TGFβ与肾小管间质纤维化的研究进展--《广东医学院学报》--医学期刊频道--首席医学网

【关键词】  转化生长因子；肾小管间质纤维化；综述文献

　由体内分泌的信号分子组成的转化生长因子Beta（TGFβ）超家族，目前已知约有30多种蛋白，TGFβ除调节细胞功能外，还参与了细胞发育和致癌作用，同时是导致体内纤维化最强和最广泛的介质之一，尤其在肺纤维化、肝纤维化、慢性胰腺炎、硬皮病和肾小球纤维化及放疗、化疗和组织移植中并发的多器官纤维化方面，TGFβ为重要的介质之一［1］。临床和实验研究提供的大量证据表明，TGFβ在肾小管间质纤维化发生机制中起重要作用。因此，了解TGFβ的生物学活性及其信号转导途径，对肾小管间质纤维化的防治，有效延缓肾衰竭的进展有着重要的临床意义。

　　1  TGFβ的结构、功能与生物学活性

　　1.1  TGFβ的分子结构TGFβ的分子量25KD，是由两个分子量为12.5KD的亚基通过二硫键连接而成的同源二聚体，二聚体形式的TGFβ才具有生物活性［2］。新合成的二聚体与一种相关肽（Latent associate petide, LAP）以非共价键形成无活性的小的复合物，LAP再与TGFβ结合蛋白（latene TGFβ Binding protein, LTBP）以二硫键形成大的休眠复合物［3］，此复合物储存在血小板α颗粒中，作为体内最大的贮库，或由碳水化合物促进其分泌到细胞外。TGFβ分为五种同分异构体：TGFβ1~TGFβ5。哺乳动物主要有TGFβ1，TGFβ2，TGFβ3 3种形式，TGFβ1和β3的基因为100kb，TGFβ2为70　kb，它们的生物学特性基本相同，其中以TGFβ1最重要。

　　1.2  TGFβ的合成、激活、降解的过程

　　1.2.1  合成  机体大部分细胞都能合成TGFβ，机体内环境的改变，如一些因子TNFα、IL1β和血流压力的改变可刺激细胞内的核转录因子（NFKB/Rel），随后，NTKB/Rel二聚体转入细胞核内，与一些启动子结合，合成IL8、ICAM1、Eselectin、VcAM1等细胞因子，促使细胞合成大量的活性增高的TGFβ［4］。

　　1.2.2  激活  新合成的TGFβ无活性，必须经蛋白酶切去N末端的潜活相关肽（LAP）才能被激活。体内有多种因素可切去LAP而形成活性形式的TGFβ，在细胞培养中，加热、强酸、强碱、电离辐射等可使TGFβ与LAP裂解，激活TGFβ，在体内TGFβ通过整合素6，甘露糖6磷酸盐受体，MMP2和MMP2及血小板刺激素1等多种机制被激活。TGFβ的激活与失活受多种蛋白酶系统的调控，如纤溶酶原/纤溶酶［5］。

　　1.2.3  降解  血浆中已激活的TGFβ与修饰素（decorin）、α巨球蛋白结合形成的复合物通常可被肝细胞上的M6PR摄取、代谢，或由炎症区的蛋白酶或弹性蛋白酶降解，有一部分则随小便排出体外。

　　1.3  TGFβ的功能

　　作为功能复杂的多肽类生长因子，通过促细胞外基质积聚，诱导细胞表型转分化，免疫调节等方面调节细胞功能和器官纤维化［6］，主要表现在：

　　1.3.1  细胞增殖  大多数体外培养的细胞可被TGFβ抑制，主要是通过抑制G1晚期细胞向S期转化及抑制cmyc和cfos的合成。

　　1.3.2  细胞外基质（ECM）积聚  在调节ECM代谢的细胞因子中，与ECM积聚关系最密切的是TGFβ，其主要通过以下环节导致ECM过度积聚：（1）刺激ECM成分如糖蛋白、纤维连结素、黏蛋白等的合成；（2）TGFβ通过抑制ECM降解酶（如基质金属蛋白酶、纤溶酶原激活物）的活性，增强这些降解酶抑制物的活性，从而减少ECM的降解能力；（3）TGFβ能促进细胞表达αSMA，使其活化并发生表型转化，转变为肌成纤维细胞（MFB），后者能合成和分泌大量胶原等ECM成分［7］；（4）TGFβ能增加ECM受体的表达，促进ECM与细胞粘附。

　　1.3.3  免疫调节  TGFβ调节T细胞、B细胞、巨噬细胞等的发育成熟和活性，抑制机体免疫，促进肥大细胞包括表皮郎格罕细胞和淋巴结内滤泡树突细胞的发育成熟，抑制前B细胞和成熟B细胞表面IgM、IgD、IgA，转铁蛋白受体的表达，促进单核/巨噬细胞的吞噬活性，刺激它们产生其它细胞因子。

