转化生长因子β1的生物学作用及应用进展

孙 磊(综述)，杨凤昆(审校)

(天津市口腔医院药剂科，天津 300041)

转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)是新近发现的调节细胞生长和分化的活性多肽类物质，对细胞的生长、分化和多种生理、病理过程发挥重要调节作用，因其能促进成纤维细胞的转化生长而得名。TGF-β能使正常的成纤维细胞的表型发生转化，即在表皮生长因子同时存在的条件下，改变成纤维细胞的细胞壁生长特性，从而起到生物活性作用。研究表明,TGF-β受体及信号途径中的信号分子缺陷与多种疾病的发生、发展有关[1]。TGF-β家族包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3,还包括活化素和抑制素。现就TGF-β1的生物学作用及研究进展予以简要综述。

1 TGF-β1的生物学作用

1.1基因转录 现在已知TGF-β1在很多基因的转录和表达中起作用,TGF-β1可参与的基因转录包括细胞骨架组成、基质形成和改建、新陈代谢和蛋白生物合成等，目前TGF-β1在基因转录中的具体作用仍在探索，不同来源的细胞可用不同信号通路来转录不同的基因[2]。

有研究将240例类风湿关节炎患者分为治疗组和对照组，对患者的血清进行试验观察，采用酶联免疫吸附测定试剂盒对血清水平量化，结果显示，TGF-β1血清水平与患者疾病的严重程度呈正相关[3]。

孙凤丹等[4]采用免疫组织化学多聚螯合物酶法检测了121例乳腺导管癌和21例正常乳腺导管上皮组织芯片中TGF-β1、TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ、Smad2/3和Smad4蛋白的表达水平，并分析了其与乳腺癌临床病理学特征的关联性。结果表明，TGF-β1/Smad信号通路转录相关蛋白基因与乳腺癌组织形成密切相关，TGF-β1/Smad信号通路相关蛋白检测可作为判定乳腺癌预后的指标。

1.2创伤愈合 TGF-β1可促进细胞增殖和分化，并促进成纤维细胞分泌胶原蛋白，且对细胞的生长、分化和免疫功能都有重要的调节作用。细胞可通过分泌TGF-β1促进增殖和分化，并诱导自身表达进而进行自我调节[5]。

张连波等[6]对大鼠慢性皮肤溃疡创面愈合过程中TGF-β1、胶原Ⅰ和胶原Ⅲ的蛋白表达进行了观察，结果发现外源性TGF-β1能增加肌腱细胞及胶原Ⅰ、胶原Ⅲ的产生，其中胶原Ⅰ产生量最大。实验发现，TGF-β1的基因表达均发生在胶原合成前，提示TGF-β1对胶原合成有促进作用。TGF-β1可以通过促进各种细胞外基质成分表达，从而促进蛋白多糖、胶原蛋白等细胞的合成，发挥促进创面愈合的作用。

TGF-β1在体内生物学作用广泛，可以抑制破骨细胞的活化，刺激成骨母细胞的增殖，而且对软骨的生长和分化也起着关键性作用。Hwang等[7]使用免疫组织化学法对动物模型的TGF-β1的表达水平进行了测定，并观察了原位杂交技术中TGF-β1对动物模型骨涎蛋白表达水平的影响程度，结果显示：修复性牙本质中TGF-β1水平高于正常牙本质，TGF-β1的高表达可以上调骨涎蛋白在人牙髓细胞中的培养，促进其成骨性。

1.3瘢痕化及纤维化 研究表明,TGF-β1在瘢痕的形成过程中发挥了重要的作用,TGF-β1在瘢痕发生初期就有高水平转录,进而翻译成蛋白质,后者刺激组织中成纤维细胞的增殖和以胶原为主的细胞外基质的沉积,增殖的成纤维细胞又会产生更多TGF-β1,如此反复循环,最终形成大量的纤维化组织,导致胶原等细胞外基质的形成与降解之间的动态平衡破坏，出现愈合紊乱，进而导致瘢痕增生[8]，因此提示抑制TGF-β1的表达可以减少瘢痕的形成。

