TGF-β1/Smads信号通路失调控与肝胆胰纤维化疾病

张淑坤，崔乃强

转化生长因子β1(transforming growth factor β1，TGF-β1)是目前已知的与组织纤维化形成关系最为密切的细胞因子，它通过胞浆中的中介分子Smads将刺激信号传递至细胞核，发挥生物学作用。近年研究发现,TGF-β1/Smads信号通路失调控与肝纤维化、胆道良性狭窄、胰腺纤维化的发生和发展有关。本文就TGF-β1/Smads信号转导通路失调控与肝胆胰纤维化疾病发生的关系做一综述。

1 肝胆胰纤维化疾病的关键效应细胞

1.1 肝星状细胞 早在1876年，德国Carl von Kupffer就发现了肝星状细胞（hepatic stellate cell，HSC），之后科学家们又陆续观察到HSC，并命名为肝贮脂细胞、脂细胞、维生素A贮存细胞、窦周细胞、Ito细胞等[1]。直到1995年，国际上才正式将其命名为HSC[2]。HSC胞体呈圆形或不规则形，常伸出数个星状胞突包绕着肝血窦或伸出胞突与肝细胞、邻近HSC相接触。正常情况下，HSC表现为富含维生素A脂滴的静止型，数目很少，只占肝细胞总体数目的5%～8%，其功能主要有代谢和贮存维生素A、储存脂肪、合成胶原等细胞外基质（extracellular matrix，ECM）成分、调节ECM平衡、分泌细胞因子和调节肝窦血流等。当肝脏受到炎症或机械刺激等损伤时，HSC被激活，由静止型转变为激活型，胞体增大，胞突伸展，胞质中脂滴消失，维生素A含量减少，细胞增殖活跃，细胞因子、趋化因子分泌增加，ECM成分合成增加而降解减少，并具收缩性和迁徙性。α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）表达阳性是HSC激活的标志，现已证实，HSC的持续激活是肝纤维化发生发展过程中的中心事件，激活态的HSC一方面通过迅速增殖和分泌ECM成分参与肝纤维化的形成和肝内结构的重建，另一方面通过细胞收缩使肝窦内压升高，这两类变化最终奠定了肝纤维化、门静脉高压症发病的病理学基础[3]。

1.2 胆道成纤维细胞 成纤维细胞是胆道损伤修复的主要细胞。胆道成纤维细胞多来自黏膜下或浆膜下层的结缔组织，由静止型的纤维细胞活化而来。成纤维细胞具备旺盛的增殖分化能力，合成和分泌大量的ECM成分，发挥填补缺损、修复连接的功能，并分泌胶原酶参与创伤修复后的组织重建过程。在创伤修复的晚期，成纤维细胞如不能逐渐转变为静止型的纤维细胞，而是向表达α-SMA的肌成纤维细胞发展，就会引起创面收缩或过度愈合，导致胆道的病理性瘢痕形成和良性狭窄[4-5]。

1.3 胰腺星状细胞 1982年，Watari等[6]在小鼠胰腺中发现一种胞质富含维生素A的细胞；1990年Ikejril[7]根据形态与HSC相似，将其正式命名为PSC。PSC主要位于胰腺腺泡细胞间，并围绕在邻近腺泡细胞的基底部，而不在胰岛中分布。以后的研究发现，HSC在功能上也类似于HSC。静息态的PSC受氧化应激、炎症反应刺激或细胞因子刺激时转变为激活态，并进一步向肌成纤维细胞分化，表现为胞质中脂滴消失、细胞增殖明显、ECM成分分泌增加和降解减少、释放多种细胞因子、具有收缩性和趋化性等特征[8]。PSC的激活和增生是胰腺纤维化发生的中心环节,各种致纤维化的因素都是通过这一决定性途径导致大量的ECM如I、Ⅲ型胶原、层粘蛋白、纤连蛋白等的合成并沉积在胰腺,从而导致胰腺纤维化。

2 TGF-β1/Smads信号通路

TGF-β1在生理状态下主要由淋巴细胞、巨噬细胞、血小板等分泌，通过细胞膜上相应的受体和胞浆中的中介分子Smads，将刺激信号传递至细胞核。 其转导途径如下:TGF-β1首先与细胞膜TGF-β1lI型和I型受体结合，形成II型受体—TGF-β1—I型受体三聚体复合物，再作用于胞浆中的Smad2或／Smad3，使之发生磷酸化而激活，并与Smad4结合形成复合物，转移进入胞核内，作为转录因子与靶基因的特异序列相结合，同时核内的转录共激活因子如CBP/P300和转录共抑制因子如Ski/SnoN家族与Smad3/Smad2—Smad4复合物竞争结合，共同调节靶基因的转录，如上调I型、III型胶原基因的转录，促进胶原的合成，发挥组织损伤修复、连接等生理作用。当外界刺激信号结束后，Smad3/Smad2-Smad4复合物迅速去磷酸化，胞浆和核内的Smads蛋白也主要通过泛素-蛋白酶体系统迅速代谢而恢复到信号作用前的水平[9]。

