激活素A的调控作用

梅 毅，胡选义，杨思远

(贵州医科大学附属医院心脏外科，贵阳 550004)

转化生长因子(transforming growth factor β，TGF-β)超家族包含了大量结构相似的多肽生长因子，如TGF-β亚型、激活素、骨形成蛋白、生长分化因子等[1]。利用转基因或基因敲除小鼠进行的研究表明，TGF-β介导的Smad信号途径的正常信号转导在早期发育、成人体内平衡和组织损伤修复过程中发挥关键作用，其解除调节可促进炎症、组织纤维化、免疫调控等病理过程的发展[2]。激活素和结构相似的抑制素形成TGF-β超家族中的一个亚群。这个亚家族的原始成员激活素A，最初是通过其在体外刺激垂体促性腺激素的促卵泡激素释放而识别出[3]。随后大量研究表明，激活素A实际上是一种多能生长因子，它对胚胎发育[4-9]和成人组织内平衡均至关重要[10]。激活素和抑制素是由不同基因编码的“α”和“β”亚基相互作用而形成的同源二聚体或异质二聚体[11]。在哺乳动物中，已证实存在由“α”亚基编码的一种基因[抑制素(inhibin)α]和“β”亚基编码的4种基因(inhibin-βA、inhibin-βB、inhibin-βC、and inhibin-βE)[12-15]。激活素由inhibin-β亚基的同源或异质二聚体形成，目前已被证实存在同源二聚体βA/βA (激活素A) 、同源二聚体βB/βB (激活素B) 及同源二聚体βA/βB(激活素AB)三种形式[16]。虽然激活素A、激活素B和激活素AB的功能相似，但以激活素A与临床联系最为紧密。这些激活素结构可能具有重叠的功能，但又不完全重叠[17-18]。现就激活素A在体内平衡调控、免疫调节和组织修复活动协调中的作用予以综述。

1 激活素A在体内各系统的病理生理学表达

1.1呼吸系统免疫炎症与组织重构 早期人们认为，纤维化因子能诱导成纤维细胞产生激活素A。Hedger等[19]证明，激活素A在体外可以促进3T3成纤维细胞的有丝分裂，虽然它刺激成纤维细胞有丝分裂的能力只是TGF-β的一小部分，但证实了早期的激活素A和纤维化之间有联系。有学者通过免疫荧光法在对照组和博莱霉素组小鼠的细支气管上皮细胞和血管平滑肌细胞中检测出激活素A的表达，并从经博莱霉素处理的动物中分离出的肺泡吞噬细胞培养基中观察到激活素A蛋白质的表达上调[20]。虽然博莱霉素模型更接近急性肺损伤不是真正的肺纤维化，但在增生平滑肌细胞、去鳞状细胞、肺泡巨噬细胞和平滑肌细胞中激活素A免疫染色均有增加；且在一小部分间质性肺疾病患者中，激活素A和纤维化过程有一定联系[21]。同时，有研究进一步证实激活素A与纤维化相关：①激活素A可以促进体外成纤维细胞的迁移和向肌成纤维细胞分化[22]；②卵泡抑素预防性给药可减缓博来霉素诱发的病理性过程[23]；③在四氯化碳引起的肝损伤中，肝星状细胞产生的激活素A水平升高会导致肝纤维化的发生，但可以通过卵泡抑素的作用来降低肝纤维化程度[24]；④在系统性硬化症患者中，激活素A血清水平升高，证明在体外激活素A能促进从系统性硬化症患者中分离出成纤维细胞使胶原蛋白表达上调[25]；⑤在小鼠皮肤损伤后，激活素A的表达显著增加[26]。原位杂交研究显示，激活素A在切口的肉芽组织中表达，13 d后，它的表达又回到基线水平[26]。在角蛋白-14启动子的调控下，转基因动物表皮中激活素A的过度表达导致皮肤纤维化，表皮增厚，切口修复增强[27]。且在烧伤皮肤的炎症和修复阶段，通过免疫组织化学也检测到了激活素A的表达上调[28]。虽然这些研究与激活素A在组织修复和纤维化过程有关，但它在这些过程中的表达相当复杂。Hardy等[29]认为，通过一些炎性因子[TGF-β1、肿瘤坏死因子α、内皮素、白细胞介素(interleukin，IL)13、凝血酶、血管紧张素]可以上调激活素A的表达，而激活素A本身能刺激产生促纤维化因子，包括肿瘤坏死因子α、结缔组织生长因子、内皮素、Ⅰ型胶原蛋白、金属蛋白酶组织抑制物1、纤溶酶原激活物抑制剂1。

