TGF-β1与BMP-7在肾间质纤维化中的作用

ＴＧＦ－β1与ＢＭＰ－7在肾间质纤维化中的作用

转化生长因子－βl(TGF－β1)是作用最强的致肾纤维化细胞因子，介导多条信号转导途径参与肾间质纤维化的发生发展，其中TGF－βl－Smads是最重要的信号转导途径。骨形态发生蛋白－7(BMP－7)是TGF－β细胞因子超家族的一员，通过Smad细胞间信号通路拮抗TGF－β1的致肾纤维化作用。

标签：肾间质纤维化；蛋白质类；信号转导

肾间质纤维化(renal interstitial fibrosis，RIF)是各种慢性肾脏疾病进展为终末期肾功能衰竭的共同通路，是多种原因共同作用的结果，它以肾间质中细胞及胶原成分集聚增多，伴有肾小管萎缩或扩张变形，小管周围毛细血管减少、荒废，完整肾单位的进行性减少，肾小球滤过率的持续性下降为特征。这一病变过程涉及细胞、细胞因子、细胞外基质(extraeelluarmatrix，ECM)、生长因子及它们之间的相互作用。在调节因子中，TGF-βl被公认为最主要的前纤维化因子；而BMP-7是一个重要的抑制肾纤维化的细胞因子。近期研究表明，BMP-7与TGF-β1具有非常相似的信号转导机制，在RIF的形成中相互拮抗，共同调节着肾脏纤维化的发生和发展，现对TGF-β1及BMP-7的结构和功能、信号转导调控及其在肾间质纤维化中的相互作用作一综述。

1 TGF－β1与肾间质纤维化

1．1 TGF－βl的生物学特点

转化生长因子β家族包括TGF－βs、活性素(activins)，骨形态发生蛋白(BMPs)。哺乳动物的TGF-风以TGF-pl、TGF－β2和TGF－β3三种形式分别定位在不同的染色体上，成熟的TGF－β是分子量为25 KD的同源二聚体多肽，每个单体由包括9个半胱氨酸残基的112个氨基酸组成，通过二硫键连接而成。大多数细胞产生的TGF－β1无生物活性，需经酸、碱、加热、尿素和SOD处理激活后才能结合受体，发挥生物学效应。TGF－β1是一个多功能的细胞因子，调节细胞的生长、分化、迁移和凋亡，能促进细胞合成ECM成分等多种生物学活性。TGF－β1主要分布在肾小管间质，是迄今研究的最主要的、作用最强的致肾纤维化细胞因子。

1．2 TGF－β1的信号转导途径

大量的临床和实验资料表明，多条信号转导途径参与RIF的形成，其中最重要的是TGF－β1－Smads信号转导途径。TGF－β1可与跨细胞膜的受体结合而发挥细胞生物学效应，与TGF－β1结合的受体由两条不同的肽链构成，分别称为I型、I型受体，是具有丝氨酸／苏氨酸激酶活性的异二聚体。TGF－β1首先与I型受体结合，导致I型受体磷酸化而激活，活化的I型受体有激酶活性，进而催化其下游信号分子Smads磷酸化引起一系列信号传导。Smads蛋白是TGF－β超家族信号传导中一种独特的信号通道蛋白，现已发现的Smads蛋白至少有

8种，根据其结构和功能特性分为3类：第1类是R-Smads(receptor-actived Smads)，是TGF－β家族受体激酶的直接底物，包括Smadl，2，3，5，8被I型受体特异的丝氨酸激酶磷酸化活化后，与Smad4结合形成复合物，并转移到核内启动相关基因的表达。其中Smad2，3受TGF-鼬特异性激活，介导TGF－β信号转导；Smadl，5，8则主要通过BMP受体磷酸化，介导BMP－7信号转导。第2类Co-Smads(common－medi－tor Smads)，同R－smads结合参与信号转导，Smad4是哺乳动物中唯一的Co－smads，在BMPs和TGF－β信号通路中共享。第3类是I－Smads(Inhibitory Smads)，包括Smad6和Smad7，是TGF－β1信号通路的负反馈调节因子，能抑制R-smads与I型受体结合，也可以与R－smads竞争性结合Co－smads。

