TGF-β/Wnt-β-catenin/PPARs轴在高血压及其靶器官损害中的关联与交互作用

吴佳芸，李玲玲，李瑞菡，黄力

(1.北京中医药大学，北京 100029； 2.中日友好医院中西医结合心内科，北京 100029)

全世界约30%的人患有高血压，预计到2025年该比例将升至50%[1]。《中国心血管病报告2018》指出，我国心血管疾病人群中高血压患者约2.45亿，占比高达85%[2]。2012—2015年开展的中国高血压调查显示，中国成人高血压患病率为27.9%[3]。作为发病率最高的心血管疾病，高血压已严重危害人类健康，其引起的靶器官损害亦已成为患者主要死因[4]，造成沉重的社会与经济负担。

高血压靶器官损害是指由高血压引起的心、脑、肾及全身血管系统结构与功能改变，进而导致重要脏器功能失常的病理过程。现代研究表明，高血压靶器官损害的发生与转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、Wnt-β联蛋白(β-catenin)及过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proli-ferator-activated receptors，PPARs)这3条信号通路关系密切，三者不仅在高血压靶器官损害引起的病理改变上有共同之处，在分子机制上更是以TGF-β为核心调控点，通过Smads作为关键连接，作用于Wnt-β-catenin通路，两者又可通过作用于特定元件参与调节下游PPARs的表达，三者交织形成复杂的信息传递与调控系统，共同干预血压变化及靶器官损害的过程[5-13]。因此，深入探讨TGF-β、Wnt-β-catenin、PPARs通路与高血压靶器官损害之间的联系及交互作用对于从整体和系统的角度重新定位和认知高血压靶器官损害，调整新的治疗策略及科研思路具有重要意义。现就TGF-β/Wnt-β-catenin/PPARs轴在高血压靶器官损害中的关联与交互作用予以综述，以为防治高血压及其靶器官损害提供参考。

1 TGF-β、Wnt-β-catenin、PPARs信号通路概述

TGF-β1是TGF-β最主要的亚型，通过胞质内的Smads蛋白作为下游信号转导因子形成TGF-β1-Smads通路，进而成为调控细胞增殖、迁移、分化、凋亡以及促进血管生成、增加细胞外基质(extracellular matrix，ECM)合成的主要途径。TGF-β1通过结合TGF-βⅡ型受体(transforming growth factor-β typeⅡreceptor，TGF-βRⅡ)募集TGF-βⅠ型受体(transforming growth factor-β typeⅠreceptor，TGF-βRⅠ)，实现自身磷酸化并激活TGF-βRⅠ。TGF-βRⅠ与Smad2和Smad3结合形成四聚体并发生磷酸化，再与Smad4结合形成异源寡聚复合体并转入核内激活靶基因，介导相应的生物学效应。此外，Smad6、Smad7可与Smad2、Smad3竞争结合TGF-βRⅠ阻断其磷酸化；同时，Smad6还可阻止Smad4与Smad2、Smad3的结合，进而抑制信号转导[14]。

Wnt是高度保守的分泌性糖蛋白家族，其通过与胞膜受体结合调节胞内靶基因的表达产生调节细胞生长、增殖、分化、迁移与凋亡等过程。经典Wnt信号通路激活依赖于β-catenin水平的变化。正常状态下，胞质β-catenin持续维持低水平。受到刺激后，Wnt蛋白与细胞表面卷曲蛋白和低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6结合，激活蓬乱蛋白，下调糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)活性，抑制酪蛋白激酶、轴抑制蛋白1、GSK-3β等组成的β-catenin降解复合体功能，使得胞质β-catenin水平升高。累积的β-catenin进入核内与T细胞因子/淋巴增强因子(T cell factor/lymphoid enhancer factor，TCF/LEF)形成转录复合因子引起Wnt下游基因转录[15]。

PPARs是由脂肪酸及其衍生物激活的核内激素，分为PPARα、γ、δ三个亚型，在血管、脂肪与心肌组织中均有表达，参与调控炎症、细胞增殖迁移、凋亡等过程。它是多个信号通路的下游作用点，通过与内外源性配体结合形成复合物，后者与类视黄醇X受体形成异二聚体，移至核内再与靶基因上游启动子内PPARs反应元件结合调控靶基因转录因子的表达产生不同生物效应[16]。

