劉國菊，李叢叢，李睿坤，彭雷

(山東醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，濟(jì)南250002)

纖維化疾病是多種慢性疾病、癌癥的標(biāo)志，其最重要的特征是細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的失衡，導(dǎo)致ECM生成增多、降解減少，造成膠原在器官組織的異常沉積，并逐漸取代正常組織，進(jìn)而造成器官組織功能障礙，嚴(yán)重者導(dǎo)致器官衰竭甚至死亡。轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)可由多種細(xì)胞分泌，廣泛參與細(xì)胞的增殖、分化、凋亡、細(xì)胞外基質(zhì)的修飾及免疫調(diào)節(jié)等過程。研究表明，TGF-β1在ECM沉著及纖維化疾病中發(fā)揮重要作用[1]。正常生理?xiàng)l件下，TGF-β1的釋放有利于組織損傷的修復(fù)；但當(dāng)損傷因素持續(xù)存在時(shí)，過量的TGF-β1將導(dǎo)致ECM的異常沉積，造成器官組織功能障礙。本文綜述了TGF-β1在各器官纖維化疾病中的作用。

1 TGF-β1概述

TGF-β1大多由實(shí)質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生，此外，浸潤細(xì)胞如淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和血小板也可產(chǎn)生及釋放TGF-β1。TGF-β共有五種亞型，分別為TGF-β1～TGF-β5。在哺乳動(dòng)物中，TGF-β有三種異構(gòu)體，分別為TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3。體內(nèi)的TGF-β1以三種非活性形式存在，分別是TGF-β1與非活性相關(guān)肽(LAP)形成的小的非活性復(fù)合物；TGF-β1與LAP、非活性TGF-β結(jié)合蛋白(LTBP)形成的大的非活性復(fù)合物；TGF-β1與蛋白酶抑制物α2巨球蛋白(α2-M)結(jié)合形成的TGF-β1/α2-M。絕大多數(shù)的TGF-β1都是以以上三種非活性復(fù)合物的形式分泌出細(xì)胞，其生物活性的產(chǎn)生需要與細(xì)胞膜上特異性受體結(jié)合。常見的激活方式有：非共價(jià)鍵的斷裂或修飾，從而暴露出TGF-β1活性位點(diǎn)；TGF-β1的酶解激活；其它如整合素、糖基化、基質(zhì)金屬蛋白酶等也可激活TGF-β1。激活后的TGF-β1在細(xì)胞增殖、凋亡及膠原蛋白的合成等方面發(fā)揮重要作用[2]。TGF-β1存在于機(jī)體所有的組織中，以骨、肺、腎及胎盤組織中含量最為豐富。

TGF-β1家族蛋白是多功能細(xì)胞因子，在細(xì)胞生長和存活、細(xì)胞和組織分化、發(fā)育、炎癥、免疫和組織重塑和修復(fù)等多種生物學(xué)過程中起著關(guān)鍵性的作用。表面看來，TGF-β1是一種治療因子，它表現(xiàn)出抗炎和纖維化作用，同時(shí)誘導(dǎo)傷口愈合。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn) TGF-β1在某些環(huán)境中具有重要的抗炎作用，并同時(shí)擁有促炎作用。腫瘤發(fā)生時(shí)，TGF-β1可抑制腫瘤細(xì)胞生長，同時(shí)增強(qiáng)腫瘤的遷移和侵襲。研究表明，TGF-β1對(duì)創(chuàng)面愈合至關(guān)重要，可刺激基質(zhì)分子沉積和血管生成，是導(dǎo)致纖維化疾病發(fā)生、病理性瘢痕發(fā)生的重要介質(zhì)。另外，TGF-β1也可誘導(dǎo)組織損傷，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，抑制創(chuàng)面愈合。TGF-β1效應(yīng)的復(fù)雜性可歸因于多個(gè)原因，如TGF-β1蛋白的作用隨著靶細(xì)胞的活化和分化狀態(tài)以及局部微環(huán)境中其他刺激因素的存在而發(fā)生變化；TGF-β1受體表達(dá)的多樣性，對(duì)TGF-β1的細(xì)胞和組織反應(yīng)也有顯著影響。然而，導(dǎo)致TGF-β1效應(yīng)多樣性的機(jī)制仍然不明，需要在未來的研究中進(jìn)一步研究證實(shí)。

