内皮细胞间质转化的信号调节和生物学意义

何光庭、吴洁综述，黄巧冰审校



内皮细胞间质转化的信号调节和生物学意义

何光庭、吴洁综述，黄巧冰审校

摘要在内皮细胞间质转化（Endo-MT）过程中，内皮细胞间连接丢失，失去内皮细胞特异性标志物血小板-内皮细胞黏附因子（CD31）和VE-钙黏蛋白（VE-cadherin），获得间质细胞特异性标志物ɑ-平滑肌肌动蛋白（ɑ-SMA）、波形蛋白和成纤维细胞特异性蛋白1（ FSP1）等，并获得间质细胞运动和收缩的特性，由原来的鹅卵石样结构转变为细长梭形结构，同时其侵袭力明显增强。转化生长因子-β、Notch信号、Wnt信号以及MicroRNAs等参与对内皮间质转化的调节。Endo-MT参与了各种疾病，如肿瘤、心、肺、肾等重要器官纤维化的发生、发展。

关键词综述；内皮细胞；信号；肿瘤；纤维化

内皮细胞间质转化（Endo-MT）是内皮细胞间连接丢失、细胞形态改变和迁移进入周围组织的生物学过程。Endo-MT是上皮细胞间质转化（EMT）的一种，是新近发现的一种细胞转化类型，早期研究显示Endo-MT在胚胎期心内膜的发育中发挥了十分关键的作用［1］。然而，近来研究显示Endo-MT与EMT一样，也参与各种疾病的发生发展，如肿瘤及心、肺、肾等重要器官的纤维化。

1 Endo-MT的信号调节

Endo-MT过程中，内皮细胞失去特异性抗原，如血小板-内皮细胞黏附因子（CD31）和VE-钙黏蛋白（VE-cadherin），获得间质细胞抗原，如ɑ-平滑肌肌动蛋白（ɑ-SMA）、波形蛋白和成纤维细胞特异性蛋白1（FSP1），同时其功能发生明显改变，并获得较强增殖或迁移能力。转化生长因子- β （TGF-β）、Notch信号、Wnt信号以及MicroRNAs等参与对Endo-MT的调节。

1.1 TGF-β信号通路

TGF-β是转化生长因子-β超家族蛋白中的一种，属于多功能蛋白质，可以影响细胞的生长、分化、凋亡等过程。另外，它还参与体内各种疾病如癌症［2］、心血管疾病［3］和组织纤维化［4］的发生。TGF-β包括三个亚型：TGF -β1、TGF -β2和TGF -β3。TGF -β可以结合到细胞表面的TGF -β受体（TGF-βR）从而将其激活，TGF-βR通过Smad依赖信号通路调控细胞内复杂的信号反应。

TGF-β和骨形态发生蛋白（BMPs）均是通过具有高亲和力的跨膜I型和II型丝氨酸/苏氨酸激酶受体的联合作用介导信号从膜表面传递到细胞核［5］。配体和Ⅱ型受体结合形成异四聚体后，磷酸化I型受体使其活化。磷酸化的I型受体继而通过磷酸化细胞质中一组被称为Smads（TGF-β信号通路的主要胞内中介）的蛋白质使信号传递下去。TGF-β I型受体使Smad2和Smad3磷酸化，而BMP I型受体则引起Smad1、Smad5和Smad8磷酸化。Smad1，2，3，5，8为受体调节性Smads，它们磷酸化后与共同Smad即Smad4发生联系。这些杂聚肽Smad复合体入核后通过与其他转录因子协同作用来调节特异基因的转录应答，调控Endo-MT发生［6］。TGF-β通过Smad4依赖的信号途径，上调细胞内鸟嘌呤核苷酸交换因子Arhgef5的表达，参与对Endo-MT的调控；研究中特异性下调Arhgef5的表达水平，α-SMA的表达部分减少，但并没有被完全抑制，说明在这个过程中可能还有其他因子参与［7］。α-SMA启动子含有心肌相关转录因子（MRTF-A）的作用位点CArG盒［CC（A/T）6GG］，当TGF-β诱导微血管内皮细胞发生Endo-MT，MRTF-A与血清应答因子（SRF）形成稳定的三元络合物结合到此位点，诱导α-SMA表达，间接参与调控Endo-MT；当这个位点发生突变，间质细胞标志物表达亦受到抑制［8］。体内炎症因子［9］、血流高切应力［10］等也能够触发细胞内TGF-β/Smad信号反应，调节Endo-MT。

