ＴＧＦ－β／Ｓｍａｄｓ通路與增生性瘢痕肌成纖維細胞分化

臨床上常見皮膚增生性瘢痕的攣縮影響皮膚的正常外觀和功能，是皮膚整形外科后期治療的一大難題。這種攣縮是由肌動蛋白為主要成分的微絲和細胞內游離鈣離子等構成的非肌性細胞收縮系統(tǒng)作用的結果。在攣縮過程中，瘢痕成纖維細胞向肌成纖維細胞(myofibroblast，MFB)分化，進而構成細胞內收縮系統(tǒng)，帶動胞外膠原纖維位移使瘢痕發(fā)生攣縮。肌成纖維細胞胞漿內含有豐富的肌動蛋白微絲，稱為平滑肌肌動蛋白a(a－SmoothMuscle Actin，a－SMA)。后來的研究發(fā)現(xiàn)，肌成纖維細胞是成纖維細胞在創(chuàng)傷愈合或攣縮過程中的一種終極表型，轉型的過程中表達其特征性蛋白a－SMA。成纖維細胞的分化受到許多因素的影響，而其中TGF－β/smads通路對增生性瘢痕攣縮過程中肌成纖維細胞的分化起重要的作用。本文綜述如下。

1 TGF－β/Smads通路的組成

TGF－β/Smads通路的特點是其受體具有絲氨酸/蘇氨酸激酶活性，因此又被稱為受體藕聯(lián)絲氨酸/蘇氨酸激酶信號轉導途徑。轉導信號分子主要有TGF－β超家族、TGF－β受體家族及其受體底物Smad蛋白家族。TGF－β是一個分泌性的多肽信號分子，廣泛存在于從線蟲到哺乳動物中。最早于1978年，Delarco等在小鼠肉瘤病毒轉化的細胞條件培養(yǎng)基中鑒定出SGF(Sarcoma Growth Factor)，因其具有轉化細胞特性，又被稱為轉化生長因子(Transforming Growth Factor，TGF)，包含兩個部分：α和β。二者在分子組成、受體結構和生物學活性上有很大差異，分屬不同的蛋白家族。TGF－β超家族主要包括TGF－βs、激活素(Activins)、抑制素(Inhibins)、骨形態(tài)形成蛋白(BoneMorphogenetic Proteins，BMPs)、生長和分化因子(Growth and Differentiation Factor，GDFs)等幾大類40多個成員(見表1)，其中研究最多的TGF－βs有六種異構形式，哺乳動物體內只有TGF－β₁－TG－β₃。

TGF－β受體家族包含五型，其中哺乳動物含有7種Ⅰ型受體和5種Ⅱ型受體。TβRI、TβRII可通過其結構區(qū)分，如TβRI有一個短的胞內片段和一個與激酶區(qū)域緊緊相連的GS區(qū)域。在這段約30個氨基酸的區(qū)域中包含一個甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸的序列TISGSGSG，Gs區(qū)域的磷酸化和TβRⅠ、TβRⅡ的激活在TGF－β信號中有非常重要的作用。除Ⅰ、Ⅱ型信號轉導功能性受體外，Tβ RⅢ(也稱輔助受體，包括B－glycan和Endoglin)等不參與TGF－β信號轉導。TβRⅢ是由853個氨基酸組成的蛋白多糖，具有特征性的膜鑲嵌結構，不含胞內信號模體，可作為TGF－β的胞外儲存庫，增強TGF－β與信號受體的結合。

TβRⅠ的直接底物是Smad蛋白，是將配體與受體作用的信號由細胞漿轉導至細胞核的中介分子。1995年Sekelsky等在尋找果蠅(Drosophilamelanogaster)Dpp的下游轉導分子時，發(fā)現(xiàn)了Mad(Mother against dpp)及Medea基因，1996年Savage等研究尼采蠅(Caenorhabditis elegans)時發(fā)現(xiàn)了相同功能的Smad基因，兩者合稱為Smad(Sma and Mad Homologue)蛋白家族。迄今在人類已發(fā)現(xiàn)9個與Mad及Sma同源的基因(Smad1－Smad9)，分為三類：①受體調節(jié)型Smad(Receptor activated Smad，R－Smad)：包括Smad1、Smad2、Smad3、Smad5、Smad8、Smad9；②共同介質型Smad(Common Smad，Co－Smad)：哺乳動物中僅有Smad4；③抑制型Smad(Inhibitory Smad，I－Smad)：包括Smad6、Smad7。

