TGF-β與缺血性腦卒中

盧昌均 曾鑒源

TGF-β與缺血性腦卒中

盧昌均 曾鑒源

TGF-β是一類多肽信號分子, 其生物學(xué)功能復(fù)雜而又豐富, 可在調(diào)節(jié)細胞生長、分化、發(fā)育等方面發(fā)揮著重要的作用, 與某系疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。人們可通過了解TGF-β表達水平的變化來診斷疾病以及監(jiān)測疾病進程, 甚至可以通過干預(yù)其表達水平來治療疾病。本文將初步探討TGF-β以及其與缺血性腦卒中的關(guān)系。

轉(zhuǎn)化生長因子-β；受體；缺血性腦卒中

經(jīng)研究表明TGF-β為結(jié)構(gòu)上相似而同時又具有相關(guān)性的一類轉(zhuǎn)化生長因子, 擁有超過30種多肽生長因子, 根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能可分為三類, 其中包括活化素、TGF-β以及骨形成蛋白等。TGF-β在體內(nèi)多種組織和細胞內(nèi)均有表達,例如成纖維細胞、骨骼及細胞外基質(zhì)、上皮細胞以及各種組織細胞等。TGF-β家族成員具有復(fù)雜而豐富的生物學(xué)功能,可參與細包括胞生長、轉(zhuǎn)移、炎癥、血管生成、組織修復(fù)、腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移在內(nèi)的多種功能。由于TGF-β家族成員在不同器官的多種疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮不同的作用, 因此人們可通過了解其表達水平的變化來診斷和監(jiān)測疾病進程, 甚至可通過干預(yù)其水平來治療疾病。本文將初步探討TGF-β以及其與缺血性腦卒中的關(guān)系。

1 TGF-β 家族

TGF-β是一類分泌型多肽信號分子, 包括TGF-β、活化素與BMP［1］。TGF-β目前已經(jīng)被應(yīng)用到哺乳動物的相關(guān)生理與病理過程, 其能夠控制細胞增殖以及分化, 因此在胚胎與腫瘤發(fā)展以及免疫調(diào)節(jié)等過程中起到一定的作用。

經(jīng)相關(guān)實驗表明TGF-β至少有6個結(jié)構(gòu)相關(guān)的份子(TGFβ1, 2, 3, 4, 5, 6), 而在一般的哺乳動物里, 現(xiàn)在僅發(fā)現(xiàn)了三種亞型, 也就是 TGF-β1、β2和β3。在正常組織中都會發(fā)現(xiàn)上述亞型, 利用差異化的表面受體, 以其分泌等機制起到對機體的控制作用。現(xiàn)在, 一些資料顯示最少有(24±1)個基因編碼和 TGF-β 超家族有一定的聯(lián)系。只要是TGF-β 超家族成員均與 TGF-β1有基本相同的序列, 有(72±8)的其亞型氨基酸序列存在同源性。人類編碼的TGF-β1定位于染色體 19q13 上, 在內(nèi)皮細胞和結(jié)締組織細胞表達。因為超家族成員的同源性, 所以TGF-β的每一個亞型在一些生物反應(yīng)過程里顯示出近乎相同作用, 但是TGF-β1所占有的比例較高, 超過了(88±3)%, 且最有活性, 為結(jié)締組織成長的助動因子, 同樣為上皮再生以及造血系統(tǒng)的主要影響因素。

2 TGF-β1的產(chǎn)生

一般來說內(nèi)皮細胞與多種結(jié)締細胞均能夠分泌出TGF-β1。在分泌出TGF-β1后還是以非共價鍵方式和其前肽相融合, 同樣TGF-β受體不會予以識別, 且為非激活狀態(tài)。而一般體內(nèi)細胞所生成的非活性 TGF包括下述兩種：第一種為TGF-β1與非活性亮氨酸氨基肽酶結(jié)合為小的非活性混合物；而第二種則為和LAP與其潛在TGF-β結(jié)合蛋白所生成的非活性混合物。利用LTBPs錨定在細胞外基質(zhì), 從而在細胞外部附近產(chǎn)生TGF-β1的預(yù)備池。這會讓TGF-β1在需要釋放時可以第一時間釋放且發(fā)揮它的全部活性, 不需要再等待其重新合成。

