TGF-β相關信號通路與早產兒支氣管肺發育不良的研究進展

鄭雪媚 王少華

南華大學附屬深圳市福田區婦幼保健院兒科(廣東 深圳 518045)

BPD是早產兒尤其是極低出生體重兒常見并發癥之一，在早產兒眾多呼吸疾病中最為常見，不僅導致新生兒患病率增加而且已經成為新生兒死亡最重要的疾病之一[1]。目前 BPD發病率隨著早產兒救治率的提高逐年增加[2]。BPD發病機制仍不明確，無有效防治方法，臨床預后差，早期診斷BPD并及時干預是提高預后的關鍵[3]。BPD發病危險因素包括機械通氣和氧中毒，影響未成熟肺，導致肺泡和血管受損。疾病的發展受到炎癥、細胞外基質重塑和細胞凋亡的影響，與生長因子信號傳導失調密切相關[4]。轉化生長因子-β(TGF-β)最主要的作用是促進纖維化，而BPD的發生主要是肺細胞損傷后再纖維化修復的病理生理過程，肺組織纖維化是影響肺功能的重要原因之一[5]。這提示TGF-β與BPD發生密切相關。TGF-β水平對BPD診斷有一定特異性，動態檢測TGF-β對準確判斷BPD病情和預后具有一定的臨床意義[6]。

1 TGF-β的概述

TGF-β是一類多肽超家族，主要分布于哺乳動物組織和細胞中，主要表達于肺、腎、骨及胎盤等組織器官，在細胞的生長、增殖、分化、免疫調節和細胞外基質的合成等生物學過程中充當重要的細胞調節生長因子。目前TGF-β主要有三種亞型：TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3，其中TGF-β1對肺組織的發育及維持肺的呼吸功能起著非常重要的作用[7]。

2 TGF-β信號通路在BPD中的影響

TGF-β1的信號通路主要分為Smads蛋白依賴型通路與非Smads蛋白依賴型通路。TGF-β與多條信號通路存在交互關系:TGF-β/Smads通路與相應蛋白質做出直接和非直接的聯系，且TGF-β調控多種目標基因的轉錄和非轉錄活動[8,9]。TGF-β1必須要與其相應受體結合才能激活相關的信號通路。TGF-β1受體分為3型，發揮重要作用主要是I/II兩型，Ⅰ型受體主要分布于肺泡上皮細胞、支氣管、成纖維細胞、血管內皮細胞及血管壁平滑肌細胞內,在纖維化灶中表達較多。TGF-β1結合Ⅱ型受體后,磷酸化Ⅰ型受體的絲甘氨酸,再與Ⅰ型受體相結合形成異源三聚體復合物，最后激活其下游信號通路[10，11]。

2.1Smads蛋白依賴型通路 Smads蛋白依賴型通路Smad信號是TGF-β1下游的一條重要通路。TGF-β1與Ⅱ型受體結合并將其激活，調控細胞的轉錄，促進成纖維細胞分化、增殖，并且抑制其凋亡、肺泡上皮細胞-間質細胞轉化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)和生長因子等釋放，抑制細胞外基質(extracellular matrix，ECM)的降解，從而引起肺纖維化。

2.2非Smads蛋白依賴型通路

2.2.1 MAPK通路 MAPK信號轉導通路是經典的有絲分裂通路,是信號從細胞表面傳導到細胞核內的重要傳遞者,包括ERK1/ERK2/ERK5、JNK和P38MAPK，共同參與了細胞的增殖、轉化及凋亡等過程[12]。TGF-β1可誘導并激活MAPK信號通路，使ECM沉積增加，促進肺纖維化生成[13]。

ERK主要有ERK1、ERK2兩個亞型。ERK呈瀑布式反應,通過Ras-RafMEK-ERK這一級聯反應參與膠原的基因表達調控[14]。血管緊張素Ⅱ(angⅡ)、TGF-β1、血小板源性生長因子(platelet derived growth factor,PDGF)等多種細胞因子均能激活ERK1/2信號通路,提示ERK有可能是多種細胞因子與蛋白激酶發生反應的相匯點[15]。Suji Kim等[16]研究得出,TGF-β1介導的ERK5信號轉導通路調節肺纖維化是通過增強Smad3蛋白的乙酰化來實現的。通過抑制ERK5可阻斷TGF-β1信號Smad3轉錄活性,從而抑制肺纖維化。

JNK信號通路主要由MAPKKK(包括MEKKS,MLKS,ASKS和AK)→MAPKK(包括MKK4和MKK7)→JNK激酶級聯組成[17]。當細胞受到多種因素刺激時，JNK信號通路立即做出傳遞應答，參與調控細胞的增殖、分化、凋亡等生理病理過程。JNK在肺纖維化過程中強表達，TGF-β1誘導肺纖維化模型，JNK蛋白表達增加，通過阻斷JNK信號通路可減輕肺纖維化程度，提示JNK信號通路參與了肺纖維化過程，還可能與TGF-β1關系密切[18]。

P38MAPK通路是通過激活細胞骨架相關蛋白、促進轉錄因子磷酸化和酶來調節細胞的生長、發育及相關生物學功能[19]。TGF-β1受體復合物被激活后逐漸促進P38MAPK活化，其關鍵靶基因被轉錄，誘導EMT的表達，促進肺成纖維細胞合成膠原蛋白,從而促進肺纖維化的形成。此通路也被認為和肺纖維化的關系最密切[20,21]。

