TGF-β与缺血性脑卒中

卢昌均 曾鉴源

TGF-β与缺血性脑卒中

卢昌均 曾鉴源

TGF-β是一类多肽信号分子, 其生物学功能复杂而又丰富, 可在调节细胞生长、分化、发育等方面发挥着重要的作用, 与某系疾病的发生发展相关。人们可通过了解TGF-β表达水平的变化来诊断疾病以及监测疾病进程, 甚至可以通过干预其表达水平来治疗疾病。本文将初步探讨TGF-β以及其与缺血性脑卒中的关系。

转化生长因子-β；受体；缺血性脑卒中

经研究表明TGF-β为结构上相似而同时又具有相关性的一类转化生长因子, 拥有超过30种多肽生长因子, 根据其结构和功能可分为三类, 其中包括活化素、TGF-β以及骨形成蛋白等。TGF-β在体内多种组织和细胞内均有表达,例如成纤维细胞、骨骼及细胞外基质、上皮细胞以及各种组织细胞等。TGF-β家族成员具有复杂而丰富的生物学功能,可参与细包括胞生长、转移、炎症、血管生成、组织修复、肿瘤发生和转移在内的多种功能。由于TGF-β家族成员在不同器官的多种疾病的发生发展中发挥不同的作用, 因此人们可通过了解其表达水平的变化来诊断和监测疾病进程, 甚至可通过干预其水平来治疗疾病。本文将初步探讨TGF-β以及其与缺血性脑卒中的关系。

1 TGF-β 家族

TGF-β是一类分泌型多肽信号分子, 包括TGF-β、活化素与BMP［1］。TGF-β目前已经被应用到哺乳动物的相关生理与病理过程, 其能够控制细胞增殖以及分化, 因此在胚胎与肿瘤发展以及免疫调节等过程中起到一定的作用。

经相关实验表明TGF-β至少有6个结构相关的份子(TGFβ1, 2, 3, 4, 5, 6), 而在一般的哺乳动物里, 现在仅发现了三种亚型, 也就是 TGF-β1、β2和β3。在正常组织中都会发现上述亚型, 利用差异化的表面受体, 以其分泌等机制起到对机体的控制作用。现在, 一些资料显示最少有(24±1)个基因编码和 TGF-β 超家族有一定的联系。只要是TGF-β 超家族成员均与 TGF-β1有基本相同的序列, 有(72±8)的其亚型氨基酸序列存在同源性。人类编码的TGF-β1定位于染色体 19q13 上, 在内皮细胞和结缔组织细胞表达。因为超家族成员的同源性, 所以TGF-β的每一个亚型在一些生物反应过程里显示出近乎相同作用, 但是TGF-β1所占有的比例较高, 超过了(88±3)%, 且最有活性, 为结缔组织成长的助动因子, 同样为上皮再生以及造血系统的主要影响因素。

2 TGF-β1的产生

一般来说内皮细胞与多种结缔细胞均能够分泌出TGF-β1。在分泌出TGF-β1后还是以非共价键方式和其前肽相融合, 同样TGF-β受体不会予以识别, 且为非激活状态。而一般体内细胞所生成的非活性 TGF包括下述两种：第一种为TGF-β1与非活性亮氨酸氨基肽酶结合为小的非活性混合物；而第二种则为和LAP与其潜在TGF-β结合蛋白所生成的非活性混合物。利用LTBPs锚定在细胞外基质, 从而在细胞外部附近产生TGF-β1的预备池。这会让TGF-β1在需要释放时可以第一时间释放且发挥它的全部活性, 不需要再等待其重新合成。

3 TGF-β1的激活

LTBPs 为TGF-β1生物活性的主要调节分子, 而TGF-β1在蛋白质氨基酸中剔除与 LTBPs 像连的羧基端前区因此达到激活的目的。LTBPs 调节 TGF-β1利用下述方式去实现：①利用谷氨酰转移酶的功能把非活性 TGF-β和细胞外基质共价键相结合, 让其锚定在细胞外基质相应的位置, 因此去阻滞相应的受体进行结合；②选择进行传导的TGF-β种类；③利用决定释放以及锚定TGF-β的多少, 调整信号输出的制衡。一般情况下LAP 是利用相应的蛋白酶诱导裂解以及和一些蛋白进行反应, 让TGF-β1-LAP 间的非共价键断开,从而分泌出成熟的TGF-β1和受体进行结合而发挥其应有的活性。

4 TGF-β1的受体

据相关资料显示, 目前有8种TGF-β受体其中包括Ⅰ型受体、TβR-Ⅱ、TβR-Ⅲ、Ⅳ型受体、Endoglin、PLBPs还有GI-210。在 TGF-β1/Smad3 信号转导通路中, 起信号转导作用的为TβR-Ⅰ以及 TβR-Ⅱ两种, 这两种均为丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶受体。而TβR-Ⅱ不存在其特异性,因此能利用和配体的结合进行信号的传输；而TβR-Ⅰ在与TβR-Ⅱ相遇时, TβR-Ⅰ与结合配体具有高亲和力。TβR-Ⅰ在很大程度上都影响着TGF-β反应的特异性, 同时还影响着其一些生物学功能。TβR-Ⅰ为TGF转导路径的核心要素。而在TβR-Ⅰ的结构中有一个楔形 GS 的区域,在信号转导环节, TβR-Ⅱ胞质区的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶结构域可以将TβR-Ⅰ GS 区域的丝氨酸/苏氨酸磷酸化去激活TR-Ⅰ激酶, 而此激酶再磷酸化下游 Smads 底物, 最后会将TGF-β的信号从细胞外传递到细胞中。

