TGF-β/Wnt-β-catenin/PPARs軸在高血壓及其靶器官損害中的關聯(lián)與交互作用

吳佳蕓，李玲玲，李瑞菡，黃力

(1.北京中醫(yī)藥大學，北京 100029； 2.中日友好醫(yī)院中西醫(yī)結合心內(nèi)科，北京 100029)

全世界約30%的人患有高血壓，預計到2025年該比例將升至50%[1]?！吨袊难懿蟾?018》指出，我國心血管疾病人群中高血壓患者約2.45億，占比高達85%[2]。2012—2015年開展的中國高血壓調(diào)查顯示，中國成人高血壓患病率為27.9%[3]。作為發(fā)病率最高的心血管疾病，高血壓已嚴重危害人類健康，其引起的靶器官損害亦已成為患者主要死因[4]，造成沉重的社會與經(jīng)濟負擔。

高血壓靶器官損害是指由高血壓引起的心、腦、腎及全身血管系統(tǒng)結構與功能改變，進而導致重要臟器功能失常的病理過程。現(xiàn)代研究表明，高血壓靶器官損害的發(fā)生與轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、Wnt-β聯(lián)蛋白(β-catenin)及過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proli-ferator-activated receptors，PPARs)這3條信號通路關系密切，三者不僅在高血壓靶器官損害引起的病理改變上有共同之處，在分子機制上更是以TGF-β為核心調(diào)控點，通過Smads作為關鍵連接，作用于Wnt-β-catenin通路，兩者又可通過作用于特定元件參與調(diào)節(jié)下游PPARs的表達，三者交織形成復雜的信息傳遞與調(diào)控系統(tǒng)，共同干預血壓變化及靶器官損害的過程[5-13]。因此，深入探討TGF-β、Wnt-β-catenin、PPARs通路與高血壓靶器官損害之間的聯(lián)系及交互作用對于從整體和系統(tǒng)的角度重新定位和認知高血壓靶器官損害，調(diào)整新的治療策略及科研思路具有重要意義?，F(xiàn)就TGF-β/Wnt-β-catenin/PPARs軸在高血壓靶器官損害中的關聯(lián)與交互作用予以綜述，以為防治高血壓及其靶器官損害提供參考。

1 TGF-β、Wnt-β-catenin、PPARs信號通路概述

TGF-β1是TGF-β最主要的亞型，通過胞質(zhì)內(nèi)的Smads蛋白作為下游信號轉導因子形成TGF-β1-Smads通路，進而成為調(diào)控細胞增殖、遷移、分化、凋亡以及促進血管生成、增加細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)合成的主要途徑。TGF-β1通過結合TGF-βⅡ型受體(transforming growth factor-β typeⅡreceptor，TGF-βRⅡ)募集TGF-βⅠ型受體(transforming growth factor-β typeⅠreceptor，TGF-βRⅠ)，實現(xiàn)自身磷酸化并激活TGF-βRⅠ。TGF-βRⅠ與Smad2和Smad3結合形成四聚體并發(fā)生磷酸化，再與Smad4結合形成異源寡聚復合體并轉入核內(nèi)激活靶基因，介導相應的生物學效應。此外，Smad6、Smad7可與Smad2、Smad3競爭結合TGF-βRⅠ阻斷其磷酸化；同時，Smad6還可阻止Smad4與Smad2、Smad3的結合，進而抑制信號轉導[14]。

Wnt是高度保守的分泌性糖蛋白家族，其通過與胞膜受體結合調(diào)節(jié)胞內(nèi)靶基因的表達產(chǎn)生調(diào)節(jié)細胞生長、增殖、分化、遷移與凋亡等過程。經(jīng)典Wnt信號通路激活依賴于β-catenin水平的變化。正常狀態(tài)下，胞質(zhì)β-catenin持續(xù)維持低水平。受到刺激后，Wnt蛋白與細胞表面卷曲蛋白和低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6結合，激活蓬亂蛋白，下調(diào)糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)活性，抑制酪蛋白激酶、軸抑制蛋白1、GSK-3β等組成的β-catenin降解復合體功能，使得胞質(zhì)β-catenin水平升高。累積的β-catenin進入核內(nèi)與T細胞因子/淋巴增強因子(T cell factor/lymphoid enhancer factor，TCF/LEF)形成轉錄復合因子引起Wnt下游基因轉錄[15]。

