TGF-β调控自噬活性研究进展

王雅雯 综述，徐 普 审校

(中南大学湘雅医学院附属海口医院口腔医学中心，海南 海口 570208)

·综 述·

TGF-β调控自噬活性研究进展

王雅雯 综述，徐 普 审校

(中南大学湘雅医学院附属海口医院口腔医学中心，海南 海口 570208)

自噬是细胞成分更新、发育、分化的重要调控机制，对维持蛋白代谢平衡及细胞内环境稳定具有重要意义。TGF-β是一种具有多种功能的多肽生长因子，可促进细胞的增殖与分化，细胞的粘附、迁移和凋亡，参与了自噬活性的调控。

自噬；TGF-β；自噬基因；自噬信号通路

自噬是广泛存在于真核生物中的保守的代谢过程，是细胞成分更新、发育、分化的重要调控机制，对维持蛋白代谢平衡及细胞内环境稳定具有重要意义。转化生长因子β(Transforming growth factor β，TGF-β)是一种具有多种功能的多肽生长因子，可促进细胞的增殖与分化，细胞的粘附、迁移和凋亡，是多种免疫细胞的自分泌或旁分泌调节因子[1]。目前的研究表明，生长因子参与了自噬活性的调控，而生长因子TGF-β就是其中之一，本文就此做一综述。

1 自噬

自噬是广泛存在于真核生物中的保守的代谢过程，是细胞成分更新、发育、分化的重要调控机制，对维持蛋白代谢平衡及细胞内环境稳定具有重要意义。正常情况下细胞保持基础自噬水平，而在许多代谢应激的状态下，如饥饿、低氧、高温、激素水平改变、生长因子缺乏时自噬被激活，促进细胞生存从而引发一系列的基本生理功能如发育、分化和组织改建[2]。

自噬在机体的免疫、感染、炎症、肿瘤、心血管病、神经退行性病的发病中都具有十分重要的作用[3]。在机体免疫反应中，自噬不仅能清除侵入的病原菌，而且能提高慢性感染性疾病和自身免疫性疾病的治疗效果[4-5]。如在心脏衰竭的研究中，自噬功能的活化是把双刃剑，对于单纯的心肌局部缺血而言，自噬有利于心肌局部缺血修复，但是对于缺血后的再灌注，自噬功能的活化则不利于心脏功能的恢复[6]。有学者通过对中枢神经系统有自噬相关基因缺陷的小鼠模型研究，结果提示自噬的激活能有效地清除有丝分裂后受损伤的神经元细胞，自噬不仅在维持神经元内环境和性状的稳定中起着关键的作用，在神经元轴突的生长和成熟过程中同样起着重要的作用[7]。

2 参与TGF-β调控自噬的自噬相关基因

在自噬过程中，自噬启动受自噬相关基因(Autophagy related gene，ATG)调控，目前被分离鉴定的哺乳动物ATG已超过30种，依其功能的不同可分为四组：①来自于TOR(Target of rapamycin TOR)激酶信号通路的ATG1复合物，该复合物涉及自噬体形成的初始、成核及延伸阶段；②Beclin1/ClassⅢPI3K复合物，主要涉及自噬体的成核阶段；③两个泛素类结合系统，ATG12和LC3系统，在自噬体形成的延伸阶段初期ATG12与ATG5结合，促进LC3的结合和磷酸化；④由ATG1和ATG9控制的反馈途径，在自噬体形成的的过程中，介导ATG蛋白在自噬体膜的转运[8]。

