TGF-β/Smad信號通路誘導(dǎo)腎上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)化機(jī)制的研究進(jìn)展

孫雪，梅峰

(1青海大學(xué)，西寧810000；2青海大學(xué)附屬醫(yī)院)

·綜述·

TGF-β/Smad信號通路誘導(dǎo)腎上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)化機(jī)制的研究進(jìn)展

孫雪1，梅峰2

(1青海大學(xué)，西寧810000；2青海大學(xué)附屬醫(yī)院)

上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)是導(dǎo)致細(xì)胞增殖、進(jìn)而出現(xiàn)腎纖維化的主要原因之一，與腎臟疾病的進(jìn)展密切相關(guān)。轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)是纖維形成生長因子，是誘導(dǎo)多種腎損傷出現(xiàn)進(jìn)行性腎衰竭的關(guān)鍵介質(zhì)。近年研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1/Sma和Mad相關(guān)蛋白(Smad)信號通路可介導(dǎo)EMT的發(fā)生，促進(jìn)腎纖維化的發(fā)生發(fā)展。TGF-β/Smad信號通路可通過直接介導(dǎo)、調(diào)控整合素連接激酶(ILK)、激活小分子G蛋白(RhoA)、上調(diào)纖溶酶原激活物抑制劑-1(PAI-1)等機(jī)制，使腎小球發(fā)生EMT，在腎臟纖維化過程中起到關(guān)鍵作用。

腎間質(zhì)纖維化；轉(zhuǎn)化生長因子β1；Smad信號；腎小球；上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)化

腎間質(zhì)纖維化是指由多種原因引起的細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)成分在腎間質(zhì)內(nèi)的過度沉積，是腎臟疾病進(jìn)展到終末期腎病(ESRD)的最終共同通路和病理過程，其中血管內(nèi)皮細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化即上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)是導(dǎo)致腎纖維化發(fā)生的重要因素。EMT是導(dǎo)致細(xì)胞增殖、進(jìn)而出現(xiàn)腎纖維化的主要原因之一，與腎臟疾病的進(jìn)展密切相關(guān)，其病理學(xué)結(jié)果是過度EMT和ECM蛋白的沉積，導(dǎo)致纖維化和管狀上皮細(xì)胞的損失[1]。近年研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)/Sma和Mad相關(guān)蛋白(Smad)信號通路可介導(dǎo)EMT的發(fā)生及ECM積聚，促進(jìn)腎纖維化的發(fā)生發(fā)展[2]。因此，TGF-β/Smad信號通路對腎臟組織EMT的發(fā)生起重要作用。本文針對TGF-β/Smad信號通路誘導(dǎo)腎EMT機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 TGF-β/Smad信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)過程

TGF-β超家族包括TGF-β配體、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)、激活素/抑制素、Müller抑制物質(zhì)(MIS/AMH)、生長和分化因子、Nodal信號、肌生成抑制素A和B等。TGF-β家族配體在調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的合成與沉積，繁殖，早期發(fā)育，組織穩(wěn)態(tài)，血管生成，傷口愈合，炎癥反應(yīng)及纖維化，胚胎發(fā)生和組織修復(fù)，自身免疫疾病和癌癥中具有重要功能[3,4]。TGF-β有5種亞型，即TGF-β1～TGF-β5，以TGF-β1最為重要，其本質(zhì)是一種有效的多功能多肽，在腎組織中，TGF-β涉及腎功能的惡化和腎小球硬化的發(fā)展。

Smad是TGF-β家族下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，迄今共發(fā)現(xiàn)8種，分別為Smad1～Smad8。Smad根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能分為3類[5]，即特異受體調(diào)節(jié)型(R-Smad)，包括 Smad1、Smad2、Smad3、Smad5和Smad8；公共調(diào)節(jié)型(co-Smad)，包括Smad4；抑制型(Ⅰ-Smad)，包括Smad6和Smad7。這些蛋白均是TGF-β家族信號傳遞的重要調(diào)控分子。