PPARs是由脂肪酸及其衍生物激活的核內(nèi)激素，分為PPARα、γ、δ三個亞型，在血管、脂肪與心肌組織中均有表達，參與調(diào)控炎癥、細胞增殖遷移、凋亡等過程。它是多個信號通路的下游作用點，通過與內(nèi)外源性配體結合形成復合物，后者與類視黃醇X受體形成異二聚體，移至核內(nèi)再與靶基因上游啟動子內(nèi)PPARs反應元件結合調(diào)控靶基因轉錄因子的表達產(chǎn)生不同生物效應[16]。

2 TGF-β、Wnt-β-catenin、PPARs信號通路與高血壓靶器官損害

2.1TGF-β信號通路

2.1.1TGF-β通過Smads參與高血壓及血管重構 TGF-β水平與高血壓呈正相關，血壓越高，TGF-β水平越高[17]。研究顯示，高血壓患者的血漿TGF-β1水平明顯高于正常人，且與高血壓靶器官損害密切相關[5]?；A研究也表明，與正常大鼠相比，自發(fā)性高血壓大鼠血管中的TGF-β1信使RNA(messenger RNA，mRNA)和蛋白表達均增加，TGF-β1表達增加可誘導血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)增殖[18]；而阻斷TGF-β1信號通路可有效緩解大鼠高血壓[19]。原位雜交結果進一步顯示，高血壓受損VSMC中的TGF-β1mRNA表達水平亦有升高，活化的TGF-β1能使Smad2/3磷酸化并進入核內(nèi)，誘導成纖維細胞向促纖維化的肌成纖維細胞表型分化，參與血管重構[20]。此外，許多藥物和單體也被證實是通過調(diào)節(jié)TGF-β1/Smad信號通路來減少TGF-β1表達并抑制Smads磷酸化，進而抑制VSMC增殖和膠原沉積，發(fā)揮逆轉血管重構的作用，如中藥清眩降壓湯[21]。

2.1.2TGF-β1通過Smads參與高血壓左心室肥厚(left ventricular hypertrophy，LVH)、心肌纖維化及腎纖維化 既往研究表明，各種原因引起的LVH均伴隨TGF-β1表達上調(diào)，且心室重構與TGF-β1/Smads信號通路的異常激活關系密切[6]；通過介導不同類型Smads的活化與抑制，TGF-β1在高血壓心室重構、心肌纖維化以及腎纖維化中扮演重要角色[22-29]。研究顯示，經(jīng)血管緊張素(angiotensin，Ang)Ⅱ 誘導的LVH在Smad3基因敲除小鼠中明顯減輕[22]；敲除TGF-βRⅠ/Ⅱ和Smad3后高血壓大鼠心肌纖維化減輕，ECM合成也減少[23]。Smad3抑制劑SIS3能顯著改善高血壓小鼠模型心功能，提高左心室射血分數(shù)并抑制LVH和心肌纖維化[24]。而Smad7在肌成纖維細胞中的活化可通過TGF-β受體的下游作用負向調(diào)控Smad2/3，抑制心肌重構[25]；同時其通過抑制受體調(diào)控的Smads阻斷TGF-β1所致的Ⅰ型膠原mRNA表達，進而抑制高血壓模型的心肌纖維化[26]。此外，TGF-β1/Smad2/3信號在腎源性成纖維細胞損傷后立刻激活，并直接刺激其分化為肌成纖維細胞產(chǎn)生過量的ECM蛋白引起腎纖維化[27-28]；而Smad3信號阻斷或過表達Smad7可有效減輕高血壓模型腎損害，降低血肌酐和尿微量白蛋白水平，抑制腎成纖維細胞膠原與纖維合成[29]。