除了Ⅰ型和Ⅱ型受体外，参与TGF-β信号通路调控的还有辅助受体，如TGF-βRⅢ和内皮糖蛋白（endoglin），它们通过配合或增强配体和信号受体结合来调节TGF-β信号通路，调节信号在细胞内的传递和定位，参与调控Endo-MT。

1.2 Notch信号通路

Notch和TGF-β一样，能够诱导体外培养的内皮细胞发生Endo-MT。它通过调节转录因子Snail、Slug以及ZEB1的表达介导Endo-MT。Notch上调内皮细胞中Snail和Slug蛋白的表达［11］，Snail和Slug是已知能抑制内皮细胞黏附分子VE-cadherin表达的转录因子，VE-cadherin在维持内皮细胞间的稳定中发挥关键作用，当它的表达受到抑制，内皮细胞间黏附连接被破坏，内皮细胞更容易发生表型转变。有研究表明［12］，在房室管发育中，Notch信号通路被激活，诱导鸟苷酸环化酶异二聚体亚基Gucy1a3和Gucy1b3转录，Gucy1a3 和Gucy1b3构成NO受体，同时促使内皮细胞分泌整合素A，进而激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3-kinase/Akt）通路使eNOS磷酸化释放NO，NO与受体Gucy1a3和Gucy1b3相互作用，调控内皮细胞转化，促使房室管发育成熟。此过程中，Notch信号通过释放可溶性Notch基因胞内段功能结构域（NICD），上调细胞内Smad3 mRNA，并且稳定Smad3蛋白，与TGF-β共同调控Endo-MT。

1.3 Wnt信号通路

Wnt是一种富含半胱氨酸残基的分泌型糖蛋白，Wnt-β-连环蛋白（β-catenin）通路是目前最经典的，β-catenin是Wnt信号通路中的关键蛋白［13］。Wnt配体与细胞表面受体Frizzled家族或低密度脂蛋白受体相关蛋白家族LRP5/LRP6结合形成复合物，受体复合物招募散乱蛋白（Dishevelled），使LRP5/LRP6胞内段磷酸化，稳定β-catenin，同时抑制支架蛋白Axin，减弱其对β-catenin的破坏，从而引起β-catenin在胞内积累［14］。大量游离β-catenin在胞质中聚集并进入胞核内与TGF- β转录因子结合，激活Wnt靶基因，诱导内皮间质转化，参与胚胎期心瓣膜形成［15］。

1.4 MicroRNAs在调节内皮细胞间质转化中的作用

近年来发现miRNAs参与调节心血管的重塑［16］、纤维化变性以及肿瘤的发生发展，并调控其中的Endo-MT过程。

在Endo-MT期间，特定的miRNAs如miR-125b，miR Let-7c，miR Let-7g， miR-21， miR-30b和miR-195的水平显著升高，而miR-122a， miR-127， miR-196和miR-375的水平显著下降［17］。胞内p53是miR-125的主要作用分子，它能抑制TGF-β引起的纤维化反应［18］。目前的研究结果表明在心脏内皮细胞的Endo-MT期间胞内p53的水平显著降低。这提示，增多的miR-125可能下调p53，而缺乏p53导致纤维化信号水平升高引发Endo-MT［19］。另外，Kumarswamy等［20］发现miRNA-21是引起人脐静脉内皮细胞发生Endo-MT的原因之一。但是，关于miRNAs具体的调控机制尚不清楚。