　　2  TGFβ受体与受体信号转导途径

　　2.1  TGFβ受体细胞膜上至少有3种TGFβ受体：Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型。Ⅱ型受体能直接与游离配体结合，是主要的信号转导受体。Ⅰ型受体不能直接与配体结合，其作用类似于一种换能器。Ⅲ型受体是一种膜固定蛋白，本身不参与信号转导，主要是吸引TGFβ储存在细胞周围环境并呈递于其它受体，增加TGFβ与受体的结合力［8］。每种受体又分为Ⅰ型和Ⅱ型，它们的共同特征是都含有丝/苏氨酸蛋白激酶区。TGFβ RⅡ蛋白定位于肾小管及集合管上皮细胞的基底面、腔面及侧面，或呈与基底膜相垂直的基底部纵纹出现于一些细胞的胞质内［9］。

　　2.2  TGFβ受体信号转导途径TGFβ以自分泌、旁分泌和内分泌的方式，通过细胞表面复杂的受体信号转导途径调控细胞的增殖、分化和凋亡，具有双向调节作用。激活后的TGFβ和受体结合，与细胞内受动器（被称为Smads）将信号传输给细胞核，是一个既依赖于Smads通道，又独立于Smads通道的复杂的多水平的转导途径：TGFβ首先与Ⅱ型受体结合成复合物，TGFβ RⅡ二聚化后与TGFβ RⅠ结合形成四聚体，同时TGFβ发生构系的改变，被TGFβ RⅠ所识别并结合，形成TGFβ RⅡTGFβTGFβ RⅠ复合物，复合物中TGFβ RⅠ被TGFβ RⅡ磷酸化后激活TGFβ RⅠ，将信号转入细胞内，使Smads2、3蛋白中的丝氨酸磷酸化，此步骤可被Smad7抑制。磷酸化的Smad2，3蛋白与Smad4蛋白结合转运到细胞核，它们可能和另外一些转录因子相互作用或相互激活，来调节靶基因的转录。激活的转录因子（cmyc，fos等）可引起细胞增殖和Ⅰ型胶原的表达［10］。另TGFβ可激活Smads蛋白介导的细胞外基质信号调节激酶［11］/丝裂原激活蛋白酶［11］（ERK/MAPK）的通路，对调节细胞的增殖和基质胶原的合成起补充或协同作用。 

　　3  TGFβ与肾小管间质纤维化

　　肾小管萎缩和消失，肾间质淋巴和单核细胞浸润及纤维组织增生，称为肾小管间质纤维化（tubulointerstitial fibrosis）。肾小管间质纤维化不仅可发生在小管间质病变的情况下，一些肾小球病变也常伴有明显的小管间质纤维化，二者互相影响，相互促进。肾小管间质病变与肾小球滤过率之间均呈高度相关性，小管间质纤维化程度预示着肾功能受损严重性，决定慢性肾脏疾病患者的预后。在肾脏疾病中，由于残存肾单位的肾小管代偿性耗氧量增加，促进肾小管上皮细胞产生氨和氧自由基增多，可引起补体活化，产生膜攻击复合物Csb9，激活肾小管上皮细胞产生细胞因子和胶原，进而导致间质成纤维细胞和间质纤维化［12］。在这些细胞因子中，TGFβ的作用是较明显的。低氧、低血清、高糖、高蛋白可直接引起人近端肾小管上皮细胞TGFβ的表达增加［13］，继而在肾小管间质纤维化的发生发展中多个环节起作用［14］，主要表现在：（1）刺激肾小管上皮细胞Ⅳ型胶原及蛋白聚糖表达，增加Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型胶原和非胶原糖蛋白等ECM成分的合成，使过多的ECM在小管周围沉积。（2）通过抑制胶原酶、丝氨酸蛋白激酶和纤溶酶原激活物（PA）的活性及金属蛋白酶组织抑制物（TIMP）的活性，从而抑制ECM的降解。（3）刺激小管上皮细胞转分化为肌成纤维细胞（MFB），可能在肾间质纤维化的发生机制中起重要作用［15］。正常肾脏中几乎不存在MFB，但在一定条件下，肾小管等肾脏因有细胞可转变为MFB，是肾间质、纤维化中成纤维细胞的一个来源，发生在肾小管的转分化被称为上皮细胞一间充质细胞转化（epithelialmesenchymal transformation）或称小管上皮细胞MFB转分化（tubular epithelial myofibroblast transdifferentiation）TGFβ1能以剂量依赖方式刺激体外培养大鼠肾小管上皮细胞系（NRK52E）向MFB转分化［16］。TGFβ与EGF结合，能更有效地诱导小管上皮细胞表达αSMA和波形蛋白，并失去其原有的上皮细胞标记。IL1诱导体外培养的正常小鼠肾小管上皮细胞表达αSMA即发生了表型转化，但加入抗TGFβ抗体后，IL1的促转型作用消失，说明IL1的促转型作用是TGFβ1介导的［17］。在病理条件下，TGFβ1可能通过以下4个步骤导致肾小管上皮细胞向肌成纤维细胞转化：①促使肾小管上皮细胞（tubular epithelial cells, TECs）丧失上皮粘性特点；②αSMA的重新表达和肌动蛋白重组；③裂解管状基底膜（tubular basement membrane, TBM），增加MMP2和MMP9的产生；④提高TEC的迁移能力和入侵［18，19］。（4）增加ECM受体如整合素（integrin）及其它基质蛋白受体表达。整合素表达的增加使整个细胞的骨架与ECM蛋白成分紧密连接，从而增加了细胞基质的相互作用。（5）TGFβ通过特异膜受体，以自分泌和旁分泌方式作用于纤维细胞和单核巨噬细胞，促进细胞外基质及其它细胞因子的表达分泌，从而促进纤维化进程，这可能是肾小管间质纤维化病变机制的重要环节［20］。（6）TGFβ能刺激骨调素(osteopontin,OPN)和内皮素(endothelin,ET)的产生，OPN能介导肾间质巨噬细胞浸润和间质纤维化［21］，ET能介导肾纤维化［22］。

