转化生长因子-β1在心血管病中的研究进展

朱斌，柳茵，刘维军，李琳

转化生长因子-β(transforming growth factor-beta，TGF-β)是由多种细胞分泌的一类具有多重生物学效应的生长因子，广泛存在于动物正常组织细胞和转化细胞中。TGF-β的生物学功能异常复杂，在多种组织细胞的增殖分化、间质形成、组织损伤修复、骨质再生、胚胎发生中起着关键性作用［1］。哺乳动物中的 TGF-β 有 3 种，分别为 TGF-β1、TGF-β2 和TGF-β3。TGF-β1对心血管系统而言是最重要的异构体，多在内皮细胞、血管平滑肌细胞、巨噬细胞和造血细胞中表达［2］。TGF-β2常在上皮细胞和神经细胞中表达:TGF-β3往往在间质细胞中表达［3］。TGF-β1的生物学作用:影响细胞增殖和血管生成、脂代谢、纤维化和免疫调节等各种生物过程［4-5］。TGF-β1参与冠状动脉粥样硬化的形成和狭窄、心肌梗死后重塑等过程，是心血管病领域研究的热点。

1 TGF-β1的激活途径及受体

最初，细胞分泌的是由TGF-β1二聚体、潜伏相关肽及潜伏 TGF-β结合蛋白组成的大复合物，此复合物无生物活性，不能结合到 TGF-β1 受体上［6］。血管内TGF-β1的激活需要成对碱性氨基酸酶样前蛋白转化酶、尿激酶型纤维蛋白溶酶原激活物和6-磷酸甘露糖胰岛素样生长因子Ⅱ等相互作用［7］。尤其成对碱性氨基酸酶样前蛋白转化酶涉及动脉损伤后 TGF-β1 的激活［8］。激活的 TGF-β1 通过结合至TGF-β1Ⅱ型受体(TβR-Ⅱ)激活细胞信号途径，再与其Ⅰ型受体(TβR-Ⅰ)相结合，形成异源三聚体［9］。异源三聚体复合物的形成引起TβR-Ⅱ和 TβR-Ⅰ细胞内侧端丝氨酸-苏氨酸激酶激活以及Smad2信号途径的激活［10］。TβR-Ⅰ的激活后使 Smad2磷酸化(Smads家族蛋白在将TGF-β信号从细胞表面受体传导至细胞核的过程中起到关键性作用，且不同的Smad介导不同的 TGF-β家族成员的信号转导，TGF-β作为配体形成的受体复合物，激活Smads进入核内，共同激活或抑制它们调节的靶基因的转录)，磷酸化后的 Smad2与Smad3、Smad4形成的复合物随后转入细胞核内通过与转录因子相互作用或直接作用于DNA，从而调节基因的表达［11］。此外，发现TGF-β1是通过 Smad途径发挥生物作用，涉及到p38、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、c-Jun N-末端激酶(JNK)和蛋白激酶C系统［12］。在血管内皮细胞、血管平滑肌细胞、间充质细胞、巨噬细胞和淋巴细胞中均有 TβR-Ⅱ和 TβR-Ⅰ的表达，TGF-β1 通过与受体相结合，通过Smad依赖或非依赖途径发挥作用［12］。

2 抗炎

冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病)不稳定斑块的病理生理学基础是偏心性斑块和活跃的炎症反应，炎症反应使斑块的脂质核心扩大、纤维帽变薄、细胞凋亡，加重斑块不稳定性，故抑制炎症反应成为治疗冠心病的新思路。而 TGF-β1能中和炎性细胞因子，具有抗炎作用，发挥抗冠心病的作用。研究表明:对女性冠心病患者血清TGF-β1检测结果分析发现:冠状动脉造影显示有2支或2支以上血管病变者与单独1支血管病变者相比，血清TGF-β1水平明显降低，且血清TGF-β1水平能反映大部分患者冠状动脉(冠脉)的病变程度［13］。同样对绝经后冠心病妇女进行冠状动脉造影检查和TGF-β1检测，发现随着病变血管(狭窄≥50%)数量的增加，血清TGF-β1水平呈下降趋势，确诊冠心病患者检测血浆 TGF-β1水平，经过长达3年的跟踪调查，发现高水平组存活期间心血管事件发生率、冠脉介入率明显低于低水平组，提示血浆TGF-β1浓度对冠心病的预后有预测作用［14］。其水平的降低更易于斑块的破裂和血栓的形成，从而体现在冠心病患者中的保护作用。