2.2Wnt-β-catenin信號通路

2.2.1Wnt-β-catenin信號通路通過β-catenin/TCF參與高血壓與血管增殖 Wnt信號通路在高血壓發(fā)生中具有關鍵作用，其激活與高血壓直接相關；通過β-catenin與腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system，RAS)的交互正向反饋激活以及TCF核內(nèi)因子的轉錄活化，引起血壓升高和VSMC活化增殖。研究發(fā)現(xiàn)，Wnt信號在高血壓時處于高度激活[7]；其配體與脈壓直接相關，如高血壓患者存在低密度脂蛋白受體相關蛋白6過表達[30]、轉錄因子7類似物2活化異常等均與血壓升高密切相關[31]；而β-catenin/RAS間的反饋作用是促進GSK-3β啟動RAS降解過程的重要分子開關[32]。此外，Wnt信號主導周細胞和VSMC中的肌纖維表型轉換和脂肪生成過程[33]，其激活可顯著促進VSMC的增殖，如其可引起瓦氏效應產(chǎn)生缺氧抑制因子1繼而導致糖酵解增加、乳酸堆積，造成VSMC增殖遷移[34]。而Wang等[35]通過分別向大鼠主動脈VSMC轉染變異的β-catenin基因和無活性TCF-4基因并進一步檢測轉染后細胞β-catenin與TCF-4表達的活性發(fā)現(xiàn)，Wnt可通過β-catenin與TCF-4活化促進VSMC增殖，引起血管重構。

2.2.2Wnt-β-catenin信號通路通過該通路多個成員參與高血壓、LVH、心肌纖維化及腎損害 Wnt信號通路的各個成員(包括Wnt配體、卷曲蛋白、GSK-3β等)均參與了高血壓以及高血壓相關LVH的發(fā)生；且Wnt信號通路的過度激活可促進腎小球足突細胞的凋亡，引發(fā)腎臟纖維化，加重腎損害。在慢性灌注AngⅡ誘發(fā)的高血壓大鼠模型中，8個Wnt配體被誘導出現(xiàn)，并參與激活心肌細胞和心肌成纖維細胞中的β-catenin；而該通路抑制劑ICG-001可有效阻斷Wnt-β-catenin信號，抑制相關基因表達并逆轉LVH與心肌纖維化[36]。不同高血壓大鼠模型相關研究發(fā)現(xiàn)，左心室質(zhì)量與卷曲蛋白2 mRNA水平呈正相關[37]，而與Dickkopf相關蛋白3(Wnt信號通路抑制劑)mRNA水平呈負相關[38]；在自發(fā)性高血壓大鼠心肌組織中，具有抑制Wnt信號通路作用的Dickkopf相關蛋白1及GSK-3β水平均明顯下降[39]。此外，兩腎一夾法誘導的高血壓大鼠腎組織中β-catenin及其下游靶基因表達產(chǎn)物水平升高而GSK-3β下降，而經(jīng)依那普利降壓治療后各指標改善，提示W(wǎng)nt激活參與高血壓腎纖維化過程[40]。

2.3PPARs信號通路

2.3.1PPARs信號通路通過多層面作用參與高血壓、VSMC增殖及血管重構 PPARs的表達可從基因和內(nèi)分泌等多層面影響高血壓的發(fā)生；其不同亞型在抑制高血壓狀態(tài)下VSMC的增殖中具有不同作用，其中PPARα和PPARγ均能抑制VSMC表型轉化，阻止血管重構。研究發(fā)現(xiàn)，PPARγ基因缺失突變的個體會出現(xiàn)嚴重的早發(fā)性高血壓[8]；通過調(diào)節(jié)腦和肌肉芳香烴受體核轉運樣蛋白1水平，PPARγ參與調(diào)控人體血壓和心率的晝夜節(jié)律[41]。同時，PPARγ還可通過抑制VSMC向未分化表型的轉化改善高血壓血管重構和內(nèi)皮功能[42]；并能通過阻礙炎癥因子表達而降低AngⅡ灌注誘導的高血壓大鼠血壓，糾正血管重構[43]。此外，長鏈非編碼RNA母系印記基因8可通過促進PPARα蛋白表達抑制VSMC的增殖、遷移、分化以及凋亡[44]。

