TGF-β—Smad信號通路和上皮細胞-間充質轉化在支架后血管狹窄中的研究進展

吳一凡，劉福全

(首都醫(yī)科大學附屬北京世紀壇醫(yī)院介入治療科，北京 100038)

·綜述·

TGF-β—Smad信號通路和上皮細胞-間充質轉化在支架后血管狹窄中的研究進展

吳一凡，劉福全*

(首都醫(yī)科大學附屬北京世紀壇醫(yī)院介入治療科，北京 100038)

血管支架術后存在著較高的支架處再狹窄風險，其中轉化生長因子-β(TGF-β)—Smad信號通路、上皮細胞-間充質轉化(EMT)等發(fā)揮了重要的作用。本文對TGF-β—Smad信號通路、EMT在血管支架術后再狹窄過程中的作用及相關機制進行綜述。

支架；狹窄；TGF-β—Smad信號通路；上皮細胞-間充質轉化

血管支架術后存在著較高的支架處再狹窄風險，其中轉化生長因子-β(transforming growth factor-β， TGF-β)—Smad蛋白信號通路、上皮細胞-間充質轉化(epithelial-mesenchymal transition， EMT)等發(fā)揮了重要的作用。本文對TGF-β—Smad信號通路、EMT在血管支架術后再狹窄過程中的作用及相關機制進行綜述，以期為預防和治療血管支架術后再狹窄提供更多的信息。

1 血管支架術后再狹窄概述

1.1病理變化 目前認為，血管支架術后再狹窄主要由下述三方面原因所造成：①損傷反應所致的平滑肌細胞過度增生及細胞外基質大量形成；②血管重塑所致的結構紊亂，主要表現(xiàn)為早期的彈性收縮和晚期的血管重塑性狹窄；③損傷部位血小板、纖維素沉積致血栓形成以及隨之而來的血栓機化。在損傷修復過程中，新生的內膜或中膜組織過度增生以及同時伴隨的細胞外基質形成，是造成再狹窄的主要病理基礎。

1.2分子學機制 絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase， MAPKS)是一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是體內多種信號通路的中介物質，與細胞外信號調節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase， ESK)在血管平滑肌增值過程中起到了重要作用。研究[1]表明，TGF-β可以誘導MAPKS/ERK發(fā)生磷酸化，并且，在該過程中，Smad3起到了連接TGF-β與MAPKS/ERK的媒介作用，當阻斷MAPKS/ERK的磷酸化作用后，TGF-β—Smad3的信號傳導作用以及平滑肌的增值作用則會被阻斷。

2 TGF-β—Smad信號通路、EMT與血管支架后再狹窄

2.1TGF-β及其受體、Smad蛋白的生物學特性與功能

2.1.1TGF-β及其受體 TGF-β是調節(jié)細胞生長和分化的超家族，具有多種亞型，可以影響神經活動，且受到神經調節(jié)[2]。TGF-β1和TGF-β2具有促進纖維化過程的作用，然而TGF-β3則具有抗纖維化的作用。冠狀動脈支架術后，患者存在較高的支架術后再狹窄風險，研究[3]發(fā)現(xiàn)，相比于術前同一部位的正常組織，支架處的狹窄組織中存在較多的TGF-β1浸潤；馬紅芳等[4]將實驗兔分為動脈受到球囊損傷組、動脈受到球囊損傷且注入人臍血干細胞組及對照組，分別于術前、術后7天以及術后14天經耳中央動脈各采血 3 ml，測定血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor， VEGF)和TGF-β的含量，結果表明，與對照組相比，實驗組(動脈受到球囊損傷組及動脈受到球囊損傷且注入人臍血干細胞組)7天及14天后VEGF及TGF-β含量更高，且術后14天時，對照組血管內膜連續(xù)完整，管腔通暢，而動脈受到球囊損傷組的動脈內膜有不同程度的增生，管腔變窄；由此可見，TGF-β可促進局部組織的增生。

TGF-β受體(TGF-βreceptor, TβR)是TGF-β細胞膜表面高親和力結合蛋白，具有3種亞型，包括:TβR-Ⅰ、TβR-Ⅱ、TβR-Ⅲ[5]。這些受體屬絲/蘇氨酸激酶受體家族，由胞外區(qū)、跨膜區(qū)和含絲/蘇氨酸激酶結構的胞內區(qū)3部分組成。在信號傳導的過程中，活化的TGF-β與受體結合，將信號進一步傳導。