2 TGF－β/Smads通路信號轉導途徑(圖1)

TGF－β/Smads通路主要有三個步驟：①TGF－β超家族信號的跨膜轉導；②TGF－β超家族的細胞漿內信號轉導；⑨TGF－β超家族的細胞核內信號轉導。

首先，TGF－β超家族配體以無活性的方式分泌，經TGF－ｖ激活激酶(TGF－β，ActivatedKinase)激活后與具有絲氨酸/蘇氨酸激酶活性的受體TβRⅡ結合形成異二聚體。TβRⅡ自動磷酸化后被TβRⅠ識別并形成TβRⅠ、TβRⅡ和TGF－β配體組成的受體異聚體復合物。TβRI的GS結構域發(fā)生磷酸化后激活絲氨酸/蘇氨酸激酶，并使TβRⅠ空間結構發(fā)生改變。此過程中TβRⅢ(β－glycan)可參與發(fā)揮增強TGF－β同信號受體的結合。然后，活化的TβRⅠ依次磷酸化Smad2、Smad3羧基端的SSXS模體，從而激活Smad2、Smad3，TβRⅠ的L45環(huán)與Smad2、Smad3的MH2區(qū)， 1.3環(huán)決定了Smad2、Smad3是TβRⅠ的唯一底物。活化的Smad2、Smad3與Smad4的MH1和MH2介導形成同源異型復合體(可能是三聚體形式)。 R－Smad(Smad2和Smad3均屬此類)可被一種膜藕聯(lián)相關蛋-白Smad受體激活相關蛋白(Smads Anchor forReceptor Activation，SARAs)與受體異聚體復合物結合。R－Smad為－含F(xiàn)YVE區(qū)的膜藕聯(lián)蛋白，F(xiàn)YVE區(qū)含兩個鋅指狀模體，與三磷酸肌醇結合而將SARAs錨向內涵體膜上，SARA通過其Smad結合區(qū)和C端分別與R－Smad和TβRⅠ結合。隨后SARA與R－Smad和受體的結合力下降并解離，再與胞漿中別的R－Smad分子結合，起遞呈R－Smad的作用。激活后的R－Smad與Smad4形成R－Smad/Smad4復合物，可攜帶信號轉位到細胞核。

R－Smad/Smad4復合物易位于細胞核后，通過Smad4、Smad3 MH1區(qū)的發(fā)夾樣結構，與DNA上的Smad蛋白結合元件(Smad Binding Element，SBE)5’－GTCTAGAC－3’直接結合。這種結合很松散，在局部一些轉錄共激活因子和/或共抑制因子的影響下，Smad可能通過NH2區(qū)的轉錄激活序列與靶基因上游的增強子、抑制子或啟動子結合，促進Smad與DNA的緊密結合并增強轉錄活性。另外，Smad可通過與DNA結合蛋白相互作用來調節(jié)基因的轉錄，如Smad2、Smad4參與激活素反應因子(ARF)的形成，ARF與DNA結合元件FAST－1的羧基端部分結合，作用于Mix.2基因的啟動子，調節(jié)Mix.2基因的轉錄。

在TGF－β/smads通路中Smad6、Smad7通過與Smad2、Smad3競爭性相結合TβRⅠ以及干擾Smad2、Smad3和Smad4的結合來抑制TGF－β信號的傳導。Smad4在信號轉導過程中起瓶頸的作用。

3 TGF－β/Smads通路與增生性瘢痕肌成纖維細胞分化

TGF－β是非常保守的細胞因子，在胚胎發(fā)育、細胞周期、細胞分化、造血調控、免疫調節(jié)、創(chuàng)傷修復、炎癥反應等諸多領域均有重要作用，尤其在組織修復和纖維變性中，TGF－β是關鍵的介質。它廣泛存在于各種正常細胞及轉化細胞中，對于成纖維細胞的主要作用是刺激細胞分裂與分化。

