TGF-β/Smad信号通路诱导肾上皮细胞间充质转化机制的研究进展

孙雪，梅峰

(1青海大学，西宁810000；2青海大学附属医院)

·综述·

TGF-β/Smad信号通路诱导肾上皮细胞间充质转化机制的研究进展

孙雪1，梅峰2

(1青海大学，西宁810000；2青海大学附属医院)

上皮细胞间充质转化(EMT)是导致细胞增殖、进而出现肾纤维化的主要原因之一，与肾脏疾病的进展密切相关。转化生长因子β1(TGF-β1)是纤维形成生长因子，是诱导多种肾损伤出现进行性肾衰竭的关键介质。近年研究发现，TGF-β1/Sma和Mad相关蛋白(Smad)信号通路可介导EMT的发生，促进肾纤维化的发生发展。TGF-β/Smad信号通路可通过直接介导、调控整合素连接激酶(ILK)、激活小分子G蛋白(RhoA)、上调纤溶酶原激活物抑制剂-1(PAI-1)等机制，使肾小球发生EMT，在肾脏纤维化过程中起到关键作用。

肾间质纤维化；转化生长因子β1；Smad信号；肾小球；上皮细胞间充质转化

肾间质纤维化是指由多种原因引起的细胞外基质(ECM)成分在肾间质内的过度沉积，是肾脏疾病进展到终末期肾病(ESRD)的最终共同通路和病理过程，其中血管内皮细胞向肌成纤维细胞的转分化即上皮细胞间充质转化(EMT)是导致肾纤维化发生的重要因素。EMT是导致细胞增殖、进而出现肾纤维化的主要原因之一，与肾脏疾病的进展密切相关，其病理学结果是过度EMT和ECM蛋白的沉积，导致纤维化和管状上皮细胞的损失[1]。近年研究发现，转化生长因子β1(TGF-β1)/Sma和Mad相关蛋白(Smad)信号通路可介导EMT的发生及ECM积聚，促进肾纤维化的发生发展[2]。因此，TGF-β/Smad信号通路对肾脏组织EMT的发生起重要作用。本文针对TGF-β/Smad信号通路诱导肾EMT机制的研究进展进行综述。

1 TGF-β/Smad信号通路转导过程

TGF-β超家族包括TGF-β配体、骨形态发生蛋白(BMP)、激活素/抑制素、Müller抑制物质(MIS/AMH)、生长和分化因子、Nodal信号、肌生成抑制素A和B等。TGF-β家族配体在调节细胞外基质的合成与沉积，繁殖，早期发育，组织稳态，血管生成，伤口愈合，炎症反应及纤维化，胚胎发生和组织修复，自身免疫疾病和癌症中具有重要功能[3,4]。TGF-β有5种亚型，即TGF-β1～TGF-β5，以TGF-β1最为重要，其本质是一种有效的多功能多肽，在肾组织中，TGF-β涉及肾功能的恶化和肾小球硬化的发展。

Smad是TGF-β家族下游信号转导蛋白，迄今共发现8种，分别为Smad1～Smad8。Smad根据结构和功能分为3类[5]，即特异受体调节型(R-Smad)，包括 Smad1、Smad2、Smad3、Smad5和Smad8；公共调节型(co-Smad)，包括Smad4；抑制型(Ⅰ-Smad)，包括Smad6和Smad7。这些蛋白均是TGF-β家族信号传递的重要调控分子。

TGF-β1与TGF-βⅠ型受体(TβR-Ⅰ)及 TβR-Ⅱ结合形成TβR-Ⅱ-TGF-β1-TβR-Ⅰ三聚体，被 Smad2和Smad3识别后可发生磷酸化，使得构象改变，Smad2、Smad3与Smad4结合形成Smad复合物，随后转移到细胞核以调节靶基因转录，上调细胞核内结缔组织生长因子(CTGF)的转录，同时诱导Smad7启动子转录增加，继而将信号继续转导，导致EMT，进而促进肾纤维化发生[2,6]。研究表明，肾小球TGF-β1和Smad2 mRNA表达与胶原Ⅳ和纤维连接蛋白在肾小球中的沉积呈正相关[7]。

2 TGF-β/Smad信号通路诱导肾脏EMT的机制

2.1 直接介导EMT的发生 TGF-β是诱导多种肾损伤出现进行性肾衰竭的关键介质，被认为是导致肾纤维化的强刺激物。TGF-β1是TGF-β家族中表达最广泛、研究最多的亚型，被公认为最主要的前纤维化因子。活性TGF-β1通过诱导EMT和凋亡引起纤维化，作为核心因子，始动并调节EMT全过程[8]，而且是EMT过程中的关键调节因子。肾脏疾病中TGF-β信号通过Smad蛋白信号传导，TGF-β1与受体合成TβR-Ⅱ-TGF-β1-TβR-Ⅰ三聚体，通过信号转导，激活下游因子CTGF引起细胞外基质沉积和纤维化，促进肾脏固有细胞向肌成纤维细胞表型转化，使ECM合成增多。Strutz等[9]1996年在离体动物实验中发现，TGF-β在转录水平直接介导肾小管上皮细胞纤维化，认为EMT在肾纤维化中发挥重要作用[10]。