激活素A与过敏性气道炎症疾病的形成有关，从而参与了哮喘的病理生理学过程。Staudacher等[30]建立了一个由卵白蛋白诱发的气道炎症实验模型发现，在过敏性肺内表达核磷酸化Smad2的炎症细胞和结构细胞数量急剧增加，同时伴随inhibin-βA、 inhibin-βB、 inhibin-βC、 inhibin-βE和激活素Ⅰ型受体信使RNA水平的大幅度升高，说明激活素A与呼吸道炎症有关[30]。在哮喘患者活组织检查中肥大细胞和激活素A的共定位以及在肥大细胞缺陷小鼠中，用变应原刺激后的缺陷产物与激活素A和肥大细胞的函数有关，表明激活素A与炎症疾病相关[31]。与中度哮喘患者和健康受试者相比，重症哮喘患者血清中的激活素A水平升高，而在中度哮喘患者的T细胞中检测到信使RNA水平升高[29]。通过免疫组织化学技术检测卵白蛋白激发小鼠T淋巴细胞和结构细胞组织切片[32]，及哮喘患者T淋巴细胞和结构细胞组织切片[33]中激活素A的表达发现，激活素A能够促进人类气管平滑肌细胞增殖，并能调节骨髓源性肥大细胞的迁移和分化[34]。Wang等[35]的研究表明，在卵白蛋白实验小鼠的肺同时释放激活素A和卵泡抑素时，最高支气管肺泡灌洗水平与最大气道嗜酸细胞及纵隔淋巴结中IL-4、IL-5和IL-13产生细胞的频率相一致；且对呼吸道上皮细胞进行的免疫组织化学染色结果显示，呼吸道上皮细胞是激活素A和卵泡抑素的来源[35]。此外他们发现，过敏原诱发的激活素A和外生卵泡抑素相互作用会产生有利影响。而Chaker等[36]在使用特异性抗体处理过敏原诱导的动物模型及重组激活素A处理过敏原诱导的动物模型中发现，重组激活素A处理模型发生的病理改变较小。与TGF-β一样，激活素A可以促进体外生成辅助性T细胞9[37]。同时，可通过抑制激活素A和TGF-β在体内抑制过敏原诱导的辅助性T细胞9分化，从而降低气道高反应性及减少胶原蛋白的沉积[37]。因此，虽然在气道炎症反应中激活素A水平升高，但其潜在治疗作用还需进一步研究。

1.2消化系统免疫炎症与组织重构 有学者对炎症性肠病小鼠模型[38]和克罗恩病或溃疡性结肠炎患者[39]中的激活素A信使RNA水平进行检测发现，激活素A可能在炎症性肠病的病理生理学中起重要作用。Dohi等[38]研究发现，用卵泡抑素预防和治疗的方案能提高3种结肠炎模型小鼠的存活率，降低一些病理参数并促进肠道上皮细胞和组织修复细胞的增殖，以改善结肠黏膜屏障功能，证明激活素A和结肠炎的病理生理学之间存在联系。上述研究通过信使RNA原位杂交验证了，病变组织中激活素A的表达上调。

1.3其他系统免疫炎症与组织重构 研究表明，激活素A与炎症性关节病的病理生理学有关[40-41]。在一些研究中，检测到激活素A水平在类风湿关节炎和痛风患者的滑液中超过30 μg/L[40-42]。此外研究发现，激活素A产物在体外通过IL-1β、TGF-β、γ干扰素和IL-8能促进滑膜细胞和软骨细胞表达上调[40,42]。在从类风湿关节炎患者获得的增生性反应性滑膜中检测到，激活素A存在于成纤维细胞和CD68+巨噬细胞谱系细胞中，且在血管化增生组织的平滑肌和血管内皮层中均发现了激活素A[40,42]。在心力衰竭患者中，血清中的激活素A水平显著升高，这与疾病严重程度有关，且在T细胞中检测到inhibin-βA信使RNA水平升高，但在单核细胞中没有检测到[43]。此外，在心力衰竭大鼠模型中，可以观察到心肌梗死后心肌细胞激活素A的表达和激活素Ⅰ型受体信使RNA的协同表达。用激活素A处理新生大鼠心肌细胞，可诱导基质金属蛋白酶(基质金属蛋白酶9、金属蛋白酶组织抑制剂1、TGF-β1和单核细胞趋化蛋白1等)参与心肌梗死愈合和心肌重构。这说明，在心力衰竭发病机制中有激活素A的参与。

总之，在急性炎症疾病(败血症、脑膜炎和内毒素)、自身免疫性疾病(类风湿关节炎、炎症性肠病和系统性红斑狼疮)、外伤(皮肤烧伤和手术)和有强烈组织重构成分疾病(皮肤、肝脏、肺、肾脏、心肌纤维化)的患者中均观察到激活素A的过度表达。在相关疾病的动物模型中，激活素A预防性干预及直接治疗后的结果提示，激活素A是免疫炎症或组织重构致病机制的一个关键组成部分[44]。对于干预治疗措施的发展，激活素A信号通道可能成为一个备受关注的目标通道。