Tang等[9]研究了积雪草苷对胶原蛋白表达的影响和TGF-β1对瘢痕成纤维细胞的体外作用，将瘢痕组织和正常皮肤组织分离出成纤维细胞，分别使用不同浓度的积雪草苷，并测定了积雪草苷对成纤维细胞活力的抑制作用。结果显示，积雪草苷可以减少两种皮肤组织的TGF-β1表达，使蛋白转录水平降低，减少成纤维细胞的生成，从而达到预防和治疗增生性瘢痕的效果。

凌佼佼等[10]认为，TGF-β1既可以促进细胞外基质的合成，又可以通过促进基质金属蛋白酶2及金属蛋白酶组织抑制剂1的分泌，抑制细胞外基质的降解；还可以通过促进细胞分泌转谷氨酰胺酶，改变细胞外基质的结构，使其交联，增强细胞外基质对蛋白酶降解的抵抗力，从而减少细胞外基质的降解，促使瘢痕的形成。Naim等[11]对14例伤口愈合后形成瘢痕患者的瘢痕组织进行了分析，结果显示，通过给予外源性肝细胞生长因子/扩散因子可以降低TGF-β1在细胞中的水平，从而发挥减少瘢痕的作用。

此外，口腔黏膜的纤维化也与TGF-β1密切相关，TGF-β1促进成纤维细胞转化为α平滑肌肌动蛋白分泌的肌纤维母细胞，提示可以通过控制整合素αvβ6来降低TGF-β1的表达，从而达到延缓黏膜纤维化的目的[12]。

2 TGF-β1的临床应用

TGF-β1可溶于水和其他溶剂，可作为外用溶液和注射剂直接应用于临床。也有学者将其制成凝胶剂、微球等剂型，延长其作用时间并增加靶向性，增强了其药理作用。

2.1溶液剂 TGF-β1可直接溶于水进行体外给药。李良勇等[13]通过经鼻给药研究了TGF-β1溶液对氯化锂-匹罗卡品所致癫痫持续状态大鼠海马神经元的保护作用及其潜在的机制，实验将60只健康雄性SD大鼠随机分为转化生长因子组、匹罗卡品组和正常对照组，建立了氯化锂-匹罗卡品癫痫持续状态模型并分别观察各组大鼠海马神经元的原位凋亡及变性死亡的情况表明，经鼻给予TGF-β1可以显著地抑制或减轻癫痫持续状态大鼠海马神经元的变性与凋亡，从而发挥神经保护作用。

2.2注射剂 TGF-β1也可以作为注射剂进行局部注射给药。颜贻站等[14]观察了TGF-β1局部注射联合经皮自体骨髓移植对骨折愈合的促进作用，首先预制家兔骨延迟愈合模型，制备模型后将40只新西兰白兔随机分为4组，每组10只，分别在第5日和第10日于骨延迟愈合区注入自体血液加生理盐水、自体红骨髓加生理盐水、自体血液加TGF-β1、自体红骨髓加TGF-β1治疗。结果表明，第4组成骨细胞的平均体积密度、骨痂厚度改变、钙含量等各项指标显著高于其他3组，证明局部注射TGF-β1对于骨折的恢复有治疗作用。

2.3凝胶剂 将TGF-β1制成凝胶剂，可以达到缓释作用，使TGF-β1更长时间滞留在治疗部位发挥治疗作用。有学者将TGF-β1制成凝胶剂用于椎间盘褪变的治疗。吴健等[15]将TGF-β1制成纤维蛋白凝胶主体胶，主体胶与催化剂未混合前为液态，具有可注射的优点，注射后在作用部位混合凝固成凝胶状，与髓核相似，并且凝固时间可控性强，作为间充质干细胞的载体植入到椎间盘内有诸多优点。吴健等[15]将家兔随机分为褪变模型组、纤维蛋白凝胶组、骨髓干细胞纤维蛋白凝胶组，每组18只，建立椎间盘褪变模型后，纤维蛋白凝胶组和干细胞纤维蛋白凝胶组分别移植入纤维蛋白凝胶TGF-β1复合物及骨髓间充质干细胞纤维蛋白凝胶TGF-β1复合物进行疗效观察，褪变模型组不做处理，作为阴性对照。结果表明，骨髓间充质干细胞联合纤维蛋白凝胶TGF-β1能很好地抑制椎间盘褪变。