1．3 TGF－β1在肾间质纤维化中的作用

TGF－β1在肾纤维化中的作用涉及到ECM沉积、细胞增殖及转分化、炎症浸润等各个环节。TGF－β1能促进炎症细胞的浸润(如单核细胞、巨噬细胞和淋巴细胞)；可刺激成纤维细胞分泌ECM成分，包括I、Ⅱ、Ⅳ型胶原、纤维连接蛋白(FN)、层粘蛋白(LN)等细胞外基质蛋白，又能提高纤溶酶原激活抑制物－l(plasminogen activator inhibitor－l，PAl－1)及组织基质金属蛋白酶抑制物．1(tissue inhibitor of the matri metallopro－teinase－1，TIMP－1)的活性，降低基质金属蛋白酶－2(matrimetalloproteinase－2，MMP－2)的活性而抑制ECM的降解[7’；能诱导肾小管上皮细胞凋亡或肾小管上皮细胞．间充质细胞转化(epithelial－to－mesenehymal transition，EMT)，使其正常表型丧失，表达a－平滑肌肌动蛋白(a－SMA)，转分化为肌成纤维细胞(myofibroblast，MFB)，参与肾纤维化的进展。Oga．ta等研究结果显示，单侧输尿管梗阻(unilateral ureteral ob．struction，UUO)大鼠模型TGF－βl表达增强，梗阻解除后肾纤维化缓解，Ⅳ型胶原表达下降，TGF－β1表达亦下降，证明TGF－β1在梗阻侧肾脏促进细胞外基质的合成。Ling等[研究表明，TGF－β1在环孢菌素A肾病中起着重要作用，注入TGF－β1中和抗体能明显减轻环孢菌素A诱导的肾脏病理变化，包括减轻小管损伤、间质炎症浸润及纤维形成，I型胶原沉积和小管上皮细胞的凋亡。另外，在许多实验模型中显示，TGF－β对成纤维细胞具有化学趋化作用，能刺激成纤维细胞增殖，并能聚集单核巨噬细胞和淋巴细胞等炎症细胞。

2 BMP－7与肾间质纤维化

2．1 BMP－7的生物学特点

BMP－7是一种分泌型多功能蛋白，是分子量约为35kDa的同源二聚体糖蛋白，是一种可溶性的局部激活信号蛋白，在细胞内以前体形式合成，前体分子经蛋白水解酶酶解后再通过二硫键结合形成成熟的二聚体分子，可以释放到细胞外与机体各处靶细胞表面特殊的受体结合，介导Smad细胞间信号，激活特殊的基因发挥作用。肾脏是BMP－7合成的主要器官，在哺乳动物胚胎期肾脏的发育过程中起着重要作用，主要是诱导间充质细胞向正常肾组织结构转化，诱导间充质细胞一上皮细胞转化(mesenchymal－to－epithelial transition，MET)，形成由上皮细胞组成的管样结构，最终逐渐分化并形成肾小管和肾小球。在成年动物，

BMP－7的表达主要分布于髓袢升支粗段、远端小管、集合管、肾小球足细胞、肾盂和输尿管上皮以及肾动脉外膜，有拮抗TGF－B1、减少细胞凋亡、逆转EMT等抗纤维化作用。

2．2 BMP－7的信号转导途径

BMP－7与TGF－pβ具有非常相似的信号转导机制，BMP一7分子的受体(BMP一7R)与其他TGF－β超家族成员分子的受体一样分为I型和I型，属于丝氨酸／苏氨酸激酶受体家族。I型BMP一7 R包括AL K－2／ActR I、AL K－3／BMPR－I a及AL K－6／BMPR－I b，I型BMP－7 R包括ActR I、ActR l b、BMPR I。I型受体是I型受体的下游活化成分，I型受体决定了信号转导的特异性。BMP－7先与I型受体结合后再与I型受体结合，使I型受体磷酸化，激活的I型受体迅速作用于细胞内相应的Samdl，5，8信号传递蛋白，后者与Samd4结合形成有活性的转录复合物，进入细胞核内，发挥相应的生物学效应。

