细胞因子PDGF和CTGF对炎性疤痕狭窄形成的研究进展

周进军 陶斯斌 叶和军 孙一洪

（武警浙江省总队医院 嘉兴 314000）

细胞因子PDGF和CTGF对炎性疤痕狭窄形成的研究进展

周进军 陶斯斌 叶和军 孙一洪

（武警浙江省总队医院 嘉兴 314000）

血小板衍化生长因子；结缔组织生长因子；疤痕狭窄；纤维化；综述

炎性疤痕狭窄是由于组织结构受损伤后增生的肉芽组织经改建成熟后形成纤维结缔组织而致。炎性反应既有对机体有利的一面，如填补创口和缺损以保持组织器官的完整性和坚固性；同时也可能对机体产生不利或有害的影响，如炎性反应增生可引起体内各种管道的狭窄、关节功能障碍，炎性的粘连可引发器官的功能障碍等。如何预防和治疗炎性反应对机体产生的不良影响和后果是当今医学界所面临的棘手问题。现代细胞生物学和分子生物学在炎性组织形成方面的研究发现：修复细胞（主要是成纤维细胞）的大量增殖与凋亡抑制、细胞外基质中胶原合成与降解失衡、部分细胞因子的大量产生及三者的密切关系构成了炎性组织的生物学基础。本文就促进炎性狭窄形成的细胞因子PDGF和CTGF的研究进展作一综述。

1 血小板衍化生长因子（PDGF）

人们在寻找血清中能促进血管内皮细胞分化物质时发现了PDGF，并在血小板颗粒中首先纯化出来，随后发现在所有紧邻间质细胞的上皮细胞、内皮细胞、血管平滑肌细胞、成纤维细胞等细胞中均有表达。PDGF生物学特征主要有：（1）促分裂效应，PDGF刺激血管平滑肌细胞、成纤维细胞、胶质细胞的分裂增生；（2）趋化活性，对中性粒细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞有趋化性；（3）参与细胞凋亡、转化过程的调控。PDGF受体（PDGFR）的异常激活与许多疾病有关，如胚胎发育、肿瘤、特发性肺纤维变性、肝硬化、动脉粥样硬化、肾小球肾炎等。

1.1 PDGF的结构及功能 PDGF是血管内皮生长因子家族成员之一，分别由A、B、C、D四条多肽链通过二硫键连接而形成同型或异型二聚体。包括5种形式:PDGF-AA、PDGF-BB、PDGFF-AB、PDGF-C C、PDGF-DD。PDGF-C和PDGF-D两个新基因是最近在进行EST数据库比对寻找新的血管内皮生长因子同源体的过程中发现的[1]。A链、B链、C链和D链基因分别位于7p22、22ql3、4q32和11q22染色体上，其表达调控是独立的。PDGF-A链由于转录和剪切的不同产生含有196和211个氨基酸的产物，PDGF-B链产生含有241个氨基酸的产物。PDGF-C和PDGF-D链分别产生含有345和370个氨基酸残基的产物，并含有2个明确的结构域：位于N端的CUB结构域和位于C端的PDGF结构域。PDGF-C和PDGF-D以同型二聚体的形式分泌出来，在激活其受体前需分别水解掉CUB结构域[2]。PDGF-AA和PDGF-BB有直接的促有丝分裂的作用，PDGF对成纤维细胞具有强烈的致有丝分裂活性，在10-6～10-3g/L浓度就能有效刺激成纤维细胞分裂增殖，使处于G0期的细胞进入G1期，而且PDGF还可通过增加靶细胞PDGFR和其他促细胞分裂剂的表达来放大由PDGF介导的最初信号转导途径。PDGF对中性粒细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞有趋化性。PDGF可调节细胞外基质中胶原、纤维连接蛋白、蛋白多糖、透明质酸酶、胶原蛋白酶的含量，在结缔组织重塑中扮演着重要的角色。PDGF还有缩血管活性，PDGF收缩大鼠主动脉的作用较经典的血管紧张素Ⅱ还要强烈。另外，PDGF在哺乳动物发育的不同阶段也扮演着重要的角色，在早期阶段促进间充质细胞分化，对肾脏和睾丸、肠、血管、皮肤、肺、中枢神经系统发育至关重要，这些组织中的间充质细胞发育依赖PDGF。在血管发生过程中，新生成的血管外需要血管平滑肌细胞和外膜细胞覆盖，这些细胞的发育需要PDGFR激活。神经系统发育过程中PDGF也有促进少突胶质细胞和神经原细胞发育的作用，促进髓鞘化过程[3]。

