轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1與支氣管哮喘的研究進(jìn)展*

常琴田新瑞

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1與支氣管哮喘的研究進(jìn)展*

常琴①田新瑞①

支氣管哮喘是一種慢性氣道炎癥，其主要病理改變包括氣道炎癥、平滑肌功能紊亂和氣道重構(gòu)。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1（TGF-β1）作為一種多效細(xì)胞因子，通過(guò)多種途徑參與哮喘氣道炎癥反應(yīng)和氣道重構(gòu)。本文就TGF-β1在哮喘氣道炎癥及氣道重構(gòu)中的作用及可能機(jī)制作一綜述。

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1； 哮喘； 氣道炎癥； 氣道重構(gòu)

支氣管哮喘簡(jiǎn)稱哮喘，屬于慢性氣道炎癥病變，涉及多種類細(xì)胞（如嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、氣道上皮細(xì)胞等）和細(xì)胞因子。主要特征改變包括氣道慢性炎癥、氣道高反應(yīng)性（AHR）、可逆性氣流受限及氣道結(jié)構(gòu)的改變，即氣道重構(gòu)。氣道重構(gòu)是氣道反復(fù)損傷和修復(fù)的結(jié)果[1]，其病理改變主要為上皮細(xì)胞損傷脫落，氣道平滑肌增生、肥大，肌成纖維細(xì)胞增生及腺上皮化生等[2]。TGF-β1因其特有的促炎、抗炎及促纖維化作用，在哮喘發(fā)病中具有中心地位[3]。

1 TGF-β家族及其受體

TGF-β家族含有30余種蛋白成分，包括TGF-βs（TGF-β1、2、3）、骨形成蛋白、激活素、抑制素和其他結(jié)構(gòu)相關(guān)因子，廣泛存在于動(dòng)物正常組織細(xì)胞及轉(zhuǎn)化細(xì)胞中，以骨組織和血小板中最為豐富[4]。

T GF-βs主要存在于哺乳動(dòng)物中[5]。其受體分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種：I型受體又稱為激活素受體樣激酶（ALKs），有7種亞型（ALK1-7），且不同亞型參與不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)：ALK1、2、4、5、7主要轉(zhuǎn)導(dǎo)TGF-β信號(hào)（ALK5為著）；ALK3、6主要轉(zhuǎn)導(dǎo)BMP信號(hào)。Ⅱ型受體是一種結(jié)構(gòu)型絲/蘇氨酸激酶，有TβR-Ⅱ、ActR-Ⅱ、ActR-ⅡB、BMPR-Ⅱ和AMHRA五種亞型，通過(guò)結(jié)合不同的家族成員介導(dǎo)不同的信號(hào)通路[6]，主要通過(guò)跨膜的TGF-βI型受體（TβRI）和Ⅱ型受體（TβRⅡ）發(fā)揮作用[7]。

2 TGF-β1的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及生物學(xué)作用

TGF-β1在進(jìn)化中被高度保留，小鼠與人的TGF-β1中氨基酸序列相似度高達(dá)99%，而豬、牛、猴、雞的相應(yīng)序列與人類完全相同[4]。TGF-β1是一種由二硫鍵連接的堿性蛋白，基因位于人染色體19q3[8]，該基因C端有5個(gè)明顯的基因調(diào)控區(qū)：一個(gè)類增強(qiáng)子活性區(qū)，兩個(gè)負(fù)調(diào)控區(qū)和兩個(gè)啟動(dòng)子區(qū)。

TGF-β1具有多重生物效應(yīng)，包括參與細(xì)胞增殖與分化、免疫功能抑制及細(xì)胞外基質(zhì)形成、分泌，特別是在誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）中起關(guān)鍵作用。

