TGF-β/smads 信號通路對心肌纖維化心房顫動作用及機制的研究進展

梁宇明，何燕

(廣西醫科大學第一附屬醫院，南寧530021)

目前已有研究證明，心肌纖維化是心律失常心臟結構重構的特征性改變。心肌纖維化通過引起心臟傳導障礙和心室順應性下降，心臟的正常收縮與舒張功能異常，從而導致房顫的發生。目前研究證實轉化生長因子β(TGF-β)是公認的與組織纖維化發生最密切的因子，在心肌纖維過程中起至關重要的作用，主要表現在TGF-β可通過Smads信號轉導通路激活細胞外基質蛋白合成，引起細胞外基質過度沉積，引起心肌纖維化。TGF-β已被公認是器官纖維化的治療靶標[1]。目前研究發現TGF-βⅢ型受體(TGF-βRⅢ)、骨形成蛋白和激活素膜結合抑制劑(BAMBI)、FKBP12、骨形態發生蛋白-7(BMP-7)及肝細胞生長因子(HGF)可下調TGF-β/Smads 信號通路傳導。因此，研究TGF-β/Smads 信號通路傳導調控心肌纖維化的機制可為房顫干預提供新思路。

1 TGF-β/smads 信號通路組成

1.1 TGF-β TGF-β是由一類結構和功能相關的多肽生長因子組成，屬于一組新近發現的調節細胞生長和分化的TGF-β超家族，一共有5種亞型，分別為TGF-β1、β2、β3、β4及β5。在哺乳動物中目前只發現有 3 種亞型，為TGF-β1、β2、β3，基因定位分別為19q13、1q41和14q24。在體細胞系中占比例最高、功能最多、活性最強、分布最廣泛為TGF-β1，為2 條含有112 個氨基酸的多肽鏈單體組成的二聚體。新合成的 TGF-β 為無活性的前體，由信號肽、成熟的 TGF-β和 潛相關多肽( LAP) 三部分組成，經酶裂解處理后形成有活性的 TGF-β，再與其相關受體結合發揮生物學效應。其參與多種信號通路調節，如細胞增殖、分化、調亡、遷移及免疫反應。TGF-β與多種疾病的發病機制密切相關，如組織纖維化、癌癥和結締組織病[2]，在多種生長發育過程及病理進展中有重要作用。

1.2 TGF-β受體 TGF-β一共有3種類型受體，主要包括TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ和TGF-βRⅢ ，為廣泛分布在細胞表面的跨膜糖蛋白。與TGF-β家族信號傳導有關的主要為TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ。TGF-βRⅡ可單獨與 TGF-β 結合，但 TGF-βRⅠ必須在 TGF-βRⅡ與 TGF-β 相結合時才能與 TGF-β 結合。TGF-β 活化后，先與細胞膜上的TGF-βRⅡ結合，兩者結合后促使TGF-βRⅠ激活并與TGF-β結合，三者形成復合物可激活細胞質中的Smad蛋白，促進TGF-β信號在細胞中的進一步傳導。TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ可介導 TGF-β 促進 ECM 合成、細胞生長和增殖的調節等。TGF-βRⅢ是由二硫鍵連結的蛋白聚糖，是發現數量最多的TGF-β受體，它沒有已知的信號域，因此其對TGF-β信號調節有待進一步研究。

1.3 Smads蛋白 Smads 蛋白家族是 TGF-β 信號系統中 TGF-β 的重要作用底物，為TGF-β 信號通路中的關鍵傳導分子，可以將 TGF-β 信號由細胞膜受體直接傳送到細胞膜內。目前發現細胞內至少存在 Smads 的9種分子，哺乳動物中的 Smads 蛋白至少有8種。不同的 Smads 蛋白其作用也不盡相同，根據其結構和功能的分為三類：一類為受體激活型，包括Smad1-3、5和8；另一類為共同介質，為Smad4；最后一類為抑制型；，包括Smad6、7。TGF-β/Smads 信號轉導通路中各種類型 Smads 分子之間通過精密協調，共同完成TGF-β 生理及病理狀態下的生物學效應。

