TGF-β/Wnt-β-catenin/PPARs軸在高血壓及其靶器官損害中的關聯與交互作用

吳佳蕓，李玲玲，李瑞菡，黃力

(1.北京中醫藥大學，北京 100029； 2.中日友好醫院中西醫結合心內科，北京 100029)

全世界約30%的人患有高血壓，預計到2025年該比例將升至50%[1]。《中國心血管病報告2018》指出，我國心血管疾病人群中高血壓患者約2.45億，占比高達85%[2]。2012—2015年開展的中國高血壓調查顯示，中國成人高血壓患病率為27.9%[3]。作為發病率最高的心血管疾病，高血壓已嚴重危害人類健康，其引起的靶器官損害亦已成為患者主要死因[4]，造成沉重的社會與經濟負擔。

高血壓靶器官損害是指由高血壓引起的心、腦、腎及全身血管系統結構與功能改變，進而導致重要臟器功能失常的病理過程。現代研究表明，高血壓靶器官損害的發生與轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、Wnt-β聯蛋白(β-catenin)及過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proli-ferator-activated receptors，PPARs)這3條信號通路關系密切，三者不僅在高血壓靶器官損害引起的病理改變上有共同之處，在分子機制上更是以TGF-β為核心調控點，通過Smads作為關鍵連接，作用于Wnt-β-catenin通路，兩者又可通過作用于特定元件參與調節下游PPARs的表達，三者交織形成復雜的信息傳遞與調控系統，共同干預血壓變化及靶器官損害的過程[5-13]。因此，深入探討TGF-β、Wnt-β-catenin、PPARs通路與高血壓靶器官損害之間的聯系及交互作用對于從整體和系統的角度重新定位和認知高血壓靶器官損害，調整新的治療策略及科研思路具有重要意義。現就TGF-β/Wnt-β-catenin/PPARs軸在高血壓靶器官損害中的關聯與交互作用予以綜述，以為防治高血壓及其靶器官損害提供參考。

1 TGF-β、Wnt-β-catenin、PPARs信號通路概述

TGF-β1是TGF-β最主要的亞型，通過胞質內的Smads蛋白作為下游信號轉導因子形成TGF-β1-Smads通路，進而成為調控細胞增殖、遷移、分化、凋亡以及促進血管生成、增加細胞外基質(extracellular matrix，ECM)合成的主要途徑。TGF-β1通過結合TGF-βⅡ型受體(transforming growth factor-β typeⅡreceptor，TGF-βRⅡ)募集TGF-βⅠ型受體(transforming growth factor-β typeⅠreceptor，TGF-βRⅠ)，實現自身磷酸化并激活TGF-βRⅠ。TGF-βRⅠ與Smad2和Smad3結合形成四聚體并發生磷酸化，再與Smad4結合形成異源寡聚復合體并轉入核內激活靶基因，介導相應的生物學效應。此外，Smad6、Smad7可與Smad2、Smad3競爭結合TGF-βRⅠ阻斷其磷酸化；同時，Smad6還可阻止Smad4與Smad2、Smad3的結合，進而抑制信號轉導[14]。

Wnt是高度保守的分泌性糖蛋白家族，其通過與胞膜受體結合調節胞內靶基因的表達產生調節細胞生長、增殖、分化、遷移與凋亡等過程。經典Wnt信號通路激活依賴于β-catenin水平的變化。正常狀態下，胞質β-catenin持續維持低水平。受到刺激后，Wnt蛋白與細胞表面卷曲蛋白和低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6結合，激活蓬亂蛋白，下調糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)活性，抑制酪蛋白激酶、軸抑制蛋白1、GSK-3β等組成的β-catenin降解復合體功能，使得胞質β-catenin水平升高。累積的β-catenin進入核內與T細胞因子/淋巴增強因子(T cell factor/lymphoid enhancer factor，TCF/LEF)形成轉錄復合因子引起Wnt下游基因轉錄[15]。

PPARs是由脂肪酸及其衍生物激活的核內激素，分為PPARα、γ、δ三個亞型，在血管、脂肪與心肌組織中均有表達，參與調控炎癥、細胞增殖遷移、凋亡等過程。它是多個信號通路的下游作用點，通過與內外源性配體結合形成復合物，后者與類視黃醇X受體形成異二聚體，移至核內再與靶基因上游啟動子內PPARs反應元件結合調控靶基因轉錄因子的表達產生不同生物效應[16]。

