宋敏敏　陳尼維

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·綜述·

胰腺纖維化與TGF-β1/Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的研究進(jìn)展

宋敏敏陳尼維

流行病學(xué)資料表明，慢性胰腺炎(CP)的發(fā)病率呈逐年升高趨勢(shì)，而胰腺纖維化是CP的重要病理特征之一。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，胰腺星狀細(xì)胞(PSC)可能是導(dǎo)致胰腺纖維化的主要始動(dòng)細(xì)胞和效應(yīng)細(xì)胞，其靜止型可在轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨?，?dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)大量生成并最終進(jìn)展為纖維化。TGF-β1主要將刺激信號(hào)經(jīng)由細(xì)胞質(zhì)中的Smad蛋白來調(diào)節(jié)PSC的表達(dá)，TGF-β1/Smad信號(hào)通路在胰腺纖維化過程中可能起著重要作用。此文主要就PSC及信號(hào)通路與胰腺纖維化的發(fā)生、發(fā)展的研究進(jìn)展作一綜述。

胰腺纖維化；胰腺星狀細(xì)胞；TGF-β1；Smad蛋白

近年來，慢性胰腺炎(CP)的發(fā)病率呈上升趨勢(shì)，在中老年男性中尤為顯著[1]。有研究統(tǒng)計(jì)了英國1988年至1990年以及1999年至2000年間因胰腺炎住院的人數(shù)，發(fā)現(xiàn)急性胰腺炎(AP)患者增加了43%，而CP患者卻增加了一倍之多。另有研究收集了1988年至1997年間德國Lunerburg州的胰腺疾病發(fā)病率，發(fā)現(xiàn)CP的發(fā)病率也在逐年上升。中國尚無有關(guān)CP的流行病學(xué)發(fā)病的確切資料，但是發(fā)病率亦在逐年增加[2]。胰腺實(shí)質(zhì)纖維化具有進(jìn)行性、不可逆性的特點(diǎn)，其病理特征為胰腺腺泡損傷、白細(xì)胞浸潤和胰腺實(shí)質(zhì)纖維化，從而使腺體萎縮或胰管變形，胰腺部分或廣泛的纖維化或鈣化，可引起胰腺內(nèi)、外分泌功能的部分或全部喪失[3]，導(dǎo)致一系列的臨床癥狀或疾病發(fā)生。胰腺實(shí)質(zhì)纖維化的發(fā)生發(fā)展主要與下列因素有關(guān)。

1　胰腺星狀細(xì)胞

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，活化的胰腺星狀細(xì)胞(PSC)與胰腺纖維化的發(fā)生密切相關(guān)，在胰腺纖維化的起始和進(jìn)展中發(fā)揮核心作用。研究證實(shí)胰腺纖維化的發(fā)生主要與細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的沉積和降解失衡有關(guān)，胰腺內(nèi)靜止型的PSC在細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)下轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨?，產(chǎn)生Ⅰ型、m型膠原及纖連蛋白等ECM成分，導(dǎo)致ECM大量生成[4-5]。參與ECM降解的是一種肽鏈內(nèi)切酶——基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)，這種酶的活性受到基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑(TIMP)的調(diào)控，許多細(xì)胞因子通過影響MMP和TIMP的表達(dá)，從而調(diào)控ECM的降解[6]。鄭振江等[7]通過研究胰腺纖維化動(dòng)物模型及人慢性胰腺炎術(shù)后標(biāo)本，證實(shí)胰腺纖維化與PSC的激活密切相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，胰腺纖維化區(qū)域均可見活化的PSC與膠原蛋白mRNA、前膠原蛋白mRNA表達(dá)位置一致，提示活化的PSC是胰腺纖維化膠原蛋白生成的主要來源[8]。Apte等[9]和Sri Manjari等[10]發(fā)現(xiàn)在胰腺纖維化中活化的PSC能夠分泌MMP及TIMP，且對(duì)兩者的表達(dá)失衡，使MMP/TIMP比值下調(diào)，引起ECM降解減少，最終引起ECM大量沉積，導(dǎo)致胰腺纖維化。以上研究表明，PSC在胰腺纖維化中發(fā)揮了核心作用[11]。

PSC的活化涉及多種細(xì)胞因子，主要包括轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)、血小板生長因子、腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素等[12]，其中TGF-β被認(rèn)為是誘導(dǎo)PSC發(fā)生轉(zhuǎn)化激活的主要信號(hào)因子，在胰腺纖維化中起關(guān)鍵作用[13]。

