結(jié)締組織生長因子與器官纖維化的研究進展

汪沙，段華，黃俊花，董千婧，郭正晨

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院婦科微創(chuàng)中心,北京 100006)

結(jié)締組織生長因子(connective tissue growth factor,CTGF)，亦稱為細胞通信網(wǎng)絡(luò)因子2(cellular communication network factor 2，CCN2)，是即刻早期基因家族成員之一。首字母縮略詞CCN是以該家族發(fā)現(xiàn)的前3種蛋白質(zhì)的首字母命名，即富含半胱氨酸的血管生成誘導(dǎo)物61、CTGF和腎母細胞瘤過度表達蛋白[1]。該家族的其他成員包括Wnt1誘導(dǎo)型信號通路蛋白1、2、3，也分別稱為CCN4、CCN5和CCN6[2]。CTGF參與調(diào)控多種重要的生物學(xué)功能，包括細胞增殖、分化、黏附和血管生成，以及多種病理過程，如腫瘤發(fā)展和組織纖維化[3]。作為轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)關(guān)鍵的下游分子，CTGF廣泛存在于多種組織器官中，主要功能包括促進細胞增殖分化、遷移、血管生成、組織修復(fù)等[4]。CTGF在機體創(chuàng)傷修復(fù)及器官纖維化疾病的發(fā)生發(fā)展中可能起到中心調(diào)節(jié)作用，是器官纖維化疾病緩慢進展的重要細胞因子，被認為是纖維化疾病的“總開關(guān)”，而且CTGF表達與纖維化程度呈正相關(guān)[5-6]?，F(xiàn)就CTGF的結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能、促纖維化的作用機制及其在常見器官纖維化疾病中的作用進行綜述。

1 CTGF的結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能

CTGF由Almendral等[7]于1988年在小鼠研究中首次發(fā)現(xiàn)，隨后由Bradham等[8]在篩選人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞cDNA文庫時分離得到。CTGF廣泛存在于多種組織器官中，如肝臟、腎臟、肺臟、心臟、生殖器官，可由多種細胞分泌合成，如成纖維細胞、上皮細胞、平滑肌細胞、內(nèi)皮細胞等。CTGF具有調(diào)控細胞分裂分化、黏附和遷移、誘導(dǎo)細胞外基質(zhì)(extra cellular matrix,ECM)產(chǎn)生等生物學(xué)功能，在調(diào)控細胞增殖、胚胎發(fā)育、血管生成、傷口愈合、腫瘤、生長、纖維化疾病等方面起關(guān)鍵作用[3-9]。

人類CTGF是一種富含半胱氨酸的基質(zhì)細胞蛋白，全長包含349個氨基酸，定位于染色體6q23.1。該染色體區(qū)域包括4個內(nèi)含子和5個外顯子，在所有外顯子中，1個外顯子編碼信號肽，起到介導(dǎo)CTGF由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向高爾基體轉(zhuǎn)運的作用；另外4個外顯子分別編碼CTGF的4個結(jié)構(gòu)模塊，第一個結(jié)構(gòu)域為N端與胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白同源結(jié)構(gòu)域，第二個結(jié)構(gòu)域為血管性血友病因子C型重復(fù)區(qū)，介導(dǎo)CTFG與αvβ3、αvβ5的相互作用，第三個結(jié)構(gòu)域為血小板反應(yīng)蛋白Ⅰ型重復(fù)區(qū)，介導(dǎo)血小板反應(yīng)蛋白與ECM、基質(zhì)金屬蛋白酶和整合素的結(jié)合，第四個結(jié)構(gòu)域為富含半胱氨酸的C端結(jié)合域，介導(dǎo)CTGF與纖維連接蛋白、基膜蛋白多糖和纖維蛋白-1的相互作用，還可能與細胞表面受體有關(guān)[5]。