2.3.2PPARs信號通路通過多個機制參與高血壓、LVH、心肌纖維化、腎損害 通過調(diào)節(jié)心肌細胞的脂肪酸代謝和葡萄糖轉運蛋白的水平、抑制炎癥及氧化應激反應等，PPARs在減輕LVH、心肌纖維化及腎損傷中具有重要意義。研究顯示，在心臟高度表達的PPARα的激活有利于改善LVH，預防心功能惡化[45]；其可通過抑制磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路的激活與增加叉頭框蛋白O1的表達抑制LVH[46]。而PPARγ蛋白和mRNA表達水平在肥厚心肌中顯著降低，提示PPARγ表達受抑制可能參與了高血壓相關的LVH[47]。另有研究發(fā)現(xiàn)，在腎臟近曲小管上皮行使其正常功能過程中，PPARγ激活起決定性作用，其可抵抗氧化應激及線粒體變性以保護腎臟[48]。此外，PPARs的激動可通過減少炎癥因子及阻止TGF-β過表達等預防腎損傷[49]。

3 TGF-β、Wnt-β-catenin、PPARs通路在高血壓靶器官損害中的交互作用

3.1TGF-β與PPARs信號通路 TGF-β與PPARs信號通路間存在相互抑制作用。TGF-β可激活下游Smads蛋白，Smads蛋白通過結合到PPARs啟動子的TGF抑制元件或Smad結合元件(Smad binding element，SBE)上阻斷PPARs信號轉導，同時促使受體激活型Smads基因表達增加，進一步降低PPARs基因轉錄水平調(diào)控靶生物學效應；而PPARs的活化反過來也能阻斷TGF-β介導的纖維化過程，兩者互相拮抗。

研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β通路對PPARγ的抑制作用在促進纖維細胞向肌成纖維細胞轉化中起關鍵作用，且可阻礙壓力超負荷小鼠心肌中PPARγ的表達[50]。TGF-βRⅡ顯性負性突變的轉基因小鼠體內(nèi)PPARγ抑制現(xiàn)象被消除，且伴隨TGF-β/Smad3信號轉導減弱[51]。TGF-β/Smad3通路高度激活后，主要通過在PPARγ啟動處形成功能轉錄復合體(包括Smad3、轉錄共抑制因子Sin3A與組蛋白去乙酰化酶1)致使內(nèi)源性抗纖維化的PPARγ基因轉錄受阻[9]，繼而促進心肌纖維化。進一步細胞實驗證實，共轉染SMAD3/4可顯著降低PPARs啟動子活性[52]；其機制可能為：TGF-β能促進Smads-E2F4-p107復合體(主要為Smad3、Smad4)的形成，該復合體移至核內(nèi)，在某些關鍵核苷酸的存在下，與PPARs啟動子上的TGF抑制元件或SBE結合阻斷PPARs基因表達。若SBE突變，則TGF-β下調(diào)PPARγ的轉錄能力將大大降低[12]；而擾亂溶血磷脂酸受體1的其中一個TGF抑制元件可完全消除TGF-β介導的轉錄抑制作用[53]。

另一方面，激活PPARs信號或應用PPARs拮抗劑可對TGF-β信號通路進行負向調(diào)節(jié)。研究顯示，PPARγ可抑制TGF-β誘導的膠原沉積和肌成纖維細胞分化[54]；在腹主動脈結扎誘導的壓力負荷超載大鼠中，PPARγ激活可通過作用于核因子κB通路抑制TGF-β1表達，阻止心室重構[55]；而應用左旋肉堿可激活PPARs，抑制TGF-β信號進而阻止高血壓相關的LVH與心肌纖維化[56]；此外，口服PPARγ受體激動劑吡格列酮能通過減少早期生長反應蛋白1、信號轉導及轉錄激活因子3和激活蛋白1的表達，顯著減輕TGF-β誘導的腎纖維化[57]。

