轉化生長因子β1在纖維化疾病發病中作用的研究進展

劉國菊，李叢叢，李睿坤，彭雷

(山東醫學高等專科學校，濟南250002)

纖維化疾病是多種慢性疾病、癌癥的標志，其最重要的特征是細胞外基質(ECM)的失衡，導致ECM生成增多、降解減少，造成膠原在器官組織的異常沉積，并逐漸取代正常組織，進而造成器官組織功能障礙，嚴重者導致器官衰竭甚至死亡。轉化生長因子β1(TGF-β1)可由多種細胞分泌，廣泛參與細胞的增殖、分化、凋亡、細胞外基質的修飾及免疫調節等過程。研究表明，TGF-β1在ECM沉著及纖維化疾病中發揮重要作用[1]。正常生理條件下，TGF-β1的釋放有利于組織損傷的修復；但當損傷因素持續存在時，過量的TGF-β1將導致ECM的異常沉積，造成器官組織功能障礙。本文綜述了TGF-β1在各器官纖維化疾病中的作用。

1 TGF-β1概述

TGF-β1大多由實質細胞產生，此外，浸潤細胞如淋巴細胞、單核細胞、巨噬細胞和血小板也可產生及釋放TGF-β1。TGF-β共有五種亞型，分別為TGF-β1～TGF-β5。在哺乳動物中，TGF-β有三種異構體，分別為TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3。體內的TGF-β1以三種非活性形式存在，分別是TGF-β1與非活性相關肽(LAP)形成的小的非活性復合物；TGF-β1與LAP、非活性TGF-β結合蛋白(LTBP)形成的大的非活性復合物；TGF-β1與蛋白酶抑制物α2巨球蛋白(α2-M)結合形成的TGF-β1/α2-M。絕大多數的TGF-β1都是以以上三種非活性復合物的形式分泌出細胞，其生物活性的產生需要與細胞膜上特異性受體結合。常見的激活方式有：非共價鍵的斷裂或修飾，從而暴露出TGF-β1活性位點；TGF-β1的酶解激活；其它如整合素、糖基化、基質金屬蛋白酶等也可激活TGF-β1。激活后的TGF-β1在細胞增殖、凋亡及膠原蛋白的合成等方面發揮重要作用[2]。TGF-β1存在于機體所有的組織中，以骨、肺、腎及胎盤組織中含量最為豐富。

TGF-β1家族蛋白是多功能細胞因子，在細胞生長和存活、細胞和組織分化、發育、炎癥、免疫和組織重塑和修復等多種生物學過程中起著關鍵性的作用。表面看來，TGF-β1是一種治療因子，它表現出抗炎和纖維化作用，同時誘導傷口愈合。隨著研究的深入，發現 TGF-β1在某些環境中具有重要的抗炎作用，并同時擁有促炎作用。腫瘤發生時，TGF-β1可抑制腫瘤細胞生長，同時增強腫瘤的遷移和侵襲。研究表明，TGF-β1對創面愈合至關重要，可刺激基質分子沉積和血管生成，是導致纖維化疾病發生、病理性瘢痕發生的重要介質。另外，TGF-β1也可誘導組織損傷，誘導細胞凋亡，抑制創面愈合。TGF-β1效應的復雜性可歸因于多個原因，如TGF-β1蛋白的作用隨著靶細胞的活化和分化狀態以及局部微環境中其他刺激因素的存在而發生變化；TGF-β1受體表達的多樣性，對TGF-β1的細胞和組織反應也有顯著影響。然而，導致TGF-β1效應多樣性的機制仍然不明，需要在未來的研究中進一步研究證實。

2 TGF-β1與心肌纖維化

心肌纖維化的特征是ECM的過度沉積和肌成纖維細胞的積聚，是心力衰竭患者心肌重塑的重要特征。心臟成纖維細胞約占成年小鼠心臟細胞總數的20%，可轉化為肌成纖維細胞，具有收縮性，可調節ECM及組織重塑，在心肌梗死后心肌細胞的修復和重構中具有關鍵作用。研究發現，TGF-β1是心肌成纖維細胞合成膠原的有效刺激因子，是ECM產生和成纖維細胞向肌成纖維細胞轉化的主要誘導因子。大量研究表明，心肌纖維化是由TGF-β1介導的。既往研究表明，TGF-β1僅與梗死后的心肌重塑有關。最近的研究表明，擴張型、缺血型和肥厚型心肌病均與TGF-β1水平升高有關。在心臟中，TGF-β1的過度表達和基因敲除模型中均表明，其在誘發心肌纖維化中的重要作用[3]。心肌ECM蛋白的增加會導致心室運動的改變，引起收縮和舒張功能障礙[4]。TGF-β1介導的纖維化也導致心肌電傳播的不均勻，進而導致心律失常的發展[5]。

近年來，靶向TGF-β1的藥物治療在許多心臟疾病的應用中發揮了積極作用。目前研究發現，抑制TGF-β1的表達可以逆轉動物模型中細胞因子的纖維化作用[6]。此外，促進TGF-β1抑制劑表達的基因治療有望預防心肌纖維化，為心肌纖維化的治療提供了新的思路。

