EMT與器官纖維化發(fā)生關(guān)系的研究進展

王 江 綜述，陳東風 審校

1.中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學學員旅三隊，重慶400038;2.第三軍醫(yī)大學大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所消化內(nèi)科

1 EMT 的概念

EMT即上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition)是Greenberg和Hay在1982年首次提出的概念，他們在凝膠中培養(yǎng)的晶狀體上皮細胞失去了極性，轉(zhuǎn)變成為具有偽足的間質(zhì)樣細胞［1］。目前認為EMT在胚胎的形成與發(fā)育、腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移，以及組織愈合和器官纖維化等生理和病理過程中起著重要的作用［2］。

EMT不僅有細胞表型的改變，還包括細胞標志的改變，主要表現(xiàn)為失去上皮細胞標志，獲得間質(zhì)細胞標志，包括上皮細胞極性消失，E-鈣黏蛋白、角蛋白、ZO-1蛋白水平的下調(diào)，間質(zhì)細胞的標志FSP-1/S100A4、α-SMA、波形蛋白表達的上調(diào)。此外，發(fā)生EMT的細胞還可使纖維連接蛋白、Ⅰ/Ⅲ型膠原蛋白、金屬基質(zhì)蛋白酶的表達增加［3-4］。

2 EMT的發(fā)生機制

多種生長因子、細胞因子、激素都可以誘導或促進EMT的發(fā)生，比如表皮生長因子(EGF)、轉(zhuǎn)化生長因子(TGF-β)、胰島素樣生長因子(IGF)、成纖維細胞生長因子(FGF)、血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)等。近年來的研究發(fā)現(xiàn)某些microRNA也可以誘導EMT的發(fā)生，其中TGF-β是最為重要的誘導分子，在EMT所參與的胚胎發(fā)育、腫瘤轉(zhuǎn)移、器官纖維化中均起著重要的作用［5-7］。Meng等研究發(fā)現(xiàn)足糖萼蛋白(podocalyxin)可以上調(diào)TGF-β誘導EMT發(fā)生的能力。低水平的足糖萼蛋白將影響TGF-β誘導的E-鈣黏蛋白的減少和波形蛋白的增加［8］。值得注意的是TGF-β具有一定的抗炎作用，如果完全阻止TGF-β的表達，小鼠將會死于炎癥［9］。

2.1 TGF-β/Smad TGF-β 超家族由 TGF-β 亞型(TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3)、激活素、骨橋蛋白(BMP)組成，其中TGF-β1在哺乳動物中的含量最高，也是最先發(fā)現(xiàn)的，它可以通過TGF-β/Smad通路誘導EMT的發(fā)生。Smad家族主要包括3種類型，第一種為受體調(diào)節(jié)型(R-Smad)，包括 Smad1、2、3、5、8;第二種為共同通道型(Co-Smad)，包括Smad4;第三種為抑制型(Ⅰ-Smads)，包括 Smad6和 Smad7。其中 R-Smad和 Co-Smad具有兩段同源序列，它們在TGF-β/Smad通路中起轉(zhuǎn)錄激活作用。Ⅰ-Smads具有抑制TGF-β/Smad通路的作用［10］。

TGF-β1具有3種跨膜的絲氨酸/蘇氨酸激酶受體，即 TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ、TGF-βRⅢ，TGF-β1 首先與位于TGF-βRⅡ的胞外段相結(jié)合，使位于胞內(nèi)側(cè)的TGF-βRⅠ發(fā)生磷酸化而被激活?；罨腡GF-βRⅠ然后激活下游的Smad2和Smad3，然后再與Smad4相結(jié)合，形成Smad復合體進入細胞核中，與特定的DNA序列相結(jié)合，從而調(diào)控轉(zhuǎn)錄［3］。

2.2 Wnt/β-catenin Wnt/β-連環(huán)蛋白是 EMT 發(fā)生的另外的一條重要的信號通路。細胞外的Wnt與細胞膜上的Fz受體結(jié)合，將信號傳遞到細胞內(nèi)，導致GSK-3β表達的抑制，引起細胞內(nèi)的β-catenin的集聚，最終進入細胞核中可與轉(zhuǎn)錄因子LEF/TCF相結(jié)合，激活編碼纖維連接蛋白、波形蛋白、金屬蛋白酶、Snail家族蛋白等的基因，發(fā)生 EMT。此外，IGF-Ⅱ、Ras、ILK均可以使β-catenin在細胞質(zhì)中保持一定的水平，有利于EMT的發(fā)生。如果GSK-3β在沒有被抑制的情況下，可使β-catenin的磷酸化被抑制，β-catenin將與E-鈣黏蛋白結(jié)合，介導細胞間的黏附［11-12］。

