转化生长因子-β1/Smads通路在心血管疾病中作用的研究进展

吕仕超 张军平

(天津中医药大学第一附属医院老年病科，天津 300193)



转化生长因子-β1/Smads通路在心血管疾病中作用的研究进展

吕仕超 张军平

(天津中医药大学第一附属医院老年病科，天津 300193)

转化生长因子(TGF)-β1；Smads；高血压；心肌梗死；心房颤动；心肌炎；心肌病

目前，我国心血管疾病患者2.9亿，其中高血压2.7亿、脑卒中至少700万、心肌梗死250万、心力衰竭450万，平均每5个成年人中就有1人患有心血管病〔1〕。心血管疾病的发病呈逐年上升趋势。转化生长因子(TGF)-β是具有广泛生物学效应的一类生长因子，主要通过TGF-β1/Smads通路发挥效应。TGF-β1/Smads通路在心血管疾病的发生发展过程中发挥着重要作用，此通路上相关节点蛋白有望成为心血管疾病治疗的潜在靶点。

1 TGF-β1/Smads通路的组成

1.1 配体水平 TGF-β超家族由结构和功能相关的多肽生长因子组成，主要包括TGF-βs(狭义的TGF-β)、活化素、抑制素、骨形成蛋白(BMPs)及苗勒抑制物等成员〔2〕。目前，TGF-βs研究较多，已发现6种亚型(TGF-β1～6)，其中TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3主要存在于哺乳动物体内〔3〕。TGF-β1活性较强，分布最广，功能最多，与细胞外基质沉积关系密切，是公认的治疗器官纤维化靶点〔4〕。TGF-β1具有多种功能，正常表达时能抑制炎症和细胞增殖，过度表达则可引起纤维化等不良后果。此外，根据靶细胞的不同，TGF-β可促进或抑制细胞增殖分化〔5〕。

1.2 受体水平 TGF-β需与特异性细胞表面受体相结合才能发挥其生物学效应。TGF-β受体是存在于细胞表面的跨膜糖蛋白，其中Ⅰ型(TβR-Ⅰ)、Ⅱ型(TβR-Ⅱ)和Ⅲ型受体(TβR-Ⅲ)与TGF-β有高亲和力。TGF-β活化后，先与TβR-Ⅱ二聚体结合，形成复合物，随后TβR-Ⅰ以二聚体形式加入，形成异四聚体并与TGF-β结合〔6〕。磷酸化激活的TβR-Ⅰ可单独进行信号转导，而TβR-Ⅱ必须与TβR-Ⅰ形成复合物才能传递信号。TβR-Ⅲ与TGF-β的储存有关，缺乏内在活性。

1.3 信号转导水平 受体活化后需一系列信号分子来传递信号，而Smads蛋白是TGF-β1/Smads信号转导途径中的关键调控因子。TGF-β作为配体，与Ⅰ型、Ⅱ型受体结合后，激活Smads蛋白进入核内，共同调节靶基因的转录。根据结构和功能的不同，Smads蛋白可分为3个亚型〔7〕：①受体活化型(R-Smads)：包括Smad1、Smad2、Smad3、Smad5和Smad8，其中Smad2、Smad3介导TGF-β信号，Smad1、Smad5、Smad8则介导BMP信号。②共同介质型(Co-Smads)：辅助R-Smad形成复合体，在哺乳动物中主要为Smad4，参与所有TGF-β超家族成员的信号转导。③抑制型(Ⅰ-Smads)：包括Smad6和Smad7，作为信号转导的负反馈调节，可牢固结合TβR-Ⅰ，抑制R-Smads被TβR-Ⅰ磷酸化。目前，已知Smad2、Smad3、Smad4和Smad7与心血管疾病密切相关。