目前尚未發(fā)現(xiàn)CTGF的特異性受體，但有研究發(fā)現(xiàn)CTGF可與細胞表面多種受體結(jié)合，如整合素、硫酸肝素原聚糖、脂蛋白受體相關(guān)蛋白和酪氨酸激酶受體[10]。CTGF通過與整合素受體結(jié)合發(fā)揮多種功能。在某些情況下，脂蛋白受體相關(guān)蛋白和硫酸肝素原聚糖作為共受體發(fā)揮作用[11]。如在肝纖維化過程中，CTGF在被激活的肝星狀細胞中與整合素α5β3結(jié)合，同時硫酸肝素原聚糖作為共受體發(fā)揮作用[12]。CTGF還可以與胰腺星狀細胞中的整合素α5β1結(jié)合，介導(dǎo)胰腺星狀細胞在胰腺纖維化中的黏附、增殖、遷移和膠原合成[13]；與整合素α1β3的結(jié)合，增強了軟骨肉瘤來源的軟骨細胞與纖維連接蛋白的黏附[14]。CTGF既可以與肝細胞表面脂蛋白受體相關(guān)蛋白1結(jié)合，又可以與腎細胞表面脂蛋白受體相關(guān)蛋白6結(jié)合。CTGF還能通過與酪氨酸激酶受體A結(jié)合來調(diào)節(jié)心肌細胞的纖維化[15]；與小鼠胚胎成纖維細胞中黏結(jié)蛋白聚糖4的相互作用在細胞運動中起重要作用[16]；與成纖維細胞生長因子受體2結(jié)合，與其協(xié)同調(diào)節(jié)成骨細胞的骨代謝[17]，以及結(jié)合核因子κB受體激動因子、骨蛋白原和樹突狀跨膜蛋白，增強破骨細胞分化[18-19]。在人角膜成纖維細胞中，CTGF與甘露糖6磷酸/胰島素樣生長因子2受體結(jié)合，促進成纖維細胞增殖[20]。

2 CTGF促纖維化作用機制

纖維化形成是機體應(yīng)對各種因素導(dǎo)致的持續(xù)性損傷的一種異常修復(fù)機制。細胞及組織經(jīng)過反復(fù)損傷、修復(fù)后，ECM由于修復(fù)機制被激活而導(dǎo)致過度分泌并異常沉積，ECM異常沉積是器官纖維化的主要組織學(xué)特征，而CTGF作為重要的促纖維化因子，可能發(fā)揮以下幾方面作用。

2.1刺激成纖維細胞增殖影響ECM平衡 CTGF作為TGF-β促有絲分裂活性的下游介質(zhì)，能直接提高細胞周期蛋白A水平，通過誘導(dǎo)細胞從G1晚期進入S期來控制細胞周期進程，促進細胞有絲分裂，刺激成纖維細胞的增殖；其還對成纖維細胞有強烈的趨化作用，導(dǎo)致細胞增殖并積聚，分泌大量ECM沉積[21]。CTGF一方面能促進多種ECM成分(如蛋白多糖、Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型膠原蛋白以及纖維連接蛋白、層粘連蛋白)的分泌合成，另一方面還能抑制ECM降解，通過抑制降解ECM成分酶類(如膠原酶、基質(zhì)金屬蛋白酶)的活性,增加纖溶酶激活物抑制因子和金屬蛋白酶組織抑制因子等蛋白酶抑制因子的表達，影響ECM動態(tài)平衡[22]。當(dāng)CTGF介導(dǎo)的組織重建和纖維化發(fā)生在血管組織，還會引起局部壓力增高并進一步促進 CTGF表達，形成正反饋，導(dǎo)致持續(xù)損傷修復(fù)，形成惡性循環(huán)[23]。

2.2促進細胞表型轉(zhuǎn)化并介導(dǎo)細胞黏附和遷移 在纖維化過程中，肌成纖維細胞是ECM的主要來源，在許多纖維化疾病中發(fā)現(xiàn)肌成纖維細胞的標(biāo)記蛋白α-平滑肌肌動蛋白呈陽性表達。在組織持續(xù)損傷修復(fù)中，CTGF表達增加，能促進多種細胞(如上皮細胞、肝星狀細胞、成纖維細胞)發(fā)生轉(zhuǎn)化形成肌成纖維細胞，從而導(dǎo)致ECM分泌增加[24-25]。CTGF通過與多種細胞表面蛋白相互作用，影響纖維化相關(guān)細胞活動。CTGF能通過整合素受體介導(dǎo)成纖維細胞黏附作用，參與創(chuàng)傷愈合、組織修復(fù)、ECM沉積過程；還具有促進成纖維細胞向纖維連接蛋白黏附的作用[6]，促使更多ECM成分異常聚集；還能通過促進肌動蛋白細胞骨架降解調(diào)節(jié)細胞遷移，與整合素α5β3和硫酸肝素原聚糖結(jié)合,調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞黏附、遷移，從而募集更多的細胞，進一步發(fā)生表型轉(zhuǎn)化，形成肌成纖維細胞參與纖維化過程[26]。