2　TGF-β1/Smad信號(hào)途徑

TGF-β1在體細(xì)胞中所占比例較高(>90%)，活性較強(qiáng)，在器官發(fā)生慢性炎性反應(yīng)或纖維化時(shí)，間質(zhì)細(xì)胞中TGF-β1表達(dá)增加，且實(shí)質(zhì)細(xì)胞被啟動(dòng)表達(dá)TGF-β1，大量表達(dá)的TGF-β1能夠促進(jìn)靜止型的PSC轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨停碳CM合成，參與組織修復(fù)和纖維化形成[14-15]。王瑜萍等[16]在雨蛙素誘導(dǎo)的大鼠胰腺纖維化模型實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，TGF-β mRNA在48 h以后即可被檢測到，且其蛋白含量在第2天達(dá)到峰值，利用TGF-β的中和抗體作用于該模型可以發(fā)現(xiàn)，Ⅰ型膠原蛋白和TGF-β水平均明顯降低。Vogelmann等[17]在轉(zhuǎn)基因胰腺纖維化小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比較，模型組小鼠胰腺組織中TGF-β1大量表達(dá)，且活化型的PSC生成增加及ECM堆積。上述研究結(jié)果表明，在胰腺纖維化形成過程中TGF-β1是激活PSC的重要細(xì)胞因子之一。

近年研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1主要通過TGF-β/Smad蛋白途徑激活PSC。Smad蛋白是TGF-β1受體激酶的關(guān)鍵作用底物[18]，將配體與受體相互作用的信號(hào)由胞質(zhì)傳遞至胞核，進(jìn)一步調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄。TGF-β/Smad蛋白途徑如下：TGF-β1首先識(shí)別并與跨膜蛋白的TGF-β的Ⅱ型受體(TβRⅡ)結(jié)合，此時(shí)TβRⅡ發(fā)生自身磷酸化，磷酸化后的TβRⅡ結(jié)合TGF-β的Ⅰ型受體(TβRⅠ)，形成TβRⅡ-(TGF-β1)-TβRⅠ三聚體復(fù)合物[2]，該復(fù)合物隨后將信號(hào)傳遞給下游的Smad2和Smad3蛋白，使之發(fā)生磷酸化并發(fā)生構(gòu)象改變，隨后從受體TβRⅠ上解離并與Smad4分子結(jié)合，形成Smad復(fù)合物[2,19]，該復(fù)合物隨即由胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至胞核，在胞核內(nèi)其可直接與靶基因啟動(dòng)子特定DNA序列結(jié)合，或在其他轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同作用下與DNA結(jié)合，共同調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)[20]。TGF-β1通過上述途徑活化PSC，進(jìn)而改變PSC功能，包括促進(jìn)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)的表達(dá)，增加ECM的合成，減少M(fèi)MP的表達(dá)等，從而促進(jìn)纖維化的形成。Zhang等[13]研究發(fā)現(xiàn)，胰腺纖維化組織中TGF-β1可以上調(diào)Smad3的表達(dá)，大量Smad3的表達(dá)能夠激活PSC，促使更多的膠原和纖維蛋白生成。張淑坤等[21]在對(duì)大鼠慢性胰腺纖維化模型的研究中發(fā)現(xiàn)，與正常對(duì)照組相比較，模型組大鼠胰腺組織中TGF-β1及TGF-β Ⅱ型受體mRNA 的表達(dá)明顯升高，證實(shí)TGF-β1是胰腺組織的致纖維化因子，并提示TGF-β1可能通過上調(diào)相應(yīng)受體的表達(dá)，在大鼠慢性胰腺炎、胰腺纖維化發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用。

有研究表明，TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)包括兩種Smad蛋白依賴途徑，即TGF-β/Smad3依賴途徑和TGF-β/Smad2依賴途徑。

2.1通路限制型Smad

Smad3是TGF-β1/Smad3信號(hào)途徑的關(guān)鍵因子，其表達(dá)水平直接影響膠原蛋白的激活和表達(dá)。Zion等[22]通過給予胰腺纖維化小鼠常山酮，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比較，模型組小鼠中膠原蛋白和纖連蛋白表達(dá)顯著減少，胰腺組織纖維化程度明顯改善，提示常山酮可以抑制胰腺組織中Smad3磷酸化，活化的Smad3表達(dá)下調(diào)可抑制TGF-β/Smad3信號(hào)通路，使活化型的PSC表達(dá)減少；常山酮還具有抑制PSC增生及金屬蛋白酶-2活性的作用。以上研究表明Smad3信號(hào)與胰腺纖維化密切相關(guān)。

Smad2和Smad3均屬于通路限制型Smad，且在TGF-β/Smad通路中競爭性地結(jié)合TGF-β受體，并均可與Smad4結(jié)合，參與靶基因的表達(dá)，但兩者在TGF-β介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用卻不完全相同。Meng等[23]利用Smad2、Smad3的野生型與負(fù)顯性突變體，研究其對(duì)原代鼠肝星狀細(xì)胞的作用發(fā)現(xiàn)，與Smad2過表達(dá)或者負(fù)顯性突變體細(xì)胞相比較，Smad3過表達(dá)的細(xì)胞表現(xiàn)出纖連蛋白及Ⅰ型膠原蛋白沉積增加，細(xì)胞趨化能力加強(qiáng)，但增殖未見明顯提高。研究發(fā)現(xiàn)，在眼部的晶狀體上皮細(xì)胞中阻斷Smad3可以阻斷TGF-β對(duì)于細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)產(chǎn)生的調(diào)節(jié)作用，阻斷Smad2可以阻斷TGF-β對(duì)于細(xì)胞遷移和 α-SMA產(chǎn)生的調(diào)節(jié)作用。只有阻斷Smad2和Smad3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，才可以有效阻斷TGF-β的增殖、遷移以及ECM產(chǎn)生的調(diào)節(jié)作用[24]。但TGF-β/Smad2、TGF-β/Smad3信號(hào)通路在引起胰腺纖維化進(jìn)展中的具體作用機(jī)制目前尚不完全清楚。

