TGF-β1/Smads信號通路失調(diào)控與肝膽胰纖維化疾病

張淑坤，崔乃強(qiáng)

轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor β1，TGF-β1)是目前已知的與組織纖維化形成關(guān)系最為密切的細(xì)胞因子，它通過胞漿中的中介分子Smads將刺激信號傳遞至細(xì)胞核，發(fā)揮生物學(xué)作用。近年研究發(fā)現(xiàn),TGF-β1/Smads信號通路失調(diào)控與肝纖維化、膽道良性狹窄、胰腺纖維化的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)。本文就TGF-β1/Smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路失調(diào)控與肝膽胰纖維化疾病發(fā)生的關(guān)系做一綜述。

1 肝膽胰纖維化疾病的關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞

1.1 肝星狀細(xì)胞 早在1876年，德國Carl von Kupffer就發(fā)現(xiàn)了肝星狀細(xì)胞（hepatic stellate cell，HSC），之后科學(xué)家們又陸續(xù)觀察到HSC，并命名為肝貯脂細(xì)胞、脂細(xì)胞、維生素A貯存細(xì)胞、竇周細(xì)胞、Ito細(xì)胞等[1]。直到1995年，國際上才正式將其命名為HSC[2]。HSC胞體呈圓形或不規(guī)則形，常伸出數(shù)個(gè)星狀胞突包繞著肝血竇或伸出胞突與肝細(xì)胞、鄰近HSC相接觸。正常情況下，HSC表現(xiàn)為富含維生素A脂滴的靜止型，數(shù)目很少，只占肝細(xì)胞總體數(shù)目的5%～8%，其功能主要有代謝和貯存維生素A、儲存脂肪、合成膠原等細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）成分、調(diào)節(jié)ECM平衡、分泌細(xì)胞因子和調(diào)節(jié)肝竇血流等。當(dāng)肝臟受到炎癥或機(jī)械刺激等損傷時(shí)，HSC被激活，由靜止型轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ钚?，胞體增大，胞突伸展，胞質(zhì)中脂滴消失，維生素A含量減少，細(xì)胞增殖活躍，細(xì)胞因子、趨化因子分泌增加，ECM成分合成增加而降解減少，并具收縮性和遷徙性。α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）表達(dá)陽性是HSC激活的標(biāo)志，現(xiàn)已證實(shí)，HSC的持續(xù)激活是肝纖維化發(fā)生發(fā)展過程中的中心事件，激活態(tài)的HSC一方面通過迅速增殖和分泌ECM成分參與肝纖維化的形成和肝內(nèi)結(jié)構(gòu)的重建，另一方面通過細(xì)胞收縮使肝竇內(nèi)壓升高，這兩類變化最終奠定了肝纖維化、門靜脈高壓癥發(fā)病的病理學(xué)基礎(chǔ)[3]。

1.2 膽道成纖維細(xì)胞 成纖維細(xì)胞是膽道損傷修復(fù)的主要細(xì)胞。膽道成纖維細(xì)胞多來自黏膜下或漿膜下層的結(jié)締組織，由靜止型的纖維細(xì)胞活化而來。成纖維細(xì)胞具備旺盛的增殖分化能力，合成和分泌大量的ECM成分，發(fā)揮填補(bǔ)缺損、修復(fù)連接的功能，并分泌膠原酶參與創(chuàng)傷修復(fù)后的組織重建過程。在創(chuàng)傷修復(fù)的晚期，成纖維細(xì)胞如不能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止型的纖維細(xì)胞，而是向表達(dá)α-SMA的肌成纖維細(xì)胞發(fā)展，就會引起創(chuàng)面收縮或過度愈合，導(dǎo)致膽道的病理性瘢痕形成和良性狹窄[4-5]。

1.3 胰腺星狀細(xì)胞 1982年，Watari等[6]在小鼠胰腺中發(fā)現(xiàn)一種胞質(zhì)富含維生素A的細(xì)胞；1990年Ikejril[7]根據(jù)形態(tài)與HSC相似，將其正式命名為PSC。PSC主要位于胰腺腺泡細(xì)胞間，并圍繞在鄰近腺泡細(xì)胞的基底部，而不在胰島中分布。以后的研究發(fā)現(xiàn)，HSC在功能上也類似于HSC。靜息態(tài)的PSC受氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)刺激或細(xì)胞因子刺激時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顟B(tài)，并進(jìn)一步向肌成纖維細(xì)胞分化，表現(xiàn)為胞質(zhì)中脂滴消失、細(xì)胞增殖明顯、ECM成分分泌增加和降解減少、釋放多種細(xì)胞因子、具有收縮性和趨化性等特征[8]。PSC的激活和增生是胰腺纖維化發(fā)生的中心環(huán)節(jié),各種致纖維化的因素都是通過這一決定性途徑導(dǎo)致大量的ECM如I、Ⅲ型膠原、層粘蛋白、纖連蛋白等的合成并沉積在胰腺,從而導(dǎo)致胰腺纖維化。