2.3作為中心調(diào)節(jié)介質(zhì)促進纖維化進展 研究證實，CTGF可以與血管內(nèi)皮生長因子以及TGF-β等多種細胞因子相互作用，這些因子誘導(dǎo)CTGF的表達上調(diào)，使其分泌增加，從而形成正反饋循環(huán)，進一步促進纖維化進展，而CTGF可能在纖維化中作為中心調(diào)節(jié)介質(zhì)起到至關(guān)重要的作用[27]。Sharma和Radhakrishnan[28]認為在口腔黏膜中，檳榔的粗大顆粒導(dǎo)致口腔黏膜發(fā)生物理性微創(chuàng)傷，導(dǎo)致?lián)p傷部位的成纖維細胞產(chǎn)生CTGF，觸發(fā)口腔黏膜纖維化過程，最終導(dǎo)致口腔黏膜下纖維化。除CTGF外，纖維化過程還涉及其他各種通路和生長因子。其中CTGF與TGF-β的相互作用尤為重要。CTGF基因的啟動子存在TGF-β的反應(yīng)元件，同時CTGF的產(chǎn)生也需要TGF-β。TGF-β初始CTGF產(chǎn)生后在多個正反饋回路中CTGF的水平得以維持。此外，各種纖維化介質(zhì)，如血小板衍生生長因子、血管內(nèi)皮生長因子、缺氧誘導(dǎo)因子、堿性成纖維細胞生長因子、內(nèi)皮素1、凝血酶、血管緊張素Ⅱ、直接或間接增加CTGF的水平，增加的CTGF繼續(xù)增強下游分子活性，使纖維化過程持續(xù)不斷發(fā)生。

3 CTGF與器官纖維化

3.1肝纖維化 肝纖維化是一種“創(chuàng)傷愈合”的慢性漸進性病理過程，雖然肝實質(zhì)具有強大的再生能力，但慢性肝病可導(dǎo)致肝細胞功能的永久性喪失和纖維化組織替代，最終可能導(dǎo)致嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性紊亂，稱為肝硬化，可發(fā)生營養(yǎng)不良、門靜脈高壓、胃腸道出血、腹水、肝腎綜合征和肝性腦病等多種并發(fā)癥。肝硬化的組織病理學(xué)特征包括彌漫性肝纖維化，伴有再生肝細胞結(jié)節(jié)形成。結(jié)締組織不斷沉積導(dǎo)致正常肝臟結(jié)構(gòu)的破壞，竇周間隙內(nèi)內(nèi)皮細胞中細胞基質(zhì)增加，在肝細胞和肝血竇之間擴散屏障增多，從而進一步增加了門靜脈血流阻力。有研究發(fā)現(xiàn)，在肝纖維化和肝硬化患者體內(nèi)CTGF表達明顯升高，并與肝纖維化程度呈正相關(guān)[29]。肝星狀細胞的激活及表型改變被認為是肝纖維化進展中ECM的主要來源，在體外培養(yǎng)的肝星狀細胞中發(fā)現(xiàn)，CTGF信使RNA水平顯著增加，CTGF可能是刺激肝星狀細胞活化增殖的關(guān)鍵因子之一[30]。研究發(fā)現(xiàn)，通過抑制CTGF表達能阻斷TGF-β1/Smads、核因子κB、c-Jun氨基端激酶通路，進而阻斷肝纖維化的發(fā)生、發(fā)展[31-32]。目前肝纖維化治療中已經(jīng)有CTGF靶向疫苗能夠抑制小鼠肝纖維化發(fā)展，未來CTGF可能成為抗肝纖維化治療的重要靶點[33]。

