转化生长因子β1在纤维化疾病发病中作用的研究进展

刘国菊，李丛丛，李睿坤，彭雷

(山东医学高等专科学校，济南250002)

纤维化疾病是多种慢性疾病、癌症的标志，其最重要的特征是细胞外基质(ECM)的失衡，导致ECM生成增多、降解减少，造成胶原在器官组织的异常沉积，并逐渐取代正常组织，进而造成器官组织功能障碍，严重者导致器官衰竭甚至死亡。转化生长因子β1(TGF-β1)可由多种细胞分泌，广泛参与细胞的增殖、分化、凋亡、细胞外基质的修饰及免疫调节等过程。研究表明，TGF-β1在ECM沉着及纤维化疾病中发挥重要作用[1]。正常生理条件下，TGF-β1的释放有利于组织损伤的修复；但当损伤因素持续存在时，过量的TGF-β1将导致ECM的异常沉积，造成器官组织功能障碍。本文综述了TGF-β1在各器官纤维化疾病中的作用。

1 TGF-β1概述

TGF-β1大多由实质细胞产生，此外，浸润细胞如淋巴细胞、单核细胞、巨噬细胞和血小板也可产生及释放TGF-β1。TGF-β共有五种亚型，分别为TGF-β1～TGF-β5。在哺乳动物中，TGF-β有三种异构体，分别为TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3。体内的TGF-β1以三种非活性形式存在，分别是TGF-β1与非活性相关肽(LAP)形成的小的非活性复合物；TGF-β1与LAP、非活性TGF-β结合蛋白(LTBP)形成的大的非活性复合物；TGF-β1与蛋白酶抑制物α2巨球蛋白(α2-M)结合形成的TGF-β1/α2-M。绝大多数的TGF-β1都是以以上三种非活性复合物的形式分泌出细胞，其生物活性的产生需要与细胞膜上特异性受体结合。常见的激活方式有：非共价键的断裂或修饰，从而暴露出TGF-β1活性位点；TGF-β1的酶解激活；其它如整合素、糖基化、基质金属蛋白酶等也可激活TGF-β1。激活后的TGF-β1在细胞增殖、凋亡及胶原蛋白的合成等方面发挥重要作用[2]。TGF-β1存在于机体所有的组织中，以骨、肺、肾及胎盘组织中含量最为丰富。

TGF-β1家族蛋白是多功能细胞因子，在细胞生长和存活、细胞和组织分化、发育、炎症、免疫和组织重塑和修复等多种生物学过程中起着关键性的作用。表面看来，TGF-β1是一种治疗因子，它表现出抗炎和纤维化作用，同时诱导伤口愈合。随着研究的深入，发现 TGF-β1在某些环境中具有重要的抗炎作用，并同时拥有促炎作用。肿瘤发生时，TGF-β1可抑制肿瘤细胞生长，同时增强肿瘤的迁移和侵袭。研究表明，TGF-β1对创面愈合至关重要，可刺激基质分子沉积和血管生成，是导致纤维化疾病发生、病理性瘢痕发生的重要介质。另外，TGF-β1也可诱导组织损伤，诱导细胞凋亡，抑制创面愈合。TGF-β1效应的复杂性可归因于多个原因，如TGF-β1蛋白的作用随着靶细胞的活化和分化状态以及局部微环境中其他刺激因素的存在而发生变化；TGF-β1受体表达的多样性，对TGF-β1的细胞和组织反应也有显著影响。然而，导致TGF-β1效应多样性的机制仍然不明，需要在未来的研究中进一步研究证实。

2 TGF-β1与心肌纤维化

心肌纤维化的特征是ECM的过度沉积和肌成纤维细胞的积聚，是心力衰竭患者心肌重塑的重要特征。心脏成纤维细胞约占成年小鼠心脏细胞总数的20%，可转化为肌成纤维细胞，具有收缩性，可调节ECM及组织重塑，在心肌梗死后心肌细胞的修复和重构中具有关键作用。研究发现，TGF-β1是心肌成纤维细胞合成胶原的有效刺激因子，是ECM产生和成纤维细胞向肌成纤维细胞转化的主要诱导因子。大量研究表明，心肌纤维化是由TGF-β1介导的。既往研究表明，TGF-β1仅与梗死后的心肌重塑有关。最近的研究表明，扩张型、缺血型和肥厚型心肌病均与TGF-β1水平升高有关。在心脏中，TGF-β1的过度表达和基因敲除模型中均表明，其在诱发心肌纤维化中的重要作用[3]。心肌ECM蛋白的增加会导致心室运动的改变，引起收缩和舒张功能障碍[4]。TGF-β1介导的纤维化也导致心肌电传播的不均匀，进而导致心律失常的发展[5]。

近年来，靶向TGF-β1的药物治疗在许多心脏疾病的应用中发挥了积极作用。目前研究发现，抑制TGF-β1的表达可以逆转动物模型中细胞因子的纤维化作用[6]。此外，促进TGF-β1抑制剂表达的基因治疗有望预防心肌纤维化，为心肌纤维化的治疗提供了新的思路。