3 TGF-β1的激活

LTBPs 為TGF-β1生物活性的主要調(diào)節(jié)分子, 而TGF-β1在蛋白質(zhì)氨基酸中剔除與 LTBPs 像連的羧基端前區(qū)因此達到激活的目的。LTBPs 調(diào)節(jié) TGF-β1利用下述方式去實現(xiàn)：①利用谷氨酰轉(zhuǎn)移酶的功能把非活性 TGF-β和細胞外基質(zhì)共價鍵相結(jié)合, 讓其錨定在細胞外基質(zhì)相應(yīng)的位置, 因此去阻滯相應(yīng)的受體進行結(jié)合；②選擇進行傳導(dǎo)的TGF-β種類；③利用決定釋放以及錨定TGF-β的多少, 調(diào)整信號輸出的制衡。一般情況下LAP 是利用相應(yīng)的蛋白酶誘導(dǎo)裂解以及和一些蛋白進行反應(yīng), 讓TGF-β1-LAP 間的非共價鍵斷開,從而分泌出成熟的TGF-β1和受體進行結(jié)合而發(fā)揮其應(yīng)有的活性。

4 TGF-β1的受體

據(jù)相關(guān)資料顯示, 目前有8種TGF-β受體其中包括Ⅰ型受體、TβR-Ⅱ、TβR-Ⅲ、Ⅳ型受體、Endoglin、PLBPs還有GI-210。在 TGF-β1/Smad3 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中, 起信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用的為TβR-Ⅰ以及 TβR-Ⅱ兩種, 這兩種均為絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶受體。而TβR-Ⅱ不存在其特異性,因此能利用和配體的結(jié)合進行信號的傳輸；而TβR-Ⅰ在與TβR-Ⅱ相遇時, TβR-Ⅰ與結(jié)合配體具有高親和力。TβR-Ⅰ在很大程度上都影響著TGF-β反應(yīng)的特異性, 同時還影響著其一些生物學(xué)功能。TβR-Ⅰ為TGF轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑的核心要素。而在TβR-Ⅰ的結(jié)構(gòu)中有一個楔形 GS 的區(qū)域,在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)環(huán)節(jié), TβR-Ⅱ胞質(zhì)區(qū)的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶結(jié)構(gòu)域可以將TβR-Ⅰ GS 區(qū)域的絲氨酸/蘇氨酸磷酸化去激活TR-Ⅰ激酶, 而此激酶再磷酸化下游 Smads 底物, 最后會將TGF-β的信號從細胞外傳遞到細胞中。

5 TGF-β1的調(diào)控

TGF-β家族主要通過Smad蛋白傳遞信號, 目前研究較多的是 TGF-β1/Smad3 通路。它所構(gòu)成的信號路徑均參影響其它信號路徑, 而且又在各個層面上受到相關(guān)因素的制約。TGF-β 信號路徑的調(diào)節(jié)是利用很多機制以及一些差異化的調(diào)節(jié)因子去實現(xiàn)的。抑制型 Smad 蛋白為TGF-β信號調(diào)控的主要因素, 在調(diào)節(jié)TGF-β 信號路徑環(huán)節(jié)有著非常重要的影響。雖然負調(diào)控因子也可以存在于各個信號路徑, 不過在TGF-β信號路徑中卻顯得十分特殊, 由于其與一些路徑中的組成蛋白在結(jié)構(gòu)上具有相似性。另外, TGF-β信號通路能夠在各種細胞中誘導(dǎo)出現(xiàn)一些負調(diào)控蛋白, 因此能夠利用負反饋的方式去對其余信號路徑予以調(diào)控?，F(xiàn)在已對TGF-β信號路徑中一些蛋白的負調(diào)控機理有了較為深入的研究, 比如在結(jié)構(gòu)上和 TGF-β家族配體有聯(lián)系的 Lefty1以及 Lefty2蛋白可以通過與 activin 競爭性結(jié)合 activin 受體來實現(xiàn)負調(diào)控但并不形成二聚體［2,3］。而且, Inhibins是通過α鏈與β鏈所構(gòu)建的二聚體, 能夠與β鏈二聚體所構(gòu)建的activin互相制衡。而Smad家族中的I-Smads具有保守的C端MH2結(jié)構(gòu)域, 可以與激活的I型受體與R-Smads互相作用,從而遏制細胞中信號的傳輸, 同樣是TGF-β信號路徑負調(diào)控的核心, 通過相關(guān)數(shù)據(jù)顯示I-Smads參與了信號的終止。

