纖連蛋白在瘢痕疙瘩形成機(jī)制中的研究進(jìn)展

劉子甲 胡銀娥? 周粵閩

1 河南大學(xué)淮河醫(yī)院 皮膚科,河南 開封 475000;2河南大學(xué)淮河醫(yī)院 整形修復(fù)外科,河南 開封475000

瘢痕疙瘩是皮膚內(nèi)結(jié)締組織過(guò)度增生引起的良性皮膚腫瘤,常繼發(fā)于皮膚損傷或炎癥性改變,是一種纖維增生性疾病,其特征是成纖維細(xì)胞過(guò)度增殖和包括膠原蛋白及纖連蛋白等的細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellular Matrix,ECM)過(guò)量沉積[1]。纖連蛋白(Fibronectin,FN)是一種多功能糖蛋白,不僅在細(xì)胞黏附、遷移和分化中起主要作用,還在胚胎發(fā)育、傷口愈合和腫瘤發(fā)生中起重要作用,其表達(dá)的改變與纖維化和癌癥有關(guān)[2]。目前已經(jīng)有研究[3]表明,FN 在瘢痕疙瘩中表達(dá)升高。本文通過(guò)檢索并回顧近10年文獻(xiàn),探討FN 與瘢痕疙瘩形成機(jī)制的關(guān)系,希望從中找到新的治療瘢痕疙瘩的方向。

1 瘢痕疙瘩的形成機(jī)制

1.1 遺傳因素

瘢痕疙瘩在黃種人和黑種人中發(fā)病率較高,且有家族遺傳傾向[4]。Chen等[5]研究表明,漢族家族性瘢痕疙瘩為常染色體顯性遺傳伴不完全外顯,男女發(fā)病基本一致,主要發(fā)生在16～25歲的青春期,并傾向于在胸、背和肩上出現(xiàn),呈對(duì)稱性侵襲。迄今為止,已發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)易感性基因位點(diǎn),認(rèn)為與瘢痕疙瘩聯(lián)系密切,例如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(Transforming growth factor-β1,TGF-β1)、微小RNA、神經(jīng)前體細(xì)胞表達(dá)發(fā)育性下調(diào)基因4(Neural Precursor Cell Expressed Developmentally Down-Regulated Gene 4,NEDD4)、信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3(Signal Transducers and Activators of Transcription,STAT3)、P53等[6-7]。

1.2 成纖維細(xì)胞增殖異常

成纖維細(xì)胞被認(rèn)為是瘢痕疙瘩的主要誘導(dǎo)細(xì)胞及主要推動(dòng)力,負(fù)責(zé)膠原纖維的沉積和ECM 的合成[8]。在培養(yǎng)基中培養(yǎng)瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞和正常成纖維細(xì)胞,可觀察到培養(yǎng)基中的所有瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞均表現(xiàn)出快速增殖和凋亡率降低的特征[9]。瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞可以募集周圍成纖維細(xì)胞以增殖并增加膠原蛋白合成的細(xì)胞因子,從而導(dǎo)致纖維化,促進(jìn)瘢痕疙瘩的形成[10]。

1.3 生長(zhǎng)因子表達(dá)異常

與正常成纖維細(xì)胞相比,瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞中促纖維化因子表達(dá)更高的水平,包括TGF-β、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(Connective Tissue Growth Factor,CTGF)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(Vascular Endothelial Growth Factor,VEGF)等[11-13]。這些因子作用于成纖維細(xì)胞,產(chǎn)生促纖維化作用,其中TGFβ在瘢痕疙瘩的形成中起關(guān)鍵作用。TGF-β作為ECM 過(guò)度積累的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子,當(dāng)TGF-β過(guò)度表達(dá)或TGF-β1/SMAD 通路過(guò)度激活時(shí),將會(huì)導(dǎo)致瘢痕疙瘩的發(fā)病[14]。

1.4 ECM 蛋白合成降解異常

瘢痕疙瘩的一大特點(diǎn)是ECM 蛋白的過(guò)度表達(dá)沉積,包括Ⅰ型膠原、FN、肌腱蛋白等[15]。在瘢痕疙瘩組織中膠原纖維呈粗束狀而不是網(wǎng)絡(luò)狀,纖維更粗、更平行,纖維之間的交聯(lián)更少[16]。與正常真皮相比,FN 在瘢痕疙瘩組織中均強(qiáng)烈表達(dá),并定位于與瘢痕形成機(jī)制相關(guān)的纖維化病變[17]。此外,在瘢痕疙瘩組織中,可觀察到與網(wǎng)狀真皮中的膠原纖維相關(guān)的肌腱蛋白C 表達(dá)增加,并與FN 結(jié)合作為黏附分子參與纖維化[15]。

