轉(zhuǎn)化生長因子－β在器官移植中作用的研究進展

董明王欣

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轉(zhuǎn)化生長因子－β在器官移植中作用的研究進展

董明王欣

【摘要】轉(zhuǎn)化生長因子－β（transforming growth factor－β，TGF－β）超家族是一類經(jīng)典的動物蛋白，作用于組織分化、生長發(fā)育以及免疫系統(tǒng)。其通過對一系列免疫細胞的調(diào)控，介導抗炎性反應，在動物移植模型中，發(fā)揮誘導免疫耐受的作用。TGF－β誘導免疫耐受的核心源于其誘導Foxp3以及對CD4(＋)T細胞的調(diào)節(jié)能力。與此同時，TGF－β與一些炎性細胞因子，例如IL－6，IL－1共同驅(qū)動Th17的分化，發(fā)生免疫排斥，伴隨著其他一些信號通路的激活，導致移植器官發(fā)生纖維化，影響移植器官的存活。因此，TGF－β在器官移植的作用具有其“兩面性”。

【關鍵詞】轉(zhuǎn)化生長因子－β；器官移植；免疫耐受；器官纖維化；移植排斥反應

轉(zhuǎn)化生長因子－β（transforming growth factor－β，TGF－β）屬于一組新近發(fā)現(xiàn)的調(diào)節(jié)細胞生長和分化的TGF－β超家族。TGF－β能使正常的成纖維細胞表型發(fā)生轉(zhuǎn)化，后來逐漸發(fā)現(xiàn)，在生長發(fā)育和免疫等諸多病理生理過程中，TGF－β均發(fā)揮著重要的作用。在哺乳動物中，存在著3種異構(gòu)體，分別被TGF－β1，TGF－β2和TGF－β3三種不同的基因編碼。其中，TGF－β1主要在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮作用，并且在維持自體免疫耐受中發(fā)揮核心作用。早期研究［1，2］證明，TGF－β1能夠使小鼠產(chǎn)生早發(fā)性多器官免疫病理改變。TGF－β的配體家族與絲氨酸／蘇氨酸受體激酶結(jié)構(gòu)的Ⅰ型和Ⅱ型受體在細胞表面結(jié)合，啟動多種生理過程，包括胚胎發(fā)育、免疫、血管生成及創(chuàng)面愈合等［3］。TGF－β家族同系物參與多種病理生理過程，同時在免疫功能的調(diào)控中發(fā)揮著重要的作用［4］。在許多動物模型中，TGF－β介導的免疫調(diào)節(jié)，特別是調(diào)節(jié)性T細胞（regulatory T cell，Treg）在促進免疫耐受和移植物存活中發(fā)揮重要作用［5］。然而其不利的一面則主要是增加肌成纖維細胞的分化，從而導致移植器官間質(zhì)纖維化，最終使移植器官失去功能，影響預后。本文就TGF－β在器官移植中的作用的研究進展作一綜述。

1　TFG－β與免疫耐受

TGF－β是一類作用較廣泛的免疫抑制細胞因子，例如在呼吸系統(tǒng)中發(fā)揮作用，阻斷過敏性炎癥［6］。其對T細胞的影響則更為重要，特別是可以刺激幼稚CD4＋T細胞分化為Foxp3＋Treg，從而抑制T細胞的活性和增殖［7］。表達轉(zhuǎn)錄因子Foxp3 的CD4＋T細胞可以說是介導外周免疫耐受最重要的細胞類型［8］。Treg分為兩種亞型，胸腺來源Treg細胞在離開胸腺前表達Foxp3，獨立于TGF－β發(fā)揮作用，用于調(diào)節(jié)自體免疫耐受；相對的，外周型Treg細胞依賴TGF－β信號通路，在耐受性條件下（例如未成熟樹突狀細胞伴低水平共刺激分子）經(jīng)抗原刺激由幼稚CD4＋細胞分化而來［9］。在TGF－β誘導Foxp3表達的過程中，T細胞抗原受體發(fā)揮了重要的作用，同時TGF－β阻斷共刺激受體，阻斷抗原提呈，也都促進了Foxp3的表達［10］。近期有研究［11－14］表明，TGF－β可以誘導Foxp3，并調(diào)節(jié)CD8＋T細胞、γδT細胞等其他表型T細胞以及殺傷細胞，甚至巨噬細胞。這些研究也暗示了會有其他細胞類型參與到TGF－β誘導Foxp3免疫耐受的過程中。同時，TGF－β誘導免疫耐受可能也是有Foxp3依賴或非Foxp3兩條途徑產(chǎn)生的，盡管后者可能會與Foxp3細胞產(chǎn)生協(xié)同作用。例如，TGF－β獨立于Foxp3上調(diào)CD73的表達，從而上調(diào)免疫抑制性分子腺苷表達，以抑制免疫反應［15，16］。還有一些其他類型的T細胞通過釋放抑制性的細胞因子，而非Foxp3的表達參與免疫調(diào)節(jié)，例如IL－35、IL－10誘導調(diào)節(jié)T細胞［17，18］。盡管這些細胞因子都有很強的免疫調(diào)節(jié)作用，但TGF－β依舊是調(diào)節(jié)T細胞最重要的核心因素。