PDGF是一种与损伤愈合有关的生长因子，在损伤愈合中可以不同的方式产生。PDGF主要由血小板分泌的α颗粒释放，以AB亚型最丰富，在人血小板和急性伤口渗出液中主要是AA亚型。此外，巨噬细胞、激活的单核细胞、内皮细胞、表皮细胞和成纤维细胞等都可以分泌该因子。PDGF对成纤维细胞、平滑肌细胞、单核细胞、中性粒细胞等有趋化吸引作用，并强烈刺激成纤维细胞增殖及诱导其合成胶原、纤维连接蛋白（Fibronectin Fn）和ECM（Extra cellularmatrix）等成分，以形成肉芽组织，促进创面愈合。由于血小板凝聚和脱颗粒是对组织损伤的起始反应，所以现在认为是创面愈合早期的重要介质。创伤后释放的PDGF是单核细胞和FB的粘附趋化剂，并促进其增殖，激活巨噬细胞诱导FB产生胶原蛋白和纤维连接蛋白，并使胶原酶活化，调节胞外基质的更新。3种亚型中，AB和BB亚型对FB和内皮细胞有强趋化和促分裂作用，可激发胶原酶的产生，不同的是AA型的作用要有血清因子的协同作用，而BB型不需依赖血清因子。过度增生炎性组织中FB的化学趋化和促进有丝分裂反应与炎性组织比较明显增高，可能与细胞表面PDGF受体水平不同有关。Haisa等[4]发现炎性组织FB表面受体水平比正常皮肤FB高4～5倍，而两者β受体水平无差别。而Schneider等[5]通过对大鼠胰腺星形细胞（pancreatic stellate cells,PSC）原代培养发现，在α-SMA阳性的MFB样细胞中存在PDGFα和PDGFβ受体，在培养基中加入50 ng/mL PDGF和5 ng/mL bFGF可显著加快细胞增殖，认为PDGF是最有效的分裂原。目前有学者用重组人PDGF (rhPDGF)来促进伤口的愈合，其机制是通过促进伤口的上皮化来实现的[6]。

1.2 PDGF及其受体与创伤后愈合的关系 PDGF在创伤中起着重要的作用，它刺激有丝分裂，趋化成纤维平滑肌细胞、中性粒细胞、巨噬细胞，并且刺激巨噬细胞产生创伤愈合各阶段中所需的重要细胞生长因子，还可促进细胞外基质分子的产生。在正常皮肤中，未见α-PDGF的表达，但在创伤后α-PDGFR开始表达。创伤后激活的血小板释放PDGF并趋化中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞，随即巨噬细胞、成纤维细胞、内皮细胞等开始分泌PDGF，由此保证PDGF在创伤愈合过程各时段均存在[7]。局部应用PDGF可促进中性粒细胞、巨噬细胞的有丝分裂和趋化性，加快肉芽组织和上皮形成、血管发生速度。Steed等[8]对糖尿病伴有褥疮的患者局部注射PDGF早期的临床试验中已证实了它具有促进褥疮愈合的能力。另外，PDGF促进间充质细胞等细胞的迁移及向骨折部位的聚集，促进间充质细胞、骨原细胞、成骨细胞、成软骨细胞的分裂增殖和分化，从而促进软骨和骨的形成，为骨折的修复创造条件[8]。PDGF在创伤修复中起着重要作用，但其作用机制有待进一步研究。