3.2TGF-β與Wnt-β-catenin信號通路 TGF-β與Wnt-β-catenin通路之間表現(xiàn)為協(xié)同作用，尤其在促進成纖維細胞增殖分化、ECM沉積及組織纖維化方面有共同作用。TGF-β信號可誘導Wnt/β-catenin超家族表達，反過來Wnt激活可增強TGF/Smads信號，兩者形成正反饋調(diào)節(jié)，而該調(diào)節(jié)回路中的一個關鍵作用點為Smads與β-catenin/TCF的聯(lián)合交互調(diào)節(jié)。許多Wnt和TGF-β應答基因的啟動子區(qū)域常存在并排的SBE和TCF或LEF1結合位點；同時，Smads與Wnt通路中的β-catenin和TCF/LEF存在直接或間接的聯(lián)系，它們通過交互作用結合到各自識別的序列上協(xié)同激活下游因子轉錄。

TGF-β可誘導Wnt信號通路中關鍵因子β-catenin進行迅速的核內(nèi)轉移，調(diào)控間充質(zhì)細胞等的增殖分化，并能作用于TGF-βRⅠ促進肌成纖維細胞分化[58]；TGF-β/Smad3激活可上調(diào)VSMC中Wnt4等的水平并抑制β-catenin降解[59]。同時，TGF-β可通過降低β-catenin、卷曲蛋白7受體蛋白水平和影響Smads與β-catenin/TCF4之間的相互作用減弱Wnt信號轉導，調(diào)控細胞的增殖和凋亡[60]。此外，與未敲除TGF-βRⅡ小鼠相比，敲除TGF-βRⅡ小鼠腎小管上皮細胞內(nèi)β-catenin活性下降，而增加敲除TGF-βRⅡ細胞的β-catenin活性可加重損害反應[10]?？梢姡琓GF-β與Wnt信號通路之間可能存在相互激活、共同促進的作用特點。

Wnt信號激活是TGF-β誘導纖維化過程中的必要條件。Wnt通路激活可抑制GSK3-β活性，阻斷Ser204連接區(qū)Smad3磷酸化，使Smad3表達水平升高；GSK-3β對TGF-β和Wnt信號的生物學響應體現(xiàn)在對Smad1或Smad3進行磷酸化修飾的作用上，該作用使得Smad1或Smad3蛋白遭到破壞[11]。GSK3-β缺乏或活性抑制在心肌成纖維細胞中表現(xiàn)為促纖維化反應的增強和Smad3激活[61]；而Smad3介導β-catenin向核內(nèi)轉運又與TGF-β誘導的Smad3磷酸化及Smad3與GSK-3β相互作用密切相關[62]。可見，Smad3、GSK-3β及β-catenin是TGF-β、Wnt信號通路之間信號轉導及產(chǎn)生網(wǎng)絡聯(lián)系的重要節(jié)點。TGF-β通過Smads刺激Wnt蛋白生成，激活Wnt信號，使得GSK-3β失活而致β-catenin累積引發(fā)纖維化；而Wnt激活又可通過GSK3-β與β-catenin活化鞏固TGF/Smads的反應。

3.3Wnt-β-catenin與PPARs信號通路 Wnt-β-catenin通路激活可引起PPARγ失活，而PPARγ表達水平升高可抑制Wnt信號傳遞。兩者一方面可通過位于PPARγ上的TCF/LEF β-catenin結構域和結合β-catenin的結構域進行相互作用；另一方面也以RAS作為聯(lián)系樞紐相互影響。

研究發(fā)現(xiàn)，β-catenin水平升高是PPARγ表達減少的原因[63]，而PPARγ是對β-catenin有負向調(diào)節(jié)作用的因子[13]。PPARγ可通過直接與β-catenin相互作用以及激活Wnt抑制劑的表達拮抗Wnt信號，抑制VSMC增殖遷移[64]。PPARs能夠增強Dickkopf-1活性，減少Wnt信號激活，抑制成纖維細胞的分化[65]和左心室纖維化[66]；但局限于心臟內(nèi)的PPARα過表達則可下調(diào)PPARγ，從而上調(diào)Wnt-β-catenin[67]。深入研究發(fā)現(xiàn)，PPARγ對Wnt信號通路的抑制是通過其內(nèi)部的β-catenin結合域?qū)⒘姿峄摩?catenin靶向連接到蛋白酶體的過程來實現(xiàn)；相反，β-catenin又可通過TCF/LEF結合域參與的生物學過程來抑制PPARγ的活性，并抵抗蛋白酶體降解[68]?？梢?，Wnt與PPARs信號通路之間的相互聯(lián)系是通過位于PPARγ上的TCF/LEF β-catenin結構域和結合β-catenin的結構域來實現(xiàn)。

