TGF-β1 在放射性肺損傷中的促纖維化作用及其機(jī)制

梁鑫鑫 敖興坤 周圣 輝 顧永清,2

1 南華大學(xué)衡陽(yáng)醫(yī)學(xué)院，衡陽(yáng) 421001；2 軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院輻射醫(yī)學(xué)研究所，放射生物學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100850

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1（transforming growth factor，TGF-β1）是一種重要的成纖維細(xì)胞因子，參與體內(nèi)眾多生理過(guò)程。有研究結(jié)果顯示，TGF-β1 在創(chuàng)面的愈合過(guò)程中至關(guān)重要，可刺激大量基質(zhì)分子沉積和微血管生成，是導(dǎo)致纖維化疾病發(fā)生、病理性瘢痕增生的重要介質(zhì)[1]。

我國(guó)肺癌及乳腺癌等胸部腫瘤的發(fā)病率居高不下，而放療作為治療腫瘤的主要手段之一，經(jīng)濟(jì)有效且能明顯提高患者5 年治愈率[2]。在放療過(guò)程中，肺作為受胸部放療影響較大的器官，其自我修復(fù)能力相對(duì)較差，不能耐受高劑量的放療[3]。放射性肺損傷（radiation-induced lung injury，RILI）在胸部腫瘤的治療過(guò)程中發(fā)生率極高，絕大多數(shù)接受胸部照射的患者都會(huì)出現(xiàn)一定的癥狀，使其生存率大大降低，這對(duì)當(dāng)前胸部腫瘤的治療提出了極大的挑戰(zhàn)[4]。放射性肺纖維化（radiation-induced pulmonary fibrosis，RIPF）是RILI的嚴(yán)重后果，其發(fā)生發(fā)展過(guò)程受到廣泛關(guān)注。TGF-β1 在RILI 的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，但其具體的作用機(jī)制尚不清楚，我們對(duì)TGF-β1 在RILI 過(guò)程中的促纖維化作用及其機(jī)制的前沿進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 TGF-β1 概述

TGF-β 是一種多向性、多效性的細(xì)胞因子，通常以自分泌或旁分泌的方式調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化和凋亡等功能[5]。TGF-β 有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3 3 種亞型，它們都屬于由33 個(gè)結(jié)構(gòu)上相關(guān)的細(xì)胞因子組成的TGF-β 超家族。TGF-β1 自被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生物學(xué)效應(yīng)也得到了廣泛的探究。迄今為止，TGF-β1 的染色體定位、基因結(jié)構(gòu)、基因表達(dá)、蛋白結(jié)構(gòu)、體內(nèi)存在形式和信號(hào)傳導(dǎo)等方面的研究基本明確[6]。TGF-β1 是由含有390 個(gè)氨基酸的大型蛋白前體經(jīng)蛋白酶水解后所產(chǎn)生的含112 個(gè)氨基酸的多肽，其大多由機(jī)體內(nèi)的實(shí)質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生，可被分泌到細(xì)胞外。人體體液中的TGF-β1 可分為少量的活性TGF-β1 和大量的非活性TGF-β1，其活性在一定情況下可被蛋白酶、整合素及自由基等物質(zhì)激活，激活后的TGF-β1 特異性地與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，從而產(chǎn)生生物活性[7-8]。 TGF-β1 共有3 種特異性受體，分別為TGF-β Ⅰ、TGF-β Ⅱ、TGF-βⅢ。TGF-β1在與相應(yīng)的受體結(jié)合后可激活細(xì)胞質(zhì)中的TGF-β/Smad 蛋白通路，該通路參與多種生物學(xué)過(guò)程，在纖維化過(guò)程中具有重要作用[9]。

在RILI 小鼠模型中，經(jīng)電離輻射后，其肺組織中的TGF-β1 陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)顯著增多，TGF-β1 的含量顯著升高，且體內(nèi)高濃度TGF-β1 的RILI 小鼠模型肺纖維化程度愈加嚴(yán)重[10]。Anscher 等[11]的研究結(jié)果顯示，使用TGF-β1 的小分子抑制劑后，小鼠肺組織中TGF-β1 的含量顯著降低，肺纖維化程度明顯減輕。因此，TGF-β1 是決定RILI 發(fā)生與發(fā)展的關(guān)鍵因素。

