TGF-β調(diào)控自噬活性研究進(jìn)展

王雅雯 綜述，徐 普 審校

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬?？卺t(yī)院口腔醫(yī)學(xué)中心，海南 ?？?570208)

·綜 述·

TGF-β調(diào)控自噬活性研究進(jìn)展

王雅雯 綜述，徐 普 審校

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬?？卺t(yī)院口腔醫(yī)學(xué)中心，海南 ?？?570208)

自噬是細(xì)胞成分更新、發(fā)育、分化的重要調(diào)控機(jī)制，對(duì)維持蛋白代謝平衡及細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定具有重要意義。TGF-β是一種具有多種功能的多肽生長(zhǎng)因子，可促進(jìn)細(xì)胞的增殖與分化，細(xì)胞的粘附、遷移和凋亡，參與了自噬活性的調(diào)控。

自噬；TGF-β；自噬基因；自噬信號(hào)通路

自噬是廣泛存在于真核生物中的保守的代謝過程，是細(xì)胞成分更新、發(fā)育、分化的重要調(diào)控機(jī)制，對(duì)維持蛋白代謝平衡及細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定具有重要意義。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(Transforming growth factor β，TGF-β)是一種具有多種功能的多肽生長(zhǎng)因子，可促進(jìn)細(xì)胞的增殖與分化，細(xì)胞的粘附、遷移和凋亡，是多種免疫細(xì)胞的自分泌或旁分泌調(diào)節(jié)因子[1]。目前的研究表明，生長(zhǎng)因子參與了自噬活性的調(diào)控，而生長(zhǎng)因子TGF-β就是其中之一，本文就此做一綜述。

1 自噬

自噬是廣泛存在于真核生物中的保守的代謝過程，是細(xì)胞成分更新、發(fā)育、分化的重要調(diào)控機(jī)制，對(duì)維持蛋白代謝平衡及細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定具有重要意義。正常情況下細(xì)胞保持基礎(chǔ)自噬水平，而在許多代謝應(yīng)激的狀態(tài)下，如饑餓、低氧、高溫、激素水平改變、生長(zhǎng)因子缺乏時(shí)自噬被激活，促進(jìn)細(xì)胞生存從而引發(fā)一系列的基本生理功能如發(fā)育、分化和組織改建[2]。

自噬在機(jī)體的免疫、感染、炎癥、腫瘤、心血管病、神經(jīng)退行性病的發(fā)病中都具有十分重要的作用[3]。在機(jī)體免疫反應(yīng)中，自噬不僅能清除侵入的病原菌，而且能提高慢性感染性疾病和自身免疫性疾病的治療效果[4-5]。如在心臟衰竭的研究中，自噬功能的活化是把雙刃劍，對(duì)于單純的心肌局部缺血而言，自噬有利于心肌局部缺血修復(fù)，但是對(duì)于缺血后的再灌注，自噬功能的活化則不利于心臟功能的恢復(fù)[6]。有學(xué)者通過對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有自噬相關(guān)基因缺陷的小鼠模型研究，結(jié)果提示自噬的激活能有效地清除有絲分裂后受損傷的神經(jīng)元細(xì)胞，自噬不僅在維持神經(jīng)元內(nèi)環(huán)境和性狀的穩(wěn)定中起著關(guān)鍵的作用，在神經(jīng)元軸突的生長(zhǎng)和成熟過程中同樣起著重要的作用[7]。

2 參與TGF-β調(diào)控自噬的自噬相關(guān)基因

在自噬過程中，自噬啟動(dòng)受自噬相關(guān)基因(Autophagy related gene，ATG)調(diào)控，目前被分離鑒定的哺乳動(dòng)物ATG已超過30種，依其功能的不同可分為四組：①來自于TOR(Target of rapamycin TOR)激酶信號(hào)通路的ATG1復(fù)合物，該復(fù)合物涉及自噬體形成的初始、成核及延伸階段；②Beclin1/ClassⅢPI3K復(fù)合物，主要涉及自噬體的成核階段；③兩個(gè)泛素類結(jié)合系統(tǒng)，ATG12和LC3系統(tǒng)，在自噬體形成的延伸階段初期ATG12與ATG5結(jié)合，促進(jìn)LC3的結(jié)合和磷酸化；④由ATG1和ATG9控制的反饋途徑，在自噬體形成的的過程中，介導(dǎo)ATG蛋白在自噬體膜的轉(zhuǎn)運(yùn)[8]。