2 TGF-β、Wnt-β-catenin、PPARs信號通路與高血壓靶器官損害

2.1TGF-β信號通路

2.1.1TGF-β通過Smads參與高血壓及血管重構 TGF-β水平與高血壓呈正相關，血壓越高，TGF-β水平越高[17]。研究顯示，高血壓患者的血漿TGF-β1水平明顯高于正常人，且與高血壓靶器官損害密切相關[5]。基礎研究也表明，與正常大鼠相比，自發性高血壓大鼠血管中的TGF-β1信使RNA(messenger RNA，mRNA)和蛋白表達均增加，TGF-β1表達增加可誘導血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)增殖[18]；而阻斷TGF-β1信號通路可有效緩解大鼠高血壓[19]。原位雜交結果進一步顯示，高血壓受損VSMC中的TGF-β1mRNA表達水平亦有升高，活化的TGF-β1能使Smad2/3磷酸化并進入核內，誘導成纖維細胞向促纖維化的肌成纖維細胞表型分化，參與血管重構[20]。此外，許多藥物和單體也被證實是通過調節TGF-β1/Smad信號通路來減少TGF-β1表達并抑制Smads磷酸化，進而抑制VSMC增殖和膠原沉積，發揮逆轉血管重構的作用，如中藥清眩降壓湯[21]。

2.1.2TGF-β1通過Smads參與高血壓左心室肥厚(left ventricular hypertrophy，LVH)、心肌纖維化及腎纖維化 既往研究表明，各種原因引起的LVH均伴隨TGF-β1表達上調，且心室重構與TGF-β1/Smads信號通路的異常激活關系密切[6]；通過介導不同類型Smads的活化與抑制，TGF-β1在高血壓心室重構、心肌纖維化以及腎纖維化中扮演重要角色[22-29]。研究顯示，經血管緊張素(angiotensin，Ang)Ⅱ 誘導的LVH在Smad3基因敲除小鼠中明顯減輕[22]；敲除TGF-βRⅠ/Ⅱ和Smad3后高血壓大鼠心肌纖維化減輕，ECM合成也減少[23]。Smad3抑制劑SIS3能顯著改善高血壓小鼠模型心功能，提高左心室射血分數并抑制LVH和心肌纖維化[24]。而Smad7在肌成纖維細胞中的活化可通過TGF-β受體的下游作用負向調控Smad2/3，抑制心肌重構[25]；同時其通過抑制受體調控的Smads阻斷TGF-β1所致的Ⅰ型膠原mRNA表達，進而抑制高血壓模型的心肌纖維化[26]。此外，TGF-β1/Smad2/3信號在腎源性成纖維細胞損傷后立刻激活，并直接刺激其分化為肌成纖維細胞產生過量的ECM蛋白引起腎纖維化[27-28]；而Smad3信號阻斷或過表達Smad7可有效減輕高血壓模型腎損害，降低血肌酐和尿微量白蛋白水平，抑制腎成纖維細胞膠原與纖維合成[29]。

2.2Wnt-β-catenin信號通路

2.2.1Wnt-β-catenin信號通路通過β-catenin/TCF參與高血壓與血管增殖 Wnt信號通路在高血壓發生中具有關鍵作用，其激活與高血壓直接相關；通過β-catenin與腎素-血管緊張素系統(renin-angiotensin system，RAS)的交互正向反饋激活以及TCF核內因子的轉錄活化，引起血壓升高和VSMC活化增殖。研究發現，Wnt信號在高血壓時處于高度激活[7]；其配體與脈壓直接相關，如高血壓患者存在低密度脂蛋白受體相關蛋白6過表達[30]、轉錄因子7類似物2活化異常等均與血壓升高密切相關[31]；而β-catenin/RAS間的反饋作用是促進GSK-3β啟動RAS降解過程的重要分子開關[32]。此外，Wnt信號主導周細胞和VSMC中的肌纖維表型轉換和脂肪生成過程[33]，其激活可顯著促進VSMC的增殖，如其可引起瓦氏效應產生缺氧抑制因子1繼而導致糖酵解增加、乳酸堆積，造成VSMC增殖遷移[34]。而Wang等[35]通過分別向大鼠主動脈VSMC轉染變異的β-catenin基因和無活性TCF-4基因并進一步檢測轉染后細胞β-catenin與TCF-4表達的活性發現，Wnt可通過β-catenin與TCF-4活化促進VSMC增殖，引起血管重構。