自噬活性的改变受许多自噬相关基因所调控。有研究表明，TGF-β能增加Bim蛋白的表达，从而增强该蛋白与自噬诱导关键基因Beclin 1和LC3的结合，抑制自噬的发生[9-10]。Tra等[11]发现Ⅱ型TGF-β受体抑制剂SB431542作用人胚胎干细胞时，LC3 II表达上升，细胞自噬活性增强。TGF-β作用后的肾小球系膜细胞(Mesangial Cells，MMC)LC3表达升高，自噬被活化，而TAK-1蛋白在其中起着关键的作用[12]。Beclin 1基因缺失或是被沉默的小鼠MMC中Ⅰ型胶原蛋白的表达高于基本水平，而在TGF-β处理该细胞时Ⅰ型胶原蛋白的表达明显升高[13]。Kiyono等[14]的团队对肝癌细胞和乳腺癌细胞的研究结果表明，TGF-β作用细胞后LC3表达明显升高，自噬被激活，Beclin 1、ATG5及ATG7等自噬相关基因表达水平升高，通过siRNA下调Beclin 1、ATG5及ATG7等基因的表达能抑制TGF-β对肝癌细胞和乳腺癌细胞自噬活性的诱导。在线虫自噬活性的研究中，大量的研究结果表明自噬在细胞生长或是饥饿时，通过消化真核细胞自身内容物来调控细胞增殖。自噬相关基因Atg1和Atg6的失活能够降低细胞的容积，影响细胞增殖。生理水平的自噬活化是调控细胞大小的关键，自噬活性的减弱或是增强均能阻碍细胞的生长，而TGF-β信号通路能通过调控自噬相关基因影响细胞的容积[15]

3 TGF-β调控自噬的信号通路

自噬信号调控机制复杂，主要有三条自噬调控途径：①mTor(Mammalian target of rapamycin，mTor)信号通路。mTor激酶为自噬信号“阀门分子”，是氨基酸、ATP和激素感受器，对自噬起负调控作用。正常条件下mTor磷酸化Atg13，高磷酸化的Atg13与Atg1亲和力下降，Atg1活性降低抑制自噬；mTor强效抑制剂Rap可使Atg13去磷酸化后与Atg1紧密结合，上调Atg1活性而激活自噬[16-19]。②磷酸肌醇-3-激酶(PI3K)/Akt(PKB)途径。ClassⅠ和ClassⅢPI3K均参与自噬调控，ClassⅠPI3K位于mTor途径上游，通过mTor发挥作用，是自噬负调节因子。ClassⅢPI3K通过与Beclin1结合形成复合物激活自噬，是自噬正调节因子[20-21]。③Beclin1途径。Beclin1是atg6(Vps30)的哺乳动物同源序列，是最典型的自噬调控基因。Beclin1与UVRAG、Vps15形成复合物对ClassⅢPI3K活化非常重要，是自噬膜形成和延伸的关键因子[22-23]。

TGF-β是体内生理生化、信号转导与调控的重要因子，不仅具有促进成骨细胞分化增殖、刺激骨形成，还具有支持破骨细胞形成、刺激骨吸收的双重作用，是骨形成与骨吸收之间重要的耦联调节因子。Akasak等[24]发现FoxO在关节软骨中常规呈现高表达，对软骨内环境的稳定起着重要作用，TGF-β能上调软骨细胞中FoxO1蛋白的表达，而FoxO的磷酸化状态的激活主要是由PI3K和Akt所介导，受胰岛素/胰岛素样转化因子所调控。对TGF-β1作用的上调和(或)敲除mkk3基因小鼠的肾小球系膜细胞的研究结果显示，TGF-β1处理后，与敲除mkk3的细胞比较，上调mkk3的细胞中Beclin 1和LC3的表达明显升高；随着TGF-β1作用时间的延长，上调mkk3基因的细胞中LC3I/LCII的表达具有时间依赖性；TGF-β1能诱导上调mkk3基因的细胞Beclin 1的表达，表明TGF-β1经由TAK1-MKK3-p38途径诱导肾小球系膜细胞的自噬[12]。不仅Smad信号通路参与了TGF-β对肝癌细胞和乳腺癌细胞自噬活性的诱导，PtdIns 3K-Akt-FoxO3信号通路同样参与了TGF-β对肝癌细胞和乳腺癌细胞自噬活性的诱导，同时类泛素化能明显降低泛素化介导的Smad4的降解，通过激活TGF-β信号通路可以激活P38 MAP激酶信号通路，从而提高1型类泛素蛋白与Smad4的结合[1，14，25]。

