TGF-β1與肝纖維化及肝癌的關(guān)系

李 瑤，張宸豪，李 妍 (吉林醫(yī)藥學(xué)院病原教研室，吉林 吉林 132013)

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 β1(TGF-β)是 Tucker在1984年發(fā)現(xiàn)的一種與多種腫瘤生長(zhǎng)相關(guān)的多肽性細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)節(jié)因子，其超家族成員至少包括5種異構(gòu)體(TGF-β1、2、3、4、5)，其中與肝臟損傷及疾病發(fā)生關(guān)系最密切的是TGF-β1。TGF-β1屬于分泌性多肽因子，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移、分化，胚胎和腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，傷口愈合，骨形成及免疫調(diào)節(jié)等多種生物學(xué)活性［1］。正常肝細(xì)胞中不存在TGF-β1或含量極低，在各種因素致肝細(xì)胞損傷時(shí)，肝細(xì)胞變性、壞死和Kupffer細(xì)胞浸潤(rùn)，Kupffer細(xì)胞合成和分泌大量的 TGF-β1。同時(shí)，受損肝細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞使血小板凝集而釋放更多的TGF-β1。研究表明 TGF-β1在肝病理?yè)p傷過(guò)程中，是導(dǎo)致肝纖維化乃至肝癌的重要的因子之一。本文就TGF-β1在肝纖維化及肝癌中的作用進(jìn)行綜述。

1 TGF-β1結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能

1.1 TGF-β1 結(jié)構(gòu)

體內(nèi)TGF-β1以無(wú)活性的前體形式存在，并以前蛋白形式被分泌，活化前的TGF-β1由391個(gè)氨基酸組成，包括TGF-β1同源二聚體、潛態(tài)相關(guān)性多肽(latency associated peptide，LAP)和潛態(tài) TGF-β 結(jié)合蛋白(latent TGF-β binding portein，LTBps)。LAP-TGF-β形成復(fù)合物后再與LTBp結(jié)合成潛在復(fù)合物的形式存在。TGF-β1必須從潛在復(fù)合物中解離出來(lái)才能與受體結(jié)合，發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，開(kāi)始多種生物學(xué)信號(hào)的傳遞［2］。成熟、有活性的 TGF-βl由2個(gè)各含112個(gè)氨基酸單體的同源二聚體多肽通過(guò)二硫鍵相連而成，形成25 kDa大小的成熟蛋白。

1.2 TGF-β1 作用機(jī)制

TGF-β1受體分為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型，I型受體與TGF-β1親和力最強(qiáng)。TGFβRI、Ⅱ結(jié)構(gòu)相似，屬絲氨酸/蘇氨酸(Ser/Thr)蛋白激酶受體［3］。TGFβRⅢ是蛋白多聚糖，相對(duì)分子量300 000，不含絲氨酸/蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)區(qū)域，不直接參與 TGF-β1信號(hào)傳遞。TGF-β1的信號(hào)傳遞依賴Ⅰ、Ⅱ型受體共同完成。TGF-β1先與TGFβRⅡ結(jié)合，TGFβRⅡ胞內(nèi)激酶磷酸化 TGFβRⅠ，共同形成異源四聚體，進(jìn)而活化。因此，Ⅰ型受體本身與 TGF-β1不結(jié)合，負(fù)責(zé)傳遞 TGF-β1信息，TGFβRⅡ是 TGF-β1 信號(hào)通路中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)［4］。

Smads蛋白是目前所知的最重要的TGFβ1受體胞內(nèi)激酶的底物［5］。分為三類，第一類受體調(diào)節(jié)性Smads，是TGFβRⅠ胞內(nèi)激酶的特異性底物，與信號(hào)通路的特異性有關(guān)，介導(dǎo)TGF-β1和活動(dòng)素的信號(hào);第二類共同介質(zhì)性Smads，是腫瘤抑制基因DPC4的產(chǎn)物，發(fā)揮 TGF-β1作為細(xì)胞增殖抑制因子的作用［6］;第三類抑制性 Smads，抑制其他兩類 Smads蛋白。