2.2.2Wnt-β-catenin信號通路通過該通路多個成員參與高血壓、LVH、心肌纖維化及腎損害 Wnt信號通路的各個成員(包括Wnt配體、卷曲蛋白、GSK-3β等)均參與了高血壓以及高血壓相關LVH的發生；且Wnt信號通路的過度激活可促進腎小球足突細胞的凋亡，引發腎臟纖維化，加重腎損害。在慢性灌注AngⅡ誘發的高血壓大鼠模型中，8個Wnt配體被誘導出現，并參與激活心肌細胞和心肌成纖維細胞中的β-catenin；而該通路抑制劑ICG-001可有效阻斷Wnt-β-catenin信號，抑制相關基因表達并逆轉LVH與心肌纖維化[36]。不同高血壓大鼠模型相關研究發現，左心室質量與卷曲蛋白2 mRNA水平呈正相關[37]，而與Dickkopf相關蛋白3(Wnt信號通路抑制劑)mRNA水平呈負相關[38]；在自發性高血壓大鼠心肌組織中，具有抑制Wnt信號通路作用的Dickkopf相關蛋白1及GSK-3β水平均明顯下降[39]。此外，兩腎一夾法誘導的高血壓大鼠腎組織中β-catenin及其下游靶基因表達產物水平升高而GSK-3β下降，而經依那普利降壓治療后各指標改善，提示Wnt激活參與高血壓腎纖維化過程[40]。

2.3PPARs信號通路

2.3.1PPARs信號通路通過多層面作用參與高血壓、VSMC增殖及血管重構 PPARs的表達可從基因和內分泌等多層面影響高血壓的發生；其不同亞型在抑制高血壓狀態下VSMC的增殖中具有不同作用，其中PPARα和PPARγ均能抑制VSMC表型轉化，阻止血管重構。研究發現，PPARγ基因缺失突變的個體會出現嚴重的早發性高血壓[8]；通過調節腦和肌肉芳香烴受體核轉運樣蛋白1水平，PPARγ參與調控人體血壓和心率的晝夜節律[41]。同時，PPARγ還可通過抑制VSMC向未分化表型的轉化改善高血壓血管重構和內皮功能[42]；并能通過阻礙炎癥因子表達而降低AngⅡ灌注誘導的高血壓大鼠血壓，糾正血管重構[43]。此外，長鏈非編碼RNA母系印記基因8可通過促進PPARα蛋白表達抑制VSMC的增殖、遷移、分化以及凋亡[44]。

2.3.2PPARs信號通路通過多個機制參與高血壓、LVH、心肌纖維化、腎損害 通過調節心肌細胞的脂肪酸代謝和葡萄糖轉運蛋白的水平、抑制炎癥及氧化應激反應等，PPARs在減輕LVH、心肌纖維化及腎損傷中具有重要意義。研究顯示，在心臟高度表達的PPARα的激活有利于改善LVH，預防心功能惡化[45]；其可通過抑制磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路的激活與增加叉頭框蛋白O1的表達抑制LVH[46]。而PPARγ蛋白和mRNA表達水平在肥厚心肌中顯著降低，提示PPARγ表達受抑制可能參與了高血壓相關的LVH[47]。另有研究發現，在腎臟近曲小管上皮行使其正常功能過程中，PPARγ激活起決定性作用，其可抵抗氧化應激及線粒體變性以保護腎臟[48]。此外，PPARs的激動可通過減少炎癥因子及阻止TGF-β過表達等預防腎損傷[49]。

3 TGF-β、Wnt-β-catenin、PPARs通路在高血壓靶器官損害中的交互作用

3.1TGF-β與PPARs信號通路 TGF-β與PPARs信號通路間存在相互抑制作用。TGF-β可激活下游Smads蛋白，Smads蛋白通過結合到PPARs啟動子的TGF抑制元件或Smad結合元件(Smad binding element，SBE)上阻斷PPARs信號轉導，同時促使受體激活型Smads基因表達增加，進一步降低PPARs基因轉錄水平調控靶生物學效應；而PPARs的活化反過來也能阻斷TGF-β介導的纖維化過程，兩者互相拮抗。

研究發現，TGF-β通路對PPARγ的抑制作用在促進纖維細胞向肌成纖維細胞轉化中起關鍵作用，且可阻礙壓力超負荷小鼠心肌中PPARγ的表達[50]。TGF-βRⅡ顯性負性突變的轉基因小鼠體內PPARγ抑制現象被消除，且伴隨TGF-β/Smad3信號轉導減弱[51]。TGF-β/Smad3通路高度激活后，主要通過在PPARγ啟動處形成功能轉錄復合體(包括Smad3、轉錄共抑制因子Sin3A與組蛋白去乙酰化酶1)致使內源性抗纖維化的PPARγ基因轉錄受阻[9]，繼而促進心肌纖維化。進一步細胞實驗證實，共轉染SMAD3/4可顯著降低PPARs啟動子活性[52]；其機制可能為：TGF-β能促進Smads-E2F4-p107復合體(主要為Smad3、Smad4)的形成，該復合體移至核內，在某些關鍵核苷酸的存在下，與PPARs啟動子上的TGF抑制元件或SBE結合阻斷PPARs基因表達。若SBE突變，則TGF-β下調PPARγ的轉錄能力將大大降低[12]；而擾亂溶血磷脂酸受體1的其中一個TGF抑制元件可完全消除TGF-β介導的轉錄抑制作用[53]。