3 在脂质代谢中的作用

低密度脂蛋白(LDL)和极低密度脂蛋白以其天然和氧化形式被巨噬细胞所摄取，后者转变为泡沫细胞沉积于动脉内膜，在斑块的发展中起重要作用。TGF-β1对极低密度脂蛋白残基摄取所需的两个关键要素，脂蛋白脂肪酸和 LDL受体的活性及表达产生抑制;降低清除受体的表达使胆固醇成分减少，上调ATP结合转运载体使胆固醇外流增加;抑制由氧化的极低密度脂蛋白残基诱发的泡沫细胞的形成，起到抗粥样硬化的作用。Argmann等［15］在小鼠动脉粥样硬化模型中发现，TGF-β1可抑制巨噬细胞LDL残体或氧化的极低LDL残体，减少高密度脂蛋白(HDL)与巨噬细胞和泡沫细胞的结合。Zuckerman等［16］在载脂蛋白-E和LDL受体剔除的非动脉粥样硬化小鼠模型上发现，TGF-β1通过抑制巨噬细胞清道夫受体B的表达而减少HDL与巨噬细胞和泡沫细胞的结合，抑制巨噬细胞的炎症应答。故其抗炎特性表明其可能具有抗粥样硬化作用。

4 对细胞外基质的影响

TGF-β1长时间被认为是细胞外基质 (extracellular matrix，ECM)最重要的调节因子。在血管平滑肌细胞、内皮细胞和纤维母细胞中，低浓度TGF-β1增加细胞外基质的合成，比如纤维连接蛋白、胶原蛋白、结缔组织生长因子和纤溶酶原激活物抑制剂1。TGF-β1诱导的ED-A型纤维连接蛋白能提高平滑肌肌动蛋白和胶原Ⅰ型蛋白的表达［17］。纤溶酶原激活物抑制剂1是一种丝氨酸蛋白酶抑制蛋白，能调节炎症反应、迁移和细胞外基质。Otsuka等［18］用大鼠模型发现，TGF-β1过度表达引起纤溶酶原激活物抑制剂1产生大量细胞外基质、内膜增厚。Stow等［19］将腺病毒高表达的TGF-β1基因转导到小鼠的心脏成纤维细胞，TGF-β1合成增加，Ⅲ型胶原mRNA表达也增加;TGF-β1通过刺激纤维蛋白酶原激活抑制剂的产生而促进ECM的降解。因此，TGF-β1打破了ECM合成和降解的平衡使ECM增多;它能够稳定斑块及促进心肌组织损伤后的修复，但也参与再狭窄的形成，使器官组织纤维化，TGF-β1也被称为冠心病的“双刃剑”。

5 对血管平滑肌的作用

血管平滑肌细胞(VSMCs)的活化、增殖和迁移是动脉粥样硬化病变发展的必要条件［20］。在生理状态下，VSMCs合成并分泌胶原等细胞外基质(ECM)维持血管的正常结构和功能。但是粥样斑块形成早期，VSMCs从血管中膜迁移至内膜，进而增殖并发生表型变化，合成并分泌ECM、释放多种生长因子、细胞因子，还可摄取脂质成为肌源性泡沫细胞。经过长时间的发展，VSMCs最终和其他细胞一起形成阻碍血流的巨大粥样斑块。平滑肌细胞增生情况取决于血小板源性生长因子(PDGF)和TGF-β1之间的平衡:PDGF刺激平滑肌细胞和成纤维细胞增生并游移到内膜;TGF-β1刺激结缔组织增生，拮抗PDGF，抑制平滑肌细胞增生和迁移。而PDGF是平滑肌细胞向内膜迁移和增殖的最重要的调节生长因子。不同浓度的TGF-β1对血管平滑肌的作用不同;低水平的TGF-β1可促使PDGF-A表达，介导平滑肌细胞的迁移和增殖。TGF-β1水平较高时，平滑肌细胞表面的PDFG受体亚单位的表达受抑制，从而抑制平滑肌细胞的增殖［21］。粥样斑块其表面有一层纤维帽。纤维帽的细胞成分主要是VSMCs，分泌ECM是其主要功能之一。ECM的数量及质量决定了粥样斑块纤维帽的机械强度及粥样斑块的稳定性。与稳定斑块相比，不稳定斑块的平滑肌细胞数量及ECM的量减少，纤维帽更薄。另外，影响斑块不稳定的因素是斑块中存在大量炎性细胞，例如巨噬细胞、激活的T淋巴细胞及肥大细胞，这些细胞会分泌大量细胞因子和基质金属蛋白酶等活性物质，增加了ECM的分解，抑制ECM的合成。这种炎性反应会打破VSMCs所分泌的ECM合成与分解的动态平衡，导致纤维帽变薄发生斑块破裂。因此，斑块中炎症反应与ECM的沉淀之间的平衡被认为是维持人体粥样斑块稳定的重要原因。TGF-β1作为免疫调节剂和致纤维化调节剂，对维持粥样斑块的稳定起着关键作用。