自噬活性的改變受許多自噬相關(guān)基因所調(diào)控。有研究表明，TGF-β能增加Bim蛋白的表達(dá)，從而增強(qiáng)該蛋白與自噬誘導(dǎo)關(guān)鍵基因Beclin 1和LC3的結(jié)合，抑制自噬的發(fā)生[9-10]。Tra等[11]發(fā)現(xiàn)Ⅱ型TGF-β受體抑制劑SB431542作用人胚胎干細(xì)胞時(shí)，LC3 II表達(dá)上升，細(xì)胞自噬活性增強(qiáng)。TGF-β作用后的腎小球系膜細(xì)胞(Mesangial Cells，MMC)LC3表達(dá)升高，自噬被活化，而TAK-1蛋白在其中起著關(guān)鍵的作用[12]。Beclin 1基因缺失或是被沉默的小鼠MMC中Ⅰ型膠原蛋白的表達(dá)高于基本水平，而在TGF-β處理該細(xì)胞時(shí)Ⅰ型膠原蛋白的表達(dá)明顯升高[13]。Kiyono等[14]的團(tuán)隊(duì)對(duì)肝癌細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞的研究結(jié)果表明，TGF-β作用細(xì)胞后LC3表達(dá)明顯升高，自噬被激活，Beclin 1、ATG5及ATG7等自噬相關(guān)基因表達(dá)水平升高，通過siRNA下調(diào)Beclin 1、ATG5及ATG7等基因的表達(dá)能抑制TGF-β對(duì)肝癌細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞自噬活性的誘導(dǎo)。在線蟲自噬活性的研究中，大量的研究結(jié)果表明自噬在細(xì)胞生長(zhǎng)或是饑餓時(shí)，通過消化真核細(xì)胞自身內(nèi)容物來調(diào)控細(xì)胞增殖。自噬相關(guān)基因Atg1和Atg6的失活能夠降低細(xì)胞的容積，影響細(xì)胞增殖。生理水平的自噬活化是調(diào)控細(xì)胞大小的關(guān)鍵，自噬活性的減弱或是增強(qiáng)均能阻礙細(xì)胞的生長(zhǎng)，而TGF-β信號(hào)通路能通過調(diào)控自噬相關(guān)基因影響細(xì)胞的容積[15]

3 TGF-β調(diào)控自噬的信號(hào)通路

自噬信號(hào)調(diào)控機(jī)制復(fù)雜，主要有三條自噬調(diào)控途徑：①mTor(Mammalian target of rapamycin，mTor)信號(hào)通路。mTor激酶為自噬信號(hào)“閥門分子”，是氨基酸、ATP和激素感受器，對(duì)自噬起負(fù)調(diào)控作用。正常條件下mTor磷酸化Atg13，高磷酸化的Atg13與Atg1親和力下降，Atg1活性降低抑制自噬；mTor強(qiáng)效抑制劑Rap可使Atg13去磷酸化后與Atg1緊密結(jié)合，上調(diào)Atg1活性而激活自噬[16-19]。②磷酸肌醇-3-激酶(PI3K)/Akt(PKB)途徑。ClassⅠ和ClassⅢPI3K均參與自噬調(diào)控，ClassⅠPI3K位于mTor途徑上游，通過mTor發(fā)揮作用，是自噬負(fù)調(diào)節(jié)因子。ClassⅢPI3K通過與Beclin1結(jié)合形成復(fù)合物激活自噬，是自噬正調(diào)節(jié)因子[20-21]。③Beclin1途徑。Beclin1是atg6(Vps30)的哺乳動(dòng)物同源序列，是最典型的自噬調(diào)控基因。Beclin1與UVRAG、Vps15形成復(fù)合物對(duì)ClassⅢPI3K活化非常重要，是自噬膜形成和延伸的關(guān)鍵因子[22-23]。

TGF-β是體內(nèi)生理生化、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與調(diào)控的重要因子，不僅具有促進(jìn)成骨細(xì)胞分化增殖、刺激骨形成，還具有支持破骨細(xì)胞形成、刺激骨吸收的雙重作用，是骨形成與骨吸收之間重要的耦聯(lián)調(diào)節(jié)因子。Akasak等[24]發(fā)現(xiàn)FoxO在關(guān)節(jié)軟骨中常規(guī)呈現(xiàn)高表達(dá)，對(duì)軟骨內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定起著重要作用，TGF-β能上調(diào)軟骨細(xì)胞中FoxO1蛋白的表達(dá)，而FoxO的磷酸化狀態(tài)的激活主要是由PI3K和Akt所介導(dǎo)，受胰島素/胰島素樣轉(zhuǎn)化因子所調(diào)控。對(duì)TGF-β1作用的上調(diào)和(或)敲除mkk3基因小鼠的腎小球系膜細(xì)胞的研究結(jié)果顯示，TGF-β1處理后，與敲除mkk3的細(xì)胞比較，上調(diào)mkk3的細(xì)胞中Beclin 1和LC3的表達(dá)明顯升高；隨著TGF-β1作用時(shí)間的延長(zhǎng)，上調(diào)mkk3基因的細(xì)胞中LC3I/LCII的表達(dá)具有時(shí)間依賴性；TGF-β1能誘導(dǎo)上調(diào)mkk3基因的細(xì)胞Beclin 1的表達(dá)，表明TGF-β1經(jīng)由TAK1-MKK3-p38途徑誘導(dǎo)腎小球系膜細(xì)胞的自噬[12]。不僅Smad信號(hào)通路參與了TGF-β對(duì)肝癌細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞自噬活性的誘導(dǎo)，PtdIns 3K-Akt-FoxO3信號(hào)通路同樣參與了TGF-β對(duì)肝癌細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞自噬活性的誘導(dǎo)，同時(shí)類泛素化能明顯降低泛素化介導(dǎo)的Smad4的降解，通過激活TGF-β信號(hào)通路可以激活P38 MAP激酶信號(hào)通路，從而提高1型類泛素蛋白與Smad4的結(jié)合[1，14，25]。

