一、 肺纖維化的定義
瀰漫性肺間質纖維化病變是一種由多種病因所引起的肺破壞性疾病，
超過 200 多種的肺間質疾病 (Interstitial Lung Disease；ILDs) 都會導致肺纖 維化，包括已知的成因如職業、環境、藥物、高血壓、感染、免疫系統的 異常 (如硬化症或特發性肺纖維化)等，每種病因其確切的發病機制尚未完 全明瞭，但不同病種的肺間質纖維化改變極為類似，其共同的發展是以肺 泡炎、間質性肺炎、肺泡上皮受損及膠原異常聚集為特徵的慢性炎性疾病，
主要症狀為進行性呼吸困難，最終導致呼吸衰竭而死(46, 47)。其中特異性肺 纖維化 (Idiopathic pulmonary fibrosis; IPF) 經確診後平均存活期為 2-4 年，
5 年存活率為 30-50% (48, 49)。 肺纖維化過程包括肺組織的發炎性損傷、組 織結構破壞以及隨後伴有肺間質細胞積聚的組織修復過程。在此過程中，
肺發炎細胞 (主要為單核巨噬細胞)、肺泡上皮細胞、肥大細胞、內皮細胞 和 肺 間 質 細 胞 ( 如 纖 維 母 細 胞 、 肌 纖 維 母 細 胞 ) 通 過 分 泌 細 胞 激 素 (cytokines)、炎性介質等生物活性物質，發揮直接或間接的作用，活化了膠 原蛋白的基因表現且製造大量的膠原蛋白堆積在細胞間質(50-53)。形態學上 發現，纖維化病變內肺泡Ⅱ型細胞、纖維母細胞、巨噬細胞以及肥大細胞 彼此之間緊密接觸。因此，參與肺纖維化的多種細胞共同構成了一個複雜 的細胞網絡，彼此相互影響 (附圖 3)。研究結果顯示，其中以肺巨噬細胞、
肺泡上皮細胞及肺纖維母細胞在纖維化起始及進展過程中扮演相當重要的 角色。
附圖 3. Pathogenesis of pulmonary fibrosis.(54)
二、 急性呼吸窘迫症候群 (ARDS) 與肺纖維化
急性肺損傷 (ALI)，包括細菌性、病毒性引發之肺炎或是吸入性、放射 性損傷等非炎性因素(55, 56)。其中最嚴重的病理反應為急性呼吸窘迫症候群 (ARDS)，即使施予支持性療法，其死亡率仍在 35-40 % 左右。以 2003 年 引發人類嚴重呼吸道症候 (SARS) 的新型冠狀病毒為例，當此病毒進入宿 主的下呼吸道後，激活人體的免疫系統，尤其是 CD8-T cell 對冠狀病毒感 染的呼吸道上皮及單核球細胞產生過強的免疫反應，初期肺泡內吞噬細胞 增加，第二階段為瀰漫性 ARDS，又稱為激素風暴期 (cytokine storm)，發 炎細胞 (淋巴球、單核球和噬中性球) 聚集、釋放趨化物質及微血管通透性
泡微血管內皮細胞損傷，患者之換氣功能受阻，缺氧甚而呼吸衰竭致死。
第三期為發炎細胞活化後釋放大量之細胞激素造成纖維母細胞 (fibroblasts) 增生，此後多發展成肺部纖維化病變(3, 57, 58)。
三、免疫細胞在肺纖維化扮演的角色
肺纖維化是許多原因的肺損傷後不正常的組織修復結果。任何的損傷 刺激都起始於發炎、免疫系統啟動，到最後完成於組織修復。IPF 病人和 實驗動物肺損傷模型的組織都發現有許多的免疫細胞出現在發炎部位，包 括 最 先 出 現 的 neutrophils 及 被 趨 化 而 至 的 monocyte/macrophage 、 lymphocytes 和 eosinophils (附圖4)。其中 macrophages 和 monocytes 是 fibrogenic cytokines、chemokines 和 growth factors (TNFα, TGFβ, PDGF 和 MCP-1) 主要的來源細胞(53)。 這些免疫細胞本身及其所釋放的介質對肺上 皮組織造成輕重不一的傷害，也與纖維化發展關係密切(附表1)。
附表1.