2 TGF-β1 在RILI 中的促纖維化作用及其機(jī)制

TGF-β1 在多種纖維化疾病中發(fā)揮著重要作用：TGF-β1的過(guò)表達(dá)會(huì)導(dǎo)致小鼠心肌纖維化程度加重并使其對(duì)房顫的敏感性增加，不利于小鼠生存及預(yù)后[12]；TGF-β1/Smad3 信號(hào)通路的破環(huán)可防止單側(cè)輸尿管引起的腎小管間質(zhì)纖維化[13]；Ueberham 等[14]在小鼠飲用水中添加TGF-β1，使其在血漿中的含量升高，在較短的周期內(nèi)小鼠便出現(xiàn)了肝臟的纖維化。以上研究結(jié)果均可證實(shí)TGF-β1 的促纖維化作用強(qiáng)大且廣泛。

RILI 可分為早、中、晚3 個(gè)階段。早期主要以放射性肺炎（radiation-induced pneumonitis，RP）為主，表現(xiàn)為小血管和毛細(xì)血管損傷；中期主要表現(xiàn)為肺泡壁纖維母細(xì)胞浸潤(rùn)伴有間質(zhì)肺纖維化；晚期主要表現(xiàn)為肺泡間隔進(jìn)行性增厚、血管硬化、肺泡結(jié)構(gòu)完全破壞形成RIPF，最終導(dǎo)致患者呼吸衰竭甚至死亡，極大地影響了患者的生存率及胸部腫瘤的治療效果[15]。因此，尋找RP 向RIPF轉(zhuǎn)變的分子機(jī)制尤為關(guān)鍵。

2.1 TGF-β1 在RILI 過(guò)程中的促纖維化作用

2000 年，Hakenjos 等[16]采用酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法檢測(cè)受輻射和假性輻射的大鼠肺成纖維細(xì)胞中TGF-β1 的含量，以此來(lái)明確電離輻射對(duì)大鼠肺成纖維細(xì)胞的影響，其研究結(jié)果表明，4 Gy 照射后TGF-β1 的表達(dá)水平增加了60%，最終導(dǎo)致大鼠肺成纖維細(xì)胞的克隆活性及終末分化水平升高。Zhao 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在平均肺部受輻射劑量大于20 Gy 的165 例非小細(xì)胞肺癌患者中，TGF-β1 表達(dá)水平升高的患者占66.7%。上述研究結(jié)果表明，TGF-β1 在小鼠和人體內(nèi)都對(duì)電離輻射有較高的反應(yīng)性，因此電離輻射有可能通過(guò)TGF-β1 介導(dǎo)RP 向RIPF 的轉(zhuǎn)變。之后，研究者使用小干擾RNA 敲低人肺成纖維細(xì)胞中的TGF-β1 后發(fā)現(xiàn)，人肺成纖維細(xì)胞的凋亡率增加；敲低小鼠肺成纖維細(xì)胞中的TGF-β1后發(fā)現(xiàn)，一些輻射引起的肺部組織病理學(xué)變化，包括炎癥、水腫、肺泡上皮細(xì)胞的TGF-β1 陽(yáng)性反應(yīng)以及肺間質(zhì)巨噬細(xì)胞等都不明顯，這表明下調(diào)TGF-β1 可有效抑制小鼠體內(nèi)的炎癥反應(yīng)，阻斷RP 向RIPF 的轉(zhuǎn)變，減輕RIPF 癥狀，防御輻射引起的肺損傷[18]。在接受胸部照射的小鼠體內(nèi)應(yīng)用TGF-β1 上游激動(dòng)因子缺氧誘導(dǎo)因子1α 的抑制劑（2-甲氧基雌二醇）后，可以有效抑制TGF-β1 的產(chǎn)生，其促纖維化作用被大大減弱，抑制了RIPF 的發(fā)生，有利于保護(hù)肺部正常組織[19]。綜上，TGF-β1 在RILI 過(guò)程中具有較強(qiáng)的促纖維化作用，促進(jìn)RP 向RIPF 發(fā)展。

2.2 TGF-β1 在RILI 過(guò)程中的促纖維化作用機(jī)制

2.2.1 TGF-β1 對(duì)成纖維細(xì)胞的增殖分化作用

RIPF 的特征是成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞聚集、產(chǎn)生大量膠原蛋白、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)，同時(shí)細(xì)胞外基質(zhì)重塑后肺泡間隔纖維化，肺泡閉塞，最終導(dǎo)致肺的氧交換能力喪失，危害患者生命[20]。肌成纖維細(xì)胞是導(dǎo)致肺中膠原和細(xì)胞外基質(zhì)沉積的最主要的細(xì)胞。機(jī)體在組織損傷、炎癥環(huán)境中可分泌各種促進(jìn)纖維細(xì)胞生長(zhǎng)的因子，其中TGF-β1是最重要的促纖維化生長(zhǎng)因子。有研究結(jié)果表明，成纖維細(xì)胞可在TGF-β1 的作用下轉(zhuǎn)化成肌成纖維細(xì)胞，使膠原生成增加，逐漸引起肺纖維化[21]。隨后，Li 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1 可通過(guò)增強(qiáng)單核細(xì)胞中白細(xì)胞介素1 的產(chǎn)生，促進(jìn)成纖維細(xì)胞的有絲分裂，從而加速肺纖維化的產(chǎn)生。Huang等[23]研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1 可通過(guò)調(diào)控miR-424/Slit2 軸促進(jìn)肺成纖維細(xì)胞的增殖分化，加重肺纖維化。上述研究結(jié)果表明，TGF-β1 通過(guò)影響成纖維細(xì)胞的增殖與分化，使肺成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞的數(shù)目增加，加速肺纖維化的產(chǎn)生。