2.1.2Smad蛋白 Smad蛋白可以分為3類，分別為受體調節(jié)的Smad 蛋白(R-Smad)、公共Smad蛋白(Co-Smad, Smad4)和抑制性Smad蛋白(I-Smad，Smad6/7)。R-Smad和Co-Smad 蛋白均具有兩個功能性的結構域,分別為位于N端的MH1結構域和C端的MH2結構域[6]。MH2最主要的功能為與Smad蛋白結合，而MH1最主要的功能為將來自于胞外的信號傳遞到細胞核內，并通過與下游分子結合作用于DNA，從而調控基因轉錄。抑制性Smad蛋白是TGF-β/BMP信號轉導過程的關鍵負調控分子，且介導TGF-β/BMP信號與其他信號轉導通路之間的信息交流。

2.2TGF-β—Smad信號通路介導的疾病

2.2.1血管內膜增生 Shi等[7]在動物實驗中表明，受TGF-β-Smad信號傳導系統(tǒng)影響的細胞內血管內皮生長因子A(vascular endothelial growth factor-A， VEGF-A)以及VEGF mRNA的含量增多，VEGF-A可以抑制平滑肌細胞的凋亡，在鼠受損的頸動脈中，Smad3和VEGF-A的表達均上調，Smad3基因的導入促進了VEGF的表達，若敲除VEGF-A受體或阻礙Smad3信號傳導，則VEGF-A抑制平滑肌細胞凋亡的作用則對應性減弱或消失。上述現(xiàn)象表明，動脈血管成形術后，TGF-β—Smad3信號傳導系統(tǒng)促進平滑肌細胞中的VEGF-A的分泌，該物質可以抑制內膜細胞凋亡，促進內膜增生。

2.2.2肝纖維化 肝纖維化是多種炎癥長期刺激的結果，造成肝臟局部Ⅰ型膠原蛋白的沉積。TGF-β可以下機制促進肝纖維化：①TGFβ-1可提高線粒體膜電位抑制物(mitochondrial membrane potential， MMP)和金屬蛋白酶組織抑制劑(tissue inhibitor of matrix metallproteinases， TIMP)的含量，阻止細胞外基質的降解；②TGF-β1可誘導肌成纖維細胞的形成；③TGF-β1通過Smad3蛋白依賴通路和非Smad蛋白依賴性通路誘導細胞外基質的形成。Xu等[8]研究表明，Smad3、Smad4具有促進肝臟纖維化的作用，而Smad2、Smad7具有抑制肝臟纖維化的作用，若阻礙Smad3的作用后，Ⅰ型膠原的表達受到抑制，而阻礙Smad2的作用后，Ⅰ型膠原的表達會增強。TGF-β可通過增加如纖溶酶原激活劑-1等蛋白酶抑制物的表達來抑制細胞外基質的降解，進而促進病情的發(fā)展[9]。

2.3 TGF-β—Smad發(fā)揮作用的影響因素

2.3.1連環(huán)素 連環(huán)素是一種在鈣黏連蛋白調節(jié)細胞之間黏連作用的過程中產生的細胞黏連物質，可促進EMT的發(fā)生，并且作為助激活劑與Smad2/3粘連，連環(huán)素可以與磷酸化的Smad3結合，形成的復合物作為促進因子、促進TGF-β1誘導EMT[10]。

2.3.2 miR-21 研究[11]發(fā)現(xiàn)，未敲除miR-21的實驗組與敲除miR-21的對照組相比，實驗組的上皮細胞對TGF-β更加敏感，表明miR-21可促進上皮細胞對TGF-β的反應性。

3 EMT

3.1 EMT概述 EMT為上皮細胞向間質細胞的轉化，在該轉化過程中，內皮細胞失去了其表面的特殊性標記物及形態(tài)，獲得了間質細胞的表型。在多細胞生物器官發(fā)展過程中，EMT促進了胚胎器官的發(fā)生；其在成人的某些機體活動過程中可再一次被活化，如損傷修復、組織再生等，也存在于纖維化和癌癥組織中。在TGF-β—Smad信號通路中，TGF-β通過激活EMT轉錄因子的表達誘導相關基因的重新編程；Smad蛋白與EMT轉錄因子相結合可以使Smad蛋白在基因水平上與其他通路相互作用[12]。

3.2 EMT參與的疾病 在上皮細胞向間質細胞轉換過程中，上皮細胞失去其黏附性，而分化成具有遷徙和轉移能力的間質細胞。EMT有3種類型，Ⅰ型與胚胎形成和器官發(fā)育有關，Ⅱ型與纖維化有關，Ⅲ型與癌的發(fā)生與轉移有關[13]。EMT與其逆過程間充質-上皮細胞轉化(mesenchymal-epithelial transition， MET)均存在于正常組織中，包括組織再生和胚胎的生長發(fā)育，EMT貫穿于纖維化發(fā)展的全過程，而MET則具有改善纖維化的作用。研究[14]發(fā)現(xiàn)，在肝纖維化模型中，肝臟纖維化越嚴重，肝臟組織中上皮標志物越少，而間葉細胞標志物越多，這一現(xiàn)象表明隨著肝纖維化的發(fā)展，EMT的程度逐漸加強。