2 TGF-β1與心肌纖維化

心肌纖維化的特征是ECM的過度沉積和肌成纖維細(xì)胞的積聚，是心力衰竭患者心肌重塑的重要特征。心臟成纖維細(xì)胞約占成年小鼠心臟細(xì)胞總數(shù)的20%，可轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，具有收縮性，可調(diào)節(jié)ECM及組織重塑，在心肌梗死后心肌細(xì)胞的修復(fù)和重構(gòu)中具有關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1是心肌成纖維細(xì)胞合成膠原的有效刺激因子，是ECM產(chǎn)生和成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化的主要誘導(dǎo)因子。大量研究表明，心肌纖維化是由TGF-β1介導(dǎo)的。既往研究表明，TGF-β1僅與梗死后的心肌重塑有關(guān)。最近的研究表明，擴(kuò)張型、缺血型和肥厚型心肌病均與TGF-β1水平升高有關(guān)。在心臟中，TGF-β1的過度表達(dá)和基因敲除模型中均表明，其在誘發(fā)心肌纖維化中的重要作用[3]。心肌ECM蛋白的增加會(huì)導(dǎo)致心室運(yùn)動(dòng)的改變，引起收縮和舒張功能障礙[4]。TGF-β1介導(dǎo)的纖維化也導(dǎo)致心肌電傳播的不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致心律失常的發(fā)展[5]。

近年來，靶向TGF-β1的藥物治療在許多心臟疾病的應(yīng)用中發(fā)揮了積極作用。目前研究發(fā)現(xiàn)，抑制TGF-β1的表達(dá)可以逆轉(zhuǎn)動(dòng)物模型中細(xì)胞因子的纖維化作用[6]。此外，促進(jìn)TGF-β1抑制劑表達(dá)的基因治療有望預(yù)防心肌纖維化，為心肌纖維化的治療提供了新的思路。

3 TGF-β1與腎臟纖維化

持續(xù)的炎癥、腎臟完全或者不完全修復(fù)可導(dǎo)致腎小管萎縮，發(fā)生進(jìn)行性纖維化、腎功能下降，最終可導(dǎo)致腎功能衰竭[7]。腎纖維化的發(fā)生可繼發(fā)于原發(fā)性或繼發(fā)性腎損傷，是多數(shù)慢性進(jìn)展性腎病的最終結(jié)局[8]。腎纖維化的發(fā)生機(jī)制復(fù)雜，涉及腎臟實(shí)質(zhì)細(xì)胞、浸潤細(xì)胞如淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞，內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞等[8]。研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1在受損腎臟中的表達(dá)水平明顯升高，并促進(jìn)糖尿病、高血壓、缺血性腎小管損傷和尿路梗阻所導(dǎo)致的病理性ECM合成及腎臟纖維化[9]。研究表明，輸尿管閉塞后數(shù)小時(shí)內(nèi)，受影響的腎臟表現(xiàn)出靜水力的變化和氧化應(yīng)激的增加[10,11]，腎小管受到牽張刺激后，又進(jìn)一步促進(jìn)TGF-β1的表達(dá)(升高約20倍)，同時(shí)增加上皮細(xì)胞凋亡指數(shù)，并導(dǎo)致炎性浸潤的發(fā)展[12,13]。在腎臟缺血或梗阻時(shí)，維持腎臟TGF-β1的表達(dá)會(huì)導(dǎo)致組織損傷加重，再生生長受損，甚至導(dǎo)致器官功能的喪失[14,15]。

早期研究發(fā)現(xiàn)，抑制TGF-β1的表達(dá)可減輕腎臟疾病的發(fā)生和發(fā)展。TGF-β1中和抗體可減輕創(chuàng)傷引發(fā)的腎臟炎癥反應(yīng)、腎小管上皮細(xì)胞凋亡和纖維化[12,16]。此外，應(yīng)用TGF-β1反義寡核苷酸或小干擾RNA(siRNA)均可抑制Ⅰ型膠原 mRNA表達(dá)[17]。TGF-β1作為腎纖維化發(fā)生的始動(dòng)因子，可通過Smad2/3、p53-Smad3等信號(hào)通路而促進(jìn)腎纖維化的發(fā)生發(fā)展，有望成為治療腎纖維化新的靶點(diǎn)之一[18]。

4 TGF-β1與肺纖維化

特發(fā)性肺纖維化是一種典型的肺纖維化，是一種以上皮損傷、纖維增生性基質(zhì)沉積和實(shí)質(zhì)重塑為特征的漸進(jìn)性肺疾病。肌成纖維細(xì)胞被認(rèn)為是導(dǎo)致肺臟中膠原和其他ECM積累增加的主要細(xì)胞，但這些細(xì)胞的起源尚未完全闡明。TGF-β1作為組織纖維化的中樞介質(zhì)，被認(rèn)為是控制肺纖維化疾病的治療靶點(diǎn)。