4 TGF-β調(diào)控自噬的影響

TGF-β家族包括3個(gè)分子量為25 kDa的異構(gòu)體，對(duì)于不同的細(xì)胞和組織表現(xiàn)出多種生物學(xué)功能，是一種具有多種功能的多肽生長(zhǎng)因子。TGF-β可以有效的調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的合成，增強(qiáng)纖維連接蛋白和膠原蛋白的基因表達(dá)，抑制膠原蛋白分解，并抑制各種金屬蛋白酶抑制劑，鞏固細(xì)胞外基質(zhì)環(huán)境的穩(wěn)定性。TGF-β可促進(jìn)細(xì)胞增殖與分化，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)合成，促進(jìn)膠原產(chǎn)生，也是多種免疫細(xì)胞的自分泌或旁分泌調(diào)節(jié)因子，能通過抑制細(xì)胞增殖和促進(jìn)細(xì)胞的凋亡參與乳腺的生長(zhǎng)發(fā)育[12，25]。有學(xué)者以牛乳腺上皮細(xì)胞的3D模型為研究對(duì)象，結(jié)果表明TGF-β促進(jìn)該細(xì)胞腺泡的正常發(fā)育，在細(xì)胞培養(yǎng)的早期，自噬活性明顯升高，同時(shí)TGF-β還能促進(jìn)牛乳腺上皮細(xì)胞在發(fā)育不完全的基礎(chǔ)上繼續(xù)存活達(dá)16 d之久，提示自噬活性的上調(diào)可能影響TGF-β對(duì)細(xì)胞促凋亡作用，使細(xì)胞得以生活[26]。而在腎臟受損時(shí)，TGF-β能調(diào)控自噬促進(jìn)Ⅰ型膠原蛋白的聚合，從而減少腎臟的纖維化[12]。

Iovino等[27]以2型顆粒狀營(yíng)養(yǎng)不良患者的角膜成纖維細(xì)胞為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)自噬活性失調(diào)時(shí)TGF-β1降解受到抑制，TGF-β1呈高表達(dá)，溶酶體中的變異形TGF-β1增多，提示自噬活性的改變影響TGF-β的表達(dá)，增強(qiáng)細(xì)胞死亡的敏感性[27]；而TGF-β通過誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞的自噬活性，可能在腫瘤形成的初期起到抑制腫瘤形成的作用[14]。對(duì)骨骼肌細(xì)胞L6和C2C12的研究結(jié)果表明，TGF-β通過提高PED/PEA-15的轉(zhuǎn)錄水平來誘導(dǎo)細(xì)胞的自噬應(yīng)答，可能促成Ⅱ型糖尿病所帶來的肌肉的萎縮[28]。

綜上所述，TGF-β是一類多功能的生長(zhǎng)因子，可促進(jìn)細(xì)胞增殖與分化，細(xì)胞的粘附、遷移和凋亡，而自噬有望成為TGF-β另一新的功能，自噬有可能參與TGF-β的多種功能的活化，TGF-β對(duì)自噬調(diào)控的機(jī)制，其中所涉及的信號(hào)通路等。因此，自噬與TGF-β之間的關(guān)系仍舊需要更進(jìn)一步的研究。

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Review of the regulation of TGF-β in autophagic activity.

WANG Ya-wen,XU Pu.Stomatology Center,Haikou Hospital Affiliated to XiangYa Medicine School,Central South University,Haikou 570208,Hannan,CHINA

Autophagy is regarded as an important pathway for renewal development and differentiation among eukaryotic cells,which plays a key role in maintaining protein metabolism and homeostasis.As a multifunctional polypeptide growth factor,TGF-β not only stimulates cell proliferation and differentiation,cell adhesion, spreading and apoptosis,but also participates in the regulation of autophagic activity.

Autophagy;TGF-β;Autophagy gene;Autophagy signaling pathway

R329.2+5

A

1003—6350（2014）18—2715—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.18.1065

2014-04-11)

海南省自然科學(xué)基金(編號(hào)：814378)；海南省重點(diǎn)科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：ZDXM20120054)

徐 普。E-mail：hnxupu164@sohu.com