1.3 PDGF及其受体与炎性疤痕纤维化性疾病关系 PDGF的过分激活与肺的纤维变形有关，已发现闭塞性细支气管炎、组织细胞增生症、煤矿工人的肺尘埃沉着病、肺动脉高压、石棉病所致的肺的纤维变形与PDGF的过分表达有关。在向气管内注射PDGF-B后能引起瞬时间质的胶原的沉集和上皮细胞的增殖，过量表达的PDGF-BB在各种以肺间质胶原纤维堆积为特征的肺纤维变性疾病的发病机制中起重要作用，增多的PDGF-BB可以促使更多的成纤维细胞向病变局部集中，并加速其分裂增殖，分泌大量胶原纤维[9]。李莉等[10]研究发现，博莱霉素诱导的小鼠肺纤维化模型肺组织中PDGF-BB的表达明显高于对照组，给小鼠应用酪氨酸激酶抑制剂磺酸伊马替尼可以明显减轻博莱霉素所致的肺间质纤维化病变，并且PDGF-BB表达和肺的体积较对照组都减少。肝纤维化核心环节是肝星形细胞活化和增殖，肝受损时激活的肝星形细胞可合成PDGF，并以自分泌或旁分泌的方式促使肝星形细胞合成大量细胞外基质。Pinzani等[11]用四氯化碳引起肝损伤后，发现PDGF及其受体的表达明显增高，免疫组织化学显示PDGF-A链、PDGF-B链主要位于浸润的炎性细胞中，而PDGFβ主要位于间质细胞中。在杜普特挛缩、慢性滑液炎、类风湿性关节炎、硬皮病、骨髓纤维化病中均可见PDGF及其受体的异常表达。

2 结缔组织生长因子（CTGF）

结缔组织生长因子是1991年Bradham等[12]在应用PDGF抗体筛选人类脐静脉内皮细胞cDNA（互补脱氧核糖核酸）文库时首次发现。它广泛表达于人类多种组织器官中，在病理情况下，其过度表达与某些增生性或炎性疤痕纤维化疾病的发生发展密切相关。

2.1 CTGF基因及其蛋白质结构 CTGF是一种新发现的可刺激成纤维细胞增殖和胶原沉积的生长因子，是高度保守的CCN（CTGF、Cef10/cyr61和Nov的缩写）多肽家族中的成员。该家族目前包括鸡胚成纤维细胞经诱导产生的Cyr61、3T3细胞受血清刺激后产生的Fisp-12、成年鸡肾细胞中表达的Nov、非洲爪蟾成纤维细胞产生的Xnov和人类CTGF。它们均属于即刻早期基因（immediate early gene），产物的功能大多是激活或抑制调节细胞增殖分化及迁移运动，共同结构特点是具有很高的序列同源性和序列结构的类似性。

CTGF蛋白为肝素结合型，含349个氨基酸，富含半胱氨酸，其分子量为36～38 kD，可由成纤维细胞、平滑肌细胞和内皮细胞合成分泌。成年哺乳动物心、脑、肾、肺、肝、胎盘中均有表达。人类CTGF基因定位于染色体6q23.1，包括5个外显子，4个内含子。起始位点为ATG，其3′端包含3个ATTTA位点。CTGF蛋白的38个保守的半胱氨酸残基分成两个节段，其中22个在N末端区，16个在C末端区，4个主要的蛋白结构区为胰岛素样生长因子的结合蛋白区、von Wille-brand因子C型重复、血小板反应蛋白（throm bospondin）I型重复以及生长因子半胱氨酸群，这些区域都由独立的外显因子编码。Segarini等[13]发现将CTGF连接主细胞表面的蛋白质的分子量大约620 kD，是一种多配基受体，即低密度受体相关蛋白/a2巨球蛋白的受体，后者在介导CTGF的生物活性方面发挥重要作用。