6 TGF-β1在缺血性腦卒中中的表現(xiàn)

目前研究發(fā)現(xiàn), 缺血性腦卒中后的第1天、第3天、第6天血清TGF-βl顯著少于正常值, 而第15天患者的血清TGF-β1的程度則近似于正常值。Krupinski等對缺血性腦卒中死亡患者在死亡一天內(nèi)分別采集器大腦中缺血區(qū)以及病灶對側(cè)腦相關(guān)組織予以TGF-β1經(jīng)研究得知, 缺血區(qū)表達非常強, 半暗帶區(qū)的表達最強, 但是對側(cè)腦的組織表達則明顯偏弱, 所以認為缺血早期血清的TGF-β1程度下降很可能是因為TGF-β1被過度使用以及積聚在組織所造成。而動物模型實驗同樣支持此觀點。

另外有研究發(fā)現(xiàn), TGF-β水平與梗死灶的大小及病情輕重?zé)o明顯相關(guān)性。因發(fā)病時病情的嚴重程度不但和梗死灶面積有練習(xí), 同時還與梗死位置有關(guān), 病初血清TGF-β1程度反應(yīng)的是在腦梗死后缺氧以及缺血刺激下的調(diào)節(jié)水平, 所以血清TGF-β1程度和梗死灶的面積與病情程度沒有顯著聯(lián)系。

7 TGF-β1的表達對腦的保護作用

研究表明, TGF-β1在急性腦缺血時表達增加, 可減輕腦缺血損傷而發(fā)揮腦保護作用：①神經(jīng)保護和抗凋亡：TGF-β1能增加神經(jīng)元抗凋亡因子基因表達, 抑制凋亡的發(fā)生。從而使缺血半影區(qū)的神經(jīng)元存活的時間增加, 加強組織的修復(fù)。②促血管生成：TGF-β1是強有力的血管生長調(diào)節(jié)因子, 能夠激活缺血半影區(qū)的血管內(nèi)皮細胞的功能以促進微血管的增生。③抗黏附分子作用:TGF-β1可抑制內(nèi)皮細胞表達 E-選擇素, 減少循環(huán)血中白細胞貼壁可能以及其沿內(nèi)皮細胞滾動, 從而減少白細胞浸潤。④免疫調(diào)節(jié)作用：TGF-β1可直接或間接的通過促進星形膠質(zhì)細胞產(chǎn)生IL-6, 繼而抑制TGF-α生的生成, 最終保護中樞神經(jīng)系統(tǒng)。⑤抗炎、抗氧化作用：TGF-β1可抑制白細胞功能, 對抗TGF-α對白細胞的遷移作用, 此外還可以拮抗一氧化氮(NO)、興奮性氨基酸的神經(jīng)毒性、增加神經(jīng)元Bcl-2基因表達, 防止神經(jīng)元Ca2+超載。

綜上所述, TGF-β作為分泌型多肽信號分子, 可廣泛參與哺乳動物的各種病理生理過程, 與缺血性腦卒中的關(guān)系密切, TGF-β1可以作為腦梗死早期預(yù)防及預(yù)測的生物學(xué)標(biāo)志物。

［1］ 曾惠芬, 王慶文.轉(zhuǎn)化生長因子-β及其Smad信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究進展.中國藥物與臨床, 2010, 10(10): 1145-1147.

［2］ 張淑芬, 石學(xué)魁, 王亞賢.中藥活腦康對腦缺血大鼠腦組織TGF-β1蛋白表達影響的實驗研究.中國中醫(yī)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)雜志, 2005, 11(12):906-907.

［3］ 周建美, 周華東, 呂受卿.急性腦缺血TGF-β1表達的實驗研究.安徽醫(yī)學(xué), 2002, 23(1):5-7.

545001 柳州市中醫(yī)院腦病科