2.2.2 TGF-β1 對(duì)細(xì)胞因子的趨化、誘導(dǎo)作用

炎癥在RILI 的啟動(dòng)和發(fā)展過(guò)程中具有核心作用，而TGF-β1 可作為炎癥反應(yīng)中的重要趨化因子，趨化炎癥細(xì)胞向血管壁邊集。機(jī)體受到電離輻射后會(huì)導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子分泌增加，促成炎癥細(xì)胞在血管壁聚集啟動(dòng)炎癥[24]。Sohn 等[25]研究發(fā)現(xiàn)，單次大劑量局部照射小鼠肺2～3 周后，小鼠體內(nèi)TGF-β1 的含量顯著增加，小鼠支氣管肺泡灌洗液中炎癥細(xì)胞的數(shù)量增多，炎癥因子水平也升高。Rana 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)異常增多的TGF-β1 可誘導(dǎo)肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞衰老，而衰老的細(xì)胞會(huì)分泌衰老相關(guān)分泌表型，介導(dǎo)肺泡巨噬細(xì)胞的活化，增加炎癥細(xì)胞因子的分泌。此外，電離輻射會(huì)引起體內(nèi)活性氧和TGF-β1 水平異常升高，二者相互促進(jìn)形成惡性循環(huán)，使細(xì)胞周期停滯并最終導(dǎo)致肺泡上皮細(xì)胞凋亡或壞死。凋亡或壞死的細(xì)胞又可以產(chǎn)生一系列炎癥細(xì)胞因子，引起炎癥風(fēng)暴，加速RIPF 的發(fā)生[27]。綜上，TGF-β1 不僅可以直接驅(qū)動(dòng)炎癥因子引起損傷部位產(chǎn)生炎癥，還會(huì)通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞衰老、凋亡等途徑加速RP 向RIPF 發(fā)展。

2.2.3 TGF-β1 啟動(dòng)并維持上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelialmesenchymal transition，EMT）

EMT 是指上皮細(xì)胞在一定的條件下可轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型細(xì)胞的生物學(xué)過(guò)程。在炎癥、損傷等不利因素下，肺上皮細(xì)胞可通過(guò)EMT 增加成纖維細(xì)胞的來(lái)源，參與肺纖維化過(guò)程[28]。電離輻射在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中均可誘導(dǎo)肺上皮細(xì)胞發(fā)生EMT，從而誘發(fā)RIPF。TGF-β1 作為EMT 的驅(qū)動(dòng)劑一直備受關(guān)注。在原代人肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞中，經(jīng)TGF-β1刺激后，EMT 的標(biāo)志蛋白表達(dá)水平發(fā)生變化，并獲得產(chǎn)生膠原蛋白的能力[29]，這說(shuō)明TGF-β1 可驅(qū)使肺上皮細(xì)胞發(fā)生EMT。Chapman 等[30]給胸部腫瘤患者口服TGF-β1 受體激酶抑制劑表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯后，比較患者血清及肺組織Western Blot 檢測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯可逆轉(zhuǎn)肺纖維化患者體內(nèi)的促纖維化狀態(tài)，且EMT相關(guān)標(biāo)志蛋白也出現(xiàn)回轉(zhuǎn)，這進(jìn)一步表明TGF-β1 可通過(guò)啟動(dòng)并維持EMT 參與RIPF 的形成。Zhou 等[31]也使用TGF-β1處理肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞，經(jīng)蛋白質(zhì)組學(xué)分析后發(fā)現(xiàn)，TGF-β1處理誘導(dǎo)了EMT 的特征，下調(diào)了細(xì)胞與細(xì)胞之間的黏附性以獲得遷移特性，這也表明TGF-β1 對(duì)EMT 具有驅(qū)動(dòng)作用。近年來(lái)，隨著對(duì)TGF-β1 通過(guò)激發(fā)EMT 促進(jìn)RP 向RIPF 轉(zhuǎn)變機(jī)制的深入研究，TGF-β1 被認(rèn)為是最經(jīng)典的促EMT 因子，可通過(guò)介導(dǎo)不同的靶基因抑制上皮細(xì)胞標(biāo)志蛋白表達(dá)，促進(jìn)間充質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志蛋白表達(dá)，從而促進(jìn)EMT，加速RP 向RIPF 的發(fā)展。

