TGF-β/smads 信号通路对心肌纤维化心房颤动作用及机制的研究进展

梁宇明，何燕

(广西医科大学第一附属医院，南宁530021)

目前已有研究证明，心肌纤维化是心律失常心脏结构重构的特征性改变。心肌纤维化通过引起心脏传导障碍和心室顺应性下降，心脏的正常收缩与舒张功能异常，从而导致房颤的发生。目前研究证实转化生长因子β(TGF-β)是公认的与组织纤维化发生最密切的因子，在心肌纤维过程中起至关重要的作用，主要表现在TGF-β可通过Smads信号转导通路激活细胞外基质蛋白合成，引起细胞外基质过度沉积，引起心肌纤维化。TGF-β已被公认是器官纤维化的治疗靶标[1]。目前研究发现TGF-βⅢ型受体(TGF-βRⅢ)、骨形成蛋白和激活素膜结合抑制剂(BAMBI)、FKBP12、骨形态发生蛋白-7(BMP-7)及肝细胞生长因子(HGF)可下调TGF-β/Smads 信号通路传导。因此，研究TGF-β/Smads 信号通路传导调控心肌纤维化的机制可为房颤干预提供新思路。

1 TGF-β/smads 信号通路组成

1.1 TGF-β TGF-β是由一类结构和功能相关的多肽生长因子组成，属于一组新近发现的调节细胞生长和分化的TGF-β超家族，一共有5种亚型，分别为TGF-β1、β2、β3、β4及β5。在哺乳动物中目前只发现有 3 种亚型，为TGF-β1、β2、β3，基因定位分别为19q13、1q41和14q24。在体细胞系中占比例最高、功能最多、活性最强、分布最广泛为TGF-β1，为2 条含有112 个氨基酸的多肽链单体组成的二聚体。新合成的 TGF-β 为无活性的前体，由信号肽、成熟的 TGF-β和 潜相关多肽( LAP) 三部分组成，经酶裂解处理后形成有活性的 TGF-β，再与其相关受体结合发挥生物学效应。其参与多种信号通路调节，如细胞增殖、分化、调亡、迁移及免疫反应。TGF-β与多种疾病的发病机制密切相关，如组织纤维化、癌症和结缔组织病[2]，在多种生长发育过程及病理进展中有重要作用。

1.2 TGF-β受体 TGF-β一共有3种类型受体，主要包括TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ和TGF-βRⅢ ，为广泛分布在细胞表面的跨膜糖蛋白。与TGF-β家族信号传导有关的主要为TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ。TGF-βRⅡ可单独与 TGF-β 结合，但 TGF-βRⅠ必须在 TGF-βRⅡ与 TGF-β 相结合时才能与 TGF-β 结合。TGF-β 活化后，先与细胞膜上的TGF-βRⅡ结合，两者结合后促使TGF-βRⅠ激活并与TGF-β结合，三者形成复合物可激活细胞质中的Smad蛋白，促进TGF-β信号在细胞中的进一步传导。TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ可介导 TGF-β 促进 ECM 合成、细胞生长和增殖的调节等。TGF-βRⅢ是由二硫键连结的蛋白聚糖，是发现数量最多的TGF-β受体，它没有已知的信号域，因此其对TGF-β信号调节有待进一步研究。

1.3 Smads蛋白 Smads 蛋白家族是 TGF-β 信号系统中 TGF-β 的重要作用底物，为TGF-β 信号通路中的关键传导分子，可以将 TGF-β 信号由细胞膜受体直接传送到细胞膜内。目前发现细胞内至少存在 Smads 的9种分子，哺乳动物中的 Smads 蛋白至少有8种。不同的 Smads 蛋白其作用也不尽相同，根据其结构和功能的分为三类：一类为受体激活型，包括Smad1-3、5和8；另一类为共同介质，为Smad4；最后一类为抑制型；，包括Smad6、7。TGF-β/Smads 信号转导通路中各种类型 Smads 分子之间通过精密协调，共同完成TGF-β 生理及病理状态下的生物学效应。

