TGF—βsmad信号转导通路与肝纤维化的关系
2022-12-30
来源:步旅网
国际消化病杂志2008年10月 第28卷第5期Int J Dig Dis,October 25,2008,Vo1.28,No.5 ・397・ ・综述・ TGF— smad信号转导通路与肝纤维化的关系 俞蕾敏吕宾 摘要:TGF-131是肝纤维化重要的始动因子,可促活HSC,并促进其表达ECM。TGF一131由靶细胞膜特 异性受体介导,至少有5种不同类型受体(工一V型),其中I、Ⅱ型为信号传递受体。Smad蛋白是目前所知 唯一的I型受体胞内底物,介导了TGF-61的胞内信号转导,分为膜受体激活的smad、通用smad和抑制性 smad三类。TGF一61与其受体结合后激活smad蛋白,开启TGF一8 smad信号通路,完成生物学效应,促发肝 纤维化。该信号通路与肝纤维化关系的发现,为肝纤维化的诊断与治疗提供了新的可能途径。 关键词:TGF—B1;Smad蛋白;肝纤维化 TGFop smad signaling pathways in hepatic fibrosis yU Lei—rain,LUBin.Department of Gastroenterology,the First Affilia ted Hospital of Zhejiang Chinese Medical University,Hn g 0“(31O006),China Abstract:TGF—B 1 is important in hepatic fibrosis.It active HSC and promote the expression of ECM.TGF-13 1 at least has 5 types of receptor(type I—V),and type I and 1I are signal transmission receptors.Smad is the only substrate of I type receptor.It has three types:receptor—activated smad,common mediator smad and inhibitory smad.The complexus of TGF—B 1 binding its receptors actives smad and unseal TGF-13 smad signaling pathways,then to active hepatic fibrosis.Smad at the center of the TGF-beta signaling pathway.The relation of TGF—p smad signaling pathways in hepatic fibrosis offered new possible methods in the treatment and diagnosis. Key words:TGF- ̄I;Smad proteins;Hepatic fibrosis 肝纤维化发病机制的研究显示肝星状细胞 TGF一131是细胞和组织中最丰富的TGF—B成员,是 (HSC)激活与转化是肝纤维化形成的关键。转化 目前研究最多的与器官纤维化发生、发展密切相关 生长因子一131(TGF一61)在此过程中起重要作用,是 的细胞因子,除非特指,在很多研究中采用的 促活HSC,并促进其表达细胞外基质(ECM)的关键 TGF—p即为TGF—p1分子_2。],它是一种高活性、多 因子。它能促进HSC合成胶原、纤维连接蛋白及 功能生物信号分子,其主要生物学作用有:(1)抑制 蛋白多糖等细胞外基质,促进HSC分泌金属蛋白 大多数细胞的增殖,但能促进某些间质细胞的增 酶组织抑制物,下调降解蛋白酶的合成,阻止新合 殖;(2)免疫抑制作用,对免疫活性细胞的表型、增 成细胞基质的分解而减少ECM的降解,由此打破 殖、分化和细胞因子的产生具有调节作用;(3)促进 了ECM合成与降解的平衡,使ECM沉积增多L1], ECM合成,调节胶原生成和组织修复;(4)诱导细胞 加速肝纤维化的发展。TGF-131促纤维化的作用主 分化。 要通过TGF一8 smad信号转导通路实现。 