此外，RAS激活是溝通聯(lián)系Wnt-β-catenin與PPARs信號通路的樞紐，其與Wnt激活存在正向調(diào)節(jié)關系[69]，而與PPARγ互為反向調(diào)節(jié)[70]。研究發(fā)現(xiàn)，AngⅡ可刺激β-catenin水平升高繼而活化Ang受體1[71]，并可通過影響纖維連接素、Ⅰ型膠原以及Wnt通路的靶基因(細胞骨髓細胞瘤病毒癌基因與細胞周期蛋白D1)的產(chǎn)生引起β-catenin堆積，促進VSMC轉化[72]；而應用ICG-001可阻斷Wnt信號轉導，引起RAS失活[73]。PPARs則可通過抑制Ang受體1和血管緊張素轉換酶來削減RAS的作用[67，74]；PPARγ激動劑通過調(diào)節(jié)RAS，可有效改善血壓與血管功能[75]。研究顯示，血管緊張素轉換酶抑制劑雷米普利和Ang受體阻滯劑厄貝沙坦可分別通過恢復高血壓大鼠模型PPARγ的水平和增加血管緊張素轉換酶2的表達促進血管舒張[76]。

4 TGF-β/Wnt/PPARs信號軸系統(tǒng)

綜上可看出，TGF-β、Wnt-β-catenin、PPARs 3條信號通路在引起高血壓及其靶器官損害方面存在密切聯(lián)系。首先，從病理過程講，它們均參與高血壓及高血壓靶器官損害(包括血管重構、心肌肥厚、心肌纖維化、腎損害及腎纖維化等)病理損害過程。其次，從分子機制上，TGF-β/Wnt-β-catenin/PPARs信號軸在高血壓靶器官損害中發(fā)揮作用是以TGF-β為關鍵調(diào)控點，Smads則作為核心連接點與調(diào)節(jié)樞紐，一方面Smads通過形成復合體與PPAR啟動子上的TGF抑制元件或SBE結合抑制PPAR基因表達來調(diào)節(jié)下游PPARs信號通路；另一方面，Smads又與β-catenin和TCF/LEF存在直接和間接聯(lián)系，如Smad3、Smad4可直接作用于TCF/LEF，而Smad7不僅直接聯(lián)系β-catenin和TCF/LEF，更能作為調(diào)控因子參與調(diào)節(jié)其他Smads與β-catenin之間的聯(lián)系，作用于Wnt-β-catenin通路引發(fā)靶生物學效應。而Wnt信號通路與PPARs一方面可通過位于PPARγ上的TCF/LEF β-catenin結構域和結合β-catenin的結構域產(chǎn)生溝通聯(lián)系，實現(xiàn)互相調(diào)節(jié)；另一方面又可通過對RAS的調(diào)控來實現(xiàn)彼此的信息交流與信號反饋，兩者之間互相抑制(圖1)。

5 小 結

TGF-β、Wnt-β-catenin及PPARs信號通路是與高血壓及其靶器官損害密切相關的3條通路，三者通過Smads、β-catenin/TCF、PPARs內(nèi)部β-catenin結合域等關鍵元件產(chǎn)生交互作用與信號聯(lián)系，通過介導各層次細胞因子轉導共同參與血壓變化、血管重構、LVH、心肌纖維化以及腎臟纖維化的病理過程。

從微觀分子變化到宏觀病理改變，高血壓靶器官損害引起的是全方位、多系統(tǒng)、多臟器、多通路、多因子的綜合改變，因此從TGF-β/Wnt-β-catenin/PPARs信號軸的角度揭示高血壓及其靶器官損害的發(fā)病機制有利于系統(tǒng)掌握疾病模型在分子-細胞-組織層面上上下游因子間的互動與調(diào)節(jié)狀態(tài)，為高血壓及其靶器官損害相關的基礎研究提供設計思路，同時也有利于從系統(tǒng)調(diào)控的角度尋找改善和治療高血壓及其靶器官損害的新方法。