2 TGF-β/smads 信號通路致心肌纖維化機制

Smad2、Smad3、Smad4 對器官的纖維化有促進作用，但 Smad7則對器官纖維化發揮抑制作用。TGF-β通過TGF-β/smads 信號通路致心肌纖維化的基本機制為：活化的TGF-β可與細胞膜上的TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ結合，形成受體復合物，后者進一步激活受體激活型蛋白發生憐酸化 ，憐酸化后的Smad蛋白與共同介質蛋白形成Smad復合物并轉移至細胞核，與其它核因子一起參與TGF-β信號通路的表達。通過上述機制，可使TGF-β過度表達，上調Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原的表達，引起細胞外基質過度沉積，發生心肌纖維化[3]。仍有研究表明TGF-β/Smad信號通路可通過刺激成纖維細胞，致使纖維細胞向肌成纖維細胞轉化，增強膠原蛋白的分泌，導致心肌纖維化的發生[4]。

3 TGF-β/smads 信號通路與房顫的關系

心肌纖維化可通過引起心臟傳導障礙和心室順應性下降、心臟的正常收縮與舒張功能異常，從而導致房顫的發生。有研究表明心房間質纖維化是結構重塑的重要特征之一，心房纖維化可增加心肌組織電興奮的離散度，利于形成折返，心房結構重塑及電重塑共同促進房顫的發生及維持。目前公認TGF-β是重要的致組織纖維化因子。同時研究發現，轉基因過度表達TGF-β1 的山羊中，心房纖維化加重明顯，同時 p 波延長，更易出現房顫[5]。因此心肌纖維化與房顫的發生密切相關，心肌纖維化程度越重，越容易誘發房顫。目前有實驗證明，在快速心房起搏構建的持續性房顫模型中通過洛沙坦抑制 TGF-β/Smads 信號通路來改善心肌纖維化，可降低房顫誘發率[6]。TGF-β的表達主要通過TGF-β/Smads 信號通路來完成，因此下調TGF-β/Smads 信號通路的轉導，可導致TGF-β表達下降，抑制組織心肌纖維化的程度，降低房顫發生率。

4 TGF-β/Smads 信號通路轉導下調的主要機制

4.1 受體調控

4.1.1 TGF-βRⅢ TGF-βRⅢ是一種膜錨定蛋白多糖，其主要的功能是選擇性地結合自磷酸化的TGF-βRⅡ通過其胞質域，進而促進TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ結合，形成受體復合物。TGF-βRⅢ作為輔助受體，可廣泛表達于多種細胞。TGF-βRⅢ也可以通過調節Smad蛋白來調控TGF-β/Smads 信號通路。目前有研究證明，上調TGF-βRⅢ的表達可以削弱缺氧引起的TGF-β磷酸化Smad2的表達。在自發性高血壓大鼠中，TGF-βRⅢ可通過自身的短合成肽P114明顯減少TGF-β引起的磷酸化Smad2、Ⅰ型膠原mRNA等的表達。Smad2屬于受體激活型Smad，可促進TGF-β的表達。因此Smad2的表達下降，可導致TGF-β的表達下降，從而達到下調TGF-β/Smads 信號通路的目的。

4.1.2 BAMBI BAMBI是一種進化過程中高度保守的跨膜蛋白，包括N末端胞外結合域，C末端胞內結構域，短跨膜結構域。BAMBI參與了多種疾病的致病過程，主要涉及腫瘤和器官纖維化。有研究證實，在肝硬化中，BAMBI表達上調可抑制TGF-β/Smad信號通路，達到緩解肝硬化的目的[7]。目前研究已證實BAMBI可作為TGF-β/Smad信號通路的偽受體，通過與TGF-βRⅠ競爭，阻止TGF-βRⅠ與TGF-βRⅡ及配體結合成功能性復合物，負調節TGF-β的表達，達到下調TGF-β/Smad信號通路的目的[8]。