Major mediators expressed by lung cells and their potential roles in
repair and fibrosis.
(59)1. 嗜中性白血球 (Neutrophils)
在宿主免疫反應中，polymorphonuclear leukocytes neutrophils (PMNs) 通常是最快抵達感染部位執行吞噬功能的白血球。此外，PMNs 製造許多 cytokines, chemokines 和 growth factors，如 IL-1, IL-6, IL-8, MIP-2, TNFα, granulocyte macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF), arachidonic acid metabolites, proteases, reactive oxygen metabolites (ROMs) 和 neutrophils- derived complement fragments 等(60, 61 )。在 PMNs 細胞膜上的接受器 (如 heterotrimeric G protein-coupled seven-transmembrane receptor) 可 與 C5a, platelet-activating factor (PAF) 及CXC chemokines family 結合後引發一連 串的趨化反應。PMNs 對 parenchymal cells 具有相當程度的破壞力，它會 分泌 MMP9 (Gelatinase B), acid hydrolases, low-molecular-weight cationic proteins, ROMs 和 lipid secretory products，這些分子會破壞 parenchymal cell 並 促 使 ECM 降 解(62)。 在 許 多 的 研 究 中 發 現 IPF 病人肺沖洗 液 (bronchoalveolar lavage; BAL) 中 PMNs 的含量與症狀嚴重程度有正相關
性而降低 PMNs 的治療策略也可以延緩纖維化的發生。這些研究顯示
PMNs 在肺泡的發炎反應轉變為纖維化時扮演重要的媒介角色(63)。
2. 肺巨噬細胞 (Alveolar Macrophages)
血液單核球細胞遷移到肺部後分化成具防禦功能的肺巨噬細胞，近年 來有許多研究在探討肺泡巨噬細胞的生理功能，包括肺部免疫失調、癌細 胞毒殺作用、發炎及纖維化病變。分布在不同區域的肺巨噬細胞功能略有 不同，在正常人的肺，分布在肺泡內、氣道及上皮表層與吸入空氣充分接 觸的稱為肺泡巨噬細胞 (alveolar macrophages; AMs)
，
AMs 主要負則第一線的病原菌毒殺及分泌細胞激素以啟動後續免疫活化等功能，最後 AMs 也
能。間質巨噬細胞 (interstitial macrophages; IMs) 分布在隔開肺泡的間質組 織，IMs 體積較 AMs 小，吞噬力也較弱，但因細胞表面較多的 MHC Class II 和CD54 表現，對 T-cell 有較強的 antigen presenting capability (64)。肺損 傷或發炎時，受單核細胞趨化，從幹細胞分化而來並大量增生的肺巨噬細 胞會使肺泡間質增厚，活化的肺巨噬細胞分泌大量的促纖維化細胞激素 (TGF-β1, TNF-α, MCP-1 和 insulin-like growth factor; IGF-1)；刺激周圍 epithelial, endothelial 和 mesenchymal cells 釋放其它纖維化細胞激素，同時 作用於纖維細胞增生和 collagen deposition (65, 66)。
研究指出肺巨噬細胞對細胞外間質形成/降解的平衡與氣喘或肺纖維 化疾病有某些關聯，肺巨噬細胞分泌的降解酵素 (MMPs, serine, cystine protease 和 acid hydrolases；主要是 MMP-1, MMP-2 和 MMP-9) 可分解 collagen 和 elastin 等 ECM 蛋白(67)。肺巨噬細胞受 cytokines 和 growth factors (尤其是TGF-β)刺激時也會分泌降解酵素抑制劑 TIMP 以利組織重 建(68)。通常在 IPF 病人 TIMPs 會有較高的表現。MMPs/ TIMPs 失衡是造 成細胞外膠原蛋白過度堆積甚至纖維化的重要因素。直到近幾年對於肺巨 噬細胞的功能才逐漸明瞭，目前已知肺巨噬細胞具有遷移到肺損傷或發炎 部位並參與組織修復工作，但對於它如何參與纖維化的發展仍有許多問題 有待進一步研究。