3 TGF-β1發(fā)揮作用的通路

TGF-β1主要通過(guò)三條途徑發(fā)揮作用：Smad通路、非Smad通路和Wnt/β-catenin通路。

3.1 Smad通路 Sekelsky等[9]在果蠅中發(fā)現(xiàn)惡性疾病相關(guān)性DNA結(jié)合蛋白MAD參與TGF-β的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。目前在脊椎動(dòng)物中共發(fā)現(xiàn)9種Smad蛋白，根據(jù)其功能可分為三類：一類是受體活化型，包括Smad1、2、3、5、8；第二類是通用調(diào)節(jié)型，Smad4；第三類為抑制型，包括Smad6、7。

TGF-β1與TβRI和TβRⅡ結(jié)合，形成異聚體復(fù)合物發(fā)揮作用。過(guò)程如下：TGF-β1首先與TβRⅡ結(jié)合，再激活募集TβRI形成受體復(fù)合物[10]。TβRⅡ

自身磷酸化，進(jìn)而磷酸化TβRI的甘氨酸-絲氨酸富集區(qū)域（GS序列），同時(shí)活化TβRI的絲氨酸/蘇氨酸活性[10]?；罨腡βRI又磷酸化相關(guān)Smad蛋白。Smads蛋白是參與TGF-β1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要因子，通過(guò)與細(xì)胞核內(nèi)DNA分子結(jié)合發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子功能，激活的TGF-β1將信號(hào)放大，隨之激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)介質(zhì)Smad2、3，磷酸化的 Smad2、3與 Smad4結(jié)合形成復(fù)合體，轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)[11]，與EMT等相關(guān)基因啟動(dòng)區(qū)的Smad4結(jié)合原件結(jié)合，調(diào)控EMT等相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)器官、組織纖維化過(guò)程。TGF-β1通過(guò)抑制型Smad發(fā)揮負(fù)性調(diào)節(jié)作用[12]。刺激后，Smad 7轉(zhuǎn)移至胞漿，與胞漿內(nèi)Smurf 2形成復(fù)合體，抑制R-Smads磷酸化，從而抑制TGF-β1通路的作用。

3.2 MAPK通路 MAPK通路可將細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞及細(xì)胞核內(nèi)，導(dǎo)致細(xì)胞增殖、分化、轉(zhuǎn)化及凋亡等。TGF-β1激活促分裂原活化蛋白激酶（MAPK），主要包括細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）和P38分裂原活化的蛋白激酶通路[13]。ERKs通過(guò)磷酸化胞漿蛋白及核內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子如c-Jun、EIK-1、c-myc和ATF2等，調(diào)控細(xì)胞增殖、分化；磷酸化ERKs上游蛋白（NGF受體、Raf-1、MEK等），對(duì)該通路進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)。

研究發(fā)現(xiàn)，P38激活后，由胞質(zhì)轉(zhuǎn)至細(xì)胞核內(nèi)，通過(guò)級(jí)聯(lián)反應(yīng)活化其下游轉(zhuǎn)錄因子，從而介導(dǎo)靶細(xì)胞分化、增殖、合成、分泌細(xì)胞外基質(zhì)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡及炎性反應(yīng)等[14-15]。

3.3 Wnt通路 Wnt通路在胚胎發(fā)育、腫瘤發(fā)生和器官纖維化等重要生理及病理過(guò)程中發(fā)揮重要作用。Wnt信號(hào)通路未活化時(shí)，Gsk-3β在β-catenin的絲氨酸/蘇氨酸殘基添加磷酸基團(tuán)，將β-catenin磷酸化，隨之與β-TRCP蛋白結(jié)合，受泛素化的共價(jià)修飾，被蛋白酶降解。該通路激活后，Wnt與卷曲蛋白（Frz）結(jié)合，作用于細(xì)胞質(zhì)中的蓬亂蛋白（Dsh），阻斷β-catenin的降解，β-catenin在胞質(zhì)及核中積聚，進(jìn)而調(diào)控靶基因表達(dá)[16]。