2 TGF-β/smads 信号通路致心肌纤维化机制

Smad2、Smad3、Smad4 对器官的纤维化有促进作用，但 Smad7则对器官纤维化发挥抑制作用。TGF-β通过TGF-β/smads 信号通路致心肌纤维化的基本机制为：活化的TGF-β可与细胞膜上的TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ结合，形成受体复合物，后者进一步激活受体激活型蛋白发生憐酸化 ，憐酸化后的Smad蛋白与共同介质蛋白形成Smad复合物并转移至细胞核，与其它核因子一起参与TGF-β信号通路的表达。通过上述机制，可使TGF-β过度表达，上调Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原的表达，引起细胞外基质过度沉积，发生心肌纤维化[3]。仍有研究表明TGF-β/Smad信号通路可通过刺激成纤维细胞，致使纤维细胞向肌成纤维细胞转化，增强胶原蛋白的分泌，导致心肌纤维化的发生[4]。

3 TGF-β/smads 信号通路与房颤的关系

心肌纤维化可通过引起心脏传导障碍和心室顺应性下降、心脏的正常收缩与舒张功能异常，从而导致房颤的发生。有研究表明心房间质纤维化是结构重塑的重要特征之一，心房纤维化可增加心肌组织电兴奋的离散度，利于形成折返，心房结构重塑及电重塑共同促进房颤的发生及维持。目前公认TGF-β是重要的致组织纤维化因子。同时研究发现，转基因过度表达TGF-β1 的山羊中，心房纤维化加重明显，同时 p 波延长，更易出现房颤[5]。因此心肌纤维化与房颤的发生密切相关，心肌纤维化程度越重，越容易诱发房颤。目前有实验证明，在快速心房起搏构建的持续性房颤模型中通过洛沙坦抑制 TGF-β/Smads 信号通路来改善心肌纤维化，可降低房颤诱发率[6]。TGF-β的表达主要通过TGF-β/Smads 信号通路来完成，因此下调TGF-β/Smads 信号通路的转导，可导致TGF-β表达下降，抑制组织心肌纤维化的程度，降低房颤发生率。

4 TGF-β/Smads 信号通路转导下调的主要机制

4.1 受体调控

4.1.1 TGF-βRⅢ TGF-βRⅢ是一种膜锚定蛋白多糖，其主要的功能是选择性地结合自磷酸化的TGF-βRⅡ通过其胞质域，进而促进TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ结合，形成受体复合物。TGF-βRⅢ作为辅助受体，可广泛表达于多种细胞。TGF-βRⅢ也可以通过调节Smad蛋白来调控TGF-β/Smads 信号通路。目前有研究证明，上调TGF-βRⅢ的表达可以削弱缺氧引起的TGF-β磷酸化Smad2的表达。在自发性高血压大鼠中，TGF-βRⅢ可通过自身的短合成肽P114明显减少TGF-β引起的磷酸化Smad2、Ⅰ型胶原mRNA等的表达。Smad2属于受体激活型Smad，可促进TGF-β的表达。因此Smad2的表达下降，可导致TGF-β的表达下降，从而达到下调TGF-β/Smads 信号通路的目的。

4.1.2 BAMBI BAMBI是一种进化过程中高度保守的跨膜蛋白，包括N末端胞外结合域，C末端胞内结构域，短跨膜结构域。BAMBI参与了多种疾病的致病过程，主要涉及肿瘤和器官纤维化。有研究证实，在肝硬化中，BAMBI表达上调可抑制TGF-β/Smad信号通路，达到缓解肝硬化的目的[7]。目前研究已证实BAMBI可作为TGF-β/Smad信号通路的伪受体，通过与TGF-βRⅠ竞争，阻止TGF-βRⅠ与TGF-βRⅡ及配体结合成功能性复合物，负调节TGF-β的表达，达到下调TGF-β/Smad信号通路的目的[8]。

