轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β信號(hào)通路調(diào)控血管衰老的作用機(jī)制研究進(jìn)展

胡海亮，劉炬

1 山東中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，濟(jì)南 250014；2 山東第一醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)研究中心

血管衰老作為整體性衰老的一部分，是人體衰老發(fā)生的關(guān)鍵因素。即使無(wú)明顯疾病的老年人，隨著年齡增加，血管同樣會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能上的改變，隨之而來(lái)的心、腎、腦等衰老相關(guān)疾病風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增加。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（TGF-β）超家族是一個(gè)包含眾多成員的多功能細(xì)胞因子大家族，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、分化、遷移和凋亡等過(guò)程。衰老細(xì)胞表現(xiàn)出細(xì)胞周期性停滯和衰老相關(guān)分泌表型（SASP），TGF-β作為SASP的重要組成部分，在血管衰老相關(guān)的疾病中起重要作用［1］。近年研究表明，TGF-β信號(hào)通路能夠通過(guò)對(duì)血管纖維化、血管鈣化、細(xì)胞自噬、炎癥反應(yīng)、端粒長(zhǎng)度、端粒酶活性以及新型長(zhǎng)壽靶點(diǎn)的調(diào)控影響血管衰老，從而在血管衰老相關(guān)疾病中發(fā)揮作用。現(xiàn)就TGF-β信號(hào)通路調(diào)控血管衰老的作用機(jī)制綜述如下。

1 TGF-β信號(hào)通路調(diào)控血管纖維化影響血管衰老

衰老血管表現(xiàn)出漸進(jìn)式的血管重塑，膠原纖維沉積增加，進(jìn)而導(dǎo)致血管纖維化，而血管纖維化也與高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、糖尿病、腎纖維化等年齡相關(guān)疾病關(guān)聯(lián)密切。血管纖維化主要的病理表現(xiàn)為細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）蛋白的過(guò)度沉積，TGF-β作為主要的促纖維化細(xì)胞因子，也是ECM最重要的調(diào)節(jié)劑，能夠通過(guò)誘導(dǎo)ECM中蛋白的表達(dá)能力增強(qiáng)及抑制ECM酶解使組織蓄積過(guò)量的ECM，從而產(chǎn)生血管纖維化。ALK5/Smad3信號(hào)通路已被證實(shí)可在不同的組織纖維化疾病中發(fā)揮作用，通過(guò)阻斷ALK4/5的激活，可以抑制TGF-β誘導(dǎo)的Smad2和Smad3磷酸化，進(jìn)一步抑制成纖維細(xì)胞激活和膠原蛋白生成，從而使血管發(fā)生纖維化。呼永河等［2］研究發(fā)現(xiàn)，下調(diào)TGF-β的表達(dá)可抑制p38絲裂素活化蛋白激酶（p38 MAPK）磷酸化，減少膠原蛋白Ⅰ和膠原蛋白Ⅱ的合成，改善動(dòng)脈纖維化。YANG等［3］研究顯示，給予主動(dòng)脈纖維化小鼠血管活性肽阿拉曼定可以顯著抑制TGF-β誘導(dǎo)的p38、ERK和JNK等蛋白表達(dá)的增加，從而減輕血管纖維化進(jìn)程。Janus激酶2（JAK2）是組織纖維化的關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)因子，有研究表明，TGF-β1能夠通過(guò)誘導(dǎo)JAK2磷酸化誘導(dǎo)血管纖維化［4］。