2 TGF-β1/Smads信號通路

TGF-β1在生理狀態(tài)下主要由淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、血小板等分泌，通過細(xì)胞膜上相應(yīng)的受體和胞漿中的中介分子Smads，將刺激信號傳遞至細(xì)胞核。 其轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑如下:TGF-β1首先與細(xì)胞膜TGF-β1lI型和I型受體結(jié)合，形成II型受體—TGF-β1—I型受體三聚體復(fù)合物，再作用于胞漿中的Smad2或／Smad3，使之發(fā)生磷酸化而激活，并與Smad4結(jié)合形成復(fù)合物，轉(zhuǎn)移進(jìn)入胞核內(nèi)，作為轉(zhuǎn)錄因子與靶基因的特異序列相結(jié)合，同時(shí)核內(nèi)的轉(zhuǎn)錄共激活因子如CBP/P300和轉(zhuǎn)錄共抑制因子如Ski/SnoN家族與Smad3/Smad2—Smad4復(fù)合物競爭結(jié)合，共同調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄，如上調(diào)I型、III型膠原基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)膠原的合成，發(fā)揮組織損傷修復(fù)、連接等生理作用。當(dāng)外界刺激信號結(jié)束后，Smad3/Smad2-Smad4復(fù)合物迅速去磷酸化，胞漿和核內(nèi)的Smads蛋白也主要通過泛素-蛋白酶體系統(tǒng)迅速代謝而恢復(fù)到信號作用前的水平[9]。

Smads家族是轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的重要信號分子，其中Smad2、Smad3是受體調(diào)節(jié)型蛋白，Smad4是共同調(diào)節(jié)型蛋白，而Smad7是抑制型蛋白。TGF-β1/Smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路還可以通過正負(fù)反饋調(diào)節(jié)環(huán)路實(shí)現(xiàn)自我調(diào)控。TGF-β1通過Smads激活核內(nèi)TGF-β1啟動子，自我誘導(dǎo)內(nèi)源性TGF-β1的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞自分泌TGF-β1。同時(shí)，TGF-β1還上調(diào)I、II型受體的表達(dá)，通過Smads通路放大信號，形成正反饋調(diào)節(jié)環(huán)路。與此相反，TGF-β1還通過Smads激活核內(nèi)Smad7的啟動子，瞬時(shí)上調(diào)Smad7表達(dá)，Smad7能通過競爭性結(jié)合活化的I型受體，阻止Smad2/Smad3的磷酸化來抑制TGF-β1的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。之后，TGF-β1/Smads還通過抑制Smad3基因的表達(dá),抑制自身的信號傳遞，而此抑制作用與TGF-β1的劑量和作用時(shí)間呈正相關(guān)[10]。由此可見，TGF-β1通過激活Smad7和下調(diào)Smad3的表達(dá)形成負(fù)反饋環(huán)路抑制自身的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。

3 TGF-β1/Smads信號通路失調(diào)控與肝膽胰纖維化疾病

3.1 HSC、TGF-β1/Smads信號通路與肝纖維化 當(dāng)肝細(xì)胞受到損傷時(shí)，鄰近的肝細(xì)胞、kuffer細(xì)胞、竇內(nèi)皮細(xì)胞和血小板等分泌多種細(xì)胞因子，如腫瘤壞死因子α、轉(zhuǎn)化生長因子β、胰島素生長因子、肝細(xì)胞生長因子、血小板源性生長因子、內(nèi)皮素-1等，這些細(xì)胞因子通過旁分泌作用激活HSC,活化的HSC還可自分泌轉(zhuǎn)化生長因子β、血小板源性生長因子、內(nèi)皮素-1等細(xì)胞因子使HSC的活化狀態(tài)得以維持[11]。此時(shí)的HSC受自分泌和旁分泌的雙重調(diào)節(jié)，即使去除原發(fā)因素，仍會持續(xù)合成大量ECM成分，最終導(dǎo)致肝纖維化。

