TGF-β激活激酶1在TGF-β、Toll样受体信号途径中对瘢痕疙瘩形成的作用

高正君 综述，薛晓东 审校

（甘肃省人民医院整形美容科　甘肃　兰州　730000）

TGF-β激活激酶1在TGF-β、Toll样受体信号途径中对瘢痕疙瘩形成的作用

高正君 综述，薛晓东 审校

（甘肃省人民医院整形美容科甘肃兰州730000）

在世界范围内瘢痕疙瘩的治疗一直是个难题，除白化病患者外，各个种族均有发病。据统计，中国人的瘢痕疙瘩（Keloid，K）发病率在世界上仅次于黑种人，是一种常见且多发的疾病。尤其是生长于头面部等暴露部位或功能部位的瘢痕疙瘩，对患者造成极大的痛苦。对于K的治疗除手术以外有多种方法，但迄今为止没有办法达到治愈［1］。K预防和治疗的困难在于：①其形成机制复杂又不十分明确；②对其临床发生发展的进程缺乏前瞻性的预测。因此，明确K产生的机理是预防和治疗K的关键。本文将对与K关系最为密切的转化生长因子-β（Transform growth factor-β，TGF-β）信号通路和近来研究渐热的Toll样受体（Toll-like receptors，TLRs）信号通路做阐述总结，并探讨以上两条信号通路的关系，及其中均涉及到的转化生长因子-β激活激酶1（TGF-activated kinase 1，TAK1）能否成为K防治的靶点。

1　转化生长因子-β（Transform growth factor-β，TGF-β）

TGF-β与K的形成密切相关，1型和2型TGF-β促瘢痕增生，3型TGF-β的作用尚有争议。关于TGF-β信号途径分Smad依赖通路和非Smad依赖通路。以往认为，TAK1只参与非Smad途径，近来有研究表明，TAK1也参与受体调节性Smads即Smad1、2、3、5、8的磷酸化激活，在Smad通路中也发挥作用［2］。

2　Toll样受体（TLRs）

作为天然免疫模式识别受体之一，Toll样受体（TLRs）可能通过以下原因促K形成：①TLRs介导持续免疫应答引发慢性炎症；②TLRs介导的过度修复；③病原体激活了包括TGF-β在内的促纤维化因子。其信号通路有MyD88（髓样分化分子88）依赖信号通路和非My88依赖信号通路（TRAM通路）。其中TLR1、2、5、6、7、8、9为MyD88依赖信号通路，TLR3为非MyD88依赖信号通路，TLR4兼有以上两种通路［3］。

3　转化生长因子激活激酶1（TGF-activated kinase 1，TAK1）

TAK1为丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是MAPKKK（mitogen-activatedkinasekinasekinase，MAPKKK或MAP3K）家族成员，最初发现它是TGF-β诱导MAP（丝裂原激活蛋白）激酶激活的调节分子。TAK1可以由多种配体-受体的相互作用磷酸化而激活，如：TGF-β、TNF-α、L-1、脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）等。与TAK1相互作用的蛋白TAB1/2/3（TAK1结合蛋白）作为接头蛋白链接TAK1和泛素化修饰的TRAF6（肿瘤坏死因子受体相关因子），接下来TAK1一方面增强Ikk复合物（IκB激酶复合体）活性，加快IκB磷酸化降解，释放NF-κB二聚体，另一方面活化MAPKKS（丝裂原活化蛋白激酶激酶）成员MKK3/6激活MAPKs包括ERK1/2、P38和Junk，然后再磷酸化转录因子AP-1，启动炎症、免疫反应、细胞凋亡和纤维化疾病等病理生理过程［4］。

4　瘢痕疙瘩成纤维细胞（Keliod fibroblast，KFb）高表达TLRs和TGF-β

TLRs可以通过刺激先天性免疫应答和提高获得性免疫反应来保护机体，但是它所引起的持续性炎症反应也会对机体产生损伤。具体来说，TLR3、TLR7/TLR8、TLR9诱导机体产生I型干扰素，发挥抗病毒免疫作用。TLR2和TLR4激活树突细胞后分别产生IL-12、IP-10（IFN-γ介导蛋白）和P19等细胞因子或化学激活因子，后三者均可使Th细胞分化为Th1细胞，若缺乏或不足则分化成Th2细胞。