研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1在博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型早期即開始表達(dá)，并在小鼠肺纖維化模型及人纖維化肺疾病中膠原沉積的部位聚集[19]，并且大部分是具有生物活性的。當(dāng)TGF-β1過度表達(dá)時(shí)，可通過Smad3信號(hào)通路引起嚙齒類動(dòng)物嚴(yán)重的肺纖維化[20]。研究發(fā)現(xiàn)，抑制TGF-β1表達(dá)可逆轉(zhuǎn)肺纖維化過程[21]，表明TGF-β1在肺纖維化過程中發(fā)揮重要作用。

TGF-β1在纖維化中的關(guān)鍵作用進(jìn)一步通過人纖維化肺的表達(dá)譜證實(shí)。微陣列圖譜顯示，纖維化患者的肺中激活的基因中，80%是已知的TGF-β1靶基因[22]。近期研究顯示，TGF-β1轉(zhuǎn)基因小鼠中，上皮細(xì)胞凋亡在肺纖維化病理過程中發(fā)揮重要作用，表明TGF-β1通過調(diào)節(jié)損傷和修復(fù)反應(yīng)在肺纖維化中起關(guān)鍵作用。然而，調(diào)控TGF-β1的因子及調(diào)節(jié)TGF-β1參與肺纖維化的基因和其它因素仍然十分廣泛和復(fù)雜，仍需相關(guān)的研究進(jìn)一步闡明其內(nèi)在機(jī)制。

5 TGF-β1與肝纖維化

肝纖維化是多種慢性肝病共同的病理過程，是終末期肝細(xì)胞癌的主要病因[23]，其特征為纖維化基質(zhì)在肝臟細(xì)胞外間隙的異常沉積[24]。纖維化基質(zhì)的增加是ECM合成和降解失衡的結(jié)果。肝纖維化如得不到有效控制，會(huì)使肝硬化、肝功能障礙，最終導(dǎo)致死亡。

在肝臟中，多種細(xì)胞類型可以參與調(diào)節(jié)不同類型損傷的細(xì)胞和分子反應(yīng)，其中，活化肝星狀細(xì)胞被認(rèn)為是肝損傷后肝纖維化發(fā)展的中心環(huán)節(jié)。肝星狀細(xì)胞是肝損傷后持續(xù)產(chǎn)生ECM組分(例如膠原，纖連蛋白和透明質(zhì)酸)的主要肝纖維細(xì)胞。肝纖維化發(fā)生過程中，許多細(xì)胞因子及信號(hào)分子參與了肝纖維化過程的調(diào)節(jié)，如生長因子[25]、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)[26]、瘦素[27]和各種整合素[28]。值得注意的是，TGF-β1是肝纖維化發(fā)病的關(guān)鍵介質(zhì)[29]。TGF-β1可激活Smad依賴性和非依賴性途徑，發(fā)揮其生物學(xué)活性。近期研究表明，TGF-β1可能調(diào)節(jié)一些microRNAs的表達(dá)，從而影響肝臟纖維化進(jìn)程[30]。實(shí)驗(yàn)研究表明，抑制TGF-β1可抑制肝纖維化相關(guān)分子的表達(dá)[31]。

6 TGF-β1與角膜纖維化

由外傷或感染因素引起的角膜損傷常常導(dǎo)致角膜纖維化，進(jìn)而導(dǎo)致角膜透明性喪失，嚴(yán)重者可導(dǎo)致失明。角膜創(chuàng)傷愈合是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及多種細(xì)胞因子的信號(hào)傳導(dǎo)、角膜細(xì)胞的活化、成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞的形成、ECM的沉積和基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)表達(dá)的改變等過程。角膜損傷過程中可產(chǎn)生多種不同的細(xì)胞因子，其中TGF-β1在角膜纖維化形成中起著重要的作用[32]。

TGF-β1的促角膜纖維化作用是通過多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的，包括Smad依賴的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路。Smad蛋白家族基于功能分類，包括由受體調(diào)控Smad(R-Smads)、共介體Smads(Co-Smads)和抑制劑Smads(I-Smads)三大類。這些Smads蛋白之間的相互作用最終導(dǎo)致靜止期角膜基質(zhì)細(xì)胞向角膜成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化。除Smad信號(hào)家族外，TGF-β1還可以通過影響MAPKs、MMPs等信號(hào)通路介導(dǎo)角膜纖維化。

綜上所述，TGF-β1在心肌、肝臟、肺、腎臟纖維化等疾病中發(fā)揮了重要作用，表明TGF-β1是各器官纖維化發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。抑制TGF-β1表達(dá)或生物活性可減輕各器官組織的纖維化程度，有望成為臨床治療預(yù)防纖維化疾病的重要靶點(diǎn)。