2 TGF-β1/Smads通路的信号转导

TGF-β1可激活多个信号通路，但Smads通路是其主要通路。活化的TGF-β1 二聚体与2个TβR-Ⅱ的二聚体结合，此复合物再募集2个TβR-Ⅰ。被 TGF-β1 活化的TβR-Ⅱ磷酸化TβR-Ⅰ的甘氨酸-丝氨酸(GS)功能区，使之活化。活化的TβR-Ⅰ型磷酸化其下游信号调节蛋白-R-Smads，而 I-Smads可牢固结合TβR-Ⅰ，抑制 R-Smads 被 TβR-Ⅰ磷酸化。被磷酸化的 R-Smads与 Smad4形成三聚体复合物，进入细胞核，与转录因子相互作用后诱导转录。研究Smads各型分子生理状态下的平衡和病理状态下紊乱，是探索心血管疾病发生机制及其有效防治方法的重要途径。

3 TGF-β1/Smads通路在心血管疾病中的作用

3.1 高血压 心脏长期高负荷工作，可导致心肌肥厚、间质纤维化和微血管变化，最终损害心脏收缩功能，导致心脏衰竭〔8〕。临床研究显示，高血压患者血浆TGF-β1水平升高与高血压及其靶器官损害密切相关〔9〕。基础研究也表明，与正常血压大鼠比较，自发性高血压大鼠血管中TGF-β1 mRNA和蛋白表达均增加，而TGF-β1表达增加可诱导血管平滑肌细胞的增殖〔10〕。在压力超负荷的状态下，低氧诱导性因子(HIF)-1通过下调TGF-β1-smad 2/3及TGF-β1-细胞外调节蛋白激酶(ERK)1/2的表达，保护小鼠心脏和主动脉〔11〕。在给予基质金属蛋白酶(MMP)广谱抑制剂PDl66739后，Smad 2/3的磷酸化被抑制，动脉重构得到缓解，降低了血压〔12〕。此外，氟伐他汀可呈剂量依赖性地抑制TGF-β1、诱导Smad7的表达，从而延缓自发性高血压大鼠的心肌肥厚和心肌纤维化〔13〕。

3.2 心肌梗死 心肌梗死往往伴随着心肌细胞坏死、炎症细胞浸润、肉芽组织形成、心肌纤维化、心室重构。心肌梗死后心肌组织TGF-β1表达水平明显增高，而在正常大鼠心脏心肌组织中表达较低〔14〕。心肌梗死后8 w，TGF-β1在梗死区表达增加，Smad2、Smad3、Smad4在梗死区和梗死边缘区表达也增加，Smad7在梗死区和梗死边缘区表达减少，提示TGF-β/Smads通路参与了梗死区及梗死边缘区的心室重构过程〔15，16〕。Smad3基因敲除小鼠心肌梗死后，炎症消退的进程并未改变，但非梗死区心肌间质纤维化明显减少，心肌重构减轻〔17〕；Smad3特异性阻断剂SIS3通过抑制TGF-β1信号转导，减少细胞外基质的过度表达〔18〕。研究表明，阻断TGF-β1通路，在心肌梗死早期会减慢大鼠的心肌修复，引起心室扩张，增加死亡率；在心肌梗死后期才会减轻心肌纤维化和心室重塑，发挥有益的作用〔19〕。给予冠状动脉结扎建立的心肌梗死小鼠模型腹腔注射TGF-β的非选择性抑制剂，导致其存活率明显低于对照组，左心室明显扩张〔20〕。

3.3 心房颤动 心房纤维化是房颤发生发展的最重要原因〔21〕。TGF-β/Smads通路在心房纤维化发生及调控方面起着重要作用，其作用可能是打破胶原合成和降解平衡，促使心房纤维化的发生〔22,23〕。降低心衰心肌TGF-β1表达，可抑制心房纤维化，改善心肌传导异常，减少房颤发生〔24〕。TGF-β1过表达的转基因小鼠中，尽管心房和心室同样高表达TGF-β1，却表现为特征性的心房纤维化，提示TGF-β1是导致心房纤维化的重要因素〔25〕。