2 TGF-β信號(hào)通路調(diào)控血管鈣化影響血管衰老

血管鈣化的特征是鈣磷酸鹽復(fù)合物形式的礦物質(zhì)沉積，其最重要的病理因素為血管平滑肌細(xì)胞（VSMCs）向成骨樣細(xì)胞的轉(zhuǎn)化及分化。TGF-β是驅(qū)動(dòng)VSMCs向成骨轉(zhuǎn)化及分化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，TGF-β的異常上調(diào)會(huì)導(dǎo)致血管鈣化。Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（Runx2）、骨橋蛋白（OPN）是臨床常用的成骨標(biāo)志物，HE等［5］研究顯示，磷酸鹽可顯著增強(qiáng)VSMCs中TGF-β 活性，且 TGF-β1能夠通過(guò)上調(diào) VSMCs中Runx2的mRNA水平及OPN的蛋白水平，降低平滑肌蛋白22α（SM22α）的mRNA水平，從而導(dǎo)致血管鈣化?；|(zhì)金屬蛋白酶（MMP）是一種依賴鋅和鈣的內(nèi)肽酶，在生理和病理?xiàng)l件下參與組織重塑，其中明膠酶A（MMP-2）及明膠酶B（MMP-9）都已被發(fā)現(xiàn)可在血管鈣化的形成中起到重要作用。研究顯示，在血管中，MMP-2和MMP-9均受到了TGF-β的調(diào)控［6］。一項(xiàng)針對(duì)MMP-10的研究發(fā)現(xiàn)，MMP-10有助于動(dòng)脈粥樣硬化和血管鈣化的形成［7］。在之前的報(bào)道中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在腫瘤細(xì)胞中TGF-β能夠通過(guò)上調(diào)肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2（MEF-2）誘導(dǎo)MMP-10激活，而其在血管組織中是否參與這種調(diào)控過(guò)程，還有待闡明［8］。內(nèi)皮—間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EndMT）是內(nèi)皮細(xì)胞（ECs）形態(tài)向間充質(zhì)細(xì)胞（MSCs）形態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程，并伴隨ECs功能下降，MSCs功能增強(qiáng)，最終形成具有成骨潛能的細(xì)胞。研究表明，EndMT也受到TGF-β通路的調(diào)節(jié)，其可通過(guò)Smad2/3信號(hào)通路增強(qiáng)Snail、Twist和Slug這些EndMT轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，從而調(diào)控EndMT形成［9］。

3 TGF-β信號(hào)通路調(diào)控炎癥反應(yīng)影響血管衰老

全身性慢性炎癥（SCI）是一種低級(jí)別的非感染性炎癥狀態(tài)，慢性炎癥環(huán)境下存在大量的炎癥因子，炎癥因子水平的增高使得機(jī)體內(nèi)原有的抗炎、促炎平衡失調(diào)，導(dǎo)致血管功能損傷。研究表明，健康老年人體內(nèi)白介素細(xì)胞6（IL-6）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）、IL-1β水平明顯高于健康青年人［10］。TGF-β1能夠誘導(dǎo)促炎因子的表達(dá)，包括 IL-6、TNF-α、IL-1β等［11］，而這些因子都是SASP中的成員，參與細(xì)胞衰老的過(guò)程。

在已知的Smad經(jīng)典信號(hào)通路中，Smad2/3信號(hào)通路能夠通過(guò)TGF-β1的調(diào)控負(fù)責(zé)抗炎作用，而Smad7則可與TGF-β1型受體形成穩(wěn)定的復(fù)合物，通過(guò)抑制Smad2/3通路來(lái)發(fā)揮促炎作用［12］。近期研究發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)脈粥樣硬化鼠模型ECs中，TGF-β誘導(dǎo)了多種趨化因子和細(xì)胞因子及其受體，包括趨化因子2（CCL2）、白細(xì)胞黏附因子ICAM-1及VCAM-1、MMP-2，這些因子已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)不同方式參與炎癥的調(diào)控［13］。一項(xiàng)以百歲老人為研究對(duì)象的研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增加，TGF-β的水平也相應(yīng)增高，并且TGF-β可以作為抗炎因子發(fā)揮作用［14］。由上可見(jiàn)，TGF-β在對(duì)炎癥反應(yīng)的調(diào)控中發(fā)揮了雙向調(diào)節(jié)作用，而具體TGF-β的調(diào)控作用是如何在這種抗炎—促炎模式下轉(zhuǎn)換的，可能是未來(lái)研究新的方向。

4 TGF-β信號(hào)通路調(diào)控細(xì)胞自噬影響血管衰老

細(xì)胞自噬是通過(guò)溶酶體降解途徑，吞噬自身老化細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)或細(xì)胞器，使其進(jìn)入囊泡來(lái)維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)從而實(shí)現(xiàn)機(jī)體自我保護(hù)的一種方式。細(xì)胞自噬與衰老存在密切聯(lián)系，自噬機(jī)制和自噬的調(diào)節(jié)途徑被認(rèn)為是長(zhǎng)壽的調(diào)節(jié)劑。在衰老動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)，隨著年齡增長(zhǎng)，機(jī)體自噬能力會(huì)降低。自噬的調(diào)節(jié)失調(diào)已被認(rèn)為是多種年齡相關(guān)疾病的關(guān)鍵誘因［15］。自噬的過(guò)程受到信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控，而這些信號(hào)網(wǎng)絡(luò)主要通過(guò)改變營(yíng)養(yǎng)、能量和生長(zhǎng)因子水平來(lái)發(fā)揮作用。雷帕霉素（mTOR）和活化蛋白激酶（AMPK）是目前發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞自噬主要調(diào)控靶點(diǎn)。mTOR是細(xì)胞生長(zhǎng)的關(guān)鍵穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)因子，負(fù)反饋調(diào)節(jié)自噬，限制自噬介導(dǎo)的細(xì)胞溶質(zhì)物質(zhì)的分解代謝。mTOR的激活能夠降低細(xì)胞功能，誘導(dǎo)細(xì)胞衰竭，從而減少組織的修復(fù)，促進(jìn)衰老相關(guān)疾病的發(fā)展［16］。