　　4  TGFβ的治疗展望

　　近年来，TGFβ作为纤维化进程中重要的细胞因子，其与肾小管间质纤维化的关系，已被大量的动物实验、临床病理和人类肾脏疾病的研究所证实，因此寻找和研究能阻止TGFβ产生和拮抗过高的TGFβ生物活性的药物十分必要,对阻止肾间质纤维化的进展有重要的临床意义。
　　4.1  修饰素（decorin）又称核心蛋白聚糖、PGⅡ、PGS2或PG4O，是属于细胞外富含亮系酸的小分子蛋白聚糖，与TGFβ结合并降低其生物活性，而TGFβ能抑制修饰素聚糖基因的表达。临床实验证实，TGFβ与修饰素mRNA水平呈明显负相关，Ⅰ型胶原基因启动子中既有TGFβ结合元件，也有核蛋白聚糖结合元件，因此TGFβ与修饰素相互作用可抑制Ⅰ型胶原的合成。目前是将修饰素cDNA注入宿主骨骼肌内，使骨骼肌细胞利用cDNA合成修饰素蛋白并分泌入血的基因疗法，在实验动物中治疗大鼠的肾脏硬化，已取得了较好的疗效［23］。

　　4.2  血管紧张素转换酶抑制剂和血管紧张素受体拮抗剂近年发现，血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）与TGFβ之间有密切的相互关系，在体外AngⅡ可诱导肾近曲小管上皮细胞及系膜细胞TGFβ的表达及其生物活性增强［24］。用血管紧张素转换酶抑制（ACEI）或（和）血管紧张素ⅡⅠ型受体阻滞药（ATIRA）阻断AngⅡ的作用可使肾内TGFβ表达下降，减少细胞外基质沉积，延缓肾纤维化的进展［25］。

　　4.3  肾小腺髓质素（AM）AM在肾小球系膜和肾小管细胞都可产生和分泌，并以自分泌和旁分泌方式参与肾功能的调节［26］。在人肾小管上皮细胞（HK2），AM通过上调抑制性Smad6的表达拮抗TGFβ1的促纤维化作用［27］。

　　4.4  抑制结缔组织生长因子（CTGF）CTGF在TGFβ的下游起作用，TGFβ的生物学作用部分是由CTGF介导的，CTGF只介导TGFβ的负面效应，如ECM积聚和组织器官纤维化，因此抑制CTGF为防治器官纤维化提供了一个新的治疗靶［28］。

　　4.5  中药传统医学认为各种慢性肾纤维化主要以脾肾两虚为病理基础，以正实（脾肾两虚）为本，邪实（血瘀）为标，临床上应用传统中草药延缓肾功能衰竭进展取得了一定的疗效，中医药在抗肾纤维化方面具有广阔的应用前景。目前研究较多的有三七、汉防已甲素、川芎嗪、黄芪当归合剂、化瘀解毒汤等。其中三七为五加科多年生草本植物，有散瘀止血，消肿止痛，补血活血，滋补强壮等功效。现代医学研究发现，三七总皂甙（PNS）是三七的主要成份，能抑制肝纤维化大鼠Ⅰ、Ⅲ型胶原及TGFβ1的合成表达，减轻肝纤维化程度［29］。PNS可有效延缓慢性肾功能衰竭大鼠肾功能损害的进程，减轻肾小管间质病变程度［30］。PNS有望成为一种能有效延缓肾纤维化进展的中药。

　　5  结语

　　尽管TGFβ与肾小管间质纤维化的研究在近几年已取得了长足的进展，但仍有一些关键性问题尚未充分阐明，有待深入研究。虽然TGFβ在各种纤维化疾病发生中起重要作用，但并不是孤立的，其它细胞因子如PDGF、IL1和bFGF等也协同TGFβ发挥作用。因此，从细胞信号转导途径和基因调控规律等分子机制层次，尚有更多的动物实验及临床研究工作要做。

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