內皮-間充質轉化(endothelium-mesenchymal transformation， EndMT)是EMT的特殊類型，與胚胎期心血管的發(fā)育與成人血管重塑、血管損傷修復機制等密切相關。在EndMT的過程中，內皮細胞逐漸失去原本的細胞表型，獲得間質細胞的細胞表型，具有遷徙、轉移的能力。在動物肺靜脈處植入支架后，支架處受損的靜脈早期即會發(fā)生EndMT，同時TGF-β—Smad信號通路被激活；且除了急性血管損傷外，慢性的血管損傷亦會發(fā)生EndMT過程[15]。

3.3 EMT的調節(jié)因素 TGF-β—Smad信號通路介導的EMT在再狹窄過程中起到了重要的作用。小劑量的TGF-β(<10 ng/ml)即可引起α-平滑肌蛋白的表達，表明該劑量的TGF-β可以完全誘導EMT的發(fā)生。

4 TGF-β信號通路、EMT與再狹窄之間的關系

TGF-β—Smad蛋白信號通路、EMT的發(fā)生機制以及支架后再狹窄的病理過程既相互獨立又相互依存。血管支架術后再狹窄組織中存在著較多的TGF-β1，同時Smad3在血管平滑肌細胞中的表達相應增加，表明TGF-β—Smad信號通路在支架術后再狹窄以及血管平滑肌細胞增生的過程中有重要的作用；EMT的典型表現(xiàn)為上皮細胞表型的改變，轉化為具有遷徙和轉移能力的間質細胞，TGF-β—Smad信號通路貫穿于EMT的整個過程中，TGF-β可激活EMT轉錄因子的表達以誘導相關基因的重新編程，Smad蛋白與EMT轉錄因子結合可以使Smad蛋白在基因水平上與其他通路相互作用。由此可得出，信號通過TGF-β—Smad蛋白信號傳導通路促進EMT的發(fā)生，導致支架術后血管再狹窄的發(fā)生。

5 小結

血管支架術后，支架處血管存在較高的再狹窄率，再狹窄處存在較多的TGF-β1的浸潤。TGF-β通過與其受體結合，將信號進一步傳遞。EMT主要表現(xiàn)為表面標記物的改變以及細胞表型的改變，可存在于腫瘤轉移、血管硬化以及支架術后再狹窄等病理過程中，該過程的調節(jié)可涉及多種信號傳導通路，其中，TGF-β起到了重要的作用。血管支架術后，因支架對局部血管的破壞作用，局部炎癥細胞蓄積，TGF-β—Smad信號傳導系統(tǒng)被激活，通過一系列的磷酸化、分子結合等將信號傳入核內，導致EMT的發(fā)生，進而導致局部內皮細胞失去其表面標記物以及細胞表型，轉化為肌成纖維細胞，局部肌成纖維細胞增生，支架再狹窄。目前，支架術后再狹窄為世界性難題，成功的血管支架植入術后的患者仍然存在著較高的再狹窄率，與裸支架相比，藥物涂層支架雖然可降低再狹窄率，亦存在一些新的問題，仍需不斷的研究，探索出有效的預防和治療方法。

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Progresses of TGF-β—Smad signaling pathways and epithelial-mesenchymal transition in stented blood vessel stenosis

WUYifan,LIUFuquan*

(DepartmentofInterventionalTherapy,BeijingShijitanHospital，CapitalMedicalUniversity,Beijing100038,China)

There is a high risk of re-stenosis after implanting blood vessels stent, the processes involves the transforming growth factor-β (TGF-β)—Smad signaling pathways, epithelial-mesenchymal transition (EMT) and so on. The function of TGF-β—Smad signal pathways and EMT in vascular stent re-stenosis and the relevant mechanism were reviewed in this paper.

Stents; Stenosis； TGF-β—Smad protein signal； Epithelial-mesenchymal transition

吳一凡(1991—)，女，河北滄州人，在讀碩士。研究方向：腫瘤介入治療。E-mail: 15511799371@qq.com

劉福全，首都醫(yī)科大學附屬北京世紀壇醫(yī)院介入治療科，100038。E-mail: lfuquan@aliyun.com

2016-09-01

2017-01-04

R816

A

1672-8475(2017)03-0182-04

10.13929/j.1672-8475.201609002