3. 淋巴球 (Lymphocytes)
淋巴球可區分自身物質和外來的物質。 T 細胞會附著在攜有抗原的細
胞上，並且直接和這些細胞相作用；而 B 細胞藉著分泌抗體(antibodies) 間 接地對付抗原，抗體由體液攜帶並以許多不同的方式破壞特定的抗原或攜 有抗原的物質。免疫系統中有兩種主要 T 細胞，分別是毒殺性 T 細胞
所組成的 T 細胞接受器 (TCRs)，並用它來辨認細胞上的組織相容性分子 及抗原所形成的複合體 (MHC-Ag)。二者所不同的是：毒殺性 T 細胞以 αβT 細胞接受器及 CD8 輔助接受器來辨認標的細胞 (target cells)上的第 一型組織相容性分子 (MHC-I) 及抗原，並分泌各種因子 (例如perforin)來 攻擊並破壞這些標的細胞(例如，受微生物感染的細胞或腫瘤細胞)。而輔助 性 T 細胞則以 αβT 細胞接受器及 CD4 輔助接受器來辨認抗原呈現細胞 (APCs) 上的組織相容性分子 (MHC-II) 及抗原，並分泌介白質(interleukins) 以刺激這些抗原呈現細胞(如 B 細胞或毒殺性 T 細胞)分裂現象並製造抗 體及 T 細胞接受器，用以去除外來抗原(69, 70)。 近年來也有研究討論關於 T-helper (Th) 淋巴球分泌的細胞激素與纖維化進展的關係，T-helper (Th) 淋 巴球可分為二群，Th1 細胞分泌 IL-2, IL-12, IL-18 和 interferon-γ (IFN-γ)；
Th2 細胞分泌 IL-4 , IL-5, IL-10 和 IL-13。 Th1 clones 媒介 delayed-type 過敏反應並與自體免疫疾病有關，升高體內 IgG2a 濃度而非 IgE。 Th2 clones 刺激 B cells 產生IgE ，與氣喘等過敏反應及 IPF 等慢性纖維化病 變 (chronic fibro-proliferative disorders) 有關。IPF 病人的肺組織相對有較 高 的 Th2 cytokines 表 現 及 較 少 的 Th1 cytokines ( 例 如 anti-fibrotic cytokines-IFN-γ 的表現減少) 造成 collagen deposition(71)。 因此，Th2 /Th1 的失衡也是與慢性纖維化病變進展的原因之一。
四、肺泡上皮細胞 (AEC) 與肺纖維化
除了免疫細胞之外，肺實質細胞(尤其是肺泡上皮細胞)除了作為肺損 傷的主要標的，同時也參與發炎反應(72)。大量的組織學觀察發現慢性纖維 性肺泡炎病人的肺泡上皮 (Type I 和 Type II) 細胞有非常明顯的變化，
Type I 肺泡上皮細胞被破壞而減少肺泡表面活性物質的製造及運轉，導致 肺泡萎縮和塌陷；Type II 肺泡上皮細胞增生並重新分布於裸露的基底膜之
上使肺泡壁間質變厚(73)。肺泡上皮屏障的損壞將使得造成肺纖維化的前驅 物質更容易移位至肺泡內，最後上皮細胞會被大量的纖維母細胞及平滑肌 細胞取代，使得修復的過程朝向肺纖維化發展。肺泡上皮細胞受到細胞激 素及 ECM components 的調控，自己也會製造 IL-8,MCP-1,GM-CSF, adhesion molecules,proteases,surfactant proteins 和 ECM components。在實 驗動物的觀察中發現，急性肺損傷初期嗜中性白血球劇增，隨後而至的巨 噬細胞和淋巴細胞聚集在肺泡壁(72)，分泌大量的 mediator 刺激纖維母細胞 增生及 ECM 沉積。如果發炎現象沒有結束或被抑制，這些發炎細胞及其 分泌物就會對肺泡上皮造成傷害。在某些嚴重或大面積的損傷，肺泡上皮 被取代而無法再生，正常的組織修復及結構復原便無法完成，也因此產生 纖維化組織 (附圖4)。