3 TGF-β1与肾脏纤维化

持续的炎症、肾脏完全或者不完全修复可导致肾小管萎缩，发生进行性纤维化、肾功能下降，最终可导致肾功能衰竭[7]。肾纤维化的发生可继发于原发性或继发性肾损伤，是多数慢性进展性肾病的最终结局[8]。肾纤维化的发生机制复杂，涉及肾脏实质细胞、浸润细胞如淋巴细胞、巨噬细胞，内皮细胞、血管平滑肌细胞等[8]。研究发现，TGF-β1在受损肾脏中的表达水平明显升高，并促进糖尿病、高血压、缺血性肾小管损伤和尿路梗阻所导致的病理性ECM合成及肾脏纤维化[9]。研究表明，输尿管闭塞后数小时内，受影响的肾脏表现出静水力的变化和氧化应激的增加[10,11]，肾小管受到牵张刺激后，又进一步促进TGF-β1的表达(升高约20倍)，同时增加上皮细胞凋亡指数，并导致炎性浸润的发展[12,13]。在肾脏缺血或梗阻时，维持肾脏TGF-β1的表达会导致组织损伤加重，再生生长受损，甚至导致器官功能的丧失[14,15]。

早期研究发现，抑制TGF-β1的表达可减轻肾脏疾病的发生和发展。TGF-β1中和抗体可减轻创伤引发的肾脏炎症反应、肾小管上皮细胞凋亡和纤维化[12,16]。此外，应用TGF-β1反义寡核苷酸或小干扰RNA(siRNA)均可抑制Ⅰ型胶原 mRNA表达[17]。TGF-β1作为肾纤维化发生的始动因子，可通过Smad2/3、p53-Smad3等信号通路而促进肾纤维化的发生发展，有望成为治疗肾纤维化新的靶点之一[18]。

4 TGF-β1与肺纤维化

特发性肺纤维化是一种典型的肺纤维化，是一种以上皮损伤、纤维增生性基质沉积和实质重塑为特征的渐进性肺疾病。肌成纤维细胞被认为是导致肺脏中胶原和其他ECM积累增加的主要细胞，但这些细胞的起源尚未完全阐明。TGF-β1作为组织纤维化的中枢介质，被认为是控制肺纤维化疾病的治疗靶点。

研究发现，TGF-β1在博莱霉素诱导的肺纤维化模型早期即开始表达，并在小鼠肺纤维化模型及人纤维化肺疾病中胶原沉积的部位聚集[19]，并且大部分是具有生物活性的。当TGF-β1过度表达时，可通过Smad3信号通路引起啮齿类动物严重的肺纤维化[20]。研究发现，抑制TGF-β1表达可逆转肺纤维化过程[21]，表明TGF-β1在肺纤维化过程中发挥重要作用。

TGF-β1在纤维化中的关键作用进一步通过人纤维化肺的表达谱证实。微阵列图谱显示，纤维化患者的肺中激活的基因中，80%是已知的TGF-β1靶基因[22]。近期研究显示，TGF-β1转基因小鼠中，上皮细胞凋亡在肺纤维化病理过程中发挥重要作用，表明TGF-β1通过调节损伤和修复反应在肺纤维化中起关键作用。然而，调控TGF-β1的因子及调节TGF-β1参与肺纤维化的基因和其它因素仍然十分广泛和复杂，仍需相关的研究进一步阐明其内在机制。

5 TGF-β1与肝纤维化

肝纤维化是多种慢性肝病共同的病理过程，是终末期肝细胞癌的主要病因[23]，其特征为纤维化基质在肝脏细胞外间隙的异常沉积[24]。纤维化基质的增加是ECM合成和降解失衡的结果。肝纤维化如得不到有效控制，会使肝硬化、肝功能障碍，最终导致死亡。

在肝脏中，多种细胞类型可以参与调节不同类型损伤的细胞和分子反应，其中，活化肝星状细胞被认为是肝损伤后肝纤维化发展的中心环节。肝星状细胞是肝损伤后持续产生ECM组分(例如胶原，纤连蛋白和透明质酸)的主要肝纤维细胞。肝纤维化发生过程中，许多细胞因子及信号分子参与了肝纤维化过程的调节，如生长因子[25]、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)[26]、瘦素[27]和各种整合素[28]。值得注意的是，TGF-β1是肝纤维化发病的关键介质[29]。TGF-β1可激活Smad依赖性和非依赖性途径，发挥其生物学活性。近期研究表明，TGF-β1可能调节一些microRNAs的表达，从而影响肝脏纤维化进程[30]。实验研究表明，抑制TGF-β1可抑制肝纤维化相关分子的表达[31]。

6 TGF-β1与角膜纤维化

由外伤或感染因素引起的角膜损伤常常导致角膜纤维化，进而导致角膜透明性丧失，严重者可导致失明。角膜创伤愈合是一个复杂的过程，涉及多种细胞因子的信号传导、角膜细胞的活化、成纤维细胞和肌成纤维细胞的形成、ECM的沉积和基质金属蛋白酶(MMPs)表达的改变等过程。角膜损伤过程中可产生多种不同的细胞因子，其中TGF-β1在角膜纤维化形成中起着重要的作用[32]。

TGF-β1的促角膜纤维化作用是通过多种细胞内信号通路实现的，包括Smad依赖的细胞内信号通路。Smad蛋白家族基于功能分类，包括由受体调控Smad(R-Smads)、共介体Smads(Co-Smads)和抑制剂Smads(I-Smads)三大类。这些Smads蛋白之间的相互作用最终导致静止期角膜基质细胞向角膜成纤维细胞和肌成纤维细胞转化。除Smad信号家族外，TGF-β1还可以通过影响MAPKs、MMPs等信号通路介导角膜纤维化。

综上所述，TGF-β1在心肌、肝脏、肺、肾脏纤维化等疾病中发挥了重要作用，表明TGF-β1是各器官纤维化发生发展的关键因素之一。抑制TGF-β1表达或生物活性可减轻各器官组织的纤维化程度，有望成为临床治疗预防纤维化疾病的重要靶点。