2.2 调控整合素连接激酶(ILK) ILK是一种丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶，参与细胞内外信号传导通路形成的重要介质，调节细胞黏附、生存、分化和凋亡[11]。近年研究发现，ILK与肾脏间质纤维化有关，可通过TGF-β1/Smad信号转导途径促进肾间质纤维化的发生发展，存在TGF-β1-smad-ILK-EMT关系。Smad和下游的效应器ILK在TGF-β1介导的肾小管EMT过程当具有关键作用，肾脏病中TGF-β1信号传导病理学的经典描述涉及通过Smad蛋白信号传导导致ECM沉积和纤维化，其允许ILK磷酸化糖原合成酶激酶-3(GSK-3)和Akt家族丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Akt)，GSK-3磷酸化后其活性受到抑制，导致β-连环蛋白核易位和刺激蛋白转录因子(AP-1)和环磷腺苷效应元件结合蛋白的活性，抑制细胞凋亡和促进上皮细胞间黏附丢失，进而导致肾小管上皮细胞的EMT。另外被ILK激活的AP-1能刺激基质金属蛋白酶-9表达，增加细胞侵袭力，促进肾小管基底膜破坏[12]。林琳等[13]通过研究原代人肾小球内皮细胞(HGEnC)，认为TGF-β1促进了HGEnC的内皮-间质转化(EndoMT)过程，ILK是其重要的下游效应因子，可能在肾脏纤维化过程中发挥重要作用。

2.3 激活小分子G蛋白(RhoA) 肾内皮细胞由肾小球、血管和管周内皮细胞组成。虽然内皮细胞有助于肾脏中的成纤维细胞形成已经被普遍接受，但是具体哪种内皮细胞有助于成纤维细胞形成仍然不清楚。近期研究发现，小鼠肾小管周围内皮细胞在EndoMT进展中具有重要作用，可通过使内皮细胞结构和功能发生的多种变化，导致细胞丧失上皮细胞黏附分子，如E-钙黏蛋白，并经历细胞骨架重塑，使上皮管状基底膜被破坏[5]。内皮细胞获得α-平滑肌肌动蛋白和波形蛋白，肌成纤维细胞的细胞标记物。转化的肌成纤维细胞能够从管状基底膜迁移到间质中。TGF-β1作为纤维化发生的基本介质，通过Smad依赖性途径在肾小管EMT过程中起关键作用，导致管状间质纤维化(TIF)[5,14]，TGF-β1能促进管周内皮细胞表达α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)，使其活化并发生表型转化，转变为肌纤维母细胞，后者能合成和分泌大量胶原等ECM成分。而ECM主要来自肾脏中肌成纤维细胞，其过度积累可降低肾小球滤过率和肾功能，最终导致肾衰竭[15]。在细胞骨架重组和α-SMA的表达过程中，小RhoA GTPase蛋白的激活不可或缺，抑制RhoA后可阻断α-SMA的上调。对心肌细胞转分化的研究发现，在EMT发生的各个阶段都有RhoA活性的升高，而抑制TGF-β1后可使RhoA表达明显减少，证实TGF-β1通过激活RhoA参与EMT过程的调控。

2.4 激活纤溶酶原激活物抑制剂-1(PAI-1) 人类PAI-1基因的表达上调有赖于Smad2/3与PAI-1启动子的上方Smads的结合位点的结合，氧化性低密度脂蛋白通过刺激系膜细胞的TGF-β1/Smad信号通路可上调系膜细胞PAI-1表达，以及抑制纤溶酶的活性[16]。PAI-1上调不但可使细胞外基质合成的增加，还可引起细胞外基质降解减少。肾脏EMT降解依靠纤维蛋白溶解系统，纤溶酶原激活剂和纤溶酶原激活物抑制剂是纤维蛋白溶解系统的重要组成部分,其中PAI-1起主要作用。尿激酶型纤溶酶原(uPA)和组织型纤溶酶原(tPA)可直接降解细胞外基质多种成分，发挥降解细胞外基质成分的作用，PAI-1表达上调可使肾间质巨噬细胞募集增多，间质肌成纤维细胞增多，而TGF-β1可通过Smad2/3诱导PAI-1表达，Ⅰ型胶原mRNA显著增加，使uPA和tPA失去活性，减少EMT降解[17,18]，在肾脏纤维化过程中发挥重要作用。

综上所述，TGF-β/Smad信号通路的激活对EMT十分重要，而Smad蛋白是TGF-β1在胞内发挥效应的信号分子，调控着细胞膜至核的信号转导。因此，抑制TGF-β/Smad信号通路预防肾脏EMT及肾纤维化发生的重要方面，将为预防和改善ESRD的发生带来新的方向。

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青海省科技项目(2016-ZJ-709)。

梅峰(E-mail: 15297123890@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.30.033

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1002-266X(2017)30-0102-03

2017-04-20)