TGF-β/Smads信號通路在慢性阻塞性肺疾病氣道炎癥中的研究進展

江山，楊小瓊

(瀘州醫(yī)學院附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)一科，四川瀘州646000)

TGF-β/Smads信號通路在慢性阻塞性肺疾病氣道炎癥中的研究進展

江山，楊小瓊

(瀘州醫(yī)學院附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)一科，四川瀘州646000)

TGF-β/Smads信號通路包括轉(zhuǎn)化生長因子β(TGFβs)超家族以及Smads超家族，通過TGF-β/Smads途徑和非Samd途徑共同擔負著調(diào)節(jié)細胞生長、分化、凋亡等過程，在慢性阻塞性肺疾病的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要的作用。本文對TGF-β、Smads以及TGF-β/Smads途徑及作用機制進行綜述。

TGF-βs；Smad蛋白；炎癥；慢性阻塞性肺疾病

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是以氣流受限不完全可逆為特征的疾病，并呈進行性發(fā)展，其發(fā)病率高，引起生活質(zhì)量下降、勞動力喪失、最終導(dǎo)致死亡[1]，但是目前尚缺乏有效的干預(yù)手段。COPD不完全可逆氣流受限的改變與氣道炎癥關(guān)系密切[2-3]，氣道慢性炎癥導(dǎo)致氣道重構(gòu)是氣流受限的病理基礎(chǔ)[4]。轉(zhuǎn)化生長因子β(Transforming growth factor-β，TGF-β)/Smads通路為一種多功能信號通路，其與不同的靶基因結(jié)合發(fā)揮著不同的功能，其中其對平滑肌細胞、成纖維細胞、炎癥介質(zhì)以及細胞外基質(zhì)等的調(diào)控作用與氣道重塑的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，通路中任何一個組成或相關(guān)調(diào)節(jié)因子異常均可導(dǎo)致信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常，導(dǎo)致一系列氣道重塑相關(guān)病理反應(yīng)[5]。TGF-β/Smads在COPD氣道炎癥、損傷及修復(fù)等方面關(guān)系密切，其主要成員包括TGF-β超家族中的TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3，以及Smads蛋白家族中的Smad2、Smad3、Smad4等。現(xiàn)就此通路及其在COPD慢性炎癥氣道重塑過程中的作用及相關(guān)機制綜述如下：

1 TGF-β家族

TGF-β超家族除TGF-β外，還有活化素(Activins)、抑制素(Inhibins)、骨形成蛋白(Bone morphogenetic proteins，BMPs)和繆勒氏管抑制質(zhì)(Mullerian inhibitor substance，MIS)[6-7]。TGF-β是一類具有多種生物學功能的多肽類細胞因子，包括TGF-β同源二聚體、潛伏相關(guān)蛋白(Latency-associated protein，LAP)與潛伏TGF-β結(jié)合蛋白(Latent TGF-β binding protein，LTBP)。機體多種細胞可以分泌TGF-β，以自分泌或旁分泌的方式通過細胞表面的受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化、凋亡，對細胞外基質(zhì)的合成、創(chuàng)傷的修復(fù)、免疫功能等有重要的調(diào)節(jié)作用。成熟的TGF-β通過二硫鍵連接而成的同質(zhì)二聚體。TGF-β在哺乳動物中有三種同分異構(gòu)體，包括：TGF-β1、TGF-β2、TGF-。

1.1 TGF-β1TGF-β1存在于所有的哺乳動物中，上皮細胞、成纖維細胞、平滑肌細胞、單核、巨噬細胞等細胞都能夠合成并釋放TGF-β1。TGF-β1被認為是重要的致纖維化因子，一方面可促進細胞組織修復(fù)，但同時也能促進纖維化的發(fā)生。它也是目前為止發(fā)現(xiàn)的最強的細胞外基質(zhì)沉積的促進劑。TGF-β1產(chǎn)生后在組織中與潛伏相關(guān)蛋白和潛伏TGF-β結(jié)合蛋白相結(jié)合而沒有活性。整合素、氧自由基、炎癥因子或蛋白酶等可脫去LAP而活化，釋放有活性的TGF-β1，進而與其受體結(jié)合發(fā)揮生物學效應(yīng)。TGF-β1通過TGF-β/Smad通路調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化、生長、遷移以及細胞凋亡等過程。TGF-β1在機體的免疫過程中，能夠調(diào)節(jié)多種免疫細胞的增殖、分化及免疫應(yīng)答等。