4 TGF-β1在哮喘發(fā)病中的作用

哮喘是一種慢性氣道炎癥[17]，其病理過(guò)程主要包括氣道炎癥，AHR及氣道重構(gòu)[18]，是多種細(xì)胞和細(xì)胞因子共同參與、相互作用的結(jié)果。氣道慢性炎癥作為哮喘的基本特征，存在于所有的哮喘患者中，表現(xiàn)為炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)及氣道分泌物增加等[18]。若哮喘長(zhǎng)期反復(fù)發(fā)作，可見支氣管平滑肌肥大、增生、氣道上皮細(xì)胞黏液化生、上皮下膠原沉積和纖維化、基底膜增厚等氣道重構(gòu)的表現(xiàn)。

在哮喘炎癥反應(yīng)中，TGF-β1作為多種炎癥細(xì)胞的強(qiáng)趨化因子和激活因子發(fā)揮作用。對(duì)哮喘患者支氣管肺泡灌洗液（BALF）的研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1可促進(jìn)炎癥細(xì)胞水平的增加[19-21]。應(yīng)原進(jìn)入體內(nèi)后，巨噬細(xì)胞濃度增加，誘發(fā)TGF-β1增加，誘導(dǎo)輔助性Th 17細(xì)胞擴(kuò)大炎癥反應(yīng)[22-24]?；罨木奘杉?xì)胞和氣道上皮細(xì)胞釋放IL-18，可促進(jìn)哮喘炎癥反應(yīng)的發(fā)生[25]。另一方面，TGF-β1可抑制多種炎性細(xì)胞的功能，通過(guò)負(fù)性調(diào)節(jié)作用降低AHR及氣道炎癥[26]；同時(shí)抑制Th2細(xì)胞及IL-4、IL-5 等細(xì)胞因子的釋放[23]，在哮喘氣道炎癥中發(fā)揮作用。此外，TGF-β1作為一種有效的抗炎因子，其化學(xué)吸附能力可引起巨噬細(xì)胞和粒細(xì)胞在局部炎癥反應(yīng)中聚集[23]，還可以促進(jìn)Th17和FoxP3調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的增殖、分化，從而誘導(dǎo)IL-9產(chǎn)生Th細(xì)胞[27-29]，發(fā)揮免疫應(yīng)答反應(yīng)。

Simon等[18]利用OVA致敏Balb/c小鼠，建立小鼠慢性氣道炎癥模型，9周后收集BALF進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)，發(fā)現(xiàn)OVA致敏組小鼠BALF中嗜酸性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞較正常對(duì)照組均明顯增加；對(duì)肺組織進(jìn)行免疫組化AB-PAS染色發(fā)現(xiàn)，OVA致敏組小鼠肺組織TGF高表達(dá)，與正常對(duì)照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。表明TGF-β1在氣道慢性炎癥反應(yīng)中發(fā)揮作用。

哮喘患者氣道中TGF-β1水平顯著高于正常個(gè)體[30]。TGF-β1具有強(qiáng)烈的促纖維化作用，能刺激氣道平滑肌細(xì)胞增生，在氣道重構(gòu)中發(fā)揮作用[31]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，哮喘患者BALF中TGF-β1水平較正常組明顯升高，與其下游信號(hào)通路TGF-β1/Smad活化成正相關(guān)[32]。TGF-β1通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞表達(dá)、促進(jìn)基質(zhì)沉積、上皮下纖維化、平滑肌增生等參與哮喘氣道重構(gòu)[33]。

綜上所述，T GF-β1作為一種多效細(xì)胞因子，在哮喘發(fā)病中發(fā)揮促炎、抗炎及促纖維化的作用。

5 TGF-β1在哮喘發(fā)病中的可能機(jī)制

近年來(lái)實(shí)驗(yàn)證明，TGF-β1主要通過(guò)Smad、非Smad和β-catenin三條通路在哮喘氣道炎癥及重構(gòu)中發(fā)揮作用。

Sagara等[10]以磷酸化Smad2作為活性TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的標(biāo)記，對(duì)40例哮喘患者支氣管活檢標(biāo)本研究發(fā)現(xiàn)，健康組中磷酸化Smad2表達(dá)水平低下，而哮喘組呈高表達(dá)。Rosendahl等[34]利用卵白蛋白（OVA）致敏、激發(fā)Balb/c小鼠，建立小鼠哮喘炎癥階段（4周）模型，觀察肺組織中TGF-β1受體的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在小鼠氣道上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞中磷酸