2．3 BMP－7在肾间质纤维化中的作用

在慢性肾脏病中，BMP－7作为肾纤维化的负性调节因子，通过维持上皮细胞表型、逆转EMT，抑制肾脏上皮细胞的凋亡、增加MMP一2的表达、促进ECM的降解、减少多种促炎症因子表达、影响TGF－β1／Sroads传导途径以及与TGF－βl的互逆作用，对肾间质纤维化起到预防及逆转作用。在UUO模型大鼠中，Morrissey J等发现予外源性BMP一7的治疗组与安慰剂相比，BMP－7治疗能够恢复70％的肾小球滤过率glomerular filtration rate，GFR)，减少14％肾间质容积和27％Ⅳ型胶原纤维沉积；同时，通过测量肾小管的直径发现，BMP一7单独治疗能够明显地抑制肾小管萎缩，还能保存上皮细胞表型，显著减少肾小管上皮细胞的凋亡。在糖尿病肾病的动物模型研究中Wang等发现，肾间质纤 x维化与BMP一7及其受体ALK－2、ALK－3及BMPRⅡ的表达下降有关，而且下降程度随着肾纤维化的进程逐渐加重。同样给予外源性BMP一7，能减少炎症细胞浸润、ECM在系膜区积聚及间质容量，拮抗TGF-B1的前纤维化作用。肾毒性血清肾炎模型属于原发性肾小球肾炎模型，呈慢性进行性肾损害，可在6周内发展成严重的肾纤维化。Zeisberg等给CDI小鼠注射肾毒性血清，然后分别从第1，2，3，4周开始给予BMP－7 300tμg／kg腹腔注射，隔日1次，共6周。发现治疗第3周就几乎完全逆转了肾间质纤维化和肾小管萎缩，与治疗前相比，肾小管萎缩程度下降了70％，血BUN、Ser也明显下降。结果显示，BMP－7治疗能够逆转业已形成的肾损害，修复受损的肾组织结构，显著地改善肾功能，降低病死率。此外，许多动物炎症性肾病模型显示，BMP－7能减轻巨噬细胞浸润和组织损伤；在5／6肾切除模型、遗传性肾病模型、狼疮性肾炎等模型中均发现BMP－7能明显改善肾脏纤维化，具有肾脏保护作用。

3 BMP－7在肾间质纤维化中拮抗TGF—p1的作用

近来许多研究发现，BMP－7能够拮抗TGF－βl的致肾纤维化作用而发挥其抑制肾纤维化的作用。已经研究证实，EMT在肾间质纤维化过程中起着重要的作用，而TGF－β1是引起EMT的最主要因素，BMP－7可以有效地抑制TGF

－β1诱导的EMT。E－cadherin是上皮细胞的标志物，对维持肾小管上皮细胞表型非常重要，其缺失是EMT的第一步。Zeisberg等[ts]发现，BMP－7能通过再诱导E－Cadherin的表达而逆转TGF－β1诱导的肾小管上皮细胞转分化，维持上皮细胞的表型，在小鼠远端小管上皮细胞剂量效应研究中，TGF－β1能够减少BMP－7和ALK－3的表达，抑制内源性E－Cadherin表达(69％)；BMP一7不影响TGF－β1的表达，但能拮抗TGF－β1的作用，能提高E－Cadherin表达(174％)。TGF－β1激活ALK－5受体，引起下游Smad2和Smad3的磷酸化并进入细胞核，抑制E－cadherin基因的转录；而BMP－7激活ALK－3和ALK－6受体，磷酸化下游的Smadl、Smad5和Smad8，其中Smadl和Smad5可在细胞核内拮抗Smad2和Smad3D9]。因此，BMP－7可以在基因转录水平上拮抗TGF－β1，恢复肾小管上皮细胞E－cadherin的表达，抑制病理条件下的EMT。进一步研究发现，BMP－7不仅可以抑制肾病发展过程中的EMT，还能诱导MET，BMP－7可以诱导体外培养的人成纤维细胞表达E-cadherin，逐渐向上皮细胞转化，并相互聚集形成管样结构。此过程类似于胚胎期肾脏发育过程中间充质细胞诱导的肾小管上皮的形成。此作用在动物实验中也得到证实，BMP－7确实可以通过诱导MET，促进肾间质成纤维细胞向肾小管上皮细胞转化，修复受损的肾小管，同时减轻肾间质纤维化。