1.5 相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)通路

近些年發(fā)現(xiàn)瘢痕疙瘩的形成與一些信號(hào)傳導(dǎo)通路有關(guān),包 括TGF-β/Smads通 路、P38 MAPK 通路、核轉(zhuǎn)錄因子-k B 通路、CTGF 通路、Wnt通路、Notch通路、m TOR 通路、ERK/JNK 通路、TLR4/7通路、Stat3通路、熱休克蛋白47通路等[18]。FN 可通過(guò)TLR4通路及TGF-β通路在瘢痕疙瘩中起作用[19]。

1.6 其他

缺氧可通過(guò)TGF-β1/smad 3途徑使成纖維細(xì)胞產(chǎn)生更多的膠原,在傷口愈合過(guò)程中形成纖維化從而促進(jìn)瘢痕疙瘩的形成[20]。機(jī)械張力被認(rèn)為在瘢痕疙瘩瘢痕形成中具有重要意義。機(jī)械張力可通過(guò)激活細(xì)胞內(nèi)途徑FAK-ERK-MCP-1,促進(jìn)纖維化過(guò)程中的炎癥以及成纖維細(xì)胞的活化,在瘢痕形成過(guò)程中發(fā)揮積極作用[21]。

2 FN 與纖維化

纖維化的定義是由于ECM 蛋白的過(guò)度沉積,從而導(dǎo)致不同組織和器官的生理結(jié)構(gòu)喪失和功能障礙,并由各種細(xì)胞和分子通過(guò)一系列復(fù)雜的相互作用以上下相關(guān)的方式所驅(qū)動(dòng)[22],因此,作為ECM 蛋白的主要成分,FN 的過(guò)度表達(dá)與纖維化密切相關(guān)。

2.1 FN 結(jié)構(gòu)

FN 是一種由兩個(gè)大約250 k Da的亞基組成的二聚體蛋白,兩個(gè)亞基在其c末端通過(guò)一對(duì)二硫鍵相連,并且由Ⅰ型,Ⅱ型和Ⅲ型結(jié)構(gòu)域組成[23]。這些結(jié)構(gòu)域可折疊成串聯(lián)的球形模塊,為FN 提供了120～160 nm 的非常長(zhǎng)的輪廓長(zhǎng)度,并為細(xì)胞、其他基質(zhì)分子和生長(zhǎng)因子提供沿其長(zhǎng)度分布的結(jié)合位點(diǎn)[24]。FN 在細(xì)胞外結(jié)締組織基質(zhì)和細(xì)胞外液中以血漿纖連蛋白(plasma Fibronectin,p FN)和細(xì)胞纖連蛋白(cell Fibronectin,cFN)的兩種形式存在,p FN 是在肝臟中由肝細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞生成的,在血液中以可溶性非絡(luò)合分子的形式存在,而c FN 則是由成纖維細(xì)胞、早期間充質(zhì)細(xì)胞分泌合成的,在ECM 中以不可溶性聚合形式存在[2]。

2.2 FN 的結(jié)構(gòu)域及其功能

FN 由單個(gè)基因編碼,并且由pre-mRNA 選擇性剪接以創(chuàng)建大量剪接變體,主要的剪接類型發(fā)生在中心的Ⅲ型重復(fù)序列中,這些剪接變體包含或排除兩個(gè)Ⅲ型重復(fù)序列,稱為額外結(jié)構(gòu)域A(Extra Domain A,EDA)和額外結(jié)構(gòu)域B(Extra Domain B,EDB)[25]。EDA 也稱為額外Ⅲ型重復(fù)序列,該結(jié)構(gòu)域受到發(fā)育調(diào)控,調(diào)節(jié)序列位于外顯子本身之內(nèi),而EDB調(diào)控序列位于外顯子和下游內(nèi)含子內(nèi),p FN 中不含EDA 和EDB[26]。兩種同工型在組織修復(fù)、纖維化、腫瘤發(fā)展和血管生成中都起著至關(guān)重要的作用[2]。

EDA 已被證明與多種重要器官纖維化疾病有關(guān),在不產(chǎn)生FN-EDA 的突變小鼠的研究中已經(jīng)證明了FN-EDA 在纖維化中的重要性。當(dāng)FN-EDA無(wú)效的小鼠接受博來(lái)霉素治療后,它們未能發(fā)展出明顯的肺纖維化,表明FN-EDA 是博來(lái)霉素誘導(dǎo)的纖維化發(fā)展所必需的[27]。除此之外,FN-EDA 還在銀屑病及硬皮病等纖維化疾病中異常表達(dá)[28]。

由于初級(jí)轉(zhuǎn)錄物的可變剪接,EDB 在組織重塑和新血管形成中高表達(dá),因此可在癌癥生長(zhǎng)中發(fā)揮重要作用[2]。已發(fā)現(xiàn)FN-EDB 在各種惡性腫瘤中高度表達(dá),例如肺癌、乳腺癌和前列腺癌[29],且在腫瘤發(fā)生過(guò)程中介導(dǎo)由TGF-β引起的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-to-mesenchymal transition,EMT)[30]。