2 激活素A调节先天免疫和获得性免疫之间的平衡

先天免疫和获得性免疫之间的平衡是有效防御传染入侵者的先决条件。虽然先天免疫是快速有效的第一道防线，但它的许多功能强大的成分并不能区分自我和非自我，因此会造成自身组织损伤，尤其是在长期和健康的先天免疫环境下[45-46]。不能正确调节先天和获得性免疫的转换会导致慢性炎症性疾病的发生，这是一种与大量炎症和自身免疫紊乱相关的疾病。

激活素A表达的上调在两方面有利于先天免疫，即通过增强一般炎症反应及对获得性免疫的抑制作用。且激活素A能诱导大量促炎性介质的体外表达，而Apostolou等[47]研究发现，在体内直接或间接刺激激活素A也可以促进促炎性介质的表达。因此，它会增强产生肿瘤坏死因子α、IL-6、IL-1β和高迁移率族蛋白1等炎性因子的能力，并通过进一步激活Toll样受体通道建立一个前馈放大回路。另一方面，激活素A能抑制树突状细胞[48-49]成熟、T细胞增殖、诱导细胞毒性T细胞、调节性T细胞阴性[36]。这种在先天和获得性免疫之间的动态平衡，可以通过早期强烈的先天性免疫来降低间接伤害的风险[50-51]。此外，卵泡抑素和激活素A共同在先天免疫和获得性免疫的相互作用阶段起重要作用。生物体内高表达激活素A可能增强其先天免疫，而卵泡抑素或其他促进激活素A上调的调节因子可能减弱其获得性免疫和抑制组织修复。激活素A通过与TGF-β协同作用诱导调节性T细胞阳性，从而达到调控T细胞[52]的目的，说明激活素A可能对获得性免疫功能产生抑制作用。在用表达激活素A的腺病毒处理的动物模型中，受腺病毒感染细胞的存活时间显著延长[47]，说明激活素A对病毒感染细胞的适应性机制有抑制作用，这种抑制机制可以防止病毒感染细胞。

激活素A引发的潜在组织损伤反应包括其他的先天免疫系统激活、组织中的中性粒细胞和巨噬细胞中出现激活素A表达增加及激活凝血系统可能会导致微血管血栓的形成，且在呼吸系统中表面活性物质的生物合成明显减少。可见，抑制激活素A能有效预防和改善相关疾病的病理学变化。

3 激活素A协调组织修复活动调节体内平衡

激活素A在调节组织损伤修复方面起重要作用。其通过刺激胶原蛋白信使RNA的合成或影响基质金属蛋白酶的表达，来活化成纤维细胞和调节细胞外基质，以及通过激活素A调节金属蛋白酶组织抑制物来促进组织修复的相关活动[22,53-55]。肺组织中，腺病毒介导的激活素A过度表达，与组织修复相关活动的开始与卵泡抑素的上调有关[47]。而在缺乏其他细胞因子[56-57]的情况下，已有学者提出可用选择性活化的巨噬细胞[58]、IL-17[59]和高迁移率族蛋白1进行组织修复。由于胶原蛋白沉积的肺实质间隙的特殊微妙结构，与蛋白酶/抗蛋白酶平衡向蛋白酶转变有关，所以在某些情况下可能导致另一种形式的组织重构，即肺气肿病变的发展。

若考虑到激活素A、激活素B、激活素AB和TGF-βs间大量的功能重叠，及激活素C、激活素E和骨形成蛋白间明显的拮抗作用，就需要研究有协调作用的TGF-β超家族信号系统。激活素A中和剂的治疗作用，如卵泡抑素或绵羊激活素受体ⅡB细胞外组分组成的融合蛋白、激活素Ⅱ型受体，在结肠炎动物模型[38]和外源性激活素A的急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征动物模型中[47]，与人类IgG1抗体的Fc部分结合，表明即使在病理改变出现后，激活素A的中和仍可以减缓病理过程的进一步发展。这对激活素A抑制剂的临床应用提出了更高的预期，并强调了进一步研究的必要性，以进一步揭示其调节体内活动的机制。

4 小 结

激活素A的功能很多，有时与促炎、抗炎和组织重构活动相矛盾。但在几乎所有正常组织中，均有激活素A表达，且表达水平不一致[60]。有文献报道了，激活素A在直接组织保护和间接组织损伤间的平衡原理[45-46]。且急性期有效的先天免疫会通过激活组织中的中性粒细胞和巨噬细胞及补体系统来限制入侵者侵入，虽然这是以间接组织损伤为代价。可见，激活素A不仅在炎症反应的急性期发挥作用，且随着反应进行，它可能作为先天和获得性免疫反应的协调者，增强先天免疫，通过诱导调节性T细胞直接或间接抑制获得性免疫。这将为激活素A抑制剂在临床改善或治疗炎症性疾病和组织重构提供新治疗方案。