TGF-β相關信號通路與早產(chǎn)兒支氣管肺發(fā)育不良的研究進展

鄭雪媚 王少華

南華大學附屬深圳市福田區(qū)婦幼保健院兒科(廣東 深圳 518045)

BPD是早產(chǎn)兒尤其是極低出生體重兒常見并發(fā)癥之一，在早產(chǎn)兒眾多呼吸疾病中最為常見，不僅導致新生兒患病率增加而且已經(jīng)成為新生兒死亡最重要的疾病之一[1]。目前 BPD發(fā)病率隨著早產(chǎn)兒救治率的提高逐年增加[2]。BPD發(fā)病機制仍不明確，無有效防治方法，臨床預后差，早期診斷BPD并及時干預是提高預后的關鍵[3]。BPD發(fā)病危險因素包括機械通氣和氧中毒，影響未成熟肺，導致肺泡和血管受損。疾病的發(fā)展受到炎癥、細胞外基質(zhì)重塑和細胞凋亡的影響，與生長因子信號傳導失調(diào)密切相關[4]。轉化生長因子-β(TGF-β)最主要的作用是促進纖維化，而BPD的發(fā)生主要是肺細胞損傷后再纖維化修復的病理生理過程，肺組織纖維化是影響肺功能的重要原因之一[5]。這提示TGF-β與BPD發(fā)生密切相關。TGF-β水平對BPD診斷有一定特異性，動態(tài)檢測TGF-β對準確判斷BPD病情和預后具有一定的臨床意義[6]。

1 TGF-β的概述

TGF-β是一類多肽超家族，主要分布于哺乳動物組織和細胞中，主要表達于肺、腎、骨及胎盤等組織器官，在細胞的生長、增殖、分化、免疫調(diào)節(jié)和細胞外基質(zhì)的合成等生物學過程中充當重要的細胞調(diào)節(jié)生長因子。目前TGF-β主要有三種亞型：TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3，其中TGF-β1對肺組織的發(fā)育及維持肺的呼吸功能起著非常重要的作用[7]。

2 TGF-β信號通路在BPD中的影響

TGF-β1的信號通路主要分為Smads蛋白依賴型通路與非Smads蛋白依賴型通路。TGF-β與多條信號通路存在交互關系:TGF-β/Smads通路與相應蛋白質(zhì)做出直接和非直接的聯(lián)系，且TGF-β調(diào)控多種目標基因的轉錄和非轉錄活動[8,9]。TGF-β1必須要與其相應受體結合才能激活相關的信號通路。TGF-β1受體分為3型，發(fā)揮重要作用主要是I/II兩型，Ⅰ型受體主要分布于肺泡上皮細胞、支氣管、成纖維細胞、血管內(nèi)皮細胞及血管壁平滑肌細胞內(nèi),在纖維化灶中表達較多。TGF-β1結合Ⅱ型受體后,磷酸化Ⅰ型受體的絲甘氨酸,再與Ⅰ型受體相結合形成異源三聚體復合物，最后激活其下游信號通路[10，11]。

2.1Smads蛋白依賴型通路 Smads蛋白依賴型通路Smad信號是TGF-β1下游的一條重要通路。TGF-β1與Ⅱ型受體結合并將其激活，調(diào)控細胞的轉錄，促進成纖維細胞分化、增殖，并且抑制其凋亡、肺泡上皮細胞-間質(zhì)細胞轉化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)和生長因子等釋放，抑制細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的降解，從而引起肺纖維化。

2.2非Smads蛋白依賴型通路

2.2.1 MAPK通路 MAPK信號轉導通路是經(jīng)典的有絲分裂通路,是信號從細胞表面?zhèn)鲗У郊毎藘?nèi)的重要傳遞者,包括ERK1/ERK2/ERK5、JNK和P38MAPK，共同參與了細胞的增殖、轉化及凋亡等過程[12]。TGF-β1可誘導并激活MAPK信號通路，使ECM沉積增加，促進肺纖維化生成[13]。