2.3 FN 的相關(guān)受體

FN 通過(guò)蛋白質(zhì)的特定位點(diǎn)與整聯(lián)蛋白的細(xì)胞受體相互作用[31]。整聯(lián)蛋白是由α和β亞基組成的細(xì)胞表面異二聚跨膜受體,其將ECM 與細(xì)胞內(nèi)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架相連并調(diào)節(jié)特定的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng),因此,整聯(lián)蛋白的作用是介導(dǎo)細(xì)胞—細(xì)胞和細(xì)胞—基質(zhì)相互作用,以促進(jìn)ECM 的重塑[31]。目前已發(fā)現(xiàn)11種不同的整聯(lián)蛋白異二聚體可與纖連蛋白結(jié)合[23]。

其中整合素α9β1,α4β1和α4β7已被鑒定為EDA結(jié)構(gòu)域的受體[32]。EDA 與α9β1 整合素相互作用對(duì)于皮膚傷口愈合過(guò)程中的上皮再形成至關(guān)重要[26]。此外還介導(dǎo)PI3-K 和Erk 激活誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞中 的EMT[33]。EDA 與α4β1整合素介導(dǎo)結(jié)合EDA 誘導(dǎo)肌球蛋白輕鏈磷酸化,纖連蛋白合成和原纖維形成,促進(jìn)皮膚組織纖維化[32]。EDA 與a4β7整合素結(jié)合通過(guò)激活MAPK-ERKl/2 相關(guān)的信號(hào)通路來(lái)參與、誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞的分化,促使膠原蛋白沉積、細(xì)胞收縮[34]。大量研究[27]指出,FN-EDA 是纖維化發(fā)展的重要因素,表明FN-EDA 是組織炎癥和纖維化過(guò)程之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。相比于EDA 結(jié)構(gòu)域,EDB結(jié)構(gòu)域的受體較少見。FN-EDB 可通過(guò)整合素αVβ3介導(dǎo)加速免疫細(xì)胞對(duì)微生物的吞噬作用[35]。

EDA 另外一個(gè)重要的受體是Toll樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4),EDA 通過(guò)TLR4顯著增強(qiáng)了成纖維細(xì)胞對(duì)TGF-β1 刺激作用的敏感性,從而充當(dāng)將自限性組織修復(fù)轉(zhuǎn)化為頑固性纖維化的開關(guān)[36]。

3 FN 與瘢痕疙瘩

Bradbury等[27]研究表明,只有當(dāng)涂在含有FNEDA 的基質(zhì)上時(shí),不含EDA 的肺成纖維細(xì)胞可能會(huì)經(jīng)歷TGF-β誘導(dǎo)的成肌纖維細(xì)胞分化,這些發(fā)現(xiàn)表明FN-EDA 可通過(guò)TGF-β激活誘導(dǎo)成肌纖維細(xì)胞分化從而在肺纖維化中起關(guān)鍵作用。同時(shí)與正常真皮相比,FN 在與瘢痕形成異常有關(guān)的纖維化病變中高度表達(dá)[17]。同樣為纖維化疾病的瘢痕疙瘩是否也是通過(guò)纖連蛋白對(duì)TGF-β和成纖維細(xì)胞作用形成的,是一個(gè)重要的研究方向。

3.1 FN 與成纖維細(xì)胞

FN 誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞的增殖,它的存在量增加可能導(dǎo)致成纖維細(xì)胞募集,并為愈合過(guò)程中的成纖維細(xì)胞重組提供框架,這些活動(dòng)是傷口愈合以及重建損壞的組織所不可或缺的[32,37],證實(shí)FN-EDA 可通過(guò)真皮成纖維細(xì)胞促進(jìn)FN 合成和纖維形成,Zhang等[38]研究表明,FN 可誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞過(guò)度增殖和體外分化為成肌纖維細(xì)胞[38],為瘢痕疙瘩形成提供了條件。

Andrews等[17]研究表明,瘢痕疙瘩中TLR4通過(guò)介導(dǎo)外源性FN-EDA 在體外有效地刺激了膠原的產(chǎn)生和成纖維細(xì)胞的分化。FN-EDB可以活化成纖維細(xì)胞,加強(qiáng)成纖維細(xì)胞合成ECM 的能力及侵襲性[39]。Cui等[40]證明抑制EDB可抑制瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞增殖,但對(duì)細(xì)胞凋亡沒有明顯影響。