3 TGF-β1與腎臟纖維化

持續的炎癥、腎臟完全或者不完全修復可導致腎小管萎縮，發生進行性纖維化、腎功能下降，最終可導致腎功能衰竭[7]。腎纖維化的發生可繼發于原發性或繼發性腎損傷，是多數慢性進展性腎病的最終結局[8]。腎纖維化的發生機制復雜，涉及腎臟實質細胞、浸潤細胞如淋巴細胞、巨噬細胞，內皮細胞、血管平滑肌細胞等[8]。研究發現，TGF-β1在受損腎臟中的表達水平明顯升高，并促進糖尿病、高血壓、缺血性腎小管損傷和尿路梗阻所導致的病理性ECM合成及腎臟纖維化[9]。研究表明，輸尿管閉塞后數小時內，受影響的腎臟表現出靜水力的變化和氧化應激的增加[10,11]，腎小管受到牽張刺激后，又進一步促進TGF-β1的表達(升高約20倍)，同時增加上皮細胞凋亡指數，并導致炎性浸潤的發展[12,13]。在腎臟缺血或梗阻時，維持腎臟TGF-β1的表達會導致組織損傷加重，再生生長受損，甚至導致器官功能的喪失[14,15]。

早期研究發現，抑制TGF-β1的表達可減輕腎臟疾病的發生和發展。TGF-β1中和抗體可減輕創傷引發的腎臟炎癥反應、腎小管上皮細胞凋亡和纖維化[12,16]。此外，應用TGF-β1反義寡核苷酸或小干擾RNA(siRNA)均可抑制Ⅰ型膠原 mRNA表達[17]。TGF-β1作為腎纖維化發生的始動因子，可通過Smad2/3、p53-Smad3等信號通路而促進腎纖維化的發生發展，有望成為治療腎纖維化新的靶點之一[18]。

4 TGF-β1與肺纖維化

特發性肺纖維化是一種典型的肺纖維化，是一種以上皮損傷、纖維增生性基質沉積和實質重塑為特征的漸進性肺疾病。肌成纖維細胞被認為是導致肺臟中膠原和其他ECM積累增加的主要細胞，但這些細胞的起源尚未完全闡明。TGF-β1作為組織纖維化的中樞介質，被認為是控制肺纖維化疾病的治療靶點。

研究發現，TGF-β1在博萊霉素誘導的肺纖維化模型早期即開始表達，并在小鼠肺纖維化模型及人纖維化肺疾病中膠原沉積的部位聚集[19]，并且大部分是具有生物活性的。當TGF-β1過度表達時，可通過Smad3信號通路引起嚙齒類動物嚴重的肺纖維化[20]。研究發現，抑制TGF-β1表達可逆轉肺纖維化過程[21]，表明TGF-β1在肺纖維化過程中發揮重要作用。

TGF-β1在纖維化中的關鍵作用進一步通過人纖維化肺的表達譜證實。微陣列圖譜顯示，纖維化患者的肺中激活的基因中，80%是已知的TGF-β1靶基因[22]。近期研究顯示，TGF-β1轉基因小鼠中，上皮細胞凋亡在肺纖維化病理過程中發揮重要作用，表明TGF-β1通過調節損傷和修復反應在肺纖維化中起關鍵作用。然而，調控TGF-β1的因子及調節TGF-β1參與肺纖維化的基因和其它因素仍然十分廣泛和復雜，仍需相關的研究進一步闡明其內在機制。

5 TGF-β1與肝纖維化

肝纖維化是多種慢性肝病共同的病理過程，是終末期肝細胞癌的主要病因[23]，其特征為纖維化基質在肝臟細胞外間隙的異常沉積[24]。纖維化基質的增加是ECM合成和降解失衡的結果。肝纖維化如得不到有效控制，會使肝硬化、肝功能障礙，最終導致死亡。

在肝臟中，多種細胞類型可以參與調節不同類型損傷的細胞和分子反應，其中，活化肝星狀細胞被認為是肝損傷后肝纖維化發展的中心環節。肝星狀細胞是肝損傷后持續產生ECM組分(例如膠原，纖連蛋白和透明質酸)的主要肝纖維細胞。肝纖維化發生過程中，許多細胞因子及信號分子參與了肝纖維化過程的調節，如生長因子[25]、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)[26]、瘦素[27]和各種整合素[28]。值得注意的是，TGF-β1是肝纖維化發病的關鍵介質[29]。TGF-β1可激活Smad依賴性和非依賴性途徑，發揮其生物學活性。近期研究表明，TGF-β1可能調節一些microRNAs的表達，從而影響肝臟纖維化進程[30]。實驗研究表明，抑制TGF-β1可抑制肝纖維化相關分子的表達[31]。

6 TGF-β1與角膜纖維化

由外傷或感染因素引起的角膜損傷常常導致角膜纖維化，進而導致角膜透明性喪失，嚴重者可導致失明。角膜創傷愈合是一個復雜的過程，涉及多種細胞因子的信號傳導、角膜細胞的活化、成纖維細胞和肌成纖維細胞的形成、ECM的沉積和基質金屬蛋白酶(MMPs)表達的改變等過程。角膜損傷過程中可產生多種不同的細胞因子，其中TGF-β1在角膜纖維化形成中起著重要的作用[32]。

TGF-β1的促角膜纖維化作用是通過多種細胞內信號通路實現的，包括Smad依賴的細胞內信號通路。Smad蛋白家族基于功能分類，包括由受體調控Smad(R-Smads)、共介體Smads(Co-Smads)和抑制劑Smads(I-Smads)三大類。這些Smads蛋白之間的相互作用最終導致靜止期角膜基質細胞向角膜成纖維細胞和肌成纖維細胞轉化。除Smad信號家族外，TGF-β1還可以通過影響MAPKs、MMPs等信號通路介導角膜纖維化。

綜上所述，TGF-β1在心肌、肝臟、肺、腎臟纖維化等疾病中發揮了重要作用，表明TGF-β1是各器官纖維化發生發展的關鍵因素之一。抑制TGF-β1表達或生物活性可減輕各器官組織的纖維化程度，有望成為臨床治療預防纖維化疾病的重要靶點。