3.2腎纖維化 間質(zhì)纖維化幾乎是所有腎臟疾病進展到終末期腎衰竭的共同病理途徑，腎小管上皮細胞向間充質(zhì)細胞轉(zhuǎn)分化(即上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化)是腎間質(zhì)纖維化發(fā)生發(fā)展的核心環(huán)節(jié)。在許多腎臟疾病的活檢組織中發(fā)現(xiàn)CTGF表達明顯增加[34]。CTGF在腎小管上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化中起關(guān)鍵調(diào)控作用，能直接誘導(dǎo)腎小管上皮細胞發(fā)生表型轉(zhuǎn)化，還能促進腎臟間質(zhì)成纖維細胞轉(zhuǎn)化為成肌纖維細胞，與TGF-β1發(fā)揮協(xié)同作用，是慢性持續(xù)性纖維化所必需的[35]。CTGF作為連接細胞表面的銜接分子，被認為是ECM的主要蛋白質(zhì)。CTGF還可上調(diào)整合素在細胞表面的表達并促進ECM的沉積[36]。在腎小球系膜細胞中，CTGF可誘導(dǎo)纖溶酶激活物抑制因子-1，肌動蛋白細胞骨架重排和金屬蛋白酶組織抑制因子1的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致基質(zhì)降解減少[37]。CTGF可促進腎間質(zhì)成纖維細胞中Ⅰ型膠原蛋白、整合素和層粘連蛋白的轉(zhuǎn)錄，并最終增加ECM的合成。在培養(yǎng)的人近端小管上皮細胞中，CTGF反義寡核苷酸可顯著抑制纖溶酶激活物抑制因子-1的表達并增加纖溶酶原激活劑對ECM的降解，從而抑制ECM聚集。

3.3肺纖維化 目前離體實驗已證實在人肺成纖維細胞中有CTGF表達，其能夠促進肺成纖維細胞增殖、遷移、分化等，CTGF不僅是調(diào)節(jié)纖維化的關(guān)鍵因子還可能是組織纖維化的標(biāo)志物[38]。有研究表明，CTGF能夠在肺成纖維細胞和Ⅱ型肺泡上皮細胞中通過自分泌或旁分泌方式產(chǎn)生，通過激活相關(guān)信號通路在調(diào)節(jié)膠原表達中起重要作用，CTGF還能通過上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過程促使成纖維化細胞發(fā)生表型轉(zhuǎn)化形成肌成纖維細胞，從而產(chǎn)生大量ECM參與肺纖維化[39]。研究證實，CTGF的表達在損傷發(fā)生數(shù)天后仍保持穩(wěn)定上調(diào)狀態(tài)，說明CTGF可能自始至終參與肺纖維化過程[40]。特發(fā)性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是一種病因不明的肺部進行性纖維化疾病。肺功能喪失只能通過肺移植來治療，CTGF在纖維化中的關(guān)鍵作用為IPF的治療選擇提供了新的方向。雖然IPF的病因尚不完全清楚，但已知主要是肺泡上皮細胞的損傷觸發(fā)了纖維化機制，由于促纖維化和抗纖維化的不平衡導(dǎo)致過度的ECM沉積和肺纖維化[41]。在IPF患者中，CTGF在成纖維細胞、支氣管肺泡灌洗細胞、血漿和肺組織中表達增加[42-45]?？笴TGF單克隆抗體FG-3109/Pamrevlumab在治療IPF方面具有潛力，一項Ⅱ期試驗證實FG-3109/Pamrevlumab對IPF患者是安全且可良好耐受的[46]；一項雙盲安慰劑對照試驗顯示，與安慰劑組相比，接受FG-3109/Pamrevlumab治療的患者用力肺活量下降率顯著減小[47]。