除了以上兩條途徑，EMT的發(fā)生還有其他的信號通路的參與，例如Notch、ERK1/2、RhoA等，各通路之間又有相互的聯(lián)系，共同構(gòu)成一個信號網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，參與EMT的發(fā)生。

3 EMT參與纖維化的發(fā)生

纖維化是許多疾病的一個共同的病理過程，它的形成可以大概分為三個過程:①受損的上皮細胞釋放細胞因子，引起炎癥細胞在受損部位的聚集;②聚集的炎癥細胞分泌細胞因子，引起上皮細胞的損害，成纖維細胞的增生和間質(zhì)蛋白的產(chǎn)生;③炎癥減退，受損器官纖維化的形成。隨著對纖維化機制研究的深入，近年來發(fā)現(xiàn)EMT在器官纖維化的形成中起著重要的作用。目前發(fā)現(xiàn)腎、肝、肺、眼等器官的纖維化都有EMT 的發(fā)生［3，13］。

3.1 腎纖維化 腎間質(zhì)纖維化是幾乎所有的慢性腎臟疾病(CKD)發(fā)展到終末期的共同通路，其主要表現(xiàn)為細胞間質(zhì)的增多，引起腎小管的損傷。腎間質(zhì)纖維化的主要特征為細胞間黏附力降低，α-SMA和FSP1的表達，肌動蛋白重組，腎小管基底膜的破壞，細胞轉(zhuǎn)移和侵襲力的提高［14］。

Strutz等［15］最早報道了EMT存在于腎纖維化中，他發(fā)現(xiàn)經(jīng)毒物刺激后腎小管的上皮細胞可以表達FSP1，而FSP1只在成纖維細胞上表達，因此認為腎小管的上皮細胞發(fā)生了EMT，轉(zhuǎn)變成了間質(zhì)細胞。Iwano等［16］利用單側(cè)輸尿管梗阻(UUO)模型研究發(fā)現(xiàn)在腎間質(zhì)纖維化中，新形成的成纖維細胞中約36%來源于EMT，約14% ～15%來源于骨髓干細胞，其余來自本身組織中的成纖維細胞的增殖。TGF-β也可引起細胞凋亡的發(fā)生，主要導致足細胞凋亡，可引起腎小球纖維化，血管球和管周的微血管損害和腎小管萎縮［9］。最近有學者研究發(fā)現(xiàn)腎小球的足細胞在纖維化中也有EMT的發(fā)生，引起足細胞的功能障礙，導致腎小球濾過功能障礙，產(chǎn)生蛋白尿［20］。在臨床中，EMT細胞標記的出現(xiàn)總是先于組織病理的改變，并且它們的敏感性較高，因此，這些標志可以作為腎纖維化的一個篩查指標，也可用于抗纖維化藥物療效的評價。目前，臨床擬將波形蛋白和β-連環(huán)蛋白的聯(lián)合檢查作為腎小管損害的檢測指標，但其可靠性和可行性還在進行評價之中［18］。在對糖尿病腎病、狼瘡性腎病、IgA腎病等患者進行腎組織活檢中發(fā)現(xiàn)，其腎小管有FSP1、波形蛋白等間質(zhì)細胞標志的表達，且其與腎功能的下降具有一定的關(guān)聯(lián)性［14］。

3.2 肝纖維化 持續(xù)的慢性肝損傷會引起大量的細胞外基質(zhì)(大多為Ⅰ型膠原蛋白)的沉積，發(fā)生纖維化。如不及時對纖維化進行干預，最終會導致肝硬化的發(fā)生，造成肝臟的不可逆損傷。以往研究認為肝星狀細胞(HSC)在肝纖維化過程中起著關(guān)鍵的作用［19］。但許多學者針對引起纖維化的HSC的激活和膠原蛋白沉積的機制進行抗纖維化藥物的研究，并沒有研制出具有特效的終止肝纖維化向肝硬化進展和逆轉(zhuǎn)肝纖維化的藥物。