當(dāng)TGFβRⅡ胞內(nèi)激酶磷酸化 TGFβRⅠ后，活化的TGF-βⅠ型受體通過(guò) Smads錨著蛋白等募集Smads或直接結(jié)合絲裂原激活的蛋白激酶(mitogenactivated protein kinases，MAPK)等信號(hào)分子，并使之磷酸化，使信號(hào)在胞內(nèi)逐級(jí)轉(zhuǎn)遞直至轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，調(diào)控目的基因表達(dá)。

1.3 TGF-β1的生物學(xué)功能

TGF-β1突出作用是促進(jìn)膠原與基質(zhì)的形成。TGF-β1對(duì)間葉組織來(lái)源的細(xì)胞具有促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)的作用，對(duì)上皮組織、神經(jīng)外胚層來(lái)源的細(xì)胞則具有抑制其生長(zhǎng)的作用［7］。TGF-β1能通過(guò)抑制肝細(xì)胞DNA合成而誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡，通過(guò)抑制間質(zhì)細(xì)胞分泌肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)，間接抑制肝細(xì)胞分裂和增殖。Gong等［8］發(fā)現(xiàn)，在 G1 期的早期，TGF-β1 可誘導(dǎo)人結(jié)腸癌FET細(xì)胞中p21蛋白表達(dá)增加，從而抑制DNA合成及Cyclin A-CDK2和Cyclin E-CDK2復(fù)合體的活性，抑制細(xì)胞增殖，阻止腫瘤形成和發(fā)展。Zhang Shaoling和 Sophie Hüe發(fā)現(xiàn)在腫瘤疾病中TGF-β1高表達(dá)導(dǎo)致NKG2D-MICA/B信號(hào)系統(tǒng)異常，使NKG2D依賴性細(xì)胞毒素受到抑制，有助于宿主對(duì)寄生蟲的免疫逃避［9］。

2 TGF-β1與肝纖維化及肝癌

2.1 GF-β1 與肝纖維化

肝纖化是慢性肝病共有的病理改變，是肝硬化的必經(jīng)階段。TGF-β1在肝纖維化形成中的作用主要表現(xiàn)在:1)促進(jìn)ECM的沉積抑制ECM的降解［10］;2)抑制肝細(xì)胞再生;3)激活HSC轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，誘導(dǎo)纖維母細(xì)胞增殖［11］;4)調(diào)節(jié)各種細(xì)胞連接蛋白受體的表達(dá)及其與ECM的結(jié)合;5)促進(jìn)纖維母細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞、肝細(xì)胞合成分泌ECM，促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞和肝細(xì)胞自分泌大量的TGF-β1構(gòu)成局部正反饋循環(huán)。