雖然大部分的肺纖維化研究都聚焦於發炎反應、纖維母細胞的活化和 ECM 沉積，近年來從解剖學及動物實驗都發現 Type II 肺泡上皮細胞增生 為 IPF 的病理特徵之一(47, 51, 56)；許多 IPF 病人以抗發炎藥物或免疫抑制劑 (steroids and/or immunosuppressive drugs) 治療並無明顯改善。因此AECs在 損傷/發炎之後的 dysregulated repair、 abnormal mesenchymal cell activation 都 扮 演 重 要 角 色 。 近 來 有 許 多 研 究 都 指 出 AECs 具 有 epithelial-mesenchymal transition (EMT) 的能力，在 TGF-β 刺激下會轉變為 具 myofibroblast phenotype 的細胞，證明了纖維化時期 AECs 也可作為 myofibroblast 的來源細胞(74-76)。
在胚胎發育期間 EMT 促使細胞移動以形成新的器官(77, 78)。 EMT 的 轉 變 代 表 細 胞 從 原 本 上 皮 細 胞(epithelial cell) 分 化 成 具 有 爬 行 能 力 的 mesenchymal cell。細胞進行 EMT 時，cell junctions 發生變化，原本緊密 連接的細胞彼此脫離並失去上皮細胞該有的極性 (epithelial polarity)，新的
形態並增加爬行能力 (migration)，因此從外觀型態
(e.g. change from a cuboidal cell shape to an elongated or spindle-shaped form)
及一些 epithelial markers (E-cadherin) 和 mesenchymal markers (vimentin 和 α-SMA) 的表 現即可觀察 EMT 的變化。在各種器官的纖維化也可觀察到 EMT 的進 行，例如:在腎性糖尿病患者的腎小管間質部纖維化病灶發現 renal proximal tubular cells 的 α-SMA 表現明顯增加(79, 80)。EMT 會 在 epidermal growth factor (EGF), hepatocyte growth factor (HGF), fibroblast growth factors (FGF)，尤其是 TGF-β 及 extracellular matrix components (通常是collagen ) 刺激下進行。包括肺纖維化的在內的 器官纖維化過程中， TGF-β 被認為具 “master switch” 的能力，是促進 EMT 及造成纖維化的主因
(81, 82)。 肺泡上皮細胞細胞膜表面的 TGF-β 接受器與
活化態的TGF-β 結合後會活化細胞內的轉錄因子 Smad proteins，
引發下游 基 因轉 錄 調 控 或 活 化 其 它
轉 錄 因 子(如 Slug, Snail, Scatter, lymphoid enhancing factor-1 和 β-catenin)
(83)。這些轉錄因子都與 “EMT proteome”
(junctional disassembly, cytoskeletal rearrangement 和 cellular motility) 的調 控有關
(84)。
綜合以上所述，肺泡上皮細胞在纖維化的過程中不再是被動的旁觀 者，Adamson 等人認為持續的 AEC injury 和遲緩的上皮修復都是促進纖
維病變的原因
(72, 85)。分化後的 AEC 不但沒有促進組織再生及修復功能，
還會製造多種的 profibrotic cytokines，與相鄰的纖維細胞組成聯繫的網路，
促進彼此的 proliferation/survival 及功能。
附圖 4. Summary of cellular and cytokine networks in chronic stages of lung injury and fibrosis.(59)
五、肺纖維母細胞 (Lung fibroblasts)、肌纖維母細胞 (Myofibroblasts) 與肺 纖維化
雖然肺纖維化的成因各異，但異常的 ECM 蛋白沉積破壞了正常的組
雖然肺纖維化的成因各異，但異常的 ECM 蛋白沉積破壞了正常的組