转化生长因子β1与支气管哮喘的研究进展*

常琴田新瑞

转化生长因子β1与支气管哮喘的研究进展*

常琴①田新瑞①

支气管哮喘是一种慢性气道炎症，其主要病理改变包括气道炎症、平滑肌功能紊乱和气道重构。转化生长因子β1（TGF-β1）作为一种多效细胞因子，通过多种途径参与哮喘气道炎症反应和气道重构。本文就TGF-β1在哮喘气道炎症及气道重构中的作用及可能机制作一综述。

转化生长因子β1； 哮喘； 气道炎症； 气道重构

支气管哮喘简称哮喘，属于慢性气道炎症病变，涉及多种类细胞（如嗜酸性粒细胞、肥大细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞、平滑肌细胞、气道上皮细胞等）和细胞因子。主要特征改变包括气道慢性炎症、气道高反应性（AHR）、可逆性气流受限及气道结构的改变，即气道重构。气道重构是气道反复损伤和修复的结果[1]，其病理改变主要为上皮细胞损伤脱落，气道平滑肌增生、肥大，肌成纤维细胞增生及腺上皮化生等[2]。TGF-β1因其特有的促炎、抗炎及促纤维化作用，在哮喘发病中具有中心地位[3]。

1 TGF-β家族及其受体

TGF-β家族含有30余种蛋白成分，包括TGF-βs（TGF-β1、2、3）、骨形成蛋白、激活素、抑制素和其他结构相关因子，广泛存在于动物正常组织细胞及转化细胞中，以骨组织和血小板中最为丰富[4]。

T GF-βs主要存在于哺乳动物中[5]。其受体分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种：I型受体又称为激活素受体样激酶（ALKs），有7种亚型（ALK1-7），且不同亚型参与不同的信号转导：ALK1、2、4、5、7主要转导TGF-β信号（ALK5为著）；ALK3、6主要转导BMP信号。Ⅱ型受体是一种结构型丝/苏氨酸激酶，有TβR-Ⅱ、ActR-Ⅱ、ActR-ⅡB、BMPR-Ⅱ和AMHRA五种亚型，通过结合不同的家族成员介导不同的信号通路[6]，主要通过跨膜的TGF-βI型受体（TβRI）和Ⅱ型受体（TβRⅡ）发挥作用[7]。

2 TGF-β1的结构特点及生物学作用

TGF-β1在进化中被高度保留，小鼠与人的TGF-β1中氨基酸序列相似度高达99%，而猪、牛、猴、鸡的相应序列与人类完全相同[4]。TGF-β1是一种由二硫键连接的碱性蛋白，基因位于人染色体19q3[8]，该基因C端有5个明显的基因调控区：一个类增强子活性区，两个负调控区和两个启动子区。

TGF-β1具有多重生物效应，包括参与细胞增殖与分化、免疫功能抑制及细胞外基质形成、分泌，特别是在诱导上皮间质转化（EMT）中起关键作用。

3 TGF-β1发挥作用的通路

TGF-β1主要通过三条途径发挥作用：Smad通路、非Smad通路和Wnt/β-catenin通路。

3.1 Smad通路 Sekelsky等[9]在果蝇中发现恶性疾病相关性DNA结合蛋白MAD参与TGF-β的信号转导。目前在脊椎动物中共发现9种Smad蛋白，根据其功能可分为三类：一类是受体活化型，包括Smad1、2、3、5、8；第二类是通用调节型，Smad4；第三类为抑制型，包括Smad6、7。

TGF-β1与TβRI和TβRⅡ结合，形成异聚体复合物发挥作用。过程如下：TGF-β1首先与TβRⅡ结合，再激活募集TβRI形成受体复合物[10]。TβRⅡ

自身磷酸化，进而磷酸化TβRI的甘氨酸-丝氨酸富集区域（GS序列），同时活化TβRI的丝氨酸/苏氨酸活性[10]。活化的TβRI又磷酸化相关Smad蛋白。Smads蛋白是参与TGF-β1信号转导的主要因子，通过与细胞核内DNA分子结合发挥转录因子功能，激活的TGF-β1将信号放大，随之激活细胞内信号转导介质Smad2、3，磷酸化的 Smad2、3与 Smad4结合形成复合体，转移至细胞核内[11]，与EMT等相关基因启动区的Smad4结合原件结合，调控EMT等相关基因的转录和表达，进而调节器官、组织纤维化过程。TGF-β1通过抑制型Smad发挥负性调节作用[12]。刺激后，Smad 7转移至胞浆，与胞浆内Smurf 2形成复合体，抑制R-Smads磷酸化，从而抑制TGF-β1通路的作用。