Smads家族是转导通路中的重要信号分子，其中Smad2、Smad3是受体调节型蛋白，Smad4是共同调节型蛋白，而Smad7是抑制型蛋白。TGF-β1/Smads信号转导通路还可以通过正负反馈调节环路实现自我调控。TGF-β1通过Smads激活核内TGF-β1启动子，自我诱导内源性TGF-β1的表达，促进细胞自分泌TGF-β1。同时，TGF-β1还上调I、II型受体的表达，通过Smads通路放大信号，形成正反馈调节环路。与此相反，TGF-β1还通过Smads激活核内Smad7的启动子，瞬时上调Smad7表达，Smad7能通过竞争性结合活化的I型受体，阻止Smad2/Smad3的磷酸化来抑制TGF-β1的信号转导。之后，TGF-β1/Smads还通过抑制Smad3基因的表达,抑制自身的信号传递，而此抑制作用与TGF-β1的剂量和作用时间呈正相关[10]。由此可见，TGF-β1通过激活Smad7和下调Smad3的表达形成负反馈环路抑制自身的信号转导。

3 TGF-β1/Smads信号通路失调控与肝胆胰纤维化疾病

3.1 HSC、TGF-β1/Smads信号通路与肝纤维化 当肝细胞受到损伤时，邻近的肝细胞、kuffer细胞、窦内皮细胞和血小板等分泌多种细胞因子，如肿瘤坏死因子α、转化生长因子β、胰岛素生长因子、肝细胞生长因子、血小板源性生长因子、内皮素-1等，这些细胞因子通过旁分泌作用激活HSC,活化的HSC还可自分泌转化生长因子β、血小板源性生长因子、内皮素-1等细胞因子使HSC的活化状态得以维持[11]。此时的HSC受自分泌和旁分泌的双重调节，即使去除原发因素，仍会持续合成大量ECM成分，最终导致肝纤维化。

TGF-β1是目前已知的与组织纤维化形成关系最为密切的细胞因子，而且对于HSC中TGF-β1/Smads信号通路在肝纤维化中的作用已经有了较深入的研究，不管是体外培养的HSC，还是临床病人和动物实验，都观察到了Smad2、Smad3 mRNA和蛋白表达水平升高和/或Smad7表达水平降低[12-13]。所以认为，Smad7的表达降低导致的负反馈环路发生障碍，以及Smad2/Smad3的高表达和持续活化即正反馈环路的不断加强可能是导致肝纤维化的根本原因之一。

3.2 胆道成纤维细胞、TGF-β1/Smads信号通路与胆道良性狭窄 王志刚等[14]采用免疫组织化学SABC法观察到，TGF-β1在术后狭窄胆道组织中的表达较强，推测TGF-β1高表达是造成胆道狭窄过程中成纤维细胞增殖旺盛、细胞外基质过度沉积、瘢痕增生的重要因素。犬胆管损伤修复模型也证实，TGF-β1过度和持续表达在胆道狭窄形成中的作用[15]。Choi等[16]在体外培养的胆道成纤维细胞观察到外源性TGF-β1能刺激细胞表达TGF-β1和Ⅰ型胶原。最近的研究发现，在23例良性胆道狭窄病人的胆道组织中，TGF-β1、TGF-β1的I型和II型受体及共同调节型蛋白Smad4的表达阳性率均较正常组升高[17]，但并没有检测出抑制型蛋白Smad7表达的变化，而且没有检测受体调节型蛋白Smad2/Smad3有无变化。所以只能认为，TGF-β1/Smads信号通路高表达在胆道良性狭窄这一病理生理过程中其重要作用，但这一整体信号通路存在怎样一种表达失调控尚需进一步研究和反复证实。

3.3 PSC、TGF-β1/Smads信号通路与胰腺纤维化 对PSC的TGF-β1／Smads信号通路和胰腺纤维化的研究，目前处于进行中。以往研究发现，TGF-β1在慢性胰腺炎病人和动物模型表达增强[18-19]。最近对整个TGF-β1／Smads信号通路进行了较为系统的研究[20-22]，发现在diethyldithiocarbamate和dibutyltin dichloride诱导的大鼠胰腺纤维化模型中均存在Smad3表达升高和Smad7表达降低，抑制Smad3的表达和增强Smad7的表达能改善胰腺纤维化。由此推测，与TGF-β1／Smads信号通路在肝纤维化发病机制中的作用相似，在胰腺纤维化的发病过程中可能存在Smad7的低表达导致负反馈环路受到抑制和Smad3的高表达及持续活化，从而导致TGF-β1/Smad3正反馈环路的持续放大,分泌更多的ECM成分，促进胰腺纤维化。

4 展望

肝胆胰纤维化疾病的发生和发展有惊人的相似之处:首先是损伤、炎症或应激诱导巨噬细胞等释放TGF-β1等细胞因子，后者使关键效应细胞（HSC、胆道成纤维细胞和PSC）由静息态转变为激活态，分泌胶原等，发挥正常的组织修复功能；然后是某一或某些程序（可能以TGF-β1／Smads信号通路为主）失调控，使得关键效应细胞不能逆转为静息态或凋亡，持续处于激活状态，分泌大量ECM成分，并向具有收缩功能的肌成纤维细胞分化，导致器官纤维化。深入研究TGF-β1/Smads信号转导通路失调控在肝胆胰纤维化疾病中的作用，不仅可望为将TGF-β1/Smads信号转导通路的研究引入临床病理生理学，阐明各种纤维化疾病的共同发病机制提供新的理论依据，而且有可能为新药开发提供新的共同作用靶点。

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