目前已有大量證據(jù)表明TGF－β/Smads誘導成纖維細胞的分化，表達a－SMA蛋白。成纖維細胞a－SMA基因啟動子序列中存在兩個SBE區(qū)域，Smads蛋白與之結合后激活細胞，表達a－SMA，即完成成纖維細胞向肌成纖維細胞的轉型分化。PAI－1、I型膠原和PDGF－B鏈等許多蛋白基因的啟動子發(fā)現(xiàn)都含有SBE，在Smad7的啟動子中也有SBE回文序列，表明Smad不僅被多種蛋白調節(jié)，同時Smad本身可形成反饋抑制環(huán)。

在TGF－β/Smads通路中影響成纖維細胞分化為肌成纖維細胞的最主要因子是TGF－β，及其下游Smad3分子。近來又發(fā)現(xiàn)了非Smad3依賴的TGF－β信號誘導肌成纖維細胞的分化。Adam等在a－SMA基因肩動子序列中發(fā)現(xiàn)了一個TGF－β調控位點(TGF－β Control Element，TCE)，提出TGF－β本身可以直接參與到MFB的分化。Tomasek等研究認為除了TCE外，TGF－β還作用于內源性的CArG[cc(A/T)6GG]控制元件調控成纖維細胞的分化。

除了TGF－β外，TGF－β超家族中的其他成員也發(fā)揮誘導成纖維細胞分化的作用，如BMP4通過Smad1和JNK通路誘導胎兒的成纖維細胞向MFB表型分化，BMP受體Ⅱ(BMPRII)的突變會引起Smad蛋白不能磷酸化，進一步影響成纖維細胞的增殖與分化。

4 其他影響因子

有人研究認為TGF－β₁誘導成纖維細胞表達a－SMA必需在細胞外基質(Extra CellularMatrix，ECM)中含有ED－A序列的纖維粘連蛋白(Fibronectin，F(xiàn)N)，F(xiàn)N的沉積要先于a－SMA的表達，故含ED－A序列的FN和ECM是影響肌成纖維細胞分化的重要影響因子之一。成纖維細胞通過整合素與細胞外基質相互傳遞信息，在細胞外基質作用過程中，整合素可以通過粘著斑激酶(FocalAdhesion Kinase，F(xiàn)AK)的激活，將生物信號由胞膜傳向胞核，促進a－SMA基岡的表達使成纖維細胞合成大量a SMA并向肌成纖維細胞轉化，通過胞內外收縮系統(tǒng)的形成和收縮引起瘢痕的攣縮。細胞內收縮系統(tǒng)受到的機械張力對細胞增殖和基因表達的調節(jié)也是影響肌成纖維細胞分化的重要因素。

另外，有人觀察到到皮膚傷口愈合時，感覺神經末梢釋放的神經肽可通過激活肥大細胞脫顆粒上調a－SMA的表達，體外培養(yǎng)的巨噬細胞PDGFmRNA的轉錄有傷后6小時和傷后六七天兩個高峰，正是成纖維細胞增殖期和肌成纖維細胞形成期。可見巨噬細胞對肌成纖維細胞表達的調控也有著重要的意義。Y－下擾素可減少成纖維細胞的a－SMA的表達，并且其呈劑量依賴性地抑制纖維連接蛋白ED－A在轉錄水平的合成。此外，有報道堿性成纖維細胞生長因子也可直接抑制TGF－β，誘導的肌成纖維細胞中a－SMA的合成。

5 展望

皮膚增生性瘢痕攣縮的組織中大量表達肌成纖維細胞標志性蛋白a－SMA，大多數(shù)學者認為肌成纖維細胞是增生性瘢痕攣縮的源動力。然而這種學說存在問題：不能解釋a－SMA表達的最高峰與攣縮時間上的不匹配。為了完善學說，合理闡述瘢痕攣縮的機制，從成纖維細胞到肌成纖維細胞轉分化的調控和影響因素研究對于攣縮機制有十分重要的意義。相信隨著這方面基礎、臨床研究的深入，將來可以通過更多的藥物、基因、分子生物學方法來減少增生性瘢痕和皮片移植后的攣縮，減少手術后的功能障礙。