2.4微球 微球是指药物分散或被吸附在高分子、聚合物基质中而形成的微粒分散体系。微球是近年来发展的新型给药体系，它既能保护药物免遭破坏，又与某些细胞组织有特殊亲和性，能被器官组织的网状内皮系统所内吞或被细胞融合，集中于靶区逐步扩散释出药物，因此微球在临床治疗上属于靶向制剂。

杨亚冬等[16]将TGF-β1包裹在壳聚糖微球内制成缓释微球,将该微球负载在壳聚糖-丝素支架上。将培养的骨髓间充质干细胞搭载到支架上,体外构建组织工程软骨,移植到兔关节软骨缺损处。以移植空白支架的家兔为对照组,移植体外构建的组织工程软骨为实验组，对支架移植后的兔关节修复情况进行研究，结果显示：搭载TGF-β1壳聚糖微球的壳聚糖-丝素支架治疗修复兔膝关节软骨缺损具有较好的疗效。

陈良建等[17]用改良乳化法制备TGF-β1明胶缓释微球，负载在多孔钛中，体外研究了其对兔软骨细胞增殖和分化的影响，结果显示载有TGF-β1的明胶微球涂层具有缓释功能，无细胞毒性，有利于细胞的黏附、增殖和分化。

3 临床意义和研究前景

实验研究表明，TGF-β1对创面修复有重要作用，TGF-β1导致的基因转录与皮肤伤口闭合率有密切关系[18]。适量的TGF-β1有益于促进伤口的愈合，在皮肤创伤修复实验中，能够观察到TGF-β1被激活和表达，进而促进成纤维细胞的增殖和细胞外基质的沉积，加速创面愈合。TGF-β1是创伤愈合过程中重要的调控因子，能够引发炎性反应，调节表皮重构和细胞外基质的生成，促进结缔组织再生等[19]。

同时，TGF-β1对细胞的生长具有双重作用，既可以通过促进成纤维细胞生长起到促进愈合的作用，又可以抑制包括间充质和髓样细胞来源的多肽细胞，导致创伤愈合后瘢痕化的形成。因此，在加入外源性TGF-β1促进愈合的治疗时，应考虑到TGF-β1对于瘢痕产生的影响。在伤口愈合的过程中，作为炎性细胞与修复细胞间信号载体的TGF-β1的持续存在会不断刺激成纤维细胞诱导基质产生，导致过度的细胞外基质沉积的纤维反应，并使其活性增强，导致组织增生，瘢痕形成；而抑制TGF-β1的生物活性会抑制基质生成和调节纤维化过程，阻碍TGF-β1的信号转导，对抗瘢痕形成有一定的作用。

目前TGF-β1的部分作用机制仍不完全明确，在愈合及瘢痕形成过程中，除了TGF-β1以外还有其他相关炎性因子的作用,因此如何能通过控制TGF-β1促进愈合并取得让人满意的抗瘢痕效果,仍需要进一步研究[20-21]。

[1] Naber HP,Wiercinska E,Pardali E,etal.BMP-7 inhibits TGF-β-induced invasion of breast cancer cells through inhibition of integrin β(3) expression[J].Cell Oncol(Dordr)，2012，35(1)：19-28.

[2] Qi P,Chen YM,Wang H,etal.-509C>T polymorphism in the TGF-beta1 gene promoter,impact on the hepatocellular carcinoma risk in Chinese patients with chronic hepatitis B virus infection[J].Cancer Immunol Immunother,2009，58(9)：1433-1440.