TGF一81由靶细胞膜特异性受体介导,目前认 1 TGF-II超家族及其受体 为至少有5种不同类型受体(I—V型),I、Ⅱ型为 转化生长因子J3超家族是一类具有旁分泌,自 信号传递受体,其跨膜区含丝氨酸(Ser)/苏氨酸 分泌作用的细胞因子,至少由30多种细胞因子组 (Thr)蛋白激酶结构域,具有细胞信号转导所必需 成,主要包括多种TGF—B(5种异体)、激活素、抑制 的Ser/Thr蛋白激酶活性,与受体后细胞内通讯有 素及骨形态发生蛋白等。TGF-131一TGF一63主要存 关[4]。TGF—B1与I、Ⅱ型受体结合的亲和力是 在于哺乳动物中,生物作用相似,同源性极高。 TGF-133的10倍。TGF一13R工须在TGF一13R 11存 在条件下才能与TGF-13结合,而TGF一31RⅡ依赖 TGF一13R I传递信号。Ⅲ型受体为辅助受体,分膜 基金项目:浙江省中医药管理局项目(2005C147) 作者单位:310006浙江中医药大学附属第一医院消化科 结合型和游离型,前者无信号传递活性,但能增加 通讯作者:吕宾,Email:lvbin@medmail.tom.en TGF一13R 1I与TGF—l3的亲合力,后者结合后阻止 ・398・ 国际消化病杂志2008年lI)月 第28卷第5期 Int J Dig Dis,October 25.2008,Vo1.28,No.5 TGF一口与靶位点的结合,从而干扰了TGF—p的生 物活性;Ⅳ型、V型受体的作用目前尚不清楚。 2 Smad蛋白 Smad蛋白是目前所知唯一的I型受体胞内底 物,介导TGF~f31的胞内信号转导,是TGF—f3家族 信号从受体到核的细胞内转导分子。一级结构通 常可以分为3个区域:N端区(MH Mad homology, MH1),C端区(MH2)和中间连接区,MH1域具有 序列特异的DNA结合能力,MH2域是形成同源\ 异源聚合物的结合位点。 根据smad蛋白在TGF—B家族信号转导中的作 用,可将其分为3类: 2.1 膜受体激活的smad(R—smad) 包括smad 1,2,3,5和8,R—smad的MH2域 末端有1个磷酸化序列Ser Ser—X—Ser(SSXS),其中 smad2和3参与TGF一/ ̄s,/活化素(actives)信号 途径。 2.2 通用smad(Co—smad) 即smad 4,其MH1域具有转录激活和核定位 功能。 2.3 抑制性smad(I—smad) 包括smad 6、7,为TGF—j3一smad信号通路的抑 制分子。I-smad缺乏MHl区,C端没有SSXS基 序,所以不能被受体磷酸化,但可与活化的TGF—j3 家族I型受体牢固结合,阻止R—smad的磷酸化,从 而对该家族信号传递起负调控作用。 3 TGF—B—smad信号转导通路 TGF—J31在体内的表达主要与TGF—f3 smad信 号通路有关:TGF j31在所有类型的细胞中均以无 活性形式合成和分泌,在体内,通过二硫键结合后 激活,活化后与细胞膜表面Ⅱ型受体结合,同时激 活Tf3RⅡ磷酸化激酶,Tl3R I识别此复合物并与之 结合.又被TBR1I磷酸化激酶磷酸化而激活 一,作用 于胞质内下游分子,开启信号的传导,激活smad 2和 smad3羧基端4个氨基酸的保守序列(SSXS), smad 2和smad 3与smad 4形成异源寡聚物,将 TGF—j31信号从胞浆向胞核转位聚集,通过两种方 式调控靶基因的转录:(1)smad复合体人核后与其 他转录因子结合形成稳定的复合物,间接地对目的 基因进行调节;(2)smad复合体入核后可直接与 DNA结合,激活目的基因的转录 。Massague 等 认为,TGF一『31通过上调或下调其细胞内信号 转导分子的表达水平,以一种自身反馈调控机制在 其信号终止过程中发挥重要作用。当细胞外TGF-t3 信号被细胞内信号分子从胞浆转导至细胞核内发 挥作用后,TGF一 信号需要减弱并终止,以求细胞 对TGF—l31刺激反应的强度和持续时间得到精确控 制。Smad 7是TGF—l31信号转导抑制分子,可与 smad 2或smad 3竞争结合TGF一81型受体或smad 4,阻断smad 2或smad 3被磷酸化及转位至细胞核 内,抑制TGF一81信号转导 。