與此同時，TGF－β抑制輔助性T細胞（helper T cell，Th）的分化。而且，TGF－β誘導Foxp3和調(diào)節(jié)CD4＋T細胞的能力有可能被一些炎性因子，如IFN－γ，IL－4等影響。因此，TGF－β可促進一些促炎性因子如Th9和Th17對CD4＋T細胞的分化。TGFβ與IL－4聯(lián)合可以誘導Th9細胞產(chǎn)生IL－9，目前這類細胞因子在免疫排斥上的作用尚不是很清楚。然后，有明顯證據(jù)證明，Th17細胞會參與免疫排斥反應的過程［19，20］。TGF－β和IL－6共同激活Th17的分化，同時轉(zhuǎn)錄因子RORγT和STAT3的表達也參與其中。這主要是因為TGF－β同時促進Foxp3和RORγT的表達，而Foxp3拮抗RORγT，IL－6可以抑制Foxp3，從而釋放了RORγT。Th17特征的細胞因子是IL－17A，IL－17F和IL－22，而這些促炎性因子構(gòu)成了移植耐受的一道屏障。近期的研究［21，22］表明，Th17在移植排斥反應中扮演了很重要的角色。但目前尚不清楚Th17本身是否直接參與免疫排斥或者直接構(gòu)成其中的某一環(huán)節(jié)。在TGF－β誘導Foxp及Th17的過程中，許多因素共同作用決定二者的平衡，例如IL－1，TNF－α更有利于IL－17A的表達。另外，TGF－β本身的濃度對之也有影響，低濃度有利于Th17的產(chǎn)生，而高濃度TGF－β則促進Foxp3的表達［23］。在臨床治療過程中，維甲酸和mTOR抑制劑則可以協(xié)同TGF－β促進Foxp3的表達，從而誘導Treg的分化。盡管維甲酸不能單獨促進Foxp3的表達，但可以協(xié)同TGF－β與Th17促進Foxp3表達和Treg的分化。與此同時，維甲酸還可以降低Foxp3抑制性因子的敏感性，適用于移植術(shù)后大量炎性因子釋放的嚴重炎癥反應［24］。免疫抑制劑雷帕霉素抑制Akt－mTOR信號通路，協(xié)同TGF－β促進Foxp3的表達以及Treg的分化［25］，從而誘導免疫耐受，保護移植器官長期存活。

2　TGF－β與器官纖維化

纖維化是器官各類慢性疾病的一個主要表現(xiàn)，也是器官功能衰竭最主要的原因。在器官移植術(shù)后，移植器官纖維化也常被認為與免疫排斥反應相關。腎間質(zhì)纖維化是腎移植術(shù)后患者長期生存的主要因素，治療措施主要以免疫抑制劑為主，其發(fā)病機理涉及多個方面，包括免疫排斥反應、炎癥、缺血再灌注損傷等，而TGF－β在其中扮演著重要的角色。許多免疫細胞如Th17、CD10T細胞、CD3＋T細胞、CD8＋T細胞，細胞因子IL－17、IL－22等與TGF－β相互作用，促使肌成纖維細胞分化，內(nèi)皮細胞－間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（endothelial－mesenchymal transition，EMT），最終引起腎間質(zhì)纖維化［26］。閉塞性細支氣管炎是肺移植術(shù)后最常見的并發(fā)癥，也是肺移植慢性免疫排斥反應的主要臨床表現(xiàn)，極大影響了肺移植生存期。其主要病理表現(xiàn)為小氣道進行性纖維化閉塞和炎性細胞浸潤。TGF－β在閉塞性細支氣管炎患者中呈高表達狀態(tài)，并參與到氣道的纖維化過程當中［27］。