此外，BMP－7还能拮抗TGF－β1在ECM沉积过程中的作用。Wang等L2们将BMP－7和TGF－β1同时加入系膜细胞中孵育，结果发现TGF－β下游致纤维化因子结缔组织生长因子(CTGF)表达明显减少，他们还发现BMP－7能在培养的系膜细胞中拮抗TGF－β的致纤维化效应，减少TGF－β诱导的Ⅳ型胶原及纤连蛋白的产生，但并不影响a－Ⅳ型胶原和纤维连接蛋白mRNA水平。提示TGF－β1和BMP－7主要影响ECM蛋白降解。TGF－β能通过提高PAI－l活性而降低MMP－2活性，并提示BMP7的作用机制有两方面：一方面是通过抑制TGF－β1诱导的MMP－β2激活而维持MMP2的水平和活性，另一方面是通过阻止TGF－β1上调PAI－1，从而减低在培养的系膜细胞中ECM蛋白的聚集。BMP－7是通过减少Smads的核积聚，阻止TGF-p／Smad3和CAGA21ux靶转录上调。进一步研究发现敲除Smad5损害了BMP－7干扰TGF－β1激活CAGA－lux和PA－I的能力。因此，在BMP－7和TGF－β1的相互作用中，Smad5是必须的。Smad5可能是通过直接拮抗Smad3或是增加Smad6的表达，抑制TGF－β1增强的PAI基因转录。此外，Selbi等。研究也发现，BMP－7能够调控近端小管上皮细胞内的单核细胞间的相互作用，从而抑制TGF－β1促进炎症细胞浸润的效应。他们还发现，BMP－7可使近端小管细胞的Erkl和Erk2迅速磷酸化，进而抑制Smad2和Smad3在细胞核内的转移，阻断TGF－β1的信号传导。Kopp等发现BMP－7在近曲小管上皮细胞中能增加Smad6表达，而Smad6能抑制TGF－β1的信号转导，抑制靶基因的转录，提示BMP－7在近曲小管上皮细胞中的抗炎症和细胞保护作用，与上调Smad6表达密切相关。

总之，在慢性肾脏病，BMP－7通过Smad细胞间信号通路阻止TGE－β1诱导的肾小管上皮细胞的EMT和细胞凋亡；抑制TGF－β1促进炎症细胞浸润的效应；拮抗TGF－βl在ECM沉积过程中的作用，从而起到减轻肾间质纤维化的作用。如前所述，近年来BMP－7在多种肾病模型的动物实验中取得了良好的疗效，这为肾脏病的治疗提供了一条新思路。作为维持胚胎期肾脏发育的重要因

子，BMP－7在肾病治疗中有其特殊性和优越性。它不仅可以抑制EMT，减少肾小管上皮细胞的丢失，它还能诱导MET，修复了肾小管损伤，逆转业已形成的肾损害，这是现已应用的其他药物所不能比拟的口。此外，动物试验还证实，BMP－7没有明显的毒副作用。所以，BMP－7在慢性肾病的治疗领域中具有很好的临床应用前景，但相关研究尚处于动物实验阶段，因此，还需进行进一步的临床实验来验证BMP－7的疗效和安全性，以期为慢性肾脏病防治开辟一条新途径。