2.2 CTGF促进细胞增殖、合成胶原、促炎性疤痕纤维化 CTGF和转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)均可显著增加正常大鼠肾(normal rat kidney，NRK)成纤维细胞中Ⅰ型胶原、整合素α5和纤连蛋白基因的转录而引起肾脏纤维化的发生与进展。CTGF不能诱导NRK成纤维细胞悬浮生长，却是TGF-β刺激NRK成纤维细胞增殖和生长过程中必须的介质。抗CTGF的抗体和反义CTGF可分别从蛋白水平和核酸水平特异性的阻断TGF-β对NRK成纤维细胞的诱导作用。利用原位杂交技术在系统性硬化症患者硬化损害区的成纤维细胞中检测到CTGF mRNA表达，硬化期成纤维细胞中CTGF mRNA表达较炎症期明显增高，成纤维细胞过度表达CTGF可促进细胞的迁徙、增殖及产生基质促进纤维化的进程，提示CTGF与纤维化密切相关。Ⅱ型肺泡上皮细胞及激活的成纤维细胞通过自分泌或旁分泌方式产生CTGF，调节成纤维细胞和细胞外基质的积聚，在肺纤维化进展中起重要作用。高糖和高胰岛素是通过上调非酒精性脂肪肝中CTGF mRNA的表达而引起纤维化的进展。胆管上皮细胞合成和分泌一些旁分泌介质如：TGF-β、CTGF、PDGFB及内皮素1作用于不同的肝细胞，导致门静脉性肝硬化。以上资料表明CTGF在不同器官的纤维化进程中起重要作用。

CTGF是一种富含半胱氨酸的促分裂原，属间充质细胞生长因子。研究发现，病理情况下，其过度表达与器官增殖性或纤维化疾病的发生发展密切相关。CTGF是近年来备受重视的促纤维化蛋白因子。在病理状况下，CTGF过度表达，它可以直接作用于间充质来源细胞（如成纤维细胞），促进其增殖和细胞外基质ECM的合成，还能作为TGF-β的下游蛋白的角色介导其促纤维化作用，而TGF-β已被认为是炎性组织形成及不同组织中纤维化发生的关键介导因素[14]。李世荣等[15]发现体外培养的人增生性炎性组织成纤维细胞与正常皮肤的相比，胶原合成、CTGF及CTGF基因表达均显著增高。刘剑毅等[16]用反义寡核苷酸作用于体外培养的人炎性组织成纤维细胞，研究发现能抑制其CTGF表达、胶原合成。Garrett等[17]认为CTGF对于TGF-β1诱导的MFB的分化是必需的，但仅CTGF不足以引起MFB的分化和胶原基质的收缩。CTGF是一种重要的促纤维化因子，作为TGF/SMADs途径的下游介质参与炎性组织的形成。阻断CTGF的产生及其促纤维化效应可能为今后的炎性疤痕的治疗提供了一个新的靶点。相比TGF-β1来说，CTGF对抗纤维化作用应该更有效和安全，因为CTGF的生理条件下表达水平很低，其作用范围也主要局限于结缔组织。阻断CTGF不会出现阻断TGF-β1后可能产生的有害的临床反应。因此，CTGF可作为选择性干预纤维化疾病结缔组织形成的特殊靶子，CTGF选择性干预纤维化形成具有诱人前景[18]。