2 TGF-β、Wnt-β-catenin、PPARs信号通路与高血压靶器官损害

2.1TGF-β信号通路

2.1.1TGF-β通过Smads参与高血压及血管重构 TGF-β水平与高血压呈正相关，血压越高，TGF-β水平越高[17]。研究显示，高血压患者的血浆TGF-β1水平明显高于正常人，且与高血压靶器官损害密切相关[5]。基础研究也表明，与正常大鼠相比，自发性高血压大鼠血管中的TGF-β1信使RNA(messenger RNA，mRNA)和蛋白表达均增加，TGF-β1表达增加可诱导血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)增殖[18]；而阻断TGF-β1信号通路可有效缓解大鼠高血压[19]。原位杂交结果进一步显示，高血压受损VSMC中的TGF-β1mRNA表达水平亦有升高，活化的TGF-β1能使Smad2/3磷酸化并进入核内，诱导成纤维细胞向促纤维化的肌成纤维细胞表型分化，参与血管重构[20]。此外，许多药物和单体也被证实是通过调节TGF-β1/Smad信号通路来减少TGF-β1表达并抑制Smads磷酸化，进而抑制VSMC增殖和胶原沉积，发挥逆转血管重构的作用，如中药清眩降压汤[21]。

2.1.2TGF-β1通过Smads参与高血压左心室肥厚(left ventricular hypertrophy，LVH)、心肌纤维化及肾纤维化 既往研究表明，各种原因引起的LVH均伴随TGF-β1表达上调，且心室重构与TGF-β1/Smads信号通路的异常激活关系密切[6]；通过介导不同类型Smads的活化与抑制，TGF-β1在高血压心室重构、心肌纤维化以及肾纤维化中扮演重要角色[22-29]。研究显示，经血管紧张素(angiotensin，Ang)Ⅱ 诱导的LVH在Smad3基因敲除小鼠中明显减轻[22]；敲除TGF-βRⅠ/Ⅱ和Smad3后高血压大鼠心肌纤维化减轻，ECM合成也减少[23]。Smad3抑制剂SIS3能显著改善高血压小鼠模型心功能，提高左心室射血分数并抑制LVH和心肌纤维化[24]。而Smad7在肌成纤维细胞中的活化可通过TGF-β受体的下游作用负向调控Smad2/3，抑制心肌重构[25]；同时其通过抑制受体调控的Smads阻断TGF-β1所致的Ⅰ型胶原mRNA表达，进而抑制高血压模型的心肌纤维化[26]。此外，TGF-β1/Smad2/3信号在肾源性成纤维细胞损伤后立刻激活，并直接刺激其分化为肌成纤维细胞产生过量的ECM蛋白引起肾纤维化[27-28]；而Smad3信号阻断或过表达Smad7可有效减轻高血压模型肾损害，降低血肌酐和尿微量白蛋白水平，抑制肾成纤维细胞胶原与纤维合成[29]。

2.2Wnt-β-catenin信号通路

2.2.1Wnt-β-catenin信号通路通过β-catenin/TCF参与高血压与血管增殖 Wnt信号通路在高血压发生中具有关键作用，其激活与高血压直接相关；通过β-catenin与肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system，RAS)的交互正向反馈激活以及TCF核内因子的转录活化，引起血压升高和VSMC活化增殖。研究发现，Wnt信号在高血压时处于高度激活[7]；其配体与脉压直接相关，如高血压患者存在低密度脂蛋白受体相关蛋白6过表达[30]、转录因子7类似物2活化异常等均与血压升高密切相关[31]；而β-catenin/RAS间的反馈作用是促进GSK-3β启动RAS降解过程的重要分子开关[32]。此外，Wnt信号主导周细胞和VSMC中的肌纤维表型转换和脂肪生成过程[33]，其激活可显著促进VSMC的增殖，如其可引起瓦氏效应产生缺氧抑制因子1继而导致糖酵解增加、乳酸堆积，造成VSMC增殖迁移[34]。而Wang等[35]通过分别向大鼠主动脉VSMC转染变异的β-catenin基因和无活性TCF-4基因并进一步检测转染后细胞β-catenin与TCF-4表达的活性发现，Wnt可通过β-catenin与TCF-4活化促进VSMC增殖，引起血管重构。

