TGF-β與缺血性腦卒中

盧昌均 曾鑒源

TGF-β與缺血性腦卒中

盧昌均 曾鑒源

TGF-β是一類多肽信號分子, 其生物學功能復雜而又豐富, 可在調節細胞生長、分化、發育等方面發揮著重要的作用, 與某系疾病的發生發展相關。人們可通過了解TGF-β表達水平的變化來診斷疾病以及監測疾病進程, 甚至可以通過干預其表達水平來治療疾病。本文將初步探討TGF-β以及其與缺血性腦卒中的關系。

轉化生長因子-β；受體；缺血性腦卒中

經研究表明TGF-β為結構上相似而同時又具有相關性的一類轉化生長因子, 擁有超過30種多肽生長因子, 根據其結構和功能可分為三類, 其中包括活化素、TGF-β以及骨形成蛋白等。TGF-β在體內多種組織和細胞內均有表達,例如成纖維細胞、骨骼及細胞外基質、上皮細胞以及各種組織細胞等。TGF-β家族成員具有復雜而豐富的生物學功能,可參與細包括胞生長、轉移、炎癥、血管生成、組織修復、腫瘤發生和轉移在內的多種功能。由于TGF-β家族成員在不同器官的多種疾病的發生發展中發揮不同的作用, 因此人們可通過了解其表達水平的變化來診斷和監測疾病進程, 甚至可通過干預其水平來治療疾病。本文將初步探討TGF-β以及其與缺血性腦卒中的關系。

1 TGF-β 家族

TGF-β是一類分泌型多肽信號分子, 包括TGF-β、活化素與BMP［1］。TGF-β目前已經被應用到哺乳動物的相關生理與病理過程, 其能夠控制細胞增殖以及分化, 因此在胚胎與腫瘤發展以及免疫調節等過程中起到一定的作用。

經相關實驗表明TGF-β至少有6個結構相關的份子(TGFβ1, 2, 3, 4, 5, 6), 而在一般的哺乳動物里, 現在僅發現了三種亞型, 也就是 TGF-β1、β2和β3。在正常組織中都會發現上述亞型, 利用差異化的表面受體, 以其分泌等機制起到對機體的控制作用。現在, 一些資料顯示最少有(24±1)個基因編碼和 TGF-β 超家族有一定的聯系。只要是TGF-β 超家族成員均與 TGF-β1有基本相同的序列, 有(72±8)的其亞型氨基酸序列存在同源性。人類編碼的TGF-β1定位于染色體 19q13 上, 在內皮細胞和結締組織細胞表達。因為超家族成員的同源性, 所以TGF-β的每一個亞型在一些生物反應過程里顯示出近乎相同作用, 但是TGF-β1所占有的比例較高, 超過了(88±3)%, 且最有活性, 為結締組織成長的助動因子, 同樣為上皮再生以及造血系統的主要影響因素。

2 TGF-β1的產生

一般來說內皮細胞與多種結締細胞均能夠分泌出TGF-β1。在分泌出TGF-β1后還是以非共價鍵方式和其前肽相融合, 同樣TGF-β受體不會予以識別, 且為非激活狀態。而一般體內細胞所生成的非活性 TGF包括下述兩種：第一種為TGF-β1與非活性亮氨酸氨基肽酶結合為小的非活性混合物；而第二種則為和LAP與其潛在TGF-β結合蛋白所生成的非活性混合物。利用LTBPs錨定在細胞外基質, 從而在細胞外部附近產生TGF-β1的預備池。這會讓TGF-β1在需要釋放時可以第一時間釋放且發揮它的全部活性, 不需要再等待其重新合成。

3 TGF-β1的激活

LTBPs 為TGF-β1生物活性的主要調節分子, 而TGF-β1在蛋白質氨基酸中剔除與 LTBPs 像連的羧基端前區因此達到激活的目的。LTBPs 調節 TGF-β1利用下述方式去實現：①利用谷氨酰轉移酶的功能把非活性 TGF-β和細胞外基質共價鍵相結合, 讓其錨定在細胞外基質相應的位置, 因此去阻滯相應的受體進行結合；②選擇進行傳導的TGF-β種類；③利用決定釋放以及錨定TGF-β的多少, 調整信號輸出的制衡。一般情況下LAP 是利用相應的蛋白酶誘導裂解以及和一些蛋白進行反應, 讓TGF-β1-LAP 間的非共價鍵斷開,從而分泌出成熟的TGF-β1和受體進行結合而發揮其應有的活性。

4 TGF-β1的受體

據相關資料顯示, 目前有8種TGF-β受體其中包括Ⅰ型受體、TβR-Ⅱ、TβR-Ⅲ、Ⅳ型受體、Endoglin、PLBPs還有GI-210。在 TGF-β1/Smad3 信號轉導通路中, 起信號轉導作用的為TβR-Ⅰ以及 TβR-Ⅱ兩種, 這兩種均為絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶受體。而TβR-Ⅱ不存在其特異性,因此能利用和配體的結合進行信號的傳輸；而TβR-Ⅰ在與TβR-Ⅱ相遇時, TβR-Ⅰ與結合配體具有高親和力。TβR-Ⅰ在很大程度上都影響著TGF-β反應的特異性, 同時還影響著其一些生物學功能。TβR-Ⅰ為TGF轉導路徑的核心要素。而在TβR-Ⅰ的結構中有一個楔形 GS 的區域,在信號轉導環節, TβR-Ⅱ胞質區的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶結構域可以將TβR-Ⅰ GS 區域的絲氨酸/蘇氨酸磷酸化去激活TR-Ⅰ激酶, 而此激酶再磷酸化下游 Smads 底物, 最后會將TGF-β的信號從細胞外傳遞到細胞中。