2 Endo-MT的生物学意义

2.1 Endo-MT与肿瘤

内皮细胞是肿瘤微环境的组成成分之一［21］。因为很多肿瘤存在大量TGF-β，所以肿瘤内的内皮细胞可能在旁分泌的TGF-β影响下发生Endo-MT。

癌症相关纤维母细胞（CAF）通过自/旁分泌多种细胞因子如表皮细胞生长因子（EGF）、血管内皮生长因子（VEGF）来促进癌细胞的新陈代谢、生长和转移，促进癌巢的新血管生成，吸引骨髓源细胞和免疫细胞等致癌炎症细胞［22］。CAFs有直接的促转移作用［23］；具有缓冲能力，能够移除毒性代谢物，缓冲癌症细胞产生的酸性，展现出一种代谢性的致癌效应［24］；能影响恶性细胞对放化疗的敏感性［23］。而CAF可能来自Endo-MT，因为转化后的细胞同时表达内皮细胞和CAF的标志物（α-SMA和FSP1）［25］。因此，抑制Endo-MT可能减少CAF的数量，阻止肿瘤新血管的形成等，抑制肿瘤的发展。

2.2 Endo-MT与心脏等重要器官纤维化

心肌纤维化会导致心脏心室壁硬化程度增加，这与细胞外基质过度沉积导致正常心肌结构被破坏有关。有人认为心脏纤维化的主要介导细胞是（肌）成纤维细胞，血管内皮细胞间质化是其来源之一［6］。Zeisberg等［26］利用内皮起源的所有细胞不可逆地表达β-半乳糖苷酶（LacZ）的Tie2-Cre/R26R-lox-STOP-lox-lacZ转基因小鼠，证实了Endo-MT是心脏成纤维细胞的来源之一，发现纤维化的心脏中接近1/3的间质细胞源自内皮细胞。

口服NO合酶抑制剂长期抑制NO合成会导致心脏在血管紧张素Ⅱ的Ⅰ型受体依赖性通路中提早产生TGF-β和心脏纤维化［27］。说明NO可能通过促进TGF-β生成参与Endo-MT。

TGF-β介导的Endo-MT不只导致促纤维化的成纤维细胞的数量增多。由于Endo-MT，微血管内皮细胞减少，这可能使毛细血管密度变小导致慢性缺氧［28］。这会上调间质成纤维细胞的TGF-β表达，促进炎症细胞如巨噬细胞和T细胞的聚集，加剧纤维化过程。

在肾脏纤维化中，Endo-MT有利于活化的成纤维细胞和肌成纤维细胞的积累。在肾脏纤维化中，约有30%～50%的成纤维细胞表达内皮细胞标志物CD31，同时表达成纤维细胞和肌成纤维细胞各自的特异标志物FSP1和ɑ-SMA［29］。Endo-MT是引起糖尿病肾病纤维化发展的一条新通路，利用TGF-β通路抑制物如特定的Smad3抑制物SIS3阻断Endo-MT可能阻碍糖尿病肾病和其他纤维化的进程［30］。

在博来霉素诱导的肺纤维化模型中，肺内皮细胞能通过Endo-MT使活化的成纤维细胞数量大增［31］。用肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）激活剂和TGF-β联合处理后，肺微血管内皮细胞特定标志物大量丢失，同时诱导出明显的间质细胞表型——纤维连接蛋白表达提高20倍，胶原I表达提高10倍，无论是在体内还是体外，去除TGF-β刺激后，只用有活性的Ras刺激，上述内皮细胞标志物表达变化的情况依旧，说明这种表型改变是不可逆的［29］。

3 展望

Endo-MT参与各种疾病的发生发展，是心、肺、肾等重要器官纤维化的一个关键转变，还与肿瘤的发展有关，探索Endo-MT过程中重要信号通路及因子的作用机制，可能为多种疾病的预防和治疗提供新的指导意见，为抗纤维化及肿瘤治疗提供潜在的靶点。

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（编辑：汪碧蓉）

收稿日期：（2015-09-29）

基金项目：国家自然科学基金面上项目（81370226）

作者单位：510515 广东省广州市，南方医科大学第一临床医学院（何光庭、吴洁），基础医学院（黄巧冰）

作者简介：何光庭 在读本科 主要从事病理生理研究 Email：colin44@qq.com 通讯作者：黄巧冰 Email：bing@smu.edu.cn

中图分类号：R541

文献标识码：A

文章编号：1000-3614（2016）06-0622-03

doi：10.3969/j.issn.1000-3614.2016.06.025