De Bleser［12］在大鼠正常肝臟和纖維化肝臟中分離出實(shí)質(zhì)細(xì)胞及竇內(nèi)皮細(xì)胞、Kupffer細(xì)胞和星狀細(xì)胞，并檢測(cè)各種細(xì)胞對(duì)TGF-β1的表達(dá)情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，來(lái)自正常肝臟的實(shí)質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞不表達(dá)TGF-β1，Kupffer細(xì)胞對(duì) TGF-β1 的表達(dá)是 HSC 的 9倍。而在纖維化的肝臟，竇內(nèi)皮細(xì)胞和HSC對(duì)TGF-β1的表達(dá)明顯升高，肝細(xì)胞亦開(kāi)始表達(dá)TGF-β1。說(shuō)明慢性炎癥或肝纖維化時(shí)，間質(zhì)細(xì)胞對(duì)TGF-β1表達(dá)增加，且肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞對(duì) TGF-β1的表達(dá)被啟動(dòng)［13］。Tsushima H等發(fā)現(xiàn)慢性肝病患者、血吸蟲病肝纖維化患者及肝硬化患者血清TGF-β1水平均明顯高于正常，且與肝組織纖維化病理分期呈正相關(guān)，并與肝組織纖維化發(fā)展的階段性、肝纖維化程度以及肝細(xì)胞受損的嚴(yán)重程度相一致。TGF-β1又可與肝細(xì)胞膜上相關(guān)受體結(jié)合，促進(jìn)肝細(xì)胞凋亡，進(jìn)而促進(jìn)了肝纖維化的進(jìn)程［14］。另外，多數(shù)ECM由纖溶酶分解，但纖溶酶也可激活無(wú)活性TGF-β1。TGF-β1調(diào)節(jié)竇內(nèi)皮細(xì)胞合成分泌纖溶酶原激活因子抑制劑，正常生理狀態(tài)下，各因子間相互協(xié)調(diào)，處于相對(duì)平衡，保持ECM分解與降解的平衡。但在肝纖維化時(shí)，間質(zhì)細(xì)胞合成分泌TGF-β1增加，促使纖溶酶原激活因子抑制劑合成增加，導(dǎo)致血漿纖溶酶含量下降，從而抑制了ECM的降解?，F(xiàn)已有資料可證實(shí)，在肝臟損傷的急性期ECM合成增加，無(wú)肝纖維化形成，此階段合成與降解兩者之間處于平衡狀態(tài)。當(dāng)病程進(jìn)入慢性化階段，降解速度減慢ECM在肝內(nèi)大量沉積，形成肝纖維化。TGF-β1還可通過(guò)抑制HSC合成膠原蛋白酶，促進(jìn)HSC對(duì)基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑(TIMP)的表達(dá)，從而抑制間質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)的活性，最終抑制ECM的降解。由此打破了ECM合成與降解的平衡，使ECM沉積增多，加速肝纖維化的發(fā)展［15］。

2.2 TGF-β1 與肝細(xì)胞癌

在肝癌的發(fā)生及發(fā)展過(guò)程中，TGF-β1是肝癌發(fā)生的重要細(xì)胞因子。TGF-β1本是控制肝細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖的重要細(xì)胞因子，但現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)TGF-β1在肝細(xì)胞癌患者中呈高表達(dá)，且與腫瘤分化程度明顯相關(guān)，TGF-β1的表達(dá)水平隨腫瘤細(xì)胞分化程度的降低而增強(qiáng)，提示 TGF-β1可作為肝細(xì)胞癌早期診斷的指標(biāo)［16］。肝組織中 TGF-β1 mRNA表達(dá)水平在慢性肝病組、肝硬變組和肝癌組均顯著高于正常對(duì)照組。TGF-β1在肝癌的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移過(guò)程中起著雙向調(diào)節(jié)作用。腫瘤早期，TGF-β1通過(guò)抑制cmy-c基因表達(dá)及促進(jìn)P53蛋白去磷酸化等機(jī)制，阻滯細(xì)胞周期從G1期進(jìn)入到S期并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)［17］。而在腫瘤中、晚期，TGF-β1 卻起到了促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的作用，TGF-β1在肝細(xì)胞癌(HCC)中過(guò)表達(dá)卻不能抑制HCC細(xì)胞增殖，可能與其受體缺陷有關(guān)。

3 展望

TGF-β1與肝細(xì)胞損傷、肝纖維化、肝硬化及肝腫瘤的發(fā)生都密切相關(guān)。同時(shí)，TGF-β1表達(dá)水平也與其他疾病密切相關(guān)，如妊娠期高血壓疾病、腎小球疾病、腎臟疤痕的形成、慢性腎臟疾病、腎纖維化腎小球硬化、腎間質(zhì)纖維化。TGF-β1基因多態(tài)性還與椎間盤疾病相關(guān)。在慢性病毒性肝炎、葡萄胎、先兆子癇等滋養(yǎng)層細(xì)胞相關(guān)妊娠疾病、急性心肌梗死病、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病、垂體腺瘤纖維化、涎腺疾病和纖維化疾病中TGF-β1也都發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。因此，研究TGF-β1在肝損傷中的作用對(duì)疾病的治療、預(yù)后有著更重要的意義。

［1］Sugawara K，Kizaki K，Herath C B，et al.Transforming growth factor beta family expression at the bovine feto-maternal interface［J］.Reprod Biol Endocrinol，2010，8(1):120-131.