4 TGF-β调控自噬的影响

TGF-β家族包括3个分子量为25 kDa的异构体，对于不同的细胞和组织表现出多种生物学功能，是一种具有多种功能的多肽生长因子。TGF-β可以有效的调节细胞外基质的合成，增强纤维连接蛋白和胶原蛋白的基因表达，抑制胶原蛋白分解，并抑制各种金属蛋白酶抑制剂，巩固细胞外基质环境的稳定性。TGF-β可促进细胞增殖与分化，促进细胞外基质合成，促进胶原产生，也是多种免疫细胞的自分泌或旁分泌调节因子，能通过抑制细胞增殖和促进细胞的凋亡参与乳腺的生长发育[12，25]。有学者以牛乳腺上皮细胞的3D模型为研究对象，结果表明TGF-β促进该细胞腺泡的正常发育，在细胞培养的早期，自噬活性明显升高，同时TGF-β还能促进牛乳腺上皮细胞在发育不完全的基础上继续存活达16 d之久，提示自噬活性的上调可能影响TGF-β对细胞促凋亡作用，使细胞得以生活[26]。而在肾脏受损时，TGF-β能调控自噬促进Ⅰ型胶原蛋白的聚合，从而减少肾脏的纤维化[12]。

Iovino等[27]以2型颗粒状营养不良患者的角膜成纤维细胞为研究对象，发现自噬活性失调时TGF-β1降解受到抑制，TGF-β1呈高表达，溶酶体中的变异形TGF-β1增多，提示自噬活性的改变影响TGF-β的表达，增强细胞死亡的敏感性[27]；而TGF-β通过诱导肝癌细胞和乳腺癌细胞的自噬活性，可能在肿瘤形成的初期起到抑制肿瘤形成的作用[14]。对骨骼肌细胞L6和C2C12的研究结果表明，TGF-β通过提高PED/PEA-15的转录水平来诱导细胞的自噬应答，可能促成Ⅱ型糖尿病所带来的肌肉的萎缩[28]。

综上所述，TGF-β是一类多功能的生长因子，可促进细胞增殖与分化，细胞的粘附、迁移和凋亡，而自噬有望成为TGF-β另一新的功能，自噬有可能参与TGF-β的多种功能的活化，TGF-β对自噬调控的机制，其中所涉及的信号通路等。因此，自噬与TGF-β之间的关系仍旧需要更进一步的研究。

[1]Suzuki,Kunihiko K,Kohei M,et al.Regulation of autophagy by transforming growth factor-β(TGF β)signaling[J].Autophagy, 2010,6(5):645-647.

[2]Tukaj C.The significance of macroautophagy in health and disease [J].Folia Morphol,2013,72(2):87-93.

[3] Mizushima N.Autophagy:process and function[J].Genes Dev, 2007,21(22):2861-2873.

[4]Heath RJ,Xavier RJ.Autophagy,immunity and human disease[J]. Curr Opin Gastroenterol,2009,25(6):512-520.

[5]Levine B,Mizushima N,Virgin HW.Autophagy in immunity and inflammation[J].Nature,2011,469(7330):323-335.

[6]Gottlieb RA,Mentzer RM Jr.Autophagy:an affair of the heart[J]. Heart Fail Rev,2013,18(5):575-584.

[7]Lee KM,Hwang SK,Lee JA,et al.Neuronal autophagy and neurodevelopmental disorders[J].Exp Neurobiol,2013,22(3):133-142.

[8]Levine B,Kliongsy DJ.Development by self-digestion:molecular mechanisms and biological functions of autophagy[J].Dev Cell, 2004,6(4):463-477.

[9]Luo S,Garcia-Arencibia M,Zhao R,et al.Bim inhibits autophagy by recruiting beclin 1 to microtubules[J].Molecular Cell,2012,47 (3):359-370.

[10]Ramesh S,Qi XJ,Wildey GM,et al.TGFb-mediated BIM expression and apoptosis are regulated through SMAD3-dependent expression of the MAPK phosphatase MKP2[J].EMBO Rep,2008,9 (10):990-997.

[11]Tra T,Gong L,Kao LP.Autophagy in human embryonic stem cells [J].PLoS One,2011,6(11):e27485.

[12]Ding Y,Kim JK,Kim SI,et al.TGF-{beta}1 protects against mesangial cell apoptosis via induction of autophagy[J].J Biol Chem, 2010,285(48):37909-37919.