2.3 CTGF通过调节细胞外基质基因的表达促进炎性疤痕 CTGF能够刺激成纤维细胞增殖、细胞外基质产生、肉芽组织形成和纤维化。Twigg等[19]发现在人成纤维细胞中，重组CTGF诱导纤维连接蛋白mRNA的表达和蛋白质的合成，并呈剂量依赖性，CTGF中和性抗体可以显著降低但不能完全抑制这种作用。Shi-wen等[20]通过对体外培养的人皮肤成纤维细胞的研究发现，转染CTGF反义基因或用中和性抗体都能抑制TGFβ1诱导的细胞外基质如胶原等的合成，而转染CTGF重组体使之表达或直接应用、重组CTGF刺激都能诱导细胞外基质合成，这表明CTGF能够直接诱导结缔组织细胞增殖和细胞外基质合成。在多种细胞中，CTGF蛋白作用或CTGF基因转染都能刺激纤维连接蛋白Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型胶原及层粘连蛋白、整合素等细胞外基质成分合成。用抗CTGF中和抗体或CTGF反义核酸来阻滞CTGF的作用，能抑制某些药物或TGF-β所诱导的细胞外基质成分产生。动物实验表明，在诸多纤维化疾病模型都有CTGF的高表达。在人体多种器官纤维化疾病、创口愈合等过程，都伴随有CTGF表达的增高，提示CTGF广泛地参与了生成细胞外基质的生理或病理过程。

2.4 CTGF刺激成纤维细胞迁移至创伤处促进疤痕形成 Fan等[21]发现，在体外实验中，如果CTGF表达过度，血管平滑肌细胞的生长率和迁移率都将有显著增加，而且该作用可被CTGF中和性抗体逆转。Shimo等[22]发现，在培养皿中只有那些处于增殖期和正在迁移至空白区域的细胞CTGF表达呈阳性，应用CTGF反义寡核苷酸和反义RNA则可以阻滞这些细胞的增殖和迁移。CTGF这种趋化细胞的作用可以促进它的促新生血管形成活性，并且可能在创伤愈合过程中趋化成纤维细胞至伤处，并促进疤痕愈合。

2.5 CTGF促进创伤愈合后的血管形成 损伤修复和纤维化疾病常同时出现细胞外基质沉积和血管形成。重组CTGF（rCTGF）可剂量依赖地促进血管内皮细胞的粘附、增殖和迁移，同时诱导血管内皮细胞形成管状，比碱性成纤维细胞生长因子或血管内皮生长因子作用强。将rCTGF应用于鸡的尿囊绒膜可导致完全的血管形成作用，该作用可被抗CTGF抗体抑制。CTGF在体内和体外均有促血管生成作用。

3 展望与问题

结缔组织纤维化几乎成了各种组织器官损伤后共同的终末病理过程，细胞因子所起的作用已越来越为人们所重视。PDGF家族的发现已有30多年历史，目前已成为各种生长因子研究的热点，足够的证据证明PDGF与各种炎性疤痕纤维变性疾病、创伤愈合有关。通过局部应用PDGF为临床上促进创伤找到了一条可行的途径，PDGF拮抗剂及其受体酪氨酸蛋白激酶抑制剂的应用将会给各种炎性疤痕纤维变性疾病的治疗找到新的治疗方法。另外CTGF的发现也为控制纤维化提供了一个新的治疗靶，针对CTGF的治疗可能会比针对TGF-β的治疗更有实用意义，根据目前的初步研究拮抗CTGF似乎可以更专一地拮抗细胞增殖肥大和ECM进行性积聚，而不影响TGF-β的抗炎症等有益机体的作用。通过对CTGF基因表达调节、信号转导途径和受体结合途径的进一步研究，选择治疗策略阻断CTGF的基因表达，应用CTGF中和抗体或受体拮抗剂来阻断CTGF信号传导表达和生物学活性，这可能是控制纤维化疾病发生和发展的一种新手段，为今后防治炎性疤痕纤维化疾病带来新的希望。尽管任何一种细胞因子的研究结果都无法去诠释复杂的纤维化过程，但立足于每种细胞因子的体内或体外研究，仍有助于我们去揭示这些细胞因子在炎性疤痕纤维化过程中的调节作用，并为今后临床上纤维化靶向治疗提供新的思路。总之，对细胞因子作用机制影响因素的更为深入的研究，对于临床预防和治疗疤痕有重大的意义。

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