6 与急性冠脉综合征

冠心病的发生是多因素诸多环节的慢性炎症过程，其各种危险因素间具有复杂的交互作用，多种分子及细胞相互作用形成复杂的网络［22］。冠心病患者根据临床症状分为稳定型心绞痛和急性冠脉综合征，这是由斑块是否稳定所决定的。急性冠脉综合征包括不稳定心绞痛、非ST段抬高性心肌梗死及ST段抬高性心肌梗死。这三种病症的共同病理基础为斑块不稳定，伴不同程度的继发性病理改变。斑块破裂或表面破损、血管收缩及血栓形成导致冠状动脉血流急剧减少或中断，从而引起以上临床症状。炎症反应使斑块的脂质核心扩大，炎症反应使斑块的纤维帽变薄和促进细胞凋亡，加重斑块不稳定性，所以抑制炎症反应成为治疗急性冠脉综合征的新思路。应用抗TGF-β1中和性抗体阻断内源性TGF-β，结果显示局部炎性成分增加，胶原成分降低，脂质核心增大，增加了斑块破裂的发生率［23］。TGF-β1在急性冠脉综合征中发挥的保护性作用，认为主要是由于其促进ECM的沉积和抗炎作用。

目前，国外对在TGF-β1心肌梗死中的作用有初步探索，但国内报道较少。蔡旭等［24］在实验中发现，在心肌梗死早期血TGF-β1确有升高。但随损伤心肌和内皮细胞的恢复，TGF-β1逐渐下降，第3周下降到与正常人无差别，无统计学意义。血TGF-β1最高是在心肌梗死初期，内皮和心肌损伤最重时;随着心肌梗塞的恢复，血清TGF-β1的水平呈下降趋势，证明TGF-β1是心肌梗死过程的保护性因素。实验中测得外周血TGF-β1在急性心肌梗死后升高，可以认为TGF-β1除以旁分泌方式在局部发挥作用外，还可能分泌在人血中在全身发挥作用。黄莹等［25］发现，血清 TGF-β1 高峰水平与 CK、LDH、CK-MB高峰水平呈正相关，通过观察急性心肌梗死(AMI)患者血清TGF-β1水平评估患者的病情严重性有一定的临床意义。总之TGF-β1可能在AMI后对损伤心肌和内皮修复起重要作用。因此，研究TGF-β1在急性冠脉综合症的发展和预后的判断方面有重要意义。

7 与心肌梗死后心力衰竭

心肌梗死后心力衰竭(心衰)的发生与梗死后心肌重塑相关，心肌重塑表现为心室腔的扩大和球形化与心肌纤维化及瘢痕愈合相伴而行。这些事件遂成为心衰的病理生理基础。TGF-β1在心肌细胞、成纤维细胞中都是ECM成分合成的有力促进剂，且心肌细胞和成纤维细胞也可自行分泌 TGF-β1。TGF-β1在心肌梗死后高表达的意义在于促进缺血缺氧损伤心肌的修复、保持心肌结构和功能的完整。但如过度表达则加重心肌重塑，导致心衰的发生，造成临床不可逆损害。据此，如果在心肌损伤初期给予外源性的TGF-β1以加强其修复功能，而在心肌重塑期适当运用TGF-β1拮抗剂以减少心肌重塑的严重程度，或许可以减轻或延缓心功能障碍的发生。另外，杨震等［26］研究结果显示，慢性心衰患者血清TGF-β1与左室射血分数(LVEF)呈正相关，即TGF-β1浓度越低，心衰越严重。提示由于其浓度降低，心肌保护作用减弱，相应地使得炎症因子的心肌损伤作用增强，从而促进了慢性心衰的发展。因此，可考虑将TGF-β1作为慢性心衰患者的临床评估指标之一。