槲皮素可以通過(guò)抑制成纖維細(xì)胞增殖,從而抑制FN 的產(chǎn)生,對(duì)瘢痕疙瘩的治療具有一定意義[41]。miRNA-217通過(guò)抑制FN 表達(dá)從而抑制成纖維細(xì)胞的生長(zhǎng)和凋亡,可為瘢痕疙瘩纖維化的治療策略提供新的見解[42]。

3.2 FN 與TGF-β

TGF家族成員可以通過(guò)改變剪接因子的活性和表達(dá)水平來(lái)控制FN 水平[43]。TGF-β1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與纖連蛋白的產(chǎn)生密切相關(guān),且TGF-β1誘導(dǎo)纖連蛋白合成增加是由于ERK,JNK 和P38激活并介導(dǎo)Smad3/4和AP-1途徑,從而參與了纖連蛋白合成的激活[27]。與正常成纖維細(xì)胞相比,瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞中纖連蛋白的表達(dá)對(duì)TGF-β1刺激的上調(diào)反應(yīng)更敏感,TGF-β1 可通過(guò)誘導(dǎo)嘧啶區(qū)結(jié)合蛋白使成纖維細(xì)胞增殖和纖連蛋白沉積[43]。

Chalmers等[44]研究表明,FN-EDA 上調(diào)先于膠原蛋白,而FN-EDA 是TGF-β1誘導(dǎo)肌成纖維細(xì)胞表型所必需的,因此用TGF-β1治療正常的成纖維細(xì)胞,可導(dǎo)致FN-EDA 產(chǎn)量大幅增加。Liang等[45]研究表明,沙利度胺可以通過(guò)抑制TGF-β1誘導(dǎo)的P38和Smad3信號(hào)傳導(dǎo)從而使抑制瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞纖維化,同時(shí)可通過(guò)抑制AP-1 和Smad3/4激活來(lái)抑制TGF-β1 誘導(dǎo)的纖維蛋白表達(dá)。Kelsh等[19]研究表明,FN-EDA 可能是瘢痕疙瘩持續(xù)增殖和TGF-β1 形成惡性循環(huán)的關(guān)鍵,FNEDA刺激TLR-4和整合素,以增強(qiáng)TGF-β1驅(qū)動(dòng)成纖維細(xì)胞的活化和ECM 沉積,包括膠原和更多的FN-EDA,從而形成瘢痕疙瘩的惡性循環(huán)。Bhattacharyya 等[46]研究表明,FN-EDA可以通過(guò)TLR4受體起作用,來(lái)增強(qiáng)成纖維細(xì)胞的活化,從而導(dǎo)致TGF-β1的產(chǎn)生增加以及隨后ECM 分子尤其是膠原蛋白的產(chǎn)生和積累,形成正反饋回路,并建立進(jìn)行性纖維化。

此外,Cui等[40]研究表明,EDB 沉默可有效抑制TGF-β1誘導(dǎo)細(xì)胞增殖和膠原蛋白沉積,這是瘢痕疙瘩疾病的必不可少的病理學(xué)組成部分,這些作用與阻斷TGF-β/Smad,ERK 和AKT 信號(hào)通路有關(guān)。

3.3 纖連蛋白與其他

肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(Hepatocyte Growth Factor,HGF)和表皮生長(zhǎng)因子(Epidermal Growth Factor,EGF)等生長(zhǎng)因子也參與了FN 水平升高的調(diào)節(jié)[47]。最新的證據(jù)表明,EMT 在瘢痕疙瘩形成中起著重要作用,FN 可以通過(guò)誘導(dǎo)EMT 使角化上皮細(xì)胞的侵襲能力顯著提升,最終導(dǎo)致瘢痕疙瘩侵襲原始傷口的邊緣擴(kuò)散至正常皮膚[48]。

4 總結(jié)與展望

復(fù)合因素使瘢痕疙瘩的形成機(jī)制較為復(fù)雜。其中靶向FN-EDA 及其受體的表達(dá)途徑在瘢痕疙瘩的形成中起重要作用,是介導(dǎo)炎癥和纖維化的關(guān)鍵。當(dāng)FN-EDA過(guò)度表達(dá)時(shí),將會(huì)與TGF-β1相互作用,最終導(dǎo)致瘢痕疙瘩的發(fā)生。此外,FN-EDB也可通過(guò)TGF-β1誘導(dǎo)瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞增殖,從而使瘢痕疙瘩加重。這些研究成果為瘢痕疙瘩的臨床治療提供了新的思路,將來(lái)進(jìn)一步可以通過(guò)研究阻斷FN-EDA 及FN-EDB的合成及其受體的相互作用,發(fā)現(xiàn)新的潛在治療靶點(diǎn)以達(dá)到治愈瘢痕疙瘩的目標(biāo)。纖連蛋白將會(huì)成為預(yù)防和治療瘢痕疙瘩研究中的一個(gè)重要研究方向。