5 TGF-β1的調控

TGF-β家族主要通過Smad蛋白傳遞信號, 目前研究較多的是 TGF-β1/Smad3 通路。它所構成的信號路徑均參影響其它信號路徑, 而且又在各個層面上受到相關因素的制約。TGF-β 信號路徑的調節是利用很多機制以及一些差異化的調節因子去實現的。抑制型 Smad 蛋白為TGF-β信號調控的主要因素, 在調節TGF-β 信號路徑環節有著非常重要的影響。雖然負調控因子也可以存在于各個信號路徑, 不過在TGF-β信號路徑中卻顯得十分特殊, 由于其與一些路徑中的組成蛋白在結構上具有相似性。另外, TGF-β信號通路能夠在各種細胞中誘導出現一些負調控蛋白, 因此能夠利用負反饋的方式去對其余信號路徑予以調控。現在已對TGF-β信號路徑中一些蛋白的負調控機理有了較為深入的研究, 比如在結構上和 TGF-β家族配體有聯系的 Lefty1以及 Lefty2蛋白可以通過與 activin 競爭性結合 activin 受體來實現負調控但并不形成二聚體［2,3］。而且, Inhibins是通過α鏈與β鏈所構建的二聚體, 能夠與β鏈二聚體所構建的activin互相制衡。而Smad家族中的I-Smads具有保守的C端MH2結構域, 可以與激活的I型受體與R-Smads互相作用,從而遏制細胞中信號的傳輸, 同樣是TGF-β信號路徑負調控的核心, 通過相關數據顯示I-Smads參與了信號的終止。

6 TGF-β1在缺血性腦卒中中的表現

目前研究發現, 缺血性腦卒中后的第1天、第3天、第6天血清TGF-βl顯著少于正常值, 而第15天患者的血清TGF-β1的程度則近似于正常值。Krupinski等對缺血性腦卒中死亡患者在死亡一天內分別采集器大腦中缺血區以及病灶對側腦相關組織予以TGF-β1經研究得知, 缺血區表達非常強, 半暗帶區的表達最強, 但是對側腦的組織表達則明顯偏弱, 所以認為缺血早期血清的TGF-β1程度下降很可能是因為TGF-β1被過度使用以及積聚在組織所造成。而動物模型實驗同樣支持此觀點。

另外有研究發現, TGF-β水平與梗死灶的大小及病情輕重無明顯相關性。因發病時病情的嚴重程度不但和梗死灶面積有練習, 同時還與梗死位置有關, 病初血清TGF-β1程度反應的是在腦梗死后缺氧以及缺血刺激下的調節水平, 所以血清TGF-β1程度和梗死灶的面積與病情程度沒有顯著聯系。

7 TGF-β1的表達對腦的保護作用

研究表明, TGF-β1在急性腦缺血時表達增加, 可減輕腦缺血損傷而發揮腦保護作用：①神經保護和抗凋亡：TGF-β1能增加神經元抗凋亡因子基因表達, 抑制凋亡的發生。從而使缺血半影區的神經元存活的時間增加, 加強組織的修復。②促血管生成：TGF-β1是強有力的血管生長調節因子, 能夠激活缺血半影區的血管內皮細胞的功能以促進微血管的增生。③抗黏附分子作用:TGF-β1可抑制內皮細胞表達 E-選擇素, 減少循環血中白細胞貼壁可能以及其沿內皮細胞滾動, 從而減少白細胞浸潤。④免疫調節作用：TGF-β1可直接或間接的通過促進星形膠質細胞產生IL-6, 繼而抑制TGF-α生的生成, 最終保護中樞神經系統。⑤抗炎、抗氧化作用：TGF-β1可抑制白細胞功能, 對抗TGF-α對白細胞的遷移作用, 此外還可以拮抗一氧化氮(NO)、興奮性氨基酸的神經毒性、增加神經元Bcl-2基因表達, 防止神經元Ca2+超載。

綜上所述, TGF-β作為分泌型多肽信號分子, 可廣泛參與哺乳動物的各種病理生理過程, 與缺血性腦卒中的關系密切, TGF-β1可以作為腦梗死早期預防及預測的生物學標志物。

［1］ 曾惠芬, 王慶文.轉化生長因子-β及其Smad信號轉導的研究進展.中國藥物與臨床, 2010, 10(10): 1145-1147.

［2］ 張淑芬, 石學魁, 王亞賢.中藥活腦康對腦缺血大鼠腦組織TGF-β1蛋白表達影響的實驗研究.中國中醫基礎醫學雜志, 2005, 11(12):906-907.

［3］ 周建美, 周華東, 呂受卿.急性腦缺血TGF-β1表達的實驗研究.安徽醫學, 2002, 23(1):5-7.

545001 柳州市中醫院腦病科