瘢痕纤维化与Th2类细胞因子有显著关联，Th2细胞应答占优势时，可促进成纤维细胞增殖和细胞外基质（ECM）沉积，在特定条件下形成瘢痕疙瘩［5］，即“Th2优势”理论。研究表明，Toll样受体2型、4型（Toll-like receptors，TLR2、TLR4）在瘢痕疙瘩成纤维细胞（KFb）表达明显上调，而TLR7表达下调［6］；TLR6、8、9在K中的表达与正常皮肤相比明显增加［7］；TLR3、4还可通过TRAM依赖途径（即非MyS88依赖途径）激活周期素，直接诱导组织增生［8］；被病毒反复感染的小鼠体内TLRs介导，TGF-β表达明显增高，心肌纤维化程度显著增加［9］；用TLR4的天然配体脂多糖刺激瘢痕及正常皮肤组织的成纤维细胞（Fb），结果两种Fb均显著增殖、胞内TLR4含量增加，MyD88、TGF-β、I型前胶原的表达均上调，且在瘢痕Fb中表现更为显著，特异性干扰MyD88的表达后，TGF-β水平随即明显降低［10］。

TGF-β对成纤维细胞而言可刺激细胞外基质（EMC）沉积，抑制胶原酶的产生，还是成纤维细胞和单核细胞的有效趋化剂［11］。TGF-β可通过Smad信号通路上调TGF-β基因表达，其产物再作用于自身TGF-β受体形成放大效应［12］。在瘢痕疙瘩中，TGF-β的浓度明显增高，且瘢痕疙瘩成纤维细胞（KFb）对TGF-β的敏感性亦显著增高［13］。Peter等［14］发现在伤后肉芽组织及20个月后的增生性瘢痕中可见大量TGF-β1 和TGF-β2受体表达强阳性的成纤维细胞（Fb）。他们认为病理性瘢痕的形成是因为成纤维细胞长时间高表达TGF-β受体，从而导致持续性正反馈调节所致。另有Takami等［15］研究人员发现，TGF-β是一个免疫反应调节剂，可以放大免疫反应，并在特定条件下能更有效地介导免疫反应。

综上，K中TGF-β1、TGF-β2及TLRs高表达，而TLRs信号转导的最终结果是产生包括TGF-β在内的多种炎症因子，而K患者在发病前皮肤均为正常，据此推测：K可能是患者体内TLRs表达、调节异常，皮肤损伤后发生持续过度免疫应答，激活TLRs造成“Th2”优势以及TGF-β等细胞因子过表达促使正常成纤维细胞（NFb）向瘢痕疙瘩成纤维细胞（KFb）转变，而KFB又过表达TLRs及TGF-β，致持续免疫应答和持续瘢痕修复，病理上表现出上皮细胞-间质细胞转化（Epithelialmesenchymal transformation，EMT）、胶原增生、细胞外基质沉积、成纤维细胞增殖等，此过程可通过环路自身放大，最终导致瘢痕疙瘩。

5　TAK1及其抑制剂的研究

早在2003年，OnO等就发现负向调控TAK1可有效阻断TGF-β信号通路，显著减少细胞外基质（ECM）沉积，从而抑制TGF-β诱导的细胞纤维化［16］。后来又相继报道了靶向TAK1可以控制异常炎症反应及癌症［17］；肝脏内TAK1和c-Jun N末端激酶（JNK）激活后，肝星形细胞和Kupper细胞活化，促进炎症、进行性肝纤维化，在晚期补偿性增殖导致肝癌产生［18］；TAK1可抑制在肿瘤中高表达的人端粒酶逆转录酶（hTERT）并介导正常人成纤维细胞衰老［19］等。对于TAK1缺陷性小鼠的细胞研究表明，TLRs信号通路中NF-κB和MAPK激活受抑制，进而导致促炎性细胞因子表达下调，说明TAK1在NF-κB和MAPK信号通路中起着不可代替的作用［20］。Yumoto等［2］通过TAK1基因敲除小鼠和TAK1抑制剂5Z-7-oxozeaenol发现：TAK1参与TGF-Smad2/3及BMP-Smad1/5/8通路Smads的磷酸化，对于TGF-β的Smad通路和非Smad通路有交叉介导作用。由于TAK-1在TGF-β及TLRs信号途径均为中枢性中介物，以上两条信号通路又与瘢痕疙瘩密切相关，据此推测，特异性阻断TAK1可以防治瘢痕疙瘩。