3.2 MAPK通路 MAPK通路可将细胞外信号转导至细胞及细胞核内，导致细胞增殖、分化、转化及凋亡等。TGF-β1激活促分裂原活化蛋白激酶（MAPK），主要包括细胞外信号调节激酶（ERK）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）和P38分裂原活化的蛋白激酶通路[13]。ERKs通过磷酸化胞浆蛋白及核内的转录因子如c-Jun、EIK-1、c-myc和ATF2等，调控细胞增殖、分化；磷酸化ERKs上游蛋白（NGF受体、Raf-1、MEK等），对该通路进行负反馈调节。

研究发现，P38激活后，由胞质转至细胞核内，通过级联反应活化其下游转录因子，从而介导靶细胞分化、增殖、合成、分泌细胞外基质，诱导细胞凋亡及炎性反应等[14-15]。

3.3 Wnt通路 Wnt通路在胚胎发育、肿瘤发生和器官纤维化等重要生理及病理过程中发挥重要作用。Wnt信号通路未活化时，Gsk-3β在β-catenin的丝氨酸/苏氨酸残基添加磷酸基团，将β-catenin磷酸化，随之与β-TRCP蛋白结合，受泛素化的共价修饰，被蛋白酶降解。该通路激活后，Wnt与卷曲蛋白（Frz）结合，作用于细胞质中的蓬乱蛋白（Dsh），阻断β-catenin的降解，β-catenin在胞质及核中积聚，进而调控靶基因表达[16]。

4 TGF-β1在哮喘发病中的作用

哮喘是一种慢性气道炎症[17]，其病理过程主要包括气道炎症，AHR及气道重构[18]，是多种细胞和细胞因子共同参与、相互作用的结果。气道慢性炎症作为哮喘的基本特征，存在于所有的哮喘患者中，表现为炎症细胞浸润及气道分泌物增加等[18]。若哮喘长期反复发作，可见支气管平滑肌肥大、增生、气道上皮细胞黏液化生、上皮下胶原沉积和纤维化、基底膜增厚等气道重构的表现。

在哮喘炎症反应中，TGF-β1作为多种炎症细胞的强趋化因子和激活因子发挥作用。对哮喘患者支气管肺泡灌洗液（BALF）的研究发现，TGF-β1可促进炎症细胞水平的增加[19-21]。应原进入体内后，巨噬细胞浓度增加，诱发TGF-β1增加，诱导辅助性Th 17细胞扩大炎症反应[22-24]。活化的巨噬细胞和气道上皮细胞释放IL-18，可促进哮喘炎症反应的发生[25]。另一方面，TGF-β1可抑制多种炎性细胞的功能，通过负性调节作用降低AHR及气道炎症[26]；同时抑制Th2细胞及IL-4、IL-5 等细胞因子的释放[23]，在哮喘气道炎症中发挥作用。此外，TGF-β1作为一种有效的抗炎因子，其化学吸附能力可引起巨噬细胞和粒细胞在局部炎症反应中聚集[23]，还可以促进Th17和FoxP3调节性T细胞的增殖、分化，从而诱导IL-9产生Th细胞[27-29]，发挥免疫应答反应。

Simon等[18]利用OVA致敏Balb/c小鼠，建立小鼠慢性气道炎症模型，9周后收集BALF进行细胞计数，发现OVA致敏组小鼠BALF中嗜酸性粒细胞、中性粒细胞、淋巴细胞、巨噬细胞较正常对照组均明显增加；对肺组织进行免疫组化AB-PAS染色发现，OVA致敏组小鼠肺组织TGF高表达，与正常对照组比较差异有统计学意义（P＜0.05）。表明TGF-β1在气道慢性炎症反应中发挥作用。

哮喘患者气道中TGF-β1水平显著高于正常个体[30]。TGF-β1具有强烈的促纤维化作用，能刺激气道平滑肌细胞增生，在气道重构中发挥作用[31]。实验发现，哮喘患者BALF中TGF-β1水平较正常组明显升高，与其下游信号通路TGF-β1/Smad活化成正相关[32]。TGF-β1通过调节炎症细胞表达、促进基质沉积、上皮下纤维化、平滑肌增生等参与哮喘气道重构[33]。