TGF－β通過多種信號通路參與到組織器官纖維化過程中，其中最主要的是TGF－β／Smad信號通路。TGF－β與Ⅱ型TGF－β受體結(jié)合，調(diào)節(jié)下游Smad。Smad家族包括Smad1－8 共8種蛋白，其中Smad1，2，3，5，8為受體激活型，Smad4是共同伴侶型。Smad 6和7為抑制型，具有抑制受體激活型信號轉(zhuǎn)導的作用。TGF－β激活Smad1／5／8，然后活化Smad2／3，與之磷酸化后與Smad4形成三聚體進入細胞核轉(zhuǎn)錄激活下游靶基因，從而誘導纖維化的形成［28］。與此同時，TGF－β還可以通過非Smad信號通路促進EMT，從而導致器官纖維化的發(fā)生。例如TGF－β－MAPK信號通路通過干擾細胞間的連接，促進心包遷徙，細胞骨架重排，導致EMT，從而促使纖維化的發(fā)生［29］。TGF－β還可以通過下調(diào)Wnt信號通路拮抗劑DKK1的表達，激活經(jīng)典的Wnt／β－catenin信號通路來促進纖維化的發(fā)生［30］。

3　前景與展望

TGF－β作為一種多功能的細胞因子參與到各項生理功能中，其調(diào)控功能范圍廣，有效性強，成為應用于炎性疾病以及器官移植領域一個強有力的靶點。然而其產(chǎn)生生理效應的多面性使其臨床應用依舊面臨很多問題。目前，正在研究的應用方式包括抑制炎癥，直接體內(nèi)注射誘導免疫耐受，體外誘導患者Treg表型。其中直接體內(nèi)注射是效果較差的方式，因為一方面TGF－β誘導纖維化的作用無法從免疫抑制作用分離開，而可能導致預后不良；另一方面，其免疫抑制作用可能會帶來感染或者腫瘤的風險［5］。

近年來，以TGF－β為調(diào)控核心的“蠕蟲免疫”療法逐漸作為調(diào)節(jié)炎性疾病的一種方式進入研究者的視野。從安全性上考慮，注入少量活體蠕蟲是無害的，目前世界范圍內(nèi)有數(shù)百萬人存在慢性蠕蟲感染，而并未造成健康隱患［31］。然而，調(diào)節(jié)免疫平衡的機制和致病機理尚不明確，似乎與蠕蟲的種類以及宿主的基因型有關，因此還是會存在少數(shù)宿主不耐受的情況。盡管如此，28個蠕蟲感染治療的臨床試驗正在進行并有部分已經(jīng)完成，實驗結(jié)果仍面臨許多挑戰(zhàn)，其誘導免疫耐受的功效還有很多路要走［32］。

聯(lián)合療法是近年來快速發(fā)展的一項治療理念，TGF－β協(xié)同Treg效應配體共同作用，調(diào)控下有細胞分化。例如雷帕霉素協(xié)同TGF－β誘導Foxp3表達，使得Treg調(diào)節(jié)免疫效應強于Th17細胞產(chǎn)生的免疫排斥作用［33］。維甲酸則被認為可以減少炎性因子和共刺激因子對TGF－β誘導Foxp3表達的不利影響［24］。

TGF－β及協(xié)同其他方式誘導Treg細胞免疫治療誘導免疫耐受近年來飛速發(fā)展，并且展示出了巨大潛力和良好的療效，是一項非常吸引人的治療策略，但是仍有許多問題和障礙擺在我們面前，特別是TGFβ所引起的移植器官纖維化的作用。因此，如何去除TGFβ的“兩面性”，增強其誘導免疫耐受，減弱其誘導纖維化的作用將是未來研究的熱點，同時也將為器官移植患者帶來新的福音。

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（本文編輯：李霦）

檢驗與臨床

繼教園地

收稿日期：（2016－01－25）

doi：10.3969／j.issn.1674－7151.2016.01.015

通訊作者：王欣，E－mail：vivianwang1983＠163.com

基金項目：天津市衛(wèi)生局科技基金（2015KY12，2014KZ127）
作者單位：300052天津市，天津醫(yī)科大學總醫(yī)院肺部腫瘤外科（董明）
300134天津市，天津市兒童醫(yī)院小兒外科（王欣）