2.2.2Wnt-β-catenin信号通路通过该通路多个成员参与高血压、LVH、心肌纤维化及肾损害 Wnt信号通路的各个成员(包括Wnt配体、卷曲蛋白、GSK-3β等)均参与了高血压以及高血压相关LVH的发生；且Wnt信号通路的过度激活可促进肾小球足突细胞的凋亡，引发肾脏纤维化，加重肾损害。在慢性灌注AngⅡ诱发的高血压大鼠模型中，8个Wnt配体被诱导出现，并参与激活心肌细胞和心肌成纤维细胞中的β-catenin；而该通路抑制剂ICG-001可有效阻断Wnt-β-catenin信号，抑制相关基因表达并逆转LVH与心肌纤维化[36]。不同高血压大鼠模型相关研究发现，左心室质量与卷曲蛋白2 mRNA水平呈正相关[37]，而与Dickkopf相关蛋白3(Wnt信号通路抑制剂)mRNA水平呈负相关[38]；在自发性高血压大鼠心肌组织中，具有抑制Wnt信号通路作用的Dickkopf相关蛋白1及GSK-3β水平均明显下降[39]。此外，两肾一夹法诱导的高血压大鼠肾组织中β-catenin及其下游靶基因表达产物水平升高而GSK-3β下降，而经依那普利降压治疗后各指标改善，提示Wnt激活参与高血压肾纤维化过程[40]。

2.3PPARs信号通路

2.3.1PPARs信号通路通过多层面作用参与高血压、VSMC增殖及血管重构 PPARs的表达可从基因和内分泌等多层面影响高血压的发生；其不同亚型在抑制高血压状态下VSMC的增殖中具有不同作用，其中PPARα和PPARγ均能抑制VSMC表型转化，阻止血管重构。研究发现，PPARγ基因缺失突变的个体会出现严重的早发性高血压[8]；通过调节脑和肌肉芳香烃受体核转运样蛋白1水平，PPARγ参与调控人体血压和心率的昼夜节律[41]。同时，PPARγ还可通过抑制VSMC向未分化表型的转化改善高血压血管重构和内皮功能[42]；并能通过阻碍炎症因子表达而降低AngⅡ灌注诱导的高血压大鼠血压，纠正血管重构[43]。此外，长链非编码RNA母系印记基因8可通过促进PPARα蛋白表达抑制VSMC的增殖、迁移、分化以及凋亡[44]。

2.3.2PPARs信号通路通过多个机制参与高血压、LVH、心肌纤维化、肾损害 通过调节心肌细胞的脂肪酸代谢和葡萄糖转运蛋白的水平、抑制炎症及氧化应激反应等，PPARs在减轻LVH、心肌纤维化及肾损伤中具有重要意义。研究显示，在心脏高度表达的PPARα的激活有利于改善LVH，预防心功能恶化[45]；其可通过抑制磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路的激活与增加叉头框蛋白O1的表达抑制LVH[46]。而PPARγ蛋白和mRNA表达水平在肥厚心肌中显著降低，提示PPARγ表达受抑制可能参与了高血压相关的LVH[47]。另有研究发现，在肾脏近曲小管上皮行使其正常功能过程中，PPARγ激活起决定性作用，其可抵抗氧化应激及线粒体变性以保护肾脏[48]。此外，PPARs的激动可通过减少炎症因子及阻止TGF-β过表达等预防肾损伤[49]。

3 TGF-β、Wnt-β-catenin、PPARs通路在高血压靶器官损害中的交互作用

3.1TGF-β与PPARs信号通路 TGF-β与PPARs信号通路间存在相互抑制作用。TGF-β可激活下游Smads蛋白，Smads蛋白通过结合到PPARs启动子的TGF抑制元件或Smad结合元件(Smad binding element，SBE)上阻断PPARs信号转导，同时促使受体激活型Smads基因表达增加，进一步降低PPARs基因转录水平调控靶生物学效应；而PPARs的活化反过来也能阻断TGF-β介导的纤维化过程，两者互相拮抗。

研究发现，TGF-β通路对PPARγ的抑制作用在促进纤维细胞向肌成纤维细胞转化中起关键作用，且可阻碍压力超负荷小鼠心肌中PPARγ的表达[50]。TGF-βRⅡ显性负性突变的转基因小鼠体内PPARγ抑制现象被消除，且伴随TGF-β/Smad3信号转导减弱[51]。TGF-β/Smad3通路高度激活后，主要通过在PPARγ启动处形成功能转录复合体(包括Smad3、转录共抑制因子Sin3A与组蛋白去乙酰化酶1)致使内源性抗纤维化的PPARγ基因转录受阻[9]，继而促进心肌纤维化。进一步细胞实验证实，共转染SMAD3/4可显著降低PPARs启动子活性[52]；其机制可能为：TGF-β能促进Smads-E2F4-p107复合体(主要为Smad3、Smad4)的形成，该复合体移至核内，在某些关键核苷酸的存在下，与PPARs启动子上的TGF抑制元件或SBE结合阻断PPARs基因表达。若SBE突变，则TGF-β下调PPARγ的转录能力将大大降低[12]；而扰乱溶血磷脂酸受体1的其中一个TGF抑制元件可完全消除TGF-β介导的转录抑制作用[53]。