5 TGF-β1的调控

TGF-β家族主要通过Smad蛋白传递信号, 目前研究较多的是 TGF-β1/Smad3 通路。它所构成的信号路径均参影响其它信号路径, 而且又在各个层面上受到相关因素的制约。TGF-β 信号路径的调节是利用很多机制以及一些差异化的调节因子去实现的。抑制型 Smad 蛋白为TGF-β信号调控的主要因素, 在调节TGF-β 信号路径环节有着非常重要的影响。虽然负调控因子也可以存在于各个信号路径, 不过在TGF-β信号路径中却显得十分特殊, 由于其与一些路径中的组成蛋白在结构上具有相似性。另外, TGF-β信号通路能够在各种细胞中诱导出现一些负调控蛋白, 因此能够利用负反馈的方式去对其余信号路径予以调控。现在已对TGF-β信号路径中一些蛋白的负调控机理有了较为深入的研究, 比如在结构上和 TGF-β家族配体有联系的 Lefty1以及 Lefty2蛋白可以通过与 activin 竞争性结合 activin 受体来实现负调控但并不形成二聚体［2,3］。而且, Inhibins是通过α链与β链所构建的二聚体, 能够与β链二聚体所构建的activin互相制衡。而Smad家族中的I-Smads具有保守的C端MH2结构域, 可以与激活的I型受体与R-Smads互相作用,从而遏制细胞中信号的传输, 同样是TGF-β信号路径负调控的核心, 通过相关数据显示I-Smads参与了信号的终止。

6 TGF-β1在缺血性脑卒中中的表现

目前研究发现, 缺血性脑卒中后的第1天、第3天、第6天血清TGF-βl显著少于正常值, 而第15天患者的血清TGF-β1的程度则近似于正常值。Krupinski等对缺血性脑卒中死亡患者在死亡一天内分别采集器大脑中缺血区以及病灶对侧脑相关组织予以TGF-β1经研究得知, 缺血区表达非常强, 半暗带区的表达最强, 但是对侧脑的组织表达则明显偏弱, 所以认为缺血早期血清的TGF-β1程度下降很可能是因为TGF-β1被过度使用以及积聚在组织所造成。而动物模型实验同样支持此观点。

另外有研究发现, TGF-β水平与梗死灶的大小及病情轻重无明显相关性。因发病时病情的严重程度不但和梗死灶面积有练习, 同时还与梗死位置有关, 病初血清TGF-β1程度反应的是在脑梗死后缺氧以及缺血刺激下的调节水平, 所以血清TGF-β1程度和梗死灶的面积与病情程度没有显著联系。

7 TGF-β1的表达对脑的保护作用

研究表明, TGF-β1在急性脑缺血时表达增加, 可减轻脑缺血损伤而发挥脑保护作用：①神经保护和抗凋亡：TGF-β1能增加神经元抗凋亡因子基因表达, 抑制凋亡的发生。从而使缺血半影区的神经元存活的时间增加, 加强组织的修复。②促血管生成：TGF-β1是强有力的血管生长调节因子, 能够激活缺血半影区的血管内皮细胞的功能以促进微血管的增生。③抗黏附分子作用:TGF-β1可抑制内皮细胞表达 E-选择素, 减少循环血中白细胞贴壁可能以及其沿内皮细胞滚动, 从而减少白细胞浸润。④免疫调节作用：TGF-β1可直接或间接的通过促进星形胶质细胞产生IL-6, 继而抑制TGF-α生的生成, 最终保护中枢神经系统。⑤抗炎、抗氧化作用：TGF-β1可抑制白细胞功能, 对抗TGF-α对白细胞的迁移作用, 此外还可以拮抗一氧化氮(NO)、兴奋性氨基酸的神经毒性、增加神经元Bcl-2基因表达, 防止神经元Ca2+超载。

综上所述, TGF-β作为分泌型多肽信号分子, 可广泛参与哺乳动物的各种病理生理过程, 与缺血性脑卒中的关系密切, TGF-β1可以作为脑梗死早期预防及预测的生物学标志物。

［1］ 曾惠芬, 王庆文.转化生长因子-β及其Smad信号转导的研究进展.中国药物与临床, 2010, 10(10): 1145-1147.

［2］ 张淑芬, 石学魁, 王亚贤.中药活脑康对脑缺血大鼠脑组织TGF-β1蛋白表达影响的实验研究.中国中医基础医学杂志, 2005, 11(12):906-907.

［3］ 周建美, 周华东, 吕受卿.急性脑缺血TGF-β1表达的实验研究.安徽医学, 2002, 23(1):5-7.

545001 柳州市中医院脑病科