ERK主要有ERK1、ERK2兩個亞型。ERK呈瀑布式反應,通過Ras-RafMEK-ERK這一級聯(lián)反應參與膠原的基因表達調(diào)控[14]。血管緊張素Ⅱ(angⅡ)、TGF-β1、血小板源性生長因子(platelet derived growth factor,PDGF)等多種細胞因子均能激活ERK1/2信號通路,提示ERK有可能是多種細胞因子與蛋白激酶發(fā)生反應的相匯點[15]。Suji Kim等[16]研究得出,TGF-β1介導的ERK5信號轉導通路調(diào)節(jié)肺纖維化是通過增強Smad3蛋白的乙?；瘉韺崿F(xiàn)的。通過抑制ERK5可阻斷TGF-β1信號Smad3轉錄活性,從而抑制肺纖維化。

JNK信號通路主要由MAPKKK(包括MEKKS,MLKS,ASKS和AK)→MAPKK(包括MKK4和MKK7)→JNK激酶級聯(lián)組成[17]。當細胞受到多種因素刺激時，JNK信號通路立即做出傳遞應答，參與調(diào)控細胞的增殖、分化、凋亡等生理病理過程。JNK在肺纖維化過程中強表達，TGF-β1誘導肺纖維化模型，JNK蛋白表達增加，通過阻斷JNK信號通路可減輕肺纖維化程度，提示JNK信號通路參與了肺纖維化過程，還可能與TGF-β1關系密切[18]。

P38MAPK通路是通過激活細胞骨架相關蛋白、促進轉錄因子磷酸化和酶來調(diào)節(jié)細胞的生長、發(fā)育及相關生物學功能[19]。TGF-β1受體復合物被激活后逐漸促進P38MAPK活化，其關鍵靶基因被轉錄，誘導EMT的表達，促進肺成纖維細胞合成膠原蛋白,從而促進肺纖維化的形成。此通路也被認為和肺纖維化的關系最密切[20,21]。

2.2.2 Notch通路 Notch信號通路主要由Notch受體、配體(DSL蛋白)、轉錄因子及細胞內(nèi)效應分子 (CSL-DNA結合蛋白) 等組成的一條非常保守的信號通路[22]。近年研究發(fā)現(xiàn)肺組織發(fā)育與Notch通路密切相關，其主要通過調(diào)節(jié)肺細胞的增殖及分化，誘導肺細胞的分化方向，參與肺組織發(fā)育肺各個階段。Yang等研究發(fā)現(xiàn)整個宮內(nèi)胎肺發(fā)育階段，Notch1持續(xù)表達，生后Notch1主要發(fā)現(xiàn)在肺泡上皮細胞內(nèi)含量升高，Notch3主要表達于血管內(nèi)皮細胞，Notch配體Jagged1、Jagged2主要存在于肺間質(zhì)[23]。

在Notch信號通路中，Notch-1是TGF-β1的效應基因，TGF-β1是Notch信號通路激活的關鍵細胞因子[24]。Notch信號通路不僅可以直接促進EMT的發(fā)生還可以和其他相關信號通路相互促進EMT，其中TGFβ/Smad途徑為主要信號通路。近期一項研究證實,與EMT相關最主要的信號通路是TGF-β信號通路[23]。TGF-β通過下游蛋白Smad3上調(diào)Notch配體Jagged1及其靶基因Heyl的表達，再通過作用于下游靶基因Slug使其與E-鈣黏蛋白的啟動子結合，E-鈣黏蛋白被抑制，從而促進EMT發(fā)生，最終導致肺間質(zhì)纖維化[25]。

2.2.3 Wnt通路 Wnt信號通路是復雜的蛋白質(zhì)作用網(wǎng)絡,可分為經(jīng)典的β-catenin依賴通路和非經(jīng)典的Ca2+依賴及JNK依賴通路。近期研究發(fā)現(xiàn)Wnt/β-catenin通路和TGF-β1/Smads通路間有重要聯(lián)系。Tian等[26]學者研究發(fā)現(xiàn)TGF-β1通過調(diào)控可使細胞核內(nèi)產(chǎn)生Smad3/β-catenin復合物，β-catenin可以輔助Smad誘導EMT發(fā)生，通過敲除β-catenin基因EMT過程被抑制，而p-Smad2/3與Smad4形成有功能的轉錄復合體，使β-catenin和細胞核內(nèi)轉錄因子T細胞因子(T cell facor/lymphoid enhancer factor,TCF/LEF)結合，調(diào)控靶基因轉錄，進而發(fā)生EMT[27]，均提示TGF-β1與β-catenin通路相互聯(lián)系。

