肺纤维化（Pulmonary fibrosis, PF），特别是特发性肺纤维化，是一种肺部疾病，特征为肺组织被瘢痕替代，导致呼吸功能损失。尽管其发病机制尚不完全明确，不过近年来在分子病理机制方面取得了显著进展，这为尼达尼布和吡非尼酮等新药的研发铺平了道路。虽然这些疗法能在一定程度上减缓病情发展，但通常伴有不良反应，且无法实现根本治愈。因此，深入研究肺纤维化的发病机制及开发新的治疗方法是至关重要的，特别是建立可靠的体外模型。

TGF-β是一种多功能细胞因子，主要调节细胞增殖、分化和凋亡。TGF-β与细胞受体结合后，激活Smad蛋白并调控基因，促进纤维化进程，同时还能通过非Smad途径（如MAPK通路）加速此过程。在肺纤维化中，TGF-β通路的异常激活导致细胞外基质过度沉积，从而形成肺疤痕，这在特发性肺纤维化的发展中是一个关键因素。近年来，利用TGF-β诱导的肺相关细胞系和肺类器官的纤维化模型已成为研究肺纤维化的重要方法。

TGF-β建模与传统模型的对比

在肺纤维化的研究中，TGF-β模型与传统模型（如博莱霉素、放射线、基因编辑）相比，各有其优势：

• 机制特异性： TGF-β模型精准靶向纤维化核心通路（TGF-β/Smad信号通路），避免炎症干扰，而传统模型常受非特异性炎症反应影响。
• 实验可控性：TGF-β浓度和作用时间可精确调控，体外48小时即可诱导稳定EMT表型，而传统模型则难以实现精确控制。
• 实验周期：TGF-β模型造模周期短（不足1周），而传统模型通常需要2周以上。
• 多通路交互模拟：TGF-β模型可同时激活Smad3、Col1a1等多个靶点，模拟多通路交互；相对而言，基因编辑模型仅聚焦单一基因，难以模拟复杂路径。
• 临床关联性：TGF-β模型与COVID-19后纤维化、特发性肺纤维化等临床病理高度相关，可动态模拟纤维化。
• 数据可重复性：TGF-β模型数据重复性高（达到95%），结果一致性强，而传统模型的数据波动较大。
• 操作难度：TGF-β模型操作简单，无需复杂设备，相对于传统模型操作较为复杂。
• 成本效益：TGF-β模型试剂成本低，实验效率高，而传统模型的费用通常较高。
• 转化价值：TGF-β模型支持抗纤维化药物的筛选与机制研究，临床前验证潜力大。

综上所述，因其在机制靶向性、操作可控性及结果一致性等方面的优势，TGF-β建模已成为肺纤维化研究的优选工具，尤其适合用于信号通路解析和抗纤维化药物的开发。

细胞模型的构建与检测

在体外纤维化模型的实验中，通常会选择对TGF-β信号高度敏感的肺泡上皮细胞（如A549细胞系）或人胚肺成纤维细胞（HELF）。推荐采用2–10ng/mL的TGF-β1进行处理，时间范围为24–72小时，具体根据细胞响应程度调整浓度和处理时间，并对模型进行鉴定和分析。

• 细胞形态：细胞可从典型的鹅卵石状上皮形态发生转变为梭形间质形态。
• 基因水平：使用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测可发现上皮标志基因E-cadherin表达降低，同时胶原合成相关基因如Collagen I/III（Col1a1/Col3a1）、α-SMA、Vimentin及结缔组织生长因子CTGF均呈上调状态。
• 蛋白水平：通过WB或ELISA对下游效应蛋白（如磷酸化Smad3（p-Smad3）、Collagen I、α-SMA）及炎症相关因子（如IL-6、TNF-α）进行定量分析。

为了评估胶原沉积与细胞外基质（ECM）重塑，可采用羟脯氨酸（HYP）比色法测定胶原含量，并利用Masson三色染色或Sirius Red染色技术进行组织化学染色。

功能学验证与信号通路分析

• 功能学验证：通过Transwell渗透实验评估细胞的侵袭和迁移能力，以及通过胶原凝胶收缩实验验证肌成纤维细胞的收缩活性。
• 信号通路分析：通过Western blotting检测p-Smad3与Smad3的比值以确认TGF-β介导的经典Smad信号通路激活状态，同时分析MAPK途径中p38MAPK和ERK的磷酸化水平，揭示非经典信号通路的作用。

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下期预告：将探讨肝纤维化的建模方法。