另一方面，激活PPARs信号或应用PPARs拮抗剂可对TGF-β信号通路进行负向调节。研究显示，PPARγ可抑制TGF-β诱导的胶原沉积和肌成纤维细胞分化[54]；在腹主动脉结扎诱导的压力负荷超载大鼠中，PPARγ激活可通过作用于核因子κB通路抑制TGF-β1表达，阻止心室重构[55]；而应用左旋肉碱可激活PPARs，抑制TGF-β信号进而阻止高血压相关的LVH与心肌纤维化[56]；此外，口服PPARγ受体激动剂吡格列酮能通过减少早期生长反应蛋白1、信号转导及转录激活因子3和激活蛋白1的表达，显著减轻TGF-β诱导的肾纤维化[57]。

3.2TGF-β与Wnt-β-catenin信号通路 TGF-β与Wnt-β-catenin通路之间表现为协同作用，尤其在促进成纤维细胞增殖分化、ECM沉积及组织纤维化方面有共同作用。TGF-β信号可诱导Wnt/β-catenin超家族表达，反过来Wnt激活可增强TGF/Smads信号，两者形成正反馈调节，而该调节回路中的一个关键作用点为Smads与β-catenin/TCF的联合交互调节。许多Wnt和TGF-β应答基因的启动子区域常存在并排的SBE和TCF或LEF1结合位点；同时，Smads与Wnt通路中的β-catenin和TCF/LEF存在直接或间接的联系，它们通过交互作用结合到各自识别的序列上协同激活下游因子转录。

TGF-β可诱导Wnt信号通路中关键因子β-catenin进行迅速的核内转移，调控间充质细胞等的增殖分化，并能作用于TGF-βRⅠ促进肌成纤维细胞分化[58]；TGF-β/Smad3激活可上调VSMC中Wnt4等的水平并抑制β-catenin降解[59]。同时，TGF-β可通过降低β-catenin、卷曲蛋白7受体蛋白水平和影响Smads与β-catenin/TCF4之间的相互作用减弱Wnt信号转导，调控细胞的增殖和凋亡[60]。此外，与未敲除TGF-βRⅡ小鼠相比，敲除TGF-βRⅡ小鼠肾小管上皮细胞内β-catenin活性下降，而增加敲除TGF-βRⅡ细胞的β-catenin活性可加重损害反应[10]。可见，TGF-β与Wnt信号通路之间可能存在相互激活、共同促进的作用特点。

Wnt信号激活是TGF-β诱导纤维化过程中的必要条件。Wnt通路激活可抑制GSK3-β活性，阻断Ser204连接区Smad3磷酸化，使Smad3表达水平升高；GSK-3β对TGF-β和Wnt信号的生物学响应体现在对Smad1或Smad3进行磷酸化修饰的作用上，该作用使得Smad1或Smad3蛋白遭到破坏[11]。GSK3-β缺乏或活性抑制在心肌成纤维细胞中表现为促纤维化反应的增强和Smad3激活[61]；而Smad3介导β-catenin向核内转运又与TGF-β诱导的Smad3磷酸化及Smad3与GSK-3β相互作用密切相关[62]。可见，Smad3、GSK-3β及β-catenin是TGF-β、Wnt信号通路之间信号转导及产生网络联系的重要节点。TGF-β通过Smads刺激Wnt蛋白生成，激活Wnt信号，使得GSK-3β失活而致β-catenin累积引发纤维化；而Wnt激活又可通过GSK3-β与β-catenin活化巩固TGF/Smads的反应。

3.3Wnt-β-catenin与PPARs信号通路 Wnt-β-catenin通路激活可引起PPARγ失活，而PPARγ表达水平升高可抑制Wnt信号传递。两者一方面可通过位于PPARγ上的TCF/LEF β-catenin结构域和结合β-catenin的结构域进行相互作用；另一方面也以RAS作为联系枢纽相互影响。