近年來，不少學者提出EMT可能是肝纖維化另外一條重要的機制。Kaimori等［20］將小鼠的離體肝細胞進行培養(yǎng)，觀察到上皮細胞基因的表達下調(diào)，間質(zhì)細胞基因的表達得到上調(diào)，α-SMA、FSP1、膠原蛋白等間質(zhì)細胞的標志表達增加，并且它們的轉(zhuǎn)移能力也增強，說明肝細胞可以發(fā)生 EMT。Zeisberg等［21］利用 CC l4刺激轉(zhuǎn)基因的小鼠(這類小鼠的肝細胞可以表達β-半乳糖苷酶)來制作肝纖維化模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在纖維化區(qū)域有大量FSP1陽性的細胞沉積，且這些細胞中有45%的細胞也表達β-半乳糖苷酶，這有力地說明了EMT為肝纖維化的機制之一。最近，有研究認為HSC的來源也與EMT有關(guān)，并且HSC在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞和肝細胞［2］。此外，Omenetti等［22］發(fā)現(xiàn)EMT在膽管纖維化中也起著重要的作用。他還在PBC的病人的肝臟切片中觀察到有間質(zhì)細胞標志(FSP1)的表達。

4 EMT的逆轉(zhuǎn)

臨床上一直缺乏對纖維化有效的治療措施，對纖維化EMT機制的逐漸深入研究，為纖維化的治療提供了一條新思路。EMT的調(diào)控是一個較為復雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，理論上只要阻斷EMT發(fā)生的通路，就可以有效地防止或逆轉(zhuǎn)纖維化的進程。目前研究發(fā)現(xiàn)骨形態(tài)發(fā)生蛋白-7(BMP-7)、肝細胞生長因子(HGF)、Smad7等都具有逆轉(zhuǎn)EMT的作用［23-24］。

4.1 BMP-7逆轉(zhuǎn)EMT BMP-7屬于TGFβ超家族的一員。Zeisberg等［21］將 rhBMP7和 TGF-β1一并加入肝細胞培養(yǎng)液中進行培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)肝細胞并未發(fā)生EMT。此外，在用CCl4注射小鼠制備肝纖維化模型前2周和注射CCL4后2周時分別注射rhBMP7，6周后進行肝臟切片進行觀察，發(fā)現(xiàn)這兩組發(fā)生纖維變性的區(qū)域都明顯少于空白對照組。BMP-7抑制EMT的機制主要是通過與其ALK3/6受體相結(jié)合，激活Smad1、Smad5和Smad8，然后與Smad4形成復合體，競爭性抑制TGFβ1與其受體結(jié)合，從而抑制EMT的發(fā)生，增加E-鈣黏蛋白的表達和恢復上皮細胞的表型［25］。

4.2 HGF逆轉(zhuǎn)EMT HGF是一個重要的抗纖維化的因子，并在組織的修復和再生上具有重要的作用［24］。HGF主要是通過與其受體c-met相結(jié)合，下調(diào)TGFβ誘導EMT的作用。Yang等在研究發(fā)現(xiàn)HGF在離體和在體實驗中都可阻止EMT的發(fā)生，使α-SMA的表達降低，保持細胞間的黏附性，防止細胞表型的轉(zhuǎn)換［26］。

4.3 中醫(yī)中藥 Pan等［27］研究發(fā)現(xiàn)丹參在腎纖維化的治療中起著重要作用，丹參縮酚酸(Sal B)是丹參中含量最為豐富的生物活性分子。研究發(fā)現(xiàn)Sal B對EMT的作用存在劑量效應(yīng)關(guān)系，在體外試驗中，小劑量的Sal B可以作用于TGFβ通路，阻止EMT的發(fā)生。隨著劑量的增大，Sal B可以完全逆轉(zhuǎn)EMT的過程，存在重要的治療意義。

隨著對EMT研究的深入，EMT在纖維化中的作用得到越來越多學者的支持。但是EMT的研究仍有不少難題，比如，目前還沒有十分準確的方法來確定發(fā)生EMT細胞的來源。明確纖維化的機制，將對纖維化治療藥物的開發(fā)具有十分重要的意義。

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