1.2 TGF-β2TGF-β2在正常以及間質(zhì)化細胞中都有表達，如巨噬細胞、T細胞、腎小球旁器、血小板等。它是調(diào)節(jié)細胞功能的重要細胞因子，它參與和調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化、凋亡、移行等過程中的組織修復(fù)、蛋白合成等多個病理及生理過程。TGF-β2同樣可以促進細胞增生，但對細胞的調(diào)節(jié)分化具有雙向作用，其取決于所作用細胞的類型、分化狀態(tài)以及環(huán)境中存在的其他細胞因子。

1.3 TGF-β3TGF-β3表達于肺泡上皮細胞、巨噬細胞，肺血管和支氣管平滑肌細胞[9]。TGF-β3的作用及機制現(xiàn)在還不是十分清楚。研究表明氣道重塑涉及TGF-β1或者TGF-β2，而不是TGF-；但另有研究顯示在小鼠氣道炎癥增加TGF-β3表達，但不改變TGF-β1或TGF-β2的基因[11]。Li等[12]研究顯示TGF-β3/ Smad2/3通路在氣道重塑中起著重要作用。

1.4 TGF-β受體幾乎所有的組織細胞都有TGF-β受體。目前已知的受體分三型，分別為：Ⅰ型( TβR-Ⅰ)、Ⅱ型(TβR-Ⅱ)、Ⅲ型(TβR-Ⅲ)其中，Ⅰ型和Ⅱ型受體參與信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)，屬于絲/蘇氨酸激酶受體家族，由胞外區(qū)、跨膜區(qū)及含絲蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)的胞內(nèi)區(qū)3個部分組成[13]；Ⅲ型受體不直接參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。Ⅰ型受體可以激活Smads，但不能與TGF-β直接結(jié)合；Ⅱ型受體可以與TGF-β結(jié)合，但不能激活Smads。TGF-β與Ⅱ型受體結(jié)合導(dǎo)致Ⅱ型受體被活化，活化的Ⅱ型受體募集并結(jié)合Ⅰ型受體，形成Ⅱ型受體-配體-Ⅰ型受體的異源三聚體[14]，使其GS區(qū)被磷酸化活化的Ⅱ型受體使Smad蛋白磷酸化，從而將信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至細胞內(nèi)。

2 Smads家族

Smads蛋白參與TGF-β細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)，它是TGF-β受體作用的直接底物，是將配體與受體作用的信號由胞漿傳導(dǎo)至細胞核的中介分子，TGF-β作為配體形成的受體復(fù)合物，激活Smads進入核內(nèi)，共同激活或者抑制他們調(diào)節(jié)的靶基因的轉(zhuǎn)錄。目前有9種Smads，按其結(jié)構(gòu)和功能不同可分為3類：受體調(diào)節(jié)性Smads、共同通路型Smads和抑制性Smads。在各種類型的Smads中Smad2、smad3、Smad4、smad7為參與TGF-β信號傳導(dǎo)的Smad蛋白[15]。

2.1 受體調(diào)節(jié)性Smads(R-Smads)R-Smads它能被Ⅰ型受體激活并與受體形成復(fù)合物，又分為兩類，一類為由激活素TGF-β激活的AR-Smads，包括Smad 2、Smad 3，另一類是由BMP等激活的BR-Smads，包括Smad l、Smad 5、Smad 8和Smad 9。R-Smad蛋白包括N端的MH1區(qū)、C端的MH2區(qū)及兩者之間的連接區(qū)(Linker)。其中N端還有核酸定位樣序列(NLS)基序；C端具有絲氨酸基序(SSXS)。未活化的受體調(diào)節(jié)型Smad蛋白的MH1區(qū)及MH2區(qū)相互抑制，不能發(fā)揮生物學效應(yīng)。經(jīng)活化后的R-Smad蛋白其MH1區(qū)的核酸定位樣序列使Smad蛋白向細胞核轉(zhuǎn)移，并與相應(yīng)的靶基因結(jié)合；而MH2區(qū)的SSXS被磷酸化后，可解除MH1區(qū)和MH2區(qū)的相互抑制；可以與其他的Smad蛋白、DNA結(jié)合蛋白、協(xié)同轉(zhuǎn)錄活化因子結(jié)合，具有轉(zhuǎn)錄活化作用。

2.2 共同通路型Smads(Co-Smads)Co-Smads包括Smad4，是TGF-β家族各類信號傳導(dǎo)過程中共同需要的介質(zhì)。Co-Smads目前在脊髓動物中只有Smad4屬于Co-Smad。其結(jié)構(gòu)與R-Smad基本相似，但缺乏絲氨酸基序。Co-Smad不能與受體結(jié)合，也不能被磷酸化，但是能穩(wěn)定Smad低聚體的結(jié)構(gòu)，使Smad復(fù)合物保持有效的轉(zhuǎn)錄活性。