TGF-β1與TGF-βⅠ型受體(TβR-Ⅰ)及 TβR-Ⅱ結(jié)合形成TβR-Ⅱ-TGF-β1-TβR-Ⅰ三聚體，被 Smad2和Smad3識別后可發(fā)生磷酸化，使得構(gòu)象改變，Smad2、Smad3與Smad4結(jié)合形成Smad復(fù)合物，隨后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核以調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄，上調(diào)細(xì)胞核內(nèi)結(jié)締組織生長因子(CTGF)的轉(zhuǎn)錄，同時誘導(dǎo)Smad7啟動子轉(zhuǎn)錄增加，繼而將信號繼續(xù)轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致EMT，進(jìn)而促進(jìn)腎纖維化發(fā)生[2,6]。研究表明，腎小球TGF-β1和Smad2 mRNA表達(dá)與膠原Ⅳ和纖維連接蛋白在腎小球中的沉積呈正相關(guān)[7]。

2 TGF-β/Smad信號通路誘導(dǎo)腎臟EMT的機(jī)制

2.1 直接介導(dǎo)EMT的發(fā)生 TGF-β是誘導(dǎo)多種腎損傷出現(xiàn)進(jìn)行性腎衰竭的關(guān)鍵介質(zhì)，被認(rèn)為是導(dǎo)致腎纖維化的強(qiáng)刺激物。TGF-β1是TGF-β家族中表達(dá)最廣泛、研究最多的亞型，被公認(rèn)為最主要的前纖維化因子?；钚訲GF-β1通過誘導(dǎo)EMT和凋亡引起纖維化，作為核心因子，始動并調(diào)節(jié)EMT全過程[8]，而且是EMT過程中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。腎臟疾病中TGF-β信號通過Smad蛋白信號傳導(dǎo)，TGF-β1與受體合成TβR-Ⅱ-TGF-β1-TβR-Ⅰ三聚體，通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活下游因子CTGF引起細(xì)胞外基質(zhì)沉積和纖維化，促進(jìn)腎臟固有細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化，使ECM合成增多。Strutz等[9]1996年在離體動物實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)，TGF-β在轉(zhuǎn)錄水平直接介導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞纖維化，認(rèn)為EMT在腎纖維化中發(fā)揮重要作用[10]。

2.2 調(diào)控整合素連接激酶(ILK) ILK是一種絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶，參與細(xì)胞內(nèi)外信號傳導(dǎo)通路形成的重要介質(zhì)，調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附、生存、分化和凋亡[11]。近年研究發(fā)現(xiàn)，ILK與腎臟間質(zhì)纖維化有關(guān)，可通過TGF-β1/Smad信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑促進(jìn)腎間質(zhì)纖維化的發(fā)生發(fā)展，存在TGF-β1-smad-ILK-EMT關(guān)系。Smad和下游的效應(yīng)器ILK在TGF-β1介導(dǎo)的腎小管EMT過程當(dāng)具有關(guān)鍵作用，腎臟病中TGF-β1信號傳導(dǎo)病理學(xué)的經(jīng)典描述涉及通過Smad蛋白信號傳導(dǎo)導(dǎo)致ECM沉積和纖維化，其允許ILK磷酸化糖原合成酶激酶-3(GSK-3)和Akt家族絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(Akt)，GSK-3磷酸化后其活性受到抑制，導(dǎo)致β-連環(huán)蛋白核易位和刺激蛋白轉(zhuǎn)錄因子(AP-1)和環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白的活性，抑制細(xì)胞凋亡和促進(jìn)上皮細(xì)胞間黏附丟失，進(jìn)而導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞的EMT。另外被ILK激活的AP-1能刺激基質(zhì)金屬蛋白酶-9表達(dá)，增加細(xì)胞侵襲力，促進(jìn)腎小管基底膜破壞[12]。林琳等[13]通過研究原代人腎小球內(nèi)皮細(xì)胞(HGEnC)，認(rèn)為TGF-β1促進(jìn)了HGEnC的內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EndoMT)過程，ILK是其重要的下游效應(yīng)因子，可能在腎臟纖維化過程中發(fā)揮重要作用。