另一方面，激活PPARs信號或應用PPARs拮抗劑可對TGF-β信號通路進行負向調節。研究顯示，PPARγ可抑制TGF-β誘導的膠原沉積和肌成纖維細胞分化[54]；在腹主動脈結扎誘導的壓力負荷超載大鼠中，PPARγ激活可通過作用于核因子κB通路抑制TGF-β1表達，阻止心室重構[55]；而應用左旋肉堿可激活PPARs，抑制TGF-β信號進而阻止高血壓相關的LVH與心肌纖維化[56]；此外，口服PPARγ受體激動劑吡格列酮能通過減少早期生長反應蛋白1、信號轉導及轉錄激活因子3和激活蛋白1的表達，顯著減輕TGF-β誘導的腎纖維化[57]。

3.2TGF-β與Wnt-β-catenin信號通路 TGF-β與Wnt-β-catenin通路之間表現為協同作用，尤其在促進成纖維細胞增殖分化、ECM沉積及組織纖維化方面有共同作用。TGF-β信號可誘導Wnt/β-catenin超家族表達，反過來Wnt激活可增強TGF/Smads信號，兩者形成正反饋調節，而該調節回路中的一個關鍵作用點為Smads與β-catenin/TCF的聯合交互調節。許多Wnt和TGF-β應答基因的啟動子區域常存在并排的SBE和TCF或LEF1結合位點；同時，Smads與Wnt通路中的β-catenin和TCF/LEF存在直接或間接的聯系，它們通過交互作用結合到各自識別的序列上協同激活下游因子轉錄。

TGF-β可誘導Wnt信號通路中關鍵因子β-catenin進行迅速的核內轉移，調控間充質細胞等的增殖分化，并能作用于TGF-βRⅠ促進肌成纖維細胞分化[58]；TGF-β/Smad3激活可上調VSMC中Wnt4等的水平并抑制β-catenin降解[59]。同時，TGF-β可通過降低β-catenin、卷曲蛋白7受體蛋白水平和影響Smads與β-catenin/TCF4之間的相互作用減弱Wnt信號轉導，調控細胞的增殖和凋亡[60]。此外，與未敲除TGF-βRⅡ小鼠相比，敲除TGF-βRⅡ小鼠腎小管上皮細胞內β-catenin活性下降，而增加敲除TGF-βRⅡ細胞的β-catenin活性可加重損害反應[10]。可見，TGF-β與Wnt信號通路之間可能存在相互激活、共同促進的作用特點。

Wnt信號激活是TGF-β誘導纖維化過程中的必要條件。Wnt通路激活可抑制GSK3-β活性，阻斷Ser204連接區Smad3磷酸化，使Smad3表達水平升高；GSK-3β對TGF-β和Wnt信號的生物學響應體現在對Smad1或Smad3進行磷酸化修飾的作用上，該作用使得Smad1或Smad3蛋白遭到破壞[11]。GSK3-β缺乏或活性抑制在心肌成纖維細胞中表現為促纖維化反應的增強和Smad3激活[61]；而Smad3介導β-catenin向核內轉運又與TGF-β誘導的Smad3磷酸化及Smad3與GSK-3β相互作用密切相關[62]。可見，Smad3、GSK-3β及β-catenin是TGF-β、Wnt信號通路之間信號轉導及產生網絡聯系的重要節點。TGF-β通過Smads刺激Wnt蛋白生成，激活Wnt信號，使得GSK-3β失活而致β-catenin累積引發纖維化；而Wnt激活又可通過GSK3-β與β-catenin活化鞏固TGF/Smads的反應。

3.3Wnt-β-catenin與PPARs信號通路 Wnt-β-catenin通路激活可引起PPARγ失活，而PPARγ表達水平升高可抑制Wnt信號傳遞。兩者一方面可通過位于PPARγ上的TCF/LEF β-catenin結構域和結合β-catenin的結構域進行相互作用；另一方面也以RAS作為聯系樞紐相互影響。