8 TGF-β1与介入术后再狭窄

近年研究表明，TGF-β1在一些心脏手术如气囊或支架血管成形术后的血管损伤及再狭窄形成中起着和动脉粥样硬化研究相矛盾的结果［27］。正常心血管组织中，ECM占总体积2% ～4%，再狭窄形成后期ECM占新生内膜体积50%～60%以上。ECM由增生的血管平滑肌细胞和成纤维细胞分泌，包括:胶原、弹力纤维、层黏连蛋白、纤维连接蛋白等，ECM增生和沉积是再狭窄的重要机制。Ihling等［28］研究发现，血管损伤后，TGF-β1基因过度表达，并可持续25周以上，延续至细胞外基质形成的全过程。对实验猪应用TGF-β1拮抗物，可抑制冠脉支架术后新生内膜的发展，抑制冠脉重塑，可降低冠脉损伤后的血管管径丢失。如果TGF-β1调节缺陷或血管内膜持续损伤，TGF-β1通过调节过多的细胞外基质聚积，抑制其降解，导致局部ECM沉积，TGF-β1可诱导外膜成纤维细胞的表型转变而成为纤维母细胞，进而外膜ECM沉积。TGF-β1增强血管平滑肌细胞对PDGF的应答性，而PDGF刺激刺激平滑肌细胞和成纤维细胞增生和游移，也刺激新的结缔组织形成。还能促进成纤维细胞生长因子等诱导的VSMC增殖，促进再狭窄发生发展。提示TGF-β1是调节纤维化、血管重塑的重要因子。

9 TGF-β1与冠心病预后

血液中细胞因子TGF-β1的浓度对心血管病的预后有重要意义。血浆TGF-β1在冠心病患者中的水平长期较为稳定，金炜等［29］报道，冠心病组的血清TGF-β1低于正常对照组，血管病变越严重，TGF-β1越低。提示了血浆TGF-β1浓度对冠心病的预后有预测作用。Bautmna等［30］研究表明:血清 TGF-β1浓度58 ng/ml为预测终点，可预测62.3%冠心病患者病变的严重程度。

10 结语

综上所述，TGF-β1在冠状动脉粥样硬化形成过程中是双向调控因子，一方面能缓解损伤反应，保护细胞、促进修复、抑制粥样斑块的形成;另一方面又引起细胞外基质的过度沉积、组织纤维化、血管和心肌重塑等一系列病理变化。TGF-β1的研究仍有很多问题:如何有目的地调控和干预TGF-β1/Smad信号转导途径;如何掌握其对动脉粥样硬化抑制与促进的平衡点;如何兼顾冠脉保护又防止心肌重塑等。毕竟冠状动脉动脉粥样硬化是全身性疾病的局部表现，其病理机制复杂，如何增加其治疗的选择性，趋利避害，为临床工作提供了广阔的研究空间。

［1］李翠玲.转化生长因子β分子生物学研究进展［J］.国外医学:免疫学分册.1995，18(3):124-127.

［2］ Annes J P，Munger J S，Rifkin DB，Making sensen of latent TGFbeta activation［J］.J Cell Sci，2003，116(2):217-224.

［3］ Massage J，Gomis RR.The logic of TGFbeta sigaling［J］.FEBS lett，2006，580(12):2811-2820.

［4］ Azhar M，Schnltz TEL J，Grupp I，et al.Transforming growth factor beta in cardiovascular development and function［J］.Cytokine Growth Factor Rev，2003，14(5):391-407.

［5］ Rosenbranz S.TGF-betal and angiotensin networking in cardiac remodeling［J］.Cardiovasc ROS，2004，63(3):423-432.

［6］ Maeda S，Dean DD，Gomez R，et al.The first stage of transforming growth factor betal activation is release of the large latent complex from the extracellular matrix of growth plate chondrocytes by matrix vesicle stromelysin-1(MMP-3)［J］.Calcif Tissue Int，2002，70(1):54-65.

［7］ Bobik A.Transforming growth factor-betas and vascular disorders［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2006，26(8):1712-1720.

［8］ Sluijter JP，Verloop RE，Pulskens WP，et al.Involvement of furinlike proprotein convertases in the arterial response to injure［J］.Cardiovasc Res，2005，68(1):136-143.