2.2.2 Notch通路 Notch信號通路主要由Notch受體、配體(DSL蛋白)、轉錄因子及細胞內效應分子 (CSL-DNA結合蛋白) 等組成的一條非常保守的信號通路[22]。近年研究發現肺組織發育與Notch通路密切相關，其主要通過調節肺細胞的增殖及分化，誘導肺細胞的分化方向，參與肺組織發育肺各個階段。Yang等研究發現整個宮內胎肺發育階段，Notch1持續表達，生后Notch1主要發現在肺泡上皮細胞內含量升高，Notch3主要表達于血管內皮細胞，Notch配體Jagged1、Jagged2主要存在于肺間質[23]。

在Notch信號通路中，Notch-1是TGF-β1的效應基因，TGF-β1是Notch信號通路激活的關鍵細胞因子[24]。Notch信號通路不僅可以直接促進EMT的發生還可以和其他相關信號通路相互促進EMT，其中TGFβ/Smad途徑為主要信號通路。近期一項研究證實,與EMT相關最主要的信號通路是TGF-β信號通路[23]。TGF-β通過下游蛋白Smad3上調Notch配體Jagged1及其靶基因Heyl的表達，再通過作用于下游靶基因Slug使其與E-鈣黏蛋白的啟動子結合，E-鈣黏蛋白被抑制，從而促進EMT發生，最終導致肺間質纖維化[25]。

2.2.3 Wnt通路 Wnt信號通路是復雜的蛋白質作用網絡,可分為經典的β-catenin依賴通路和非經典的Ca2+依賴及JNK依賴通路。近期研究發現Wnt/β-catenin通路和TGF-β1/Smads通路間有重要聯系。Tian等[26]學者研究發現TGF-β1通過調控可使細胞核內產生Smad3/β-catenin復合物，β-catenin可以輔助Smad誘導EMT發生，通過敲除β-catenin基因EMT過程被抑制，而p-Smad2/3與Smad4形成有功能的轉錄復合體，使β-catenin和細胞核內轉錄因子T細胞因子(T cell facor/lymphoid enhancer factor,TCF/LEF)結合，調控靶基因轉錄，進而發生EMT[27]，均提示TGF-β1與β-catenin通路相互聯系。

3 TGF-β與BPD

在BPD的發生過程中，存在肺組織的異常修復和纖維化過程，肺纖維化是BPD 的病理發展過程中的重要組成部分。眾多細胞因子參與肺纖維化過程，其中TGF-β1為肺纖維化形成過程中的重要細胞因子，可促進成纖維細胞的增殖、分化與生長，抑制上皮細胞和內皮細胞的增殖，上調膠原mRNA表達水平，導致膠原蛋白合成增加、降解減少[28]。許多研究表明[29]，TGF-β1是目前發現的最強的致纖維化因子。

3.1基礎研究 魏麗等[30]通過免疫組化法檢測小鼠肺纖維化組織中的TGF-β1，主要表達于小鼠肺支氣管和肺成纖維細胞灶，并且TGF-β1的表達隨著纖維化加重而增強。在肺間質纖維化的發生發展過程中，TGF-β1是致纖維化的關鍵因子[31]，通過阻斷TGF-β1表達或阻斷其相關通路或抑制其表達可做為治療肺纖維化的新思路，成為肺纖維化治療的新方法。

3.2臨床研究 早產兒生后機械通氣、吸氧、感染等均可能誘導BPD 發生，其中機械通氣造成的壓力傷和高氧導致的氧化應激性損傷均可加重BPD嚴重程度[32]。TGF-β等細胞因子發揮了抗感染、促纖維化及調節新生血管形成的作用[33]。

萬成等[34]通過檢測80例早產兒支氣管肺泡灌洗液中TGF-β1含量，發現BPD 早產兒的TGF-β1水平明顯高于非 BPD 早產兒，而中重度BPD組早產兒的TGF-β1水平明顯高于輕度BPD組早產兒。此研究表明TGF-β1水平與 BPD 嚴重程度呈正相關。在高氧暴露過程中，機體產生過多的氧自由基，既直接刺激肺泡巨噬細胞分泌TGF-β1，又可導致組織中細胞脂膜過氧化，引起細胞損傷，受損傷的細胞如肺泡上皮細胞、毛細血管內皮細胞和肺泡巨噬細胞等釋放TGF-β1等大量細胞因子和炎性介質，從而引起肺纖維化形成。黃勇等[35]發現機械通氣前血漿及機械通氣初始支氣管肺泡灌洗液中高水平的TGF-β1可能與 BPD 患兒肺發育不成熟度相關。研究表明TGF-β1活化后，可以促進早產兒肺損傷及肺纖維化，導致 BPD 的發生。患兒血漿TGF-β1濃度隨著機械通氣時間延長而增加。動態檢測機械通氣早產兒血漿和支氣管肺泡灌洗液中TGF-β1水平，有利于監測機械通氣肺損傷的發生發展情況，對 BPD 早期診斷及治療具有臨床應用前景。

綜上所述，BPD 發病機制是一個多系統網絡共同參與的復雜病理生理過程，BPD 研究的最終目的是預防 BPD 的發生和改善 BPD患兒的預后。隨著BPD 的分子機制研究持續深入更新，對肺發育、損傷及修復的基礎生物學研究，定能為臨床預防和治療 BPD 提供新的思路和理論依據。在信號網絡中，TGF-β為關鍵樞紐，是各個信號通路的中心，與下游通路連接焦點。因此，TGF-β的研究可能是打開早產兒BPD發病機制的鑰匙之一。