3.4心肌纖維化 心肌重塑是指心肌組織結(jié)構(gòu)改變，以心肌肥大和纖維化為主要特點。有研究顯示心肌梗死后TGF-β1和CTGF表達均增加，但不同時間和不同心臟部位表達存在差異，CTGF高峰出現(xiàn)的時間早于TGF-β1且存在時間長，故認為CTGF與損傷后成纖維化細胞增殖、ECM沉積有關(guān)，此外，心肌梗死發(fā)生后由于心室壁擴張和機械應(yīng)力增加，也可導(dǎo)致成纖維細胞CTGF表達增加[48]。研究發(fā)現(xiàn)，心力衰竭患者心肌組織CTGF染色陽性的面積與心肌纖維化的程度有關(guān)，在有癥狀的慢性心力衰竭患者中血漿CTGF水平隨著心功能下降而升高，與紐約心臟病協(xié)會心功能分級呈正相關(guān)，還與血漿腦鈉肽、TGF-β1、基質(zhì)金屬蛋白酶2等相關(guān)[49]，因而認為血漿CTGF水平可作為一個新的特異指標(biāo)評價慢性心力衰竭患者的心臟功能。

3.5生殖器官纖維化 目前許多子宮疾病中也發(fā)現(xiàn)可能存在組織異常修復(fù)機制導(dǎo)致纖維化形成，有研究在子宮腺肌病小鼠模型中發(fā)現(xiàn)通過激活TGF-β1/Smads信號通路后可使上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)蛋白表達明顯改變，Ⅰ型膠原蛋白明顯表達增強，膠原纖維增多，其中CTGF作為TGF-β1下游效應(yīng)因子可能發(fā)揮一定作用[50-51]。有研究發(fā)現(xiàn)在子宮內(nèi)膜異位癥中，激活Wnt/β聯(lián)蛋白通路可導(dǎo)致異位內(nèi)膜及間質(zhì)細胞纖維化指標(biāo)(α-平滑肌肌動蛋白、Ⅰ型膠原蛋白、CTGF、纖連蛋白)表達明顯增高，膠原收縮能力明顯增加[52]。

在子宮內(nèi)膜中也存在纖維化形成。一項研究通過細胞和動物實驗評估了纖維化標(biāo)志物TGF-β、CTGF、Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白是否在子宮內(nèi)膜粘連中異常表達，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與正常子宮內(nèi)膜組織相比，子宮內(nèi)膜組織中纖維化標(biāo)志物的表達水平較高[53]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，CTGF和TGF-β1在粘連的子宮內(nèi)膜組織中表達明顯高于非宮腔粘連子宮內(nèi)膜組織，且隨著宮腔粘連程度的增加而逐漸升高[54]。

卵巢纖維化的主要臨床表現(xiàn)為卵巢包膜增厚、間質(zhì)纖維結(jié)締組織增多、卵泡減少或消失。目前認為多種卵巢疾病如卵巢子宮內(nèi)膜異位囊腫、多囊卵巢綜合征、卵巢早衰與卵巢纖維化有關(guān)。研究證實，卵巢子宮內(nèi)膜異位囊腫中異位內(nèi)膜細胞中TGF-β1、CTGF、α-平滑肌肌動蛋白表達均增加，且與TGF-β1/Smad通路激活有關(guān)，導(dǎo)致異位病灶周圍卵巢纖維化，形成囊壁并與鄰近正常卵巢組織形成粘連[55]。在多囊卵巢綜合征動物模型中發(fā)現(xiàn)，卵巢組織及血清CTGF蛋白表達水平顯著高于對照組(注射用大豆油處理后的小鼠)，卵巢及子宮組織中CTGF的信使RNA和蛋白水平均高于對照組，表明CTGF參與多囊卵巢綜合征患者卵巢纖維化的發(fā)生[56]。

4 小 結(jié)

CTGF作為重要的促纖維化因子，在反復(fù)受損組織中刺激成纖維細胞增殖、促進細胞表型轉(zhuǎn)化并介導(dǎo)細胞黏附和遷移以及作為中心調(diào)節(jié)介質(zhì)促進纖維化進展。在多種纖維化疾病中，CTGF與TGF-β1為主的多種細胞因子、表面蛋白和細胞協(xié)同作用參與器官纖維化的發(fā)生和進展，而且一定程度上能作為標(biāo)志物反映器官纖維化程度?，F(xiàn)階段，器官纖維化的具體機制仍不清楚，深入研究CTGF與纖維化疾病發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系，進一步闡明CTGF的促纖維化機制，將有助于對各種纖維化疾病的早期診斷、預(yù)后評估以及抗纖維化靶向治療研究提供新的思路和方向。