［2］Lee W R，Park J H，Kim K H，et al.Protective effects of melittin on transforming growth factor-β1 injury to hepatocytes via anti-apoptotic mechanism［J］.Toxicol Appl Pharmacol，2011，256(2):209-215.

［3］Kapoun A M，Gaspar N J，Wang Y，et al.Transforming growth factor-beta receptor type 1(TGFbetaRI)kinase activity but not p38 activation is required for TGFbetaRI-induced myofibroblast differentiation and profibrotic gene expression［J］.Mol Pharmacol，2006，70(2):518-531.

［4］Galat A.Common structural traits for cystine knot domain of the TGFβ superfamily ofproteinsand three-fingered ectodomain of their cellular receptors［J］.Cell Mol Life Sci，2011，68(20):3437-3451.

［5］Lan H Y，Chung A C.Transforming growth factor-β and Smads［J］.Contrib Nephrol，2011，170:75-82.

［6］Do T V，Kubba L A，Du H，et al.Transforming growth factor-beta1，transforming growth factor-beta2，and transforming growth factor-beta3 enhance ovarian cancer metastatic potential by inducing a Smad3-dependent epithelial-to-mesenchymal transition［J］.Mol Cancer Res，2008，6(5):695-705.

［7］Pan X，Dai Y，Li X，et al.Inhibition of arsenic-induced rat liver injury by grape seed exact through suppression of NADPH oxidase and TGF-β/Smad activation［J］.Toxicol Appl Pharmacol，2011，254(3):323-331.

［8］Gong J，Ammanamanchi S，Ko T C，et al.Transforming growth factor beta 1 increases the stability of p21/WAF1/CIP1 protein and inhibits CDK2 kinase activity in human colon carcinoma FET cells［J］.Cancer Res，2003，63(12):3340-3346.

［9］Zhang Shaoling，Hüe S，Sène D，et al.Expression of major histocompatibility complex class I chain-related molecule A，NKG2D，and transforming growth factor-beta in the liver of humans with alveolar echinococcosis:new actors in the tolerance to parasites?［J］.J Infect Dis，2008，197(9):1341-1349.

［10］Li J H，Huang X R，Zhu H J，et al.Role of TGF-beta signaling in extracellular matrix production under high glucose conditions［J］.Kidney In，2003，63(6):2010-2019.

［11］Kawelke N，Vasel M，Sens C，et al.Fibronectin protects from excessive liver fibrosis by modulating the availability of and responsiveness of stellate cells to active TGF-β［J］.PLoS One，2011，6(11):e28181.

［12］De Bleser P J，Niki T，Rogies V.Transforming growth factor beta gene expression in normal and fibrotic rat liver［J］.J Hepatol，1997，26(4):886-893.

［13］Yang J，Zheng J，Wu L，et al.NDRG2 Ameliorates Hepatic Fibrosis by Inhibiting the TGF-β1/Smad Pathway and Altering the MMP2/TIMP2 Ratio in Rats［J］.PLoS One，2011，6(11):e27710.

［14］Bourd-Boittin K，Bonnier D，Leyme A，et al.Protease profiling of liver fibrosis reveals the ADAM metallopeptidase with thrombospondin type 1 motif，1 as a central activator of transforming growth factor beta［J］.Hepatology，2011，54(6):2173-2184.

［15］Verrecchia F，Mauviel A.Transforming growth factor-beta and fibrosis［J］.World J Gastroenterol，2007，13(22):3056-3062.

［16］Ozaki I，Hamajima H，Matsuhashi S，et al.Regulation of TGF-β1-induced pro-apoptotic signaling by growth factor receptors and extracellular matrix receptor integrins in the liver［J］.Front Physiol，2011，2:78.

［17］Morris S M，Baek J Y，Koszarek A，et al.TGF-β signaling promotes hepatocarcinogenesis induced by p53 loss［J］.Hepatology，2011，55(1):121-131.