在整个smad通路 中,经过多步的磷酸化反应,核质穿梭运动及蛋白 酶体的降解,最终由I-smad终止反应 。TGF—J3 smad通路中各型smad分子之间精密协调,共同完 成生理及病理状态下TGF—l3的生物学效应。 Tahashi等 在肝纤维化大鼠模型中发现,急 性肝损伤时,TGF—J3可快速诱导smad7的表达, smad7作为TGF—B的早期即刻基因的作用靶点, 使HSC内TGF—B smad信号转导通路呈平衡状态, 不致大量胶原蛋白生成。但在HSC转化为肌成纤 维细胞(MFBs)后失去了TGF—I3诱导smad7表达 上调敏感性,结果R—smad持续磷酸化且不被 smad7所抑制,R—smad信号下转,又直接介导 HSC向MFB的转化并分泌TGF-t3,激活PAI一1 和 2(1)前胶原等ECM的转录,引起EcM大量堆 积,形成恶性循环。这种内源性TGF—J3诱导 R—smad持续增高、活化及smad7水平低下可能是促 发肝纤维化的原因之一。 此外,smad信号转导通路与其他信号转导通路 之间存在广泛的交联(crosstalk),研究显示其他串 联信号途径通过对smad信号的修饰作用,调节 TGF—B刺激胶原产生_H 。这些信号通路包括:(1) MAPK信号转导通路丝裂酶原活化蛋白激酶 (MAPK)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,负责将 细胞外信号转导至胞内,参与细胞的生长和分化、 调节细胞周期和细胞凋亡等过程。目前在真核细 胞中已确定有3条MAPK信号转导通路:即细胞外 信号调节激酶(ERK),c—Jun N—terminal kinases (JNK)和p38通路 。” 。在肝纤维化中MAPK通 路通过多种途径参与-『肝星状细胞的激活、增殖、 凋亡等过程。在HSC转分化的过程中,TGF一0激 活MAPK信号转导通路,并进一步导致smad3与 smad2的连接部位磷酸化,促进smad3和smad4复 合体的形成及转位入核而发挥作用一。 。Smad通路 及MAPK通路分别独立并可协同的增加HSCc ̄ (I)型胶原的基因表达。(2)G蛋白一C—AMP通路 3 ,5 2环磷酸腺苷酸(cyclicadenosine 3 ,5 ono— phosphate,cAMP)是一种广泛存在的、介导多种激 国际消化病杂志2008年10月第28卷第5期Int J DigDis,October 25,2008,Vo1.28,No.5 ・399・ 素细胞反应的重要第二信使,研究表明,cAMP途 径参与了组织纤维化的形成。使用PKA(protein 4.2.3 阻止TGF一171与受体结合有学者[2。 用基因 重组技术将缺陷型TGF一171 1I型受体导人体内,与内 kinase A)特异性抑制剂H289来阻断cAMP的主 要下游通路PKA,可以抑制cAMP依赖性的smad 通路中的基因表达。共表达PKA催化亚单位及 cAMP效应元件结合蛋白(CREB)也可以抑制smad 通路中的基因转录。提示,cAMP通过PKA依赖 性的、CREB介导的途径抑制TGF—J3 smad信号转 导及后续的基因转活_1 。(3)PI3K/AKT通路磷 脂酰肌醇3激酶(PI3K)是一个异源二聚体蛋白。 PI3K的激活对HSC的增殖和趋化性有重要作用。 研究表明,PI3K信号转导通路可以被TGF—J3调 节 。Bakin等 1 在实验中发现PI3K的抑制剂 LY294002,可以阻止TGF—J31诱导的smad2磷酸化 反应,表明smad蛋白也可能是PI3K/AKT通路的 一个靶点。尽管其他途径亦可调节smad活性和胶 原的表达,但它们的活性在smad活性缺少条件下 不能导致胶原的产生[1 。 TGF—J3、TGF—G受体、TGF一17信号转导分子 smad以及其调节基因中任一环节的异常都将导致 TGF—J3细胞周期抑制功能的丧失和细胞的异常增 殖,从而导致肝纤维化的发生。 4临床应用前景 肝纤维化是诸多慢性肝病向肝硬化发展的必 经病理阶段,此期尚可逆转。阻止和逆转肝纤维 化。是防止肝硬化发生,改善肝脏疾病预后的关键。 TGF—J3 smad信号通路与肝纤维化关系的发现,为 肝纤维化的诊断与治疗提供了新的可能途径。 4.1 临床诊断 血清学组织学的对照研究¨ 表明,外周血 TGF—l31水平可反映慢性肝病肝纤维化中组织炎症 坏死及纤维化程度。