TGF-β調控自噬活性研究進展

王雅雯 綜述，徐 普 審校

(中南大學湘雅醫學院附屬海口醫院口腔醫學中心，海南 海口 570208)

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TGF-β調控自噬活性研究進展

王雅雯 綜述，徐 普 審校

(中南大學湘雅醫學院附屬海口醫院口腔醫學中心，海南 海口 570208)

自噬是細胞成分更新、發育、分化的重要調控機制，對維持蛋白代謝平衡及細胞內環境穩定具有重要意義。TGF-β是一種具有多種功能的多肽生長因子，可促進細胞的增殖與分化，細胞的粘附、遷移和凋亡，參與了自噬活性的調控。

自噬；TGF-β；自噬基因；自噬信號通路

自噬是廣泛存在于真核生物中的保守的代謝過程，是細胞成分更新、發育、分化的重要調控機制，對維持蛋白代謝平衡及細胞內環境穩定具有重要意義。轉化生長因子β(Transforming growth factor β，TGF-β)是一種具有多種功能的多肽生長因子，可促進細胞的增殖與分化，細胞的粘附、遷移和凋亡，是多種免疫細胞的自分泌或旁分泌調節因子[1]。目前的研究表明，生長因子參與了自噬活性的調控，而生長因子TGF-β就是其中之一，本文就此做一綜述。

1 自噬

自噬是廣泛存在于真核生物中的保守的代謝過程，是細胞成分更新、發育、分化的重要調控機制，對維持蛋白代謝平衡及細胞內環境穩定具有重要意義。正常情況下細胞保持基礎自噬水平，而在許多代謝應激的狀態下，如饑餓、低氧、高溫、激素水平改變、生長因子缺乏時自噬被激活，促進細胞生存從而引發一系列的基本生理功能如發育、分化和組織改建[2]。

自噬在機體的免疫、感染、炎癥、腫瘤、心血管病、神經退行性病的發病中都具有十分重要的作用[3]。在機體免疫反應中，自噬不僅能清除侵入的病原菌，而且能提高慢性感染性疾病和自身免疫性疾病的治療效果[4-5]。如在心臟衰竭的研究中，自噬功能的活化是把雙刃劍，對于單純的心肌局部缺血而言，自噬有利于心肌局部缺血修復，但是對于缺血后的再灌注，自噬功能的活化則不利于心臟功能的恢復[6]。有學者通過對中樞神經系統有自噬相關基因缺陷的小鼠模型研究，結果提示自噬的激活能有效地清除有絲分裂后受損傷的神經元細胞，自噬不僅在維持神經元內環境和性狀的穩定中起著關鍵的作用，在神經元軸突的生長和成熟過程中同樣起著重要的作用[7]。

2 參與TGF-β調控自噬的自噬相關基因

在自噬過程中，自噬啟動受自噬相關基因(Autophagy related gene，ATG)調控，目前被分離鑒定的哺乳動物ATG已超過30種，依其功能的不同可分為四組：①來自于TOR(Target of rapamycin TOR)激酶信號通路的ATG1復合物，該復合物涉及自噬體形成的初始、成核及延伸階段；②Beclin1/ClassⅢPI3K復合物，主要涉及自噬體的成核階段；③兩個泛素類結合系統，ATG12和LC3系統，在自噬體形成的延伸階段初期ATG12與ATG5結合，促進LC3的結合和磷酸化；④由ATG1和ATG9控制的反饋途徑，在自噬體形成的的過程中，介導ATG蛋白在自噬體膜的轉運[8]。

自噬活性的改變受許多自噬相關基因所調控。有研究表明，TGF-β能增加Bim蛋白的表達，從而增強該蛋白與自噬誘導關鍵基因Beclin 1和LC3的結合，抑制自噬的發生[9-10]。Tra等[11]發現Ⅱ型TGF-β受體抑制劑SB431542作用人胚胎干細胞時，LC3 II表達上升，細胞自噬活性增強。TGF-β作用后的腎小球系膜細胞(Mesangial Cells，MMC)LC3表達升高，自噬被活化，而TAK-1蛋白在其中起著關鍵的作用[12]。Beclin 1基因缺失或是被沉默的小鼠MMC中Ⅰ型膠原蛋白的表達高于基本水平，而在TGF-β處理該細胞時Ⅰ型膠原蛋白的表達明顯升高[13]。Kiyono等[14]的團隊對肝癌細胞和乳腺癌細胞的研究結果表明，TGF-β作用細胞后LC3表達明顯升高，自噬被激活，Beclin 1、ATG5及ATG7等自噬相關基因表達水平升高，通過siRNA下調Beclin 1、ATG5及ATG7等基因的表達能抑制TGF-β對肝癌細胞和乳腺癌細胞自噬活性的誘導。在線蟲自噬活性的研究中，大量的研究結果表明自噬在細胞生長或是饑餓時，通過消化真核細胞自身內容物來調控細胞增殖。自噬相關基因Atg1和Atg6的失活能夠降低細胞的容積，影響細胞增殖。生理水平的自噬活化是調控細胞大小的關鍵，自噬活性的減弱或是增強均能阻礙細胞的生長，而TGF-β信號通路能通過調控自噬相關基因影響細胞的容積[15]