综上所述，T GF-β1作为一种多效细胞因子，在哮喘发病中发挥促炎、抗炎及促纤维化的作用。

5 TGF-β1在哮喘发病中的可能机制

近年来实验证明，TGF-β1主要通过Smad、非Smad和β-catenin三条通路在哮喘气道炎症及重构中发挥作用。

Sagara等[10]以磷酸化Smad2作为活性TGF-β信号转导的标记，对40例哮喘患者支气管活检标本研究发现，健康组中磷酸化Smad2表达水平低下，而哮喘组呈高表达。Rosendahl等[34]利用卵白蛋白（OVA）致敏、激发Balb/c小鼠，建立小鼠哮喘炎症阶段（4周）模型，观察肺组织中TGF-β1受体的表达，发现在小鼠气道上皮细胞、成纤维细胞和血管内皮细胞中磷酸

化Smad 2水平在吸入OVA后升高，而未吸入激发剂的致敏小鼠磷酸化Smad2则呈低表达；免疫组化法和RT-PCR均发现正常肺组织中几乎不表达Smad3，而哮喘小鼠肺组织中Smad3表达水平明显升高，证实Smad2和Smad3之间存在协同作用，且促进气道重构。此外，Nakao等[35]应用免疫组化法观察40例哮喘患者及6例正常个体的支气管活检标本，发现Smad蛋白主要表达于支气管上皮细胞，且哮喘组中Smad7蛋白表达水平较正常组低，W estern blot方法检测亦有相同结果。Ming Chen等[36]通过建立Balb/c小鼠OVA致敏哮喘模型（8周），观察小鼠BALF中TGF-β1含量（ELISA法）及肺组织中Smad7表达水平（Western Blot），发现OVA致敏组小鼠BALF中TGF-β1含量明显高于正常组，但其肺组织中Smad 7表达水平明显低于正常对照组，证实Smad7在哮喘发病中起保护性作用。说明，TGF-β1通过Smad通路在哮喘发病中发挥作用。

MAPK（特别是ERK1/2）是哮喘病理生理过程中重要的细胞内转导途径，但其机制尚不清楚[37]。但Ming等[37]通过实验证实，TGF-β1通过抑制NF-κB，而不是ERK1/2通路诱导大鼠气道上皮细胞增殖和迁移。Khalil等[38]通过建立大鼠肺纤维化模型，分别利用ELISA、Western Blot检测肺组织中TGF-β1总量及P38 MAPK的表达量，证实TGF-β1受体介导的P38 MAPK通路与肺纤维化过程密切相关，但在哮喘中的作用需进一步证实。

Tian等[39]通过蛋白敲除β-catenin，证实TGF-β1通过与β-catenin/Smad结合而非LEF-1发挥作用，且抑制β-catenin/Smad3相互作用可以分离TGF-β1的促纤维化及抗炎作用。

TGF-β1具有抗炎和促纤维化的双重作用，通过多种途径参与哮喘气道炎症反应和气道重构。TGF-β/ Smad信号通路在支气管哮喘的发生、发展中起重要作用，深入研究该信号通路对于开发以TGF-β1信号通路中的环节为靶点的靶向治疗具有积极意义。

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The Research Progress of Transforming Growth Factor-β1and Bronchial Asthma/

CHANG Qin，TIAN Xin-rui.//Medical Innovation of China，2015，12（30）：146-149

Asthma is a chronic airway inflammation，the main pathological changes includes airway inflammation，smooth muscle dysfunction and airway remodeling.As a pleiotropic cytokine，TGF-β1involves in airway inflammation response and airway reconstruction through various pathways.This paper reviews the effect and potential mechanism of TGF-β1in airway inflammation and remodeling.

TGF-β1； Asthma； Airway inflammation； Airway remodeling

10.3969/j.issn.1674-4985.2015.30.049

2015-03-17） （本文编辑：陈丹云）

山西省自然科学基金（2013011055-1）

①山西医科大学第二医院 山西 太原 030001

田新瑞

First-author’s address：The Second Hospital of Shanxi Medical University，Taiyuan 030001，China