从而成为早期诊断肝纤维化 的新手段。 4.2对抗肝纤维化 4.2.1 调控TGF—J31 减少TGF一171的产生和基因 表达:已证明金三莪术 等一些中草药制剂能使 肝组织内TGF—p1 mRNA水平降低,减少TGF— 1 的生成,从而逆转肝纤维化进展。许多学者 j构 建反义TB1 I R mRNA或反义TB1 lI R mRNA使 反义基因整合人HSC,在基因转录、翻译水平上阻 止HSC TGF—J31的表达,ECM合成降低.。 4.2.2 抑制TGF—p1活化或应用TGF—j31中和性 抗体、可溶化受体,或其他与TGF—J31具有高亲合力 的物质拮抗TGF—j31。 源性TGF—p II型受体竞争结合配体,使TGF—p1不 能与正常膜受体结合,其作用在受体水平被阻断。 4.2.4 受体后调控,重建R—smad/I—smad平衡R— smad/I—smad之间的反馈调节机制失去平衡是肝纤 维化发展的重要原因,增加I—smad特别是smad7 的表达或降低R—smad的表达是可行的治疗策略, Dooley等 ¨应用转染了smad7 cDNA的腺病毒载 体给肝纤维化鼠注射,结果发现肝内胶原和a一平滑 肌肌动蛋白(a—SMA)表达下降,HSC分化、增殖受 抑制。Schnabl等 发现,敲除smad3基因的小 鼠HSC内不能形成TGF—G诱导的smad—DNA复 合物,不能自分泌TGF一』3。徐新保等 。 将反义 smad4导入贮脂细胞CFSC后发现可以抑制贮脂细 胞内源性smad4的表达,抑制贮脂细胞的生长、繁 殖和细胞外基质的产生,从而对抗肝纤维化。 5面临问题:TGF—pl生理作用被抑制 5.1 对血液系统的影响 TGF—t71对原始造血干、祖细胞和各系定向祖 细胞都有显著抑制作用,可抑制白血病细胞的生 长,是目前已知的作用较强的负性造血细胞调控因 子。研究认为 ,TGF—J31可以明显抑制血细胞增 殖,抑制CD 细胞克隆形成。 5.2 对脑血管系统的影响 TGF—H1能为种子细胞生长提供有利因素,促 进细胞的生长和增殖,通过稳定细胞内钙浓度,拮 抗兴奋性氨基酸神经毒性及抗氧化,抗细胞凋亡和 促血管增生作用抵御脑缺血。 5.3 与细胞增殖相关 在肿瘤形成的早期,TGF一81通过抑制细胞增 殖,阻止肿瘤形成和发展。Gong等 发现,在G1 期的早期加入TGF—t?1后,可诱导人结肠癌FET细 胞中p21蛋白表达增加,从而抑制DNA合成,并抑 制Cyclin A-CDK2和Cyclin E—CDK2复合体的 活性。 因此,若完全阻止TGF—G smad途径,有可能导 致白血病、脑缺血甚至诱发肿瘤等可怕恶果。所以 如何适度调控TGF—j3 smad信号通路,阻止肝纤维 化的发生,又避免产生严重不良反应,将是面临的 新课题。 参 考 文 献 1 Li JH,Huang XR,Zhu HJ,et a1.Role of TGF—beta signaling in extracellular matrix production under high glucose eondi— 国际消化病杂志2{)08年10月 第28卷第5期Int J Dig Dis,October 25,2OO8,Vo1.28,No.5 tions.Kidney Int,2003,63:2010—2019. 2 Coker RK,Lanrent GJ.Pulmonary fibrosis:cytokines in the balance.Eur Respir j,1998,11:1218—1221. 3 Nagashio Y,Ueno H,Imamura M,et a1.Inhibition of trans— forming growth factor beta decreases pancreatic fibrosis and protects the pancreas against chronic injury in mice.I ab In— vest,2(104.84:1610—1618. 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(收稿日期:2007—1卜08) (本文编辑:李瑞芳)