3 TGF-β調控自噬的信號通路

自噬信號調控機制復雜，主要有三條自噬調控途徑：①mTor(Mammalian target of rapamycin，mTor)信號通路。mTor激酶為自噬信號“閥門分子”，是氨基酸、ATP和激素感受器，對自噬起負調控作用。正常條件下mTor磷酸化Atg13，高磷酸化的Atg13與Atg1親和力下降，Atg1活性降低抑制自噬；mTor強效抑制劑Rap可使Atg13去磷酸化后與Atg1緊密結合，上調Atg1活性而激活自噬[16-19]。②磷酸肌醇-3-激酶(PI3K)/Akt(PKB)途徑。ClassⅠ和ClassⅢPI3K均參與自噬調控，ClassⅠPI3K位于mTor途徑上游，通過mTor發揮作用，是自噬負調節因子。ClassⅢPI3K通過與Beclin1結合形成復合物激活自噬，是自噬正調節因子[20-21]。③Beclin1途徑。Beclin1是atg6(Vps30)的哺乳動物同源序列，是最典型的自噬調控基因。Beclin1與UVRAG、Vps15形成復合物對ClassⅢPI3K活化非常重要，是自噬膜形成和延伸的關鍵因子[22-23]。

TGF-β是體內生理生化、信號轉導與調控的重要因子，不僅具有促進成骨細胞分化增殖、刺激骨形成，還具有支持破骨細胞形成、刺激骨吸收的雙重作用，是骨形成與骨吸收之間重要的耦聯調節因子。Akasak等[24]發現FoxO在關節軟骨中常規呈現高表達，對軟骨內環境的穩定起著重要作用，TGF-β能上調軟骨細胞中FoxO1蛋白的表達，而FoxO的磷酸化狀態的激活主要是由PI3K和Akt所介導，受胰島素/胰島素樣轉化因子所調控。對TGF-β1作用的上調和(或)敲除mkk3基因小鼠的腎小球系膜細胞的研究結果顯示，TGF-β1處理后，與敲除mkk3的細胞比較，上調mkk3的細胞中Beclin 1和LC3的表達明顯升高；隨著TGF-β1作用時間的延長，上調mkk3基因的細胞中LC3I/LCII的表達具有時間依賴性；TGF-β1能誘導上調mkk3基因的細胞Beclin 1的表達，表明TGF-β1經由TAK1-MKK3-p38途徑誘導腎小球系膜細胞的自噬[12]。不僅Smad信號通路參與了TGF-β對肝癌細胞和乳腺癌細胞自噬活性的誘導，PtdIns 3K-Akt-FoxO3信號通路同樣參與了TGF-β對肝癌細胞和乳腺癌細胞自噬活性的誘導，同時類泛素化能明顯降低泛素化介導的Smad4的降解，通過激活TGF-β信號通路可以激活P38 MAP激酶信號通路，從而提高1型類泛素蛋白與Smad4的結合[1，14，25]。

4 TGF-β調控自噬的影響

TGF-β家族包括3個分子量為25 kDa的異構體，對于不同的細胞和組織表現出多種生物學功能，是一種具有多種功能的多肽生長因子。TGF-β可以有效的調節細胞外基質的合成，增強纖維連接蛋白和膠原蛋白的基因表達，抑制膠原蛋白分解，并抑制各種金屬蛋白酶抑制劑，鞏固細胞外基質環境的穩定性。TGF-β可促進細胞增殖與分化，促進細胞外基質合成，促進膠原產生，也是多種免疫細胞的自分泌或旁分泌調節因子，能通過抑制細胞增殖和促進細胞的凋亡參與乳腺的生長發育[12，25]。有學者以牛乳腺上皮細胞的3D模型為研究對象，結果表明TGF-β促進該細胞腺泡的正常發育，在細胞培養的早期，自噬活性明顯升高，同時TGF-β還能促進牛乳腺上皮細胞在發育不完全的基礎上繼續存活達16 d之久，提示自噬活性的上調可能影響TGF-β對細胞促凋亡作用，使細胞得以生活[26]。而在腎臟受損時，TGF-β能調控自噬促進Ⅰ型膠原蛋白的聚合，從而減少腎臟的纖維化[12]。

Iovino等[27]以2型顆粒狀營養不良患者的角膜成纖維細胞為研究對象，發現自噬活性失調時TGF-β1降解受到抑制，TGF-β1呈高表達，溶酶體中的變異形TGF-β1增多，提示自噬活性的改變影響TGF-β的表達，增強細胞死亡的敏感性[27]；而TGF-β通過誘導肝癌細胞和乳腺癌細胞的自噬活性，可能在腫瘤形成的初期起到抑制腫瘤形成的作用[14]。對骨骼肌細胞L6和C2C12的研究結果表明，TGF-β通過提高PED/PEA-15的轉錄水平來誘導細胞的自噬應答，可能促成Ⅱ型糖尿病所帶來的肌肉的萎縮[28]。

綜上所述，TGF-β是一類多功能的生長因子，可促進細胞增殖與分化，細胞的粘附、遷移和凋亡，而自噬有望成為TGF-β另一新的功能，自噬有可能參與TGF-β的多種功能的活化，TGF-β對自噬調控的機制，其中所涉及的信號通路等。因此，自噬與TGF-β之間的關系仍舊需要更進一步的研究。

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Review of the regulation of TGF-β in autophagic activity.

WANG Ya-wen,XU Pu.Stomatology Center,Haikou Hospital Affiliated to XiangYa Medicine School,Central South University,Haikou 570208,Hannan,CHINA

Autophagy is regarded as an important pathway for renewal development and differentiation among eukaryotic cells,which plays a key role in maintaining protein metabolism and homeostasis.As a multifunctional polypeptide growth factor,TGF-β not only stimulates cell proliferation and differentiation,cell adhesion, spreading and apoptosis,but also participates in the regulation of autophagic activity.

Autophagy;TGF-β;Autophagy gene;Autophagy signaling pathway

R329.2+5

A

1003—6350（2014）18—2715—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.18.1065

2014-04-11)

海南省自然科學基金(編號：814378)；海南省重點科技計劃項目(編號：ZDXM20120054)

徐 普。E-mail：hnxupu164@sohu.com