3β1也是EMT的一個重要誘導因素，所以這兩個有望成為新的靶點。
DNA甲基化
有科研工作者對纖維化腎臟中的成肌纖維細胞進行了全基因組甲基化掃描，揭示了幾種獨特DNA甲基化修飾。其中一種就是對Rasal1的表達沉默，從而誘導RAS這種致癌基因的表達增加，導致成纖維細胞的增殖和分化。有研究報道，DNA甲基轉移酶抑制劑可以保護小鼠纖維化。這是一個比較直接的靶點了，做表觀遺傳的同學們可以深入研究一下。
肺微生物
俗話說“遇事不決,量子力學;機制不明,腸道菌群”，如果以上機制你都沒有興趣，可以試試最近熱門的腸道菌群。有研究報道肺微生物群會促進IPF的發展。菌群失調會促進肺泡炎癥和異常修復，因此肺微生物群的調節也可能是治療的新靶點。
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后話
小優主要列舉了研究比較多的一些機制，如果只是簡單做下藥效和機制的，可以選擇一條最明顯的通路去套用（研究），這樣發個三五分的文章不是問題。如果要更近一步，需要找到確定的靶點，敲除和過表達，多層次驗證肯定少不了的。如果做著做著，發現多個蛋白的相互嵌套關系，多條通路的相互作用，可以沖一沖一區的雜志了。
當然，各位同學如果志在CNS，建議不要參考以上經典機制，創新是最重要的，需要從現象到機制再到解釋現象，講一個完整的，別人沒有聽過的故事。