化Smad 2水平在吸入OVA后升高，而未吸入激發(fā)劑的致敏小鼠磷酸化Smad2則呈低表達(dá)；免疫組化法和RT-PCR均發(fā)現(xiàn)正常肺組織中幾乎不表達(dá)Smad3，而哮喘小鼠肺組織中Smad3表達(dá)水平明顯升高，證實(shí)Smad2和Smad3之間存在協(xié)同作用，且促進(jìn)氣道重構(gòu)。此外，Nakao等[35]應(yīng)用免疫組化法觀察40例哮喘患者及6例正常個(gè)體的支氣管活檢標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)Smad蛋白主要表達(dá)于支氣管上皮細(xì)胞，且哮喘組中Smad7蛋白表達(dá)水平較正常組低，W estern blot方法檢測(cè)亦有相同結(jié)果。Ming Chen等[36]通過(guò)建立Balb/c小鼠OVA致敏哮喘模型（8周），觀察小鼠BALF中TGF-β1含量（ELISA法）及肺組織中Smad7表達(dá)水平（Western Blot），發(fā)現(xiàn)OVA致敏組小鼠BALF中TGF-β1含量明顯高于正常組，但其肺組織中Smad 7表達(dá)水平明顯低于正常對(duì)照組，證實(shí)Smad7在哮喘發(fā)病中起保護(hù)性作用。說(shuō)明，TGF-β1通過(guò)Smad通路在哮喘發(fā)病中發(fā)揮作用。

MAPK（特別是ERK1/2）是哮喘病理生理過(guò)程中重要的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，但其機(jī)制尚不清楚[37]。但Ming等[37]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，TGF-β1通過(guò)抑制NF-κB，而不是ERK1/2通路誘導(dǎo)大鼠氣道上皮細(xì)胞增殖和遷移。Khalil等[38]通過(guò)建立大鼠肺纖維化模型，分別利用ELISA、Western Blot檢測(cè)肺組織中TGF-β1總量及P38 MAPK的表達(dá)量，證實(shí)TGF-β1受體介導(dǎo)的P38 MAPK通路與肺纖維化過(guò)程密切相關(guān)，但在哮喘中的作用需進(jìn)一步證實(shí)。

Tian等[39]通過(guò)蛋白敲除β-catenin，證實(shí)TGF-β1通過(guò)與β-catenin/Smad結(jié)合而非LEF-1發(fā)揮作用，且抑制β-catenin/Smad3相互作用可以分離TGF-β1的促纖維化及抗炎作用。

TGF-β1具有抗炎和促纖維化的雙重作用，通過(guò)多種途徑參與哮喘氣道炎癥反應(yīng)和氣道重構(gòu)。TGF-β/ Smad信號(hào)通路在支氣管哮喘的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用，深入研究該信號(hào)通路對(duì)于開發(fā)以TGF-β1信號(hào)通路中的環(huán)節(jié)為靶點(diǎn)的靶向治療具有積極意義。

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The Research Progress of Transforming Growth Factor-β1and Bronchial Asthma/

CHANG Qin，TIAN Xin-rui.//Medical Innovation of China，2015，12（30）：146-149

Asthma is a chronic airway inflammation，the main pathological changes includes airway inflammation，smooth muscle dysfunction and airway remodeling.As a pleiotropic cytokine，TGF-β1involves in airway inflammation response and airway reconstruction through various pathways.This paper reviews the effect and potential mechanism of TGF-β1in airway inflammation and remodeling.

TGF-β1； Asthma； Airway inflammation； Airway remodeling

10.3969/j.issn.1674-4985.2015.30.049

2015-03-17） （本文編輯：陳丹云）

山西省自然科學(xué)基金（2013011055-1）

①山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院 山西 太原 030001

田新瑞

First-author’s address：The Second Hospital of Shanxi Medical University，Taiyuan 030001，China