2.2.4 通過(guò)非編碼RNA 參與纖維化過(guò)程

近年來(lái)，有研究結(jié)果表明，miRNA、circRNA、lncRNA等非編碼RNA 均參與疾病的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程，尤其是在腫瘤和肺纖維化的進(jìn)程中。TGF-β1 作為一種強(qiáng)大的促纖維化因子，可通過(guò)調(diào)控多種非編碼RNA 促進(jìn)肺纖維化形成。Wei 等[32]研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1 以時(shí)間和濃度依賴的方式使miR-133a 明顯上調(diào)，并且直接誘導(dǎo)肌成纖維細(xì)胞分化，促進(jìn)肺纖維化形成。此外，Pandit 等[33]研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1 通過(guò)調(diào)控Smad3 與Let-7d 的啟動(dòng)子結(jié)合，負(fù)性調(diào)控let-7d 的表達(dá)，促進(jìn)EMT 過(guò)程，加速纖維化的發(fā)生。 此外，circRNA 和lncRNA 均可作為miRNA 的分子海綿發(fā)揮作用，如 TGF-β1 通過(guò)激活circRNA_0026344 調(diào)控miR-21/Smad7 信號(hào)軸促進(jìn)肺纖維化[34]；lncRNA-ATB 經(jīng)TGF-β1 處理后含量增多，并且通過(guò)海綿化miR-29b-2-5p 和miR-34c-p 促進(jìn)肺纖維化[35]。不僅如此，miRNA、lncRNA 還能與mRNA 相互作用，在疾病中形成一個(gè)相互作用的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。Liu 等[36]研究發(fā)現(xiàn)，在人肺泡上皮細(xì)胞中，有24 個(gè)mRNA、11 個(gè)miRNA 和33 個(gè)lncRNA 共同表達(dá)，它們可以通過(guò)調(diào)節(jié)TGF-β1 誘導(dǎo)的EMT過(guò)程來(lái)參與肺纖維化的過(guò)程。因此，電離輻射會(huì)使TGF-β1含量異常增多，而TGF-β1 又可以通過(guò)激活或抑制miR-133a、circRNA_0026344、lncRNA-ATB 等非編碼RNA 的表達(dá)影響下游靶基因，從而促進(jìn)肺纖維化形成，這表明受TGF-β1調(diào)控的非編碼RNA 極有可能成為防治RIPF 的重要靶點(diǎn)，但具體機(jī)制仍需進(jìn)一步探究。綜上所述，疾病的發(fā)生路徑可能是多種多樣的，而非編碼RNA 作為TGF-β1 促纖維化作用的助燃劑，其在RP 向RIPF 的發(fā)展過(guò)程中扮演的角色不容小覷。

3 小結(jié)與展望

隨著在分子水平上對(duì)RILI 發(fā)生機(jī)制的深入研究，TGF-β1作為一種重要的因子也越來(lái)越受重視，廣泛的醫(yī)學(xué)研究結(jié)果證實(shí)，TGF-β1 作為主要的促纖維化細(xì)胞因子，在RILI的纖維化機(jī)制中起著重要作用。近年來(lái)，以TGF-β1 為切入點(diǎn)，許多研究者在RILI 的防治工作中做了許多的努力，研究結(jié)果層出不窮，然而由于RILI 的發(fā)生機(jī)制復(fù)雜，至今未研究清楚。因此，進(jìn)一步研究TGF-β1 的促纖維化作用機(jī)制有助于挖掘其在防治RILI 中的作用，尤其是在RILI 整個(gè)發(fā)展過(guò)程中如何阻礙RP 向RIPF 發(fā)展這一關(guān)鍵難題。此外，對(duì)于尋找TGF-β1 的特異性抑制劑也是一個(gè)值得努力的方向，具有廣闊的探索空間。相信未來(lái)在各方研究者的共同努力下，能以TGF-β1 及其信號(hào)通路為媒介使RILI 的防治取得一定成果，造福廣大患者。

利益沖突所有作者聲明無(wú)利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明梁鑫鑫負(fù)責(zé)文獻(xiàn)的收集與整理、綜述的撰寫；敖興坤負(fù)責(zé)綜述的審閱、建議的提出；周圣輝、顧永清負(fù)責(zé)綜述的審閱與最終版本的修訂