2.3 抑制型Smad蛋白(I-smad)I-Smads包括Smad 6和Smad 7，I-smads與R-smads結(jié)構(gòu)相似，可更為有效地結(jié)合Ⅰ型受體，從而阻止R-smads與Ⅰ型受體結(jié)合，抑制或調(diào)節(jié)TGF-β家族的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)阻止受體對R-smads的磷酸化，從而阻斷信號傳導(dǎo)。

3 TGF-β/Smads通路在慢性阻塞性肺疾病慢性炎癥氣道重塑中的作用及機制

氣道重塑主要表現(xiàn)為：上皮損傷、基底膜增厚、杯狀細胞化生、新生血管以及細胞外基質(zhì)成分的改變，而氣道炎癥是氣道重塑的主要病理基礎(chǔ)[16-17]。在生理狀態(tài)下，單核細胞、巨噬細胞、淋巴細胞等浸潤細胞正常產(chǎn)生釋放TGF-β[18]。當相應(yīng)細胞受到感染炎癥、煙霧等刺激時，單核細胞、巨噬細胞、淋巴細胞等大量產(chǎn)生和釋放TGF-β導(dǎo)致TGF-β/Smads通路被反復(fù)活化，炎癥因子誘導(dǎo)細胞內(nèi)的鈣離子增加，促進TNF-α、IL-8等炎癥因子釋放增加[19-20]，使中性粒細胞趨化聚集于氣道，并大量釋放中性粒細胞彈性蛋白酶使氣道平滑肌細胞活化TGF-β表達增加此通路活化，成纖維細胞活化、增殖并轉(zhuǎn)化成肌成纖維細胞聚集[21]，而前因子、趨化因子的生成和釋放又促進TGF-β/Smads通路活化，形成正反饋，加強炎癥反應(yīng)。同時TGF-β/Smads信號通路可調(diào)控ECM的代謝。此調(diào)控分為直接和間接調(diào)控兩方面。直接調(diào)控促進膠原等細胞外基質(zhì)的分泌同時抑制降解細胞外基質(zhì)的酶類的合成，使多種細胞外基質(zhì)沉積于氣道壁，導(dǎo)致氣道重塑。而間接調(diào)控主要是通過基質(zhì)金屬蛋白酶(Matrix metalloproteinases，MMPs)/組織基質(zhì)金屬蛋白酶抑制物(Tissue inhibitor of matrix metalloproteinase，TIMPs)途徑實現(xiàn)的。生理情況下，MMPs可以促進細胞外基質(zhì)的降解、促進細胞遷移、參與調(diào)節(jié)細胞因子、趨化、生長因子的表達；在炎癥或煙霧的刺激下，MMPs生成與活化可導(dǎo)致過度的炎癥級聯(lián)反應(yīng)及異常的組織破壞。TIMPs作為其特異性抑制劑能抑制MMPs活性，其過度表達可導(dǎo)致氣道壁上ECM過度沉積，而導(dǎo)致氣道重塑[22]。

4 結(jié)語

TGF-β/Smad信號通路在慢性阻塞性肺疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。TGF-β在哺乳動物內(nèi)有三種同分異構(gòu)體TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3，其中TGF-β1在COPD發(fā)病過程中起著非常重要的作用[23]，而TGF-β2/3在COPD發(fā)病過程中的具體作用及機制尚未研究清楚。TGF-β由多種細胞合成，通過與Ⅱ型受體結(jié)合活化并與Ⅰ型受體形成受體-配體-Ⅰ型受體的異源三聚體，使Smad蛋白磷酸化將信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至細胞內(nèi)。在胞核中，TGF-β/Smads通路調(diào)控各種炎癥細胞的增殖、分化、凋亡、遷移、粘附以細胞外基質(zhì)的產(chǎn)生和組織修復(fù)等一系列過程促使炎癥因子釋放增加，TGF-β/Smads通路活化，通過正反饋級聯(lián)放大炎癥反應(yīng)，直接和間接使細胞外基質(zhì)代謝失衡、平滑肌細胞、成纖維細胞增殖增加導(dǎo)致氣道炎癥損傷與修復(fù)、氣道正常結(jié)構(gòu)破壞從而使氣道重塑[24-25]。目前，對于TGF-β/Smads通路在COPD的動態(tài)變化中的及時作用是我們需要進一步研究的關(guān)鍵點，試圖找到合適的藥物或者干預(yù)措施通過影響此通路來抑制COPD的進展是以后研究的熱點方向。TGF-β2/3在COPD的發(fā)生發(fā)展以及具體機制也需要進一步的研究。

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楊小瓊。E-mail：626140324@qq.com