[13]Kim SI,Na HJ,Ding Y,et al.Autophagy promotes intracellular degradation of type I collagen induced by transforming growth factor (TGF)-b1[J].J Biol Chem,2012,287(15):11677-11688.

[14]Kiyono K1,Suzuki HI,Matsuyama H,et al.Autophagy is activated by TGF-β and potentiates TGF-β-mediated growth inhibition in human hepatocellular carcinoma cells[J].Cancer Res,2009,68(23): 8844-8852.

[15]Vellai T,Bicsák B,Tóth ML,et al.Regulation of cell growth by autophagy[J].Autophagy,2008,4(4):507-509.

[16]Kim I,Mogford JE,Chao JD,et al.Wound epithelialization deficits in the transforming growth factor-alpha knockout mouse[J].Wound Repair Regen,2001,9(5):386-390.

[17]Xu Y,Yu H,Qin H,et al.Inhibition of autophagy enhances cisplatin cytotoxicity through endoplasmic reticulum stress in human cervical cancer cells[J].Cancer Lett,2012,314(2):232-243.

[18]Amar N,Lustig G,Ichimura Y,et al.Two newly identified sites in the ubiquitin-like protein Atg8 are essential for autophagy[J].EMBO Rep,2006,7(6):635-642.

[19]Jing K,Lim K.Why is autophagy important in human diseases?[J]. Exp Mol Med,2012,44(2):69-72.

[20]Williams A,Sarkar S,Cuddon P.Novel targets for Huntington's disease in an mTOR-independent autophagy pathway[J].Nat Chem Biol,2008,4(5):295-305.

[21]Yang YP,Liang ZQ,Gu ZL,et al.Molecular mechanism and regulation of autophagy[J].Acta Pharmacol Sin,2005,26(12):1421-1434.

[22]Maiuri MC,Zalckvar E,Kimchi A,et al.Self-eating and self-killing:crosstalk between autophagy and apoptosis[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2007,8(9):741-752.

[23]Cho DH,Jo YK,Hwang JJ.Caspase-mediated cleavage of ATG6/ Beclin-1 links apoptosis to autophagy in HeLa cells[J].Cancer Lett,2009,274(1):95-100.

[24]Akasaki Y,Hasegawa A,Saito M,et al.Dysregulated FOXO transcription factors in articular cartilage in aging and osteoarthritis[J]. Osteoarthritis Cartilage,2014,22(1):162-170.

[25]Agnieszka S,Tomasz M,Malgorzata G.Role and regulation of autophagy in the development of acinar structures formed by bovine BME-UV1 mammary epithelial cells[J].Eur J Cell Bio,2011,90: 854-864.

[26]Choi SI,Kim BY,Dadakhujaev S,et al.Impaired autophagy and delayed autophagic clearance of transforming growth factor β-induced protein(TGFBI)in granular corneal dystrophy type 2[J].Autophagy,2012,8(12):1782-1797.

[27]Iovino S,Oriente F,Botta G,et al.PED/PEA-15 induces autophagy and mediates TGF-beta1 effect on muscle cell differentiation[J]. Cell Death Differ,2012,19(7):1127-1138.

[28]Yan D,Davis FJ,Sharrocks AD,et al.Emerging Roles of SUMO Modification inArthritis[J].Gene,2010,466(1-2):1-15.

Review of the regulation of TGF-β in autophagic activity.

WANG Ya-wen,XU Pu.Stomatology Center,Haikou Hospital Affiliated to XiangYa Medicine School,Central South University,Haikou 570208,Hannan,CHINA

Autophagy is regarded as an important pathway for renewal development and differentiation among eukaryotic cells,which plays a key role in maintaining protein metabolism and homeostasis.As a multifunctional polypeptide growth factor,TGF-β not only stimulates cell proliferation and differentiation,cell adhesion, spreading and apoptosis,but also participates in the regulation of autophagic activity.

Autophagy;TGF-β;Autophagy gene;Autophagy signaling pathway

R329.2+5

A

1003—6350（2014）18—2715—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.18.1065

2014-04-11)

海南省自然科学基金(编号：814378)；海南省重点科技计划项目(编号：ZDXM20120054)

徐 普。E-mail：hnxupu164@sohu.com