2.2抑制型 Smad

Smad7是拮抗TGF-β信號(hào)通路的細(xì)胞內(nèi)抑制性調(diào)控蛋白。有研究發(fā)現(xiàn)，Smad7可與Smad2、Smad3蛋白競爭性結(jié)合TGF-β受體，隨后Smad7募集Smad泛素化調(diào)節(jié)因子(Smurf)至TGF-β受體，促進(jìn)TGF-β受體泛素化和降解，進(jìn)一步競爭性抑制Smad2、Smad3磷酸化和異源Smad復(fù)合物的形成，阻斷TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核，從而抑制PSC激活[25-26]。Smad7還可通過與細(xì)胞核中的DNA結(jié)合來抑制TGF-β1誘導(dǎo)的R-Smad-Smad4-DNA復(fù)合物形成，從而負(fù)反饋調(diào)節(jié)TGF-β的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[27]；其還能通過抑制TGF-β介導(dǎo)的TIMP1的過度表達(dá)，減少膠原纖維的生成和ECM的大量沉積，從而抑制纖維化的發(fā)生[28]。He等[3]在胰腺大量表達(dá)Smad7蛋白的轉(zhuǎn)基因小鼠模型實(shí)驗(yàn)中，重復(fù)給予模型組和對(duì)照組雨蛙素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)照組胰腺發(fā)生纖維化，而模型組胰腺組織內(nèi)Ⅰ型膠原蛋白和纖連蛋白含量顯著減少，此外，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)活化型PSC的標(biāo)志物α-SMA表達(dá)明顯減少，從而證實(shí)了Smad7的大量表達(dá)能夠抑制TGF-β誘導(dǎo)的ECM積聚，進(jìn)而抑制胰腺纖維化的形成。

2.3通路限制型Smad與抑制型Smad蛋白間的相互作用

馬松林等[29]研究發(fā)現(xiàn)，在胰腺纖維化組織中TGF-β1、Smad3的表達(dá)明顯高于正常胰腺組織，而Smad7的表達(dá)則低于正常胰腺組織；胰腺纖維化組織中TGF-β1的表達(dá)與Smad3的表達(dá)呈正相關(guān)，而與Smad7的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。Fukasawa等[30]發(fā)現(xiàn)，Smad7對(duì)Smad2/3的抑制作用增強(qiáng)可間接延緩纖維化的發(fā)展。Qian等[18]給予過度表達(dá)Smad7的小鼠博來霉素以誘導(dǎo)肺纖維化，發(fā)現(xiàn)Smad3的表達(dá)及活性被抑制，TGF-β1及PSC合成纖維蛋白減少，肺纖維化明顯改善。因此認(rèn)為，Smad3的高表達(dá)和(或)Smad7的低表達(dá)可能促進(jìn)胰腺纖維化的發(fā)生發(fā)展。

Smad3和Smad7兩種信號(hào)分子在PSC活化及TGF-β1/Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用。Smad3的高表達(dá)可促進(jìn)PSC的活化，活化的PSC可抑制Smad7的表達(dá)[30]，從而引起ECM大量生成，最終導(dǎo)致纖維化。Smad7的高表達(dá)可通過抑制TGF-β1的產(chǎn)生和(或)TGF-β1/Smad信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而阻斷胰腺纖維化的進(jìn)展。因此，通過靶向性抑制Smad3和(或)上調(diào)Smad7的表達(dá)有望治療慢性胰腺纖維化。

3　小結(jié)

胰腺纖維化的本質(zhì)是以膠原蛋白為主的ECM合成增多，而降解相對(duì)減少，兩者失去動(dòng)態(tài)平衡，致使過多的ECM沉積于胰腺組織。已有研究表明，PSC在胰腺纖維化的起始和進(jìn)展中發(fā)揮核心作用。TGF-β1通過活化PSC，促進(jìn)活化型的PSC合成ECM，抑制ECM降解，在調(diào)節(jié)ECM代謝的過程中發(fā)揮了重要作用。因此，具有活性的TGF-β1主要經(jīng)TGF-β1/Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進(jìn)一步傳遞信號(hào)至細(xì)胞核，參與PSC的活化。其中，Smad3和Smad7在胰腺纖維化信號(hào)途徑中起著不同的介導(dǎo)作用，Smad3的高表達(dá)與Smad7的低表達(dá)可促進(jìn)胰腺纖維化的發(fā)生發(fā)展。

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(本文編輯：周駿)

200233上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院消化內(nèi)科

陳尼維，Email: chenniwei@163.com

10.3969/j.issn.1673-534X.2016.04.006

2016-3-10)