2.3 激活小分子G蛋白(RhoA) 腎內(nèi)皮細(xì)胞由腎小球、血管和管周內(nèi)皮細(xì)胞組成。雖然內(nèi)皮細(xì)胞有助于腎臟中的成纖維細(xì)胞形成已經(jīng)被普遍接受，但是具體哪種內(nèi)皮細(xì)胞有助于成纖維細(xì)胞形成仍然不清楚。近期研究發(fā)現(xiàn)，小鼠腎小管周圍內(nèi)皮細(xì)胞在EndoMT進(jìn)展中具有重要作用，可通過使內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生的多種變化，導(dǎo)致細(xì)胞喪失上皮細(xì)胞黏附分子，如E-鈣黏蛋白，并經(jīng)歷細(xì)胞骨架重塑，使上皮管狀基底膜被破壞[5]。內(nèi)皮細(xì)胞獲得α-平滑肌肌動蛋白和波形蛋白，肌成纖維細(xì)胞的細(xì)胞標(biāo)記物。轉(zhuǎn)化的肌成纖維細(xì)胞能夠從管狀基底膜遷移到間質(zhì)中。TGF-β1作為纖維化發(fā)生的基本介質(zhì)，通過Smad依賴性途徑在腎小管EMT過程中起關(guān)鍵作用，導(dǎo)致管狀間質(zhì)纖維化(TIF)[5,14]，TGF-β1能促進(jìn)管周內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)，使其活化并發(fā)生表型轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)變?yōu)榧±w維母細(xì)胞，后者能合成和分泌大量膠原等ECM成分。而ECM主要來自腎臟中肌成纖維細(xì)胞，其過度積累可降低腎小球濾過率和腎功能，最終導(dǎo)致腎衰竭[15]。在細(xì)胞骨架重組和α-SMA的表達(dá)過程中，小RhoA GTPase蛋白的激活不可或缺，抑制RhoA后可阻斷α-SMA的上調(diào)。對心肌細(xì)胞轉(zhuǎn)分化的研究發(fā)現(xiàn)，在EMT發(fā)生的各個階段都有RhoA活性的升高，而抑制TGF-β1后可使RhoA表達(dá)明顯減少，證實(shí)TGF-β1通過激活RhoA參與EMT過程的調(diào)控。

2.4 激活纖溶酶原激活物抑制劑-1(PAI-1) 人類PAI-1基因的表達(dá)上調(diào)有賴于Smad2/3與PAI-1啟動子的上方Smads的結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)合，氧化性低密度脂蛋白通過刺激系膜細(xì)胞的TGF-β1/Smad信號通路可上調(diào)系膜細(xì)胞PAI-1表達(dá)，以及抑制纖溶酶的活性[16]。PAI-1上調(diào)不但可使細(xì)胞外基質(zhì)合成的增加，還可引起細(xì)胞外基質(zhì)降解減少。腎臟EMT降解依靠纖維蛋白溶解系統(tǒng)，纖溶酶原激活劑和纖溶酶原激活物抑制劑是纖維蛋白溶解系統(tǒng)的重要組成部分,其中PAI-1起主要作用。尿激酶型纖溶酶原(uPA)和組織型纖溶酶原(tPA)可直接降解細(xì)胞外基質(zhì)多種成分，發(fā)揮降解細(xì)胞外基質(zhì)成分的作用，PAI-1表達(dá)上調(diào)可使腎間質(zhì)巨噬細(xì)胞募集增多，間質(zhì)肌成纖維細(xì)胞增多，而TGF-β1可通過Smad2/3誘導(dǎo)PAI-1表達(dá)，Ⅰ型膠原mRNA顯著增加，使uPA和tPA失去活性，減少EMT降解[17,18]，在腎臟纖維化過程中發(fā)揮重要作用。

綜上所述，TGF-β/Smad信號通路的激活對EMT十分重要，而Smad蛋白是TGF-β1在胞內(nèi)發(fā)揮效應(yīng)的信號分子，調(diào)控著細(xì)胞膜至核的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。因此，抑制TGF-β/Smad信號通路預(yù)防腎臟EMT及腎纖維化發(fā)生的重要方面，將為預(yù)防和改善ESRD的發(fā)生帶來新的方向。

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青海省科技項目(2016-ZJ-709)。

梅峰(E-mail: 15297123890@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.30.033

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2017-04-20)