TGF-β1是目前已知的與組織纖維化形成關(guān)系最為密切的細(xì)胞因子，而且對于HSC中TGF-β1/Smads信號通路在肝纖維化中的作用已經(jīng)有了較深入的研究，不管是體外培養(yǎng)的HSC，還是臨床病人和動物實(shí)驗(yàn)，都觀察到了Smad2、Smad3 mRNA和蛋白表達(dá)水平升高和/或Smad7表達(dá)水平降低[12-13]。所以認(rèn)為，Smad7的表達(dá)降低導(dǎo)致的負(fù)反饋環(huán)路發(fā)生障礙，以及Smad2/Smad3的高表達(dá)和持續(xù)活化即正反饋環(huán)路的不斷加強(qiáng)可能是導(dǎo)致肝纖維化的根本原因之一。

3.2 膽道成纖維細(xì)胞、TGF-β1/Smads信號通路與膽道良性狹窄 王志剛等[14]采用免疫組織化學(xué)SABC法觀察到，TGF-β1在術(shù)后狹窄膽道組織中的表達(dá)較強(qiáng)，推測TGF-β1高表達(dá)是造成膽道狹窄過程中成纖維細(xì)胞增殖旺盛、細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積、瘢痕增生的重要因素。犬膽管損傷修復(fù)模型也證實(shí)，TGF-β1過度和持續(xù)表達(dá)在膽道狹窄形成中的作用[15]。Choi等[16]在體外培養(yǎng)的膽道成纖維細(xì)胞觀察到外源性TGF-β1能刺激細(xì)胞表達(dá)TGF-β1和Ⅰ型膠原。最近的研究發(fā)現(xiàn)，在23例良性膽道狹窄病人的膽道組織中，TGF-β1、TGF-β1的I型和II型受體及共同調(diào)節(jié)型蛋白Smad4的表達(dá)陽性率均較正常組升高[17]，但并沒有檢測出抑制型蛋白Smad7表達(dá)的變化，而且沒有檢測受體調(diào)節(jié)型蛋白Smad2/Smad3有無變化。所以只能認(rèn)為，TGF-β1/Smads信號通路高表達(dá)在膽道良性狹窄這一病理生理過程中其重要作用，但這一整體信號通路存在怎樣一種表達(dá)失調(diào)控尚需進(jìn)一步研究和反復(fù)證實(shí)。

3.3 PSC、TGF-β1/Smads信號通路與胰腺纖維化 對PSC的TGF-β1／Smads信號通路和胰腺纖維化的研究，目前處于進(jìn)行中。以往研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1在慢性胰腺炎病人和動物模型表達(dá)增強(qiáng)[18-19]。最近對整個(gè)TGF-β1／Smads信號通路進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究[20-22]，發(fā)現(xiàn)在diethyldithiocarbamate和dibutyltin dichloride誘導(dǎo)的大鼠胰腺纖維化模型中均存在Smad3表達(dá)升高和Smad7表達(dá)降低，抑制Smad3的表達(dá)和增強(qiáng)Smad7的表達(dá)能改善胰腺纖維化。由此推測，與TGF-β1／Smads信號通路在肝纖維化發(fā)病機(jī)制中的作用相似，在胰腺纖維化的發(fā)病過程中可能存在Smad7的低表達(dá)導(dǎo)致負(fù)反饋環(huán)路受到抑制和Smad3的高表達(dá)及持續(xù)活化，從而導(dǎo)致TGF-β1/Smad3正反饋環(huán)路的持續(xù)放大,分泌更多的ECM成分，促進(jìn)胰腺纖維化。

4 展望

肝膽胰纖維化疾病的發(fā)生和發(fā)展有驚人的相似之處:首先是損傷、炎癥或應(yīng)激誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞等釋放TGF-β1等細(xì)胞因子，后者使關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞（HSC、膽道成纖維細(xì)胞和PSC）由靜息態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顟B(tài)，分泌膠原等，發(fā)揮正常的組織修復(fù)功能；然后是某一或某些程序（可能以TGF-β1／Smads信號通路為主）失調(diào)控，使得關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞不能逆轉(zhuǎn)為靜息態(tài)或凋亡，持續(xù)處于激活狀態(tài)，分泌大量ECM成分，并向具有收縮功能的肌成纖維細(xì)胞分化，導(dǎo)致器官纖維化。深入研究TGF-β1/Smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路失調(diào)控在肝膽胰纖維化疾病中的作用，不僅可望為將TGF-β1/Smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的研究引入臨床病理生理學(xué)，闡明各種纖維化疾病的共同發(fā)病機(jī)制提供新的理論依據(jù)，而且有可能為新藥開發(fā)提供新的共同作用靶點(diǎn)。

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