研究发现，β-catenin水平升高是PPARγ表达减少的原因[63]，而PPARγ是对β-catenin有负向调节作用的因子[13]。PPARγ可通过直接与β-catenin相互作用以及激活Wnt抑制剂的表达拮抗Wnt信号，抑制VSMC增殖迁移[64]。PPARs能够增强Dickkopf-1活性，减少Wnt信号激活，抑制成纤维细胞的分化[65]和左心室纤维化[66]；但局限于心脏内的PPARα过表达则可下调PPARγ，从而上调Wnt-β-catenin[67]。深入研究发现，PPARγ对Wnt信号通路的抑制是通过其内部的β-catenin结合域将磷酸化的β-catenin靶向连接到蛋白酶体的过程来实现；相反，β-catenin又可通过TCF/LEF结合域参与的生物学过程来抑制PPARγ的活性，并抵抗蛋白酶体降解[68]。可见，Wnt与PPARs信号通路之间的相互联系是通过位于PPARγ上的TCF/LEF β-catenin结构域和结合β-catenin的结构域来实现。

此外，RAS激活是沟通联系Wnt-β-catenin与PPARs信号通路的枢纽，其与Wnt激活存在正向调节关系[69]，而与PPARγ互为反向调节[70]。研究发现，AngⅡ可刺激β-catenin水平升高继而活化Ang受体1[71]，并可通过影响纤维连接素、Ⅰ型胶原以及Wnt通路的靶基因(细胞骨髓细胞瘤病毒癌基因与细胞周期蛋白D1)的产生引起β-catenin堆积，促进VSMC转化[72]；而应用ICG-001可阻断Wnt信号转导，引起RAS失活[73]。PPARs则可通过抑制Ang受体1和血管紧张素转换酶来削减RAS的作用[67，74]；PPARγ激动剂通过调节RAS，可有效改善血压与血管功能[75]。研究显示，血管紧张素转换酶抑制剂雷米普利和Ang受体阻滞剂厄贝沙坦可分别通过恢复高血压大鼠模型PPARγ的水平和增加血管紧张素转换酶2的表达促进血管舒张[76]。

4 TGF-β/Wnt/PPARs信号轴系统

综上可看出，TGF-β、Wnt-β-catenin、PPARs 3条信号通路在引起高血压及其靶器官损害方面存在密切联系。首先，从病理过程讲，它们均参与高血压及高血压靶器官损害(包括血管重构、心肌肥厚、心肌纤维化、肾损害及肾纤维化等)病理损害过程。其次，从分子机制上，TGF-β/Wnt-β-catenin/PPARs信号轴在高血压靶器官损害中发挥作用是以TGF-β为关键调控点，Smads则作为核心连接点与调节枢纽，一方面Smads通过形成复合体与PPAR启动子上的TGF抑制元件或SBE结合抑制PPAR基因表达来调节下游PPARs信号通路；另一方面，Smads又与β-catenin和TCF/LEF存在直接和间接联系，如Smad3、Smad4可直接作用于TCF/LEF，而Smad7不仅直接联系β-catenin和TCF/LEF，更能作为调控因子参与调节其他Smads与β-catenin之间的联系，作用于Wnt-β-catenin通路引发靶生物学效应。而Wnt信号通路与PPARs一方面可通过位于PPARγ上的TCF/LEF β-catenin结构域和结合β-catenin的结构域产生沟通联系，实现互相调节；另一方面又可通过对RAS的调控来实现彼此的信息交流与信号反馈，两者之间互相抑制(图1)。

5 小 结

TGF-β、Wnt-β-catenin及PPARs信号通路是与高血压及其靶器官损害密切相关的3条通路，三者通过Smads、β-catenin/TCF、PPARs内部β-catenin结合域等关键元件产生交互作用与信号联系，通过介导各层次细胞因子转导共同参与血压变化、血管重构、LVH、心肌纤维化以及肾脏纤维化的病理过程。

从微观分子变化到宏观病理改变，高血压靶器官损害引起的是全方位、多系统、多脏器、多通路、多因子的综合改变，因此从TGF-β/Wnt-β-catenin/PPARs信号轴的角度揭示高血压及其靶器官损害的发病机制有利于系统掌握疾病模型在分子-细胞-组织层面上上下游因子间的互动与调节状态，为高血压及其靶器官损害相关的基础研究提供设计思路，同时也有利于从系统调控的角度寻找改善和治疗高血压及其靶器官损害的新方法。