3 TGF-β與BPD

在BPD的發(fā)生過程中，存在肺組織的異常修復和纖維化過程，肺纖維化是BPD 的病理發(fā)展過程中的重要組成部分。眾多細胞因子參與肺纖維化過程，其中TGF-β1為肺纖維化形成過程中的重要細胞因子，可促進成纖維細胞的增殖、分化與生長，抑制上皮細胞和內(nèi)皮細胞的增殖，上調(diào)膠原mRNA表達水平，導致膠原蛋白合成增加、降解減少[28]。許多研究表明[29]，TGF-β1是目前發(fā)現(xiàn)的最強的致纖維化因子。

3.1基礎研究 魏麗等[30]通過免疫組化法檢測小鼠肺纖維化組織中的TGF-β1，主要表達于小鼠肺支氣管和肺成纖維細胞灶，并且TGF-β1的表達隨著纖維化加重而增強。在肺間質(zhì)纖維化的發(fā)生發(fā)展過程中，TGF-β1是致纖維化的關鍵因子[31]，通過阻斷TGF-β1表達或阻斷其相關通路或抑制其表達可做為治療肺纖維化的新思路，成為肺纖維化治療的新方法。

3.2臨床研究 早產(chǎn)兒生后機械通氣、吸氧、感染等均可能誘導BPD 發(fā)生，其中機械通氣造成的壓力傷和高氧導致的氧化應激性損傷均可加重BPD嚴重程度[32]。TGF-β等細胞因子發(fā)揮了抗感染、促纖維化及調(diào)節(jié)新生血管形成的作用[33]。

萬成等[34]通過檢測80例早產(chǎn)兒支氣管肺泡灌洗液中TGF-β1含量，發(fā)現(xiàn)BPD 早產(chǎn)兒的TGF-β1水平明顯高于非 BPD 早產(chǎn)兒，而中重度BPD組早產(chǎn)兒的TGF-β1水平明顯高于輕度BPD組早產(chǎn)兒。此研究表明TGF-β1水平與 BPD 嚴重程度呈正相關。在高氧暴露過程中，機體產(chǎn)生過多的氧自由基，既直接刺激肺泡巨噬細胞分泌TGF-β1，又可導致組織中細胞脂膜過氧化，引起細胞損傷，受損傷的細胞如肺泡上皮細胞、毛細血管內(nèi)皮細胞和肺泡巨噬細胞等釋放TGF-β1等大量細胞因子和炎性介質(zhì)，從而引起肺纖維化形成。黃勇等[35]發(fā)現(xiàn)機械通氣前血漿及機械通氣初始支氣管肺泡灌洗液中高水平的TGF-β1可能與 BPD 患兒肺發(fā)育不成熟度相關。研究表明TGF-β1活化后，可以促進早產(chǎn)兒肺損傷及肺纖維化，導致 BPD 的發(fā)生?；純貉獫{TGF-β1濃度隨著機械通氣時間延長而增加。動態(tài)檢測機械通氣早產(chǎn)兒血漿和支氣管肺泡灌洗液中TGF-β1水平，有利于監(jiān)測機械通氣肺損傷的發(fā)生發(fā)展情況，對 BPD 早期診斷及治療具有臨床應用前景。

綜上所述，BPD 發(fā)病機制是一個多系統(tǒng)網(wǎng)絡共同參與的復雜病理生理過程，BPD 研究的最終目的是預防 BPD 的發(fā)生和改善 BPD患兒的預后。隨著BPD 的分子機制研究持續(xù)深入更新，對肺發(fā)育、損傷及修復的基礎生物學研究，定能為臨床預防和治療 BPD 提供新的思路和理論依據(jù)。在信號網(wǎng)絡中，TGF-β為關鍵樞紐，是各個信號通路的中心，與下游通路連接焦點。因此，TGF-β的研究可能是打開早產(chǎn)兒BPD發(fā)病機制的鑰匙之一。