［9］ Shi Y，Massague J.Mechanisms of TGF-beta signaling from cell membrane to the nucleus［J］.Cell，2003，113(6):685-700.

［10］ Moustakas A，Heldin CH.Non-Smad TGF-beta signals［J］.J Cell Sci 2005，118(16):3573-3584.

［11］ Agrotis A，Kalinina N，Bobik A.Transforming growth factor-beta，cell signaling and cardiovascular disorders［J］.Curr Vasc Pharmacol，2005，3(1):55-61.

［12］ Bobik A.Transforming growth factor-betas and vascular disorders［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2006，26(8):1712-1720.

［13］ Batuman O，Go D，Clark LT，et al.Relation between cytokine levels and Coronary artery disease in women［J］.Heart Dis，2001，3(2):80-84.

［14］ Os I，Djurovic S，Seljeflot I，et al.Transforming growth factor(TGF)-beta1 inversely related to vascular cell adhesion molecule-1 in post-menopausal women with coronary artery disease.A possible mechanism for the putative cardioprotective role of TGF-beta1［J］.J Intern Med，2002，251(3):223-227.

［15］ Argmann CA，Van Den Diepstraten CH，Sawyez CG，et al.Transforming;growth factor-β1 inhihits macrophage cholesteryl ester accumulation induced by native and ox-idized VLDL remnants［J］.Arterioseler Throm Vasc Biol，2001，21(12)，2011-2018.

［16］ Zuckerman S H，Panonsis C，Evans C.TGF-beta reduce binding of high-density lipoproteins in marine macrop hage and macrophage derived foam cells［J］.Atherosclerosis，2001，155(1):79-85.

［17］ Lessk A，Abraham DJ.TGF-beta signaling and the fibrotic response［J］.FASEB J，2004，189(7):816-827.

［18］ Otsuka G，Agah R，Frutkin AD，et al.Transforming grow factor beta 1 induces neointima formation through plasminogen activator inhibitor-1-dependent pathways［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2006，26(4):737-743.

［19］ Stow R C，Mallawaarachchi C M，Weissberg P L.Migration of adventitia myofibroblasts following vascular ballo injury:insights from in vivo gene transfer to rat carotid arteries［J］.Card-iovasc Res，2003，59(1):212-221.

［20］ Mallat Z，Tedgui A.The role of transforming growth factor beta in ather oscleroisis:novel insights and future perspectives［J］.Curr Opin Lipidol，2002，13(8):523.

［21］ Owens GK，Kumar MS，Wamhoff BR.Molecular regulation of vasculars mooth muscle cell differentiation in development and disease［J］.Physio Rev，2004，84(3):767.

［22］吕树铮，汪国忠.冠心病分子机制研究进展.中国循证心血管病杂志［J］，2009，1(4):199-200.

［23］ Lutgens E，Gijbels M，Smook M，et al.Transforming growth factorbeta Mediates balance between inflammation and fibrosis during plaque progression［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2002，22(6):975-982.

［24］蔡旭，苑冀容，邓正华，等.转化生长因子-β1与急性心肌梗死发病的相关性研究［J］.医学理论与实践，2007，20(12):1374-1375.

［25］黄莹，徐安安，高修仁，等.AMI患者血清TGF-β1的变化规律及可能的临床意义［J］.中山大学学报(医学科学版)，2009，30(A04):260-262.

［26］杨震，刘晓芳，蒋文平，等.转化生长因子TGF-β1在慢性心力衰竭中的变化及其受缬沙坦的影响［J］.苏州大学学报(医学版)，2007，27(1):111-113.

［27］ Aziz T，Hasleton P，Hnna AW，et al.Trnasforming growth factor beta in relation To cardia allograft vasulopathy after heart transplantation［J］.Thorac Cardiovasc，2000，119(4):700.

［28］ Ihling C，Techmau K，Gross V，et al.Concordant upregulation of type II-TGF-beta-receptor，the cyclin-dependent kinases inhibitor P27Kip1 and cyclin E in human atherosclerotic tissue:implications for lesion cellularity［J］.Atherosclerosis，2001，144(1):7-14.

［29］金炜，董维平，杨红，等.转化生长因子β1在动脉粥样硬化形成中的作用及机制研究［J］.中国药理学通报，2003，19(6):650-653.

［30］ Batuman O，Go D，ClaRk LT，et al.Relationship between cytokine levels and coronary artery disease in women［J］.Heatr Dis，2001，3(2):80-84.