TGF-β通路可以通過(guò)Smad非依賴及Smad依賴兩種途徑參與自噬的調(diào)控，包括PI3K-Akt-mTOR軸及JNK軸［17］。在細(xì)胞層面，不同的細(xì)胞周期維持不同的自噬水平，G1期細(xì)胞自噬水平最低，G1細(xì)胞周期停滯導(dǎo)致細(xì)胞損傷，降低細(xì)胞容量，加速衰老的進(jìn)程。研究表明，TGF-β參與了mTOR誘導(dǎo)的G1細(xì)胞周期停滯［16］。有研究發(fā)現(xiàn)，在VSMCs和ECs中自噬功能受限，并伴隨TGF-β分泌增加，加速了細(xì)胞衰老和凋亡，提示血管相關(guān)性疾病中TGF-β可能通過(guò)調(diào)控細(xì)胞自噬發(fā)揮作用［18］。作為TGF-β的靶點(diǎn)分子，mTOR低表達(dá)可以促進(jìn)細(xì)胞保護(hù)性自噬，減弱核因子 κB（NF-κB）活化，從而緩解動(dòng)脈粥樣硬化［19］。AMPK是自噬過(guò)程中能量感知和細(xì)胞信號(hào)調(diào)控的一個(gè)重要激酶，作為TGF-β通路和PI3K-Akt-mTOR軸的抑制因子，其已在多項(xiàng)研究中被發(fā)現(xiàn)可以緩解血管的衰老過(guò)程［20-21］。

5 TGF-β信號(hào)通路調(diào)控端粒長(zhǎng)度及端粒酶活性影響血管衰老

端?？s短是細(xì)胞衰老的標(biāo)志物之一，每一次的細(xì)胞分裂都會(huì)使端?？s短，直到達(dá)到臨界長(zhǎng)度，稱為Hayflick極限，而后細(xì)胞會(huì)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的細(xì)胞周期停滯，從而出現(xiàn)細(xì)胞功能障礙，其機(jī)制涉及染色體末端誘導(dǎo)持續(xù)的DNA損傷反應(yīng)（DDR）和細(xì)胞活力喪失。衰老的細(xì)胞通常會(huì)伴隨著端粒酶活性的降低，端粒酶活性主要取決于人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶（hTERT）的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。端粒功能障礙誘導(dǎo)的衰老細(xì)胞會(huì)分泌出大量的細(xì)胞因子，統(tǒng)稱為SASP，作為SASP的成員之一，TGF-β信號(hào)通路負(fù)向調(diào)控hTERT的表達(dá)［22］。研究表明，TGF-β 可以通過(guò) TGF-β1/Smad3/NADPH氧化酶4（NOX4）信號(hào)通路以旁分泌的方式誘導(dǎo)端粒功能障礙，并導(dǎo)致DDR和DNA病灶（TIF）的形成［23］。體內(nèi)研究也表明，通過(guò)抑制TGF-β信號(hào)下游通路Smad2和Smad3的磷酸化可以促進(jìn)hTERT的表達(dá)，從而維持端粒長(zhǎng)度［24］。從細(xì)胞層面延伸至血管組織層面，研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞衰老和血管衰老之間存在聯(lián)系，端粒長(zhǎng)度和端粒酶活性可以作為血管衰老的指標(biāo)［25］。