3.4 病毒性心肌炎 心肌纤维化是病毒性心肌炎慢性期的主要病理变化，可导致心律失常、心功能减退、最终发展至扩张型心肌病〔26〕。研究显示，病毒性心肌炎慢性期胶原的沉积增多与TGF-β1的持续高表达有着密切的关系〔27〕。采用柯萨奇B3病毒腹腔接种Balb/c小鼠建立病毒性心肌炎模型，10 d后Ⅰ、Ⅲ型胶原合成及Ⅰ/Ⅲ型胶原比值均明显升高，TGF-β1表达增加〔28〕。下调心肌TGF-β1的表达，可以减轻自身免疫性心肌炎大鼠心肌炎症损伤〔29〕。

3.5 心肌病 心脏Smads改变参与了多种心肌病理生理过程，可能在心肌肥厚、心脏扩大等心肌病中发挥重要作用。腱糖蛋白X通过上调TGF-β1/Smads、下调过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)-γ的表达，增强酒精性心肌病的心肌纤维化，加重心肌重构〔30〕。采用腺病毒转染心脏成纤维细胞使其过表达Smad7，Smad7可通过抑制受体激活型 Smads磷酸化而减少胶原的生成〔31〕。有学者认为，Smads可能是将TGF-β1通路和肾素-血管紧张素-醛固酮(RAAS)通路联系起来的分子开关，在糖尿病心肌病发病中处于中心地位〔32〕。研究也显示，抑制TGF-β1通路可改善糖尿病大鼠心肌纤维化，而心肌纤维化的改善程度与Smad2磷酸化下降程度一致〔33〕。在扩张型心肌病大鼠左室心肌中，TGF-β1表达水平明显增高，提示TGF-β1在心肌纤维化中起重要作用〔34〕。黄芪甲苷Ⅳ在柯萨奇病毒诱导的小鼠扩张型心肌病中，可抑制TGF-β1和Smad2～4的表达，显示出明显的抗心肌纤维化作用〔35〕。此外，在遗传性心肌病仓鼠模型中应用氯沙坦治疗4 w，可明显减少Smad2、Smad4和TGF-β1表达而抑制心肌纤维化〔36〕。

4 以TGF-β1/Smads通路为靶点的治疗策略

针对TGF-β1及其信号通路调控的研究可能会为心血管疾病的治疗带来新的希望，在理论上也是有效的治疗策略。在配体或膜受体水平进行阻断，是较为有效和易行的，但可能影响TGF-β1的正常生理效应，如促进纤维连接素的合成等；倘若从下游水平进行阻断，特异性虽明显增强，但因存在着胞内信号的级联放大效应，其阻断效率恐不理想。可见，调控Smads通路，而非阻断Smads通路，是可行的治疗策略。R-Smads与Ⅰ-Smads表达失衡是心血管疾病发生的分子基础之一。Smad7表达的基本水平能阻止R-Smads介导的 TGF-β1效应，这一监控在受到刺激时有一个内源性Smad7表达的刺激阈值，超过这一阈值则这一平衡被打破，发生纤维形成反应〔37〕。因此，增加Ⅰ-Smads或降低R-Smads的表达水平，将为心血管疾病的治疗提供潜在靶点。

综上，TGF-β1/Smads通路研究取得了较多的成果，但仍存在着许多亟待解决的问题，①TGF-β1的正面效应和负面效应的变化规律；②TGF-β1/Smads通路在不同疾病不同病理阶段的转导差异；③信号通路之间交叉对话的网络调节体系。TGF-β1/Smads通路与心血管疾病的发生、发展密切相关，深入研究TGF-β1/Smads通路不仅可使心血管疾病的发病机制得到进一步阐明，也为心血管疾病的治疗研究提供了有效途径。

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〔2015-08-15修回〕

(编辑 苑云杰/王一涵)

高等学校博士学科点专项科研基金博导类资助课题(20111210110003)

张军平(1965-)，男，主任医师，博士生导师，主要从事中西医结合防治心血管疾病研究。

吕仕超(1985-)，男，主治医师，博士，主要从事心肌纤维化研究。

R54

A

1005-9202(2016)20-5208-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.20.130