[4] 孙凤丹，张金子，崔演，等.TGF-β1/Smad信号通路相关蛋白在乳腺癌组织中的表达及其临床意义[J].吉林大学学报：医学版,2012,38(1):93-97.

[5] 袁晟.转化生长因子-β对牙种植体骨结合的影响[J].医学研究生学报,2012,25(2):212-214.

[6] 张连波，李健宁，孙颖.大鼠慢性皮肤溃疡创面愈合中转化生长因子-β1、Ⅰ胶原、胶原Ⅲ的蛋白表达[J].中华实验外科杂志,2011,28(9):1445-1447.

[7] Hwang YC,Hwang IN,Oh WM，etal.Influence of TGF-beta1 on the expression of BSP,DSP,TGF-beta1 receptor Ⅰ and Smad proteins during reparative dentinogenesis[J].J Mol Histol,2008,39(2):153-160.

[8] 农晓琳，邓凌，李佳荃，等.bFGF、TGFβ1在人皮肤病理性瘢痕不同时期的表达及意义[J].广西医科大学学报,2010,27(2):180-183.

[9] Tang B,Zhu B,Liang Y，etal.Asiaticoside suppresses collagen expression and TGF-β/Smad signaling through inducing Smad7 and inhibiting TG-βRⅠ and TGF-βRⅡ in keloid fibroblasts[J].Arch Dermatol Res，2011,303(8)：563-572.

[10] 凌佼佼，李平华.转化生长因子-β及其抑制剂在青光眼滤过泡瘢痕形成中的作用[J].广东医学,2012,33(6):867-870.

[11] Naim R,Naumann A,Barnes J，etal.Transforming growth factor-β1-antisense modulates the expression of hepatocyte growth factor/scatter factor in keloid fibroblast cell culture[J].Aesthetic Plast Surg，2008,32(2)：346-352.

[12] Geng H,Lan R,Singha PK，etal.Lysophosphatidic acid increases proximal tubule cell secretion of profibrotic cytokines PDGF-B and CTGF through LPA2-and Gαq-mediated Rho and αvβ6 integrin-dependent activation of TGF-β[J].Am J Pathol，2012,18(4):1236-1249.

[13] 李良勇，李家林，谢成娟，等.经鼻给予TGFβ1对癫痫持续状态大鼠海马神经元的保护作用[J].中风与神经疾病杂志，2012，29(2)：109-112.

[14] 颜贻站，朱坚，曾云记，等.转化生长因子β1联合自体骨髓移植治疗兔桡骨骨折延迟愈合[J].浙江创伤外科,2012,17(4):459-462.

[15] 吴健，杨金华，杨宗华，等.可注射型纤维蛋白凝胶转化生长因子β1复合骨髓间充质干细胞移植治疗椎间盘退变[J].中国组织工程研究与临床康复,2011,15(3):478-482.

[16] 杨亚冬，张文元，房国坚.负载TGF-β1微球的壳聚糖-丝素支架复合骨髓间充质干细胞修复兔关节软骨缺损的实验研究[J].医学研究杂志,2011,40(6):70-76.

[17] 陈良建，汪瑞芳，郭小平，等.载TGF-β1明胶微球涂层多孔钛对MG63细胞功能的影响[J].中南大学学报：自然科学版,2011,42(8):2266-2273.

[18] Abramov Y,Hirsch E,Ilievski V，etal.Transforming growth factor beta 1 gene expression during vaginal vs cutaneous surgical wound healing in the rabbit[J].Int Urogynecol J，2013，24(4)：671-675.

[19] 张爱军，闫志勇.TGF-β对创伤愈合与瘢痕形成的影响及中药的干预作用[J].西北药学杂志，2013，28(1)：101-105.

[20] 朱晓燕.转化生长因子-β与青光眼滤过术后抗瘢痕研究[J].眼科新进展，2011，31(1)：87-90.

[21] 李巍，李峥，陈锋.黄芩对皮肤瘢痕形成过程中TGF-β1、Ⅲ型胶原蛋白表达水平影响[J].西部医学，2012，24(3)：462-464.