6 TGF-β信號(hào)通路調(diào)控新型長(zhǎng)壽靶點(diǎn)影響血管衰老

近年來(lái)，從基因?qū)用鎸?duì)衰老的研究發(fā)現(xiàn)了眾多長(zhǎng)壽調(diào)控基因，包括叉頭轉(zhuǎn)錄因子（FOXOs）、沉默調(diào)節(jié)蛋白（Sirtuins）等。FOXOs屬于叉頭蛋白家族，作為一種轉(zhuǎn)錄因子參與協(xié)調(diào)代謝穩(wěn)態(tài)和調(diào)節(jié)衰老。哺乳動(dòng)物包括4個(gè)FOXO成員，分別是FOXO1、FOXO3、FOXO4、FOXO6。近期研究顯示，F(xiàn)OXO3A是血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)的核心保護(hù)因子。在靈長(zhǎng)類食蟹猴模型中，主動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈ECM、平滑肌細(xì)胞和外膜成纖維細(xì)胞中均發(fā)現(xiàn)FOXO3A下調(diào)，研究者并通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，TGF-β1可能是FOXO3A的潛在調(diào)控因子［26］。另有研究顯示，TGF-β1主要通過(guò)PI3K/Akt通路對(duì)FOXO3A進(jìn)行負(fù)向調(diào)控，Akt將FOXO3A磷酸化后，導(dǎo)致其與細(xì)胞核隔離并失去活性，從而失去了對(duì)靶基因表達(dá)的能力［27］。FOXO3A還可受到多種蛋白激酶磷酸化，包括ERK1/2、p38、IKK、SGK、JNK、c-JunN末端激酶等，而這些蛋白激酶都是TGF-β信號(hào)通路調(diào)控的下游靶點(diǎn)［28］，而TGF-β具體是否通過(guò)這些激酶參與到了FOXO3A以及其他FOXOs家族的調(diào)控還有待研究。

Sirtuins是一種NAD+依賴的去乙酰酶，以組蛋白和非組蛋白為目標(biāo)，調(diào)節(jié)廣泛的生物過(guò)程，包括DNA修復(fù)、氧化應(yīng)激反應(yīng)及能量代謝。Sirtuins可通過(guò)去除靶蛋白的乙?；?，進(jìn)而促進(jìn)或抑制靶蛋白的活性，從而在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮維持組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)的作用，延緩與年齡相關(guān)的血管衰老。哺乳動(dòng)物中存在7種Sirtuins（SIRT1～7），分布在不同的亞細(xì)胞區(qū)，SIRT6是被研究最多的亞型。有研究報(bào)道，缺乏SIRT6會(huì)加速小鼠衰老，而過(guò)表達(dá)SIRT6則會(huì)延長(zhǎng)小鼠的壽命。MAITY等［29］研究表明，SIRT6能夠通過(guò)遺傳表觀機(jī)制抑制TGF-β信號(hào)的傳導(dǎo)，其機(jī)制為通過(guò)使組蛋白乙?；种芓GF-β信號(hào)通路中關(guān)鍵基因TGF-β1、TGF-β2的 mRNA表達(dá)；并且隨著機(jī)體年齡的增長(zhǎng)，SIRT6結(jié)合TGF-β信號(hào)通路中基因啟動(dòng)子能力顯著降低，而Smad3與這些啟動(dòng)子結(jié)合能力增加。

綜上所述，血管衰老是一個(gè)漸進(jìn)式的過(guò)程，TGF-β及其下游信號(hào)在血管衰老的進(jìn)程中能夠通過(guò)對(duì)血管纖維化、血管鈣化、細(xì)胞自噬、炎癥反應(yīng)、端粒長(zhǎng)度、端粒酶活性以及新型長(zhǎng)壽靶點(diǎn)的調(diào)控發(fā)揮作用，但是仍有許多的問(wèn)題需要解決。第一，TGF-β在動(dòng)脈粥樣硬化中表現(xiàn)出了正面和負(fù)面兩種不同作用機(jī)制，在慢性炎癥中也表現(xiàn)出了雙重調(diào)控作用，作為一種多效轉(zhuǎn)化因子，TGF-β如何進(jìn)行的這種角色轉(zhuǎn)變，以及對(duì)應(yīng)的信號(hào)機(jī)制，還有待進(jìn)一步研究。第二，F(xiàn)OXO和Sirtuins等新型長(zhǎng)壽調(diào)控靶點(diǎn)已經(jīng)在血管外的其他組織中被發(fā)現(xiàn)可以參與到TGF-β通路的調(diào)控機(jī)制中，因不同組織的特異性，其是否能在血管中，特別是老化血管中參與到TGF-β的調(diào)控機(jī)制中還有待研究。TGF-β在許多組織細(xì)胞中都有表達(dá)，并在特定的生理病理環(huán)境中表現(xiàn)出雙向調(diào)控作用，想通過(guò)完全抑制TGF-β信號(hào)通路延緩衰老可能不是理想的選擇。但是，TGF-β可以為下游的一些衰老標(biāo)志物提供研究方向，通過(guò)對(duì)血管衰老的新認(rèn)識(shí)，能夠確定針對(duì)的治療靶點(diǎn)，從而為延緩血管衰老以及消除血管衰老所帶來(lái)的相關(guān)疾病提供新的研究方向。