4.1.3 FKBP12 FKBP12属于FKBPs蛋白家族，该蛋白家族目前发现的成员超过20个，有至少8个表达于哺乳动物体内。FKBP12表达于哺乳动物各种组织和细胞，以心肌细胞含量最多。目前研究证明FKBP12与TGF-βRⅠ的GS域结合，抑制TGF-βRⅡ将TGF-βRⅠ磷酸化，从而达到下调TGF-β/Smads 信号通路的目的[9]。

4.2 Smad调控

4.2.1 BMP-7 BMP 是 TGF 超家族中最大的一个亚群,属于BMP家族的一员。BMP-7是一个聚体糖蛋白，由两个BMP-7 单体通过二硫键形式结合而成。研究表明，BMP-7具有调控机体细胞增殖、分化和凋亡的功能，与肾脏和心血管等的发生发育密切相关。BMP-7可以下调TGF-β的表达，具有抗纤维化作用[10]，同时还可通过抑制TGF-β/Smads 信号通路来限制高糖下足细胞的转分化[11]。Smad6属于抑制型Smad，导致TGF-β的表达下降。BMP-7 通过上调 Smad6 蛋白的表达，抑制TGF-β的表达[12]，从而达到下调TGF-β/Smads 信号通路的目的。

4.2.2 HGF HGF是由Nakamura T 等在1984年首次从鼠血小板中分离出的一种肝细胞有丝分裂原，是由一条重链和一条轻链组成的异二聚体糖蛋白。HGF是一多功能细胞生长因子, 广泛表达于多种组织并参与细胞存活、增殖、分化、血管新生、抗炎和抗纤维化等生物学过程。有研究表明，HGF可上调TGIF含量。TGIF 为Smad转录共抑制因子，可与P300竞争性地与Smad2结合，从而抑制Smad效应基因的转录启动，达到下调或者阻断TGF-β/Smad信号通路转导。

5 TGF-β/smads 信号通路转导下调对房颤的作用

TGF-β/Smad信号通路介导的心肌纤维化在房颤的发生、发展过程中起着重要作用。通过抑制心房纤维化，可改善左心房传导功能并增加连接蛋白的表达来降低心力衰竭后房颤的诱发率[13]。因此抑制心肌纤维化，可在一定程度上降低房颤的发生率。有研究证明房颤患者心房组织 TGF-βRⅢ的mRNA及蛋白表达水平下调，提示 TGF-βRⅢ可能参与房颤心房纤维化所致结构重构[14]。同时有研究指出BMP-7抑制TGF-β/ Smads信号通路缓解房颤的心肌纤维化[15]。在心脏压力超负荷情况下，BAMBI会在心肌组织中表达上调，并通过阻抗TGF-β/Smad信号通路来调节细胞外基质成分，以达到与当前血液动力负荷状况"平衡"的稳健重塑反应，起到保护心脏作用[16]。Li 等[17]研究显示，HGF可降低房颤患者的心房纤维化程度。BMP-7、BAMBI、HGF及TGF-βRⅢ均与心肌纤维化相关，在心肌组织中均可通过下调TGF-β/Smad信号通路转导，抑制TGF-β的表达，减缓心肌纤维化程度，一定程度上可降低房颤的发生率。既往研究已证明FKBP12是TGF-β/Smads信号传导的抑制剂，但其通过负反馈调节TGF-β/Smads 信号通路影响心肌纤维化的相关研究尚未见报道。但已有研究证明FKBP12与心律失常存在着关系[18]，其与房颤的关系有待进一步研究。

综上所述，BMP-7、BAMBI、HGF及TGF-βRⅢ可通过下调TGF-β/Smad信号通路转导，抑制TGF-β的表达，抑制心肌纤维化，从而在一定程度上降低房颤发生率。通过调节BMP-7、BAMBI、HGF及TGF-βRⅢ在人体心脏组织中的表达，可能会为防治房颤提供更多新的治疗途径。