4.1.3 FKBP12 FKBP12屬于FKBPs蛋白家族，該蛋白家族目前發現的成員超過20個，有至少8個表達于哺乳動物體內。FKBP12表達于哺乳動物各種組織和細胞，以心肌細胞含量最多。目前研究證明FKBP12與TGF-βRⅠ的GS域結合，抑制TGF-βRⅡ將TGF-βRⅠ磷酸化，從而達到下調TGF-β/Smads 信號通路的目的[9]。

4.2 Smad調控

4.2.1 BMP-7 BMP 是 TGF 超家族中最大的一個亞群,屬于BMP家族的一員。BMP-7是一個聚體糖蛋白，由兩個BMP-7 單體通過二硫鍵形式結合而成。研究表明，BMP-7具有調控機體細胞增殖、分化和凋亡的功能，與腎臟和心血管等的發生發育密切相關。BMP-7可以下調TGF-β的表達，具有抗纖維化作用[10]，同時還可通過抑制TGF-β/Smads 信號通路來限制高糖下足細胞的轉分化[11]。Smad6屬于抑制型Smad，導致TGF-β的表達下降。BMP-7 通過上調 Smad6 蛋白的表達，抑制TGF-β的表達[12]，從而達到下調TGF-β/Smads 信號通路的目的。

4.2.2 HGF HGF是由Nakamura T 等在1984年首次從鼠血小板中分離出的一種肝細胞有絲分裂原，是由一條重鏈和一條輕鏈組成的異二聚體糖蛋白。HGF是一多功能細胞生長因子, 廣泛表達于多種組織并參與細胞存活、增殖、分化、血管新生、抗炎和抗纖維化等生物學過程。有研究表明，HGF可上調TGIF含量。TGIF 為Smad轉錄共抑制因子，可與P300競爭性地與Smad2結合，從而抑制Smad效應基因的轉錄啟動，達到下調或者阻斷TGF-β/Smad信號通路轉導。

5 TGF-β/smads 信號通路轉導下調對房顫的作用

TGF-β/Smad信號通路介導的心肌纖維化在房顫的發生、發展過程中起著重要作用。通過抑制心房纖維化，可改善左心房傳導功能并增加連接蛋白的表達來降低心力衰竭后房顫的誘發率[13]。因此抑制心肌纖維化，可在一定程度上降低房顫的發生率。有研究證明房顫患者心房組織 TGF-βRⅢ的mRNA及蛋白表達水平下調，提示 TGF-βRⅢ可能參與房顫心房纖維化所致結構重構[14]。同時有研究指出BMP-7抑制TGF-β/ Smads信號通路緩解房顫的心肌纖維化[15]。在心臟壓力超負荷情況下，BAMBI會在心肌組織中表達上調，并通過阻抗TGF-β/Smad信號通路來調節細胞外基質成分，以達到與當前血液動力負荷狀況"平衡"的穩健重塑反應，起到保護心臟作用[16]。Li 等[17]研究顯示，HGF可降低房顫患者的心房纖維化程度。BMP-7、BAMBI、HGF及TGF-βRⅢ均與心肌纖維化相關，在心肌組織中均可通過下調TGF-β/Smad信號通路轉導，抑制TGF-β的表達，減緩心肌纖維化程度，一定程度上可降低房顫的發生率。既往研究已證明FKBP12是TGF-β/Smads信號傳導的抑制劑，但其通過負反饋調節TGF-β/Smads 信號通路影響心肌纖維化的相關研究尚未見報道。但已有研究證明FKBP12與心律失常存在著關系[18]，其與房顫的關系有待進一步研究。

綜上所述，BMP-7、BAMBI、HGF及TGF-βRⅢ可通過下調TGF-β/Smad信號通路轉導，抑制TGF-β的表達，抑制心肌纖維化，從而在一定程度上降低房顫發生率。通過調節BMP-7、BAMBI、HGF及TGF-βRⅢ在人體心臟組織中的表達，可能會為防治房顫提供更多新的治療途徑。