研究發現，β-catenin水平升高是PPARγ表達減少的原因[63]，而PPARγ是對β-catenin有負向調節作用的因子[13]。PPARγ可通過直接與β-catenin相互作用以及激活Wnt抑制劑的表達拮抗Wnt信號，抑制VSMC增殖遷移[64]。PPARs能夠增強Dickkopf-1活性，減少Wnt信號激活，抑制成纖維細胞的分化[65]和左心室纖維化[66]；但局限于心臟內的PPARα過表達則可下調PPARγ，從而上調Wnt-β-catenin[67]。深入研究發現，PPARγ對Wnt信號通路的抑制是通過其內部的β-catenin結合域將磷酸化的β-catenin靶向連接到蛋白酶體的過程來實現；相反，β-catenin又可通過TCF/LEF結合域參與的生物學過程來抑制PPARγ的活性，并抵抗蛋白酶體降解[68]。可見，Wnt與PPARs信號通路之間的相互聯系是通過位于PPARγ上的TCF/LEF β-catenin結構域和結合β-catenin的結構域來實現。

此外，RAS激活是溝通聯系Wnt-β-catenin與PPARs信號通路的樞紐，其與Wnt激活存在正向調節關系[69]，而與PPARγ互為反向調節[70]。研究發現，AngⅡ可刺激β-catenin水平升高繼而活化Ang受體1[71]，并可通過影響纖維連接素、Ⅰ型膠原以及Wnt通路的靶基因(細胞骨髓細胞瘤病毒癌基因與細胞周期蛋白D1)的產生引起β-catenin堆積，促進VSMC轉化[72]；而應用ICG-001可阻斷Wnt信號轉導，引起RAS失活[73]。PPARs則可通過抑制Ang受體1和血管緊張素轉換酶來削減RAS的作用[67，74]；PPARγ激動劑通過調節RAS，可有效改善血壓與血管功能[75]。研究顯示，血管緊張素轉換酶抑制劑雷米普利和Ang受體阻滯劑厄貝沙坦可分別通過恢復高血壓大鼠模型PPARγ的水平和增加血管緊張素轉換酶2的表達促進血管舒張[76]。

4 TGF-β/Wnt/PPARs信號軸系統

綜上可看出，TGF-β、Wnt-β-catenin、PPARs 3條信號通路在引起高血壓及其靶器官損害方面存在密切聯系。首先，從病理過程講，它們均參與高血壓及高血壓靶器官損害(包括血管重構、心肌肥厚、心肌纖維化、腎損害及腎纖維化等)病理損害過程。其次，從分子機制上，TGF-β/Wnt-β-catenin/PPARs信號軸在高血壓靶器官損害中發揮作用是以TGF-β為關鍵調控點，Smads則作為核心連接點與調節樞紐，一方面Smads通過形成復合體與PPAR啟動子上的TGF抑制元件或SBE結合抑制PPAR基因表達來調節下游PPARs信號通路；另一方面，Smads又與β-catenin和TCF/LEF存在直接和間接聯系，如Smad3、Smad4可直接作用于TCF/LEF，而Smad7不僅直接聯系β-catenin和TCF/LEF，更能作為調控因子參與調節其他Smads與β-catenin之間的聯系，作用于Wnt-β-catenin通路引發靶生物學效應。而Wnt信號通路與PPARs一方面可通過位于PPARγ上的TCF/LEF β-catenin結構域和結合β-catenin的結構域產生溝通聯系，實現互相調節；另一方面又可通過對RAS的調控來實現彼此的信息交流與信號反饋，兩者之間互相抑制(圖1)。

5 小 結

TGF-β、Wnt-β-catenin及PPARs信號通路是與高血壓及其靶器官損害密切相關的3條通路，三者通過Smads、β-catenin/TCF、PPARs內部β-catenin結合域等關鍵元件產生交互作用與信號聯系，通過介導各層次細胞因子轉導共同參與血壓變化、血管重構、LVH、心肌纖維化以及腎臟纖維化的病理過程。

從微觀分子變化到宏觀病理改變，高血壓靶器官損害引起的是全方位、多系統、多臟器、多通路、多因子的綜合改變，因此從TGF-β/Wnt-β-catenin/PPARs信號軸的角度揭示高血壓及其靶器官損害的發病機制有利于系統掌握疾病模型在分子-細胞-組織層面上上下游因子間的互動與調節狀態，為高血壓及其靶器官損害相關的基礎研究提供設計思路，同時也有利于從系統調控的角度尋找改善和治療高血壓及其靶器官損害的新方法。