6　问题与展望

K有肿瘤边缘特性，持续增生但不转移，纵观多个学科关于肿瘤发生机制的研究，免疫因素及免疫治疗多已成为热门话题。Toll样受体（TLRs）作为重要的免疫相关受体，对免疫功能有双重调节作用，激活不足或激活过度均导致机体异常甚至疾病。在人类发现有10种TLRs，其激活剂、抑制剂正在被相继研发。TLRs在K中的表达、调节异常已是可以肯定的，但具体哪一型TLR表达上调或下调以及在K中的调节机制如何尚不清楚。

外界刺激使正常皮肤成纤维细胞（Fb）TLRs异常激活后，免疫应答异常，TGF-β表达上调，使Fb增殖能力加强、胶原产生增多、分泌更多促纤维化因子，从而转变为瘢痕疙瘩成纤维细胞（KFb），进而再高表达TGF-β，异常表达TLRs，加重瘢痕疙瘩病理进程。TGF-β的自身放大效应除由其自身信号通路介导，是否与上述环路有关？KFb上高表达的TGF-β受体（TβR）是否为高浓度TGF-β的适应性结果？TLRs的异常表达是否也存在自身放大？笔者认为这些问题都很有研究价值。

自Kenji等于2013年报道TAK1可使受体性Smads（Smad1、2、3、5、8）磷酸化激活，TAK1不再被认为只参与TGF-β非Smads途径，结合传统TGF-β信号通路，及上文显示的TLRs信号通路，可以看出TAK1在上述两条信号通路中处于中枢性地位。目前关于TAK1及其抑制剂的研究主要集中在凋亡、免疫、肿瘤等，病理性纤维化方面涉及到肝脏、肺脏和肾脏［23］，而TAK1与K的研究尚未见报道。TAK1是否也能成为K的防治靶点有待研究。

K的发生由免疫因素介导，细胞因子实现，临床上应用细胞因子类药物也有一定效果。试想若针对免疫，是否可以从发病机制的上游干预阻断？理论上，免疫治疗必会引起细胞因子表达改变，细胞因子治疗是否会成为免疫治疗的副产品？相信，随着对K形成机制的深入了解，对该病的防治也会更上一阶。

［1］ButlerPD，LongakerMT，YangGP.Currentprogressin keloid research and treatment［J］.J Am Coll Surg，2008，206 （4）:731-741.

［2］Yumoto K，Thomas PS，Lane J，et al.TGF-β-activated kinase 1 （Tak1）mediates agonist-induced Smad activation and linker regionphosphorylationinembryoniccraniofacialneuralcrestderivedcells［J］.JBiolChem，2013，288（19）:13467-13480.

［3］An H，Qian C，Cao X.Regulation of Toll-like receptor signaling in the innate immunity［J］.Sci China Life Sci，2010，53（1）:34-43.

［4］Yamaguchi K，Shirakabe K，Shibuya H，et al.Identification of a member of the MAPKKK family as a potential mediator of TGF-beta signal transduction［J］.Science，1995，270（5244）: 2008-2011.

［5］Chizzolini C，Brembilla NC，Montanari E，et al.Fibrosis and immune dysregulation in systemic sclerosis［J］.Autoimmun Rev，2011，10（5）:276-281.

［6］Chen J，Zeng B，Yao H，et al.The effect of TLR4/7 on the TGF-β-induced Smad signal transduction pathway in human keloid［J］.Burns，2013，39（3）:465-472.

［7］Bagabir RA，Syed F，Rautemaa R，et al.pregulation of Tolllike receptors（TLRs）6，7，and 8 in keloid scars［J］.J Invest Dermatol，2011，131（10）:2128-2130.

［8］Hasan UA，Caux C，Perrot I，et al.Cell proliferation and survival induced by Toll-like receptors is antagonized by type IIFNs［J］.ProcNatlAcadSciUSA，2007，104（19）:8047-8052.

［9］deMesquitaCJ，LeiteJA，FechineFV，etal.Effectof imiquimod on partial-thickness burns［J］.Burns，2010，36（1）: 97-108.

［10］FAN Peng-Ju，YANG Xing-Hua，XIAO Mu-Zhang，et a1. Toll like receptor-4 involved in the mechanism of hyperplastic scarring via TGF-β［J］.ProgressBiochem Biophys，2011，38（9）:842-849.

［11］Abergei RR，Dizzurro D，Muker J.Biochemical composition of connective tissue i n keloids and analysis of collagen metabolisminkeloidsfibroblastcultures［J］.Invest Dermatol，1985，84（5）:384-390.

［12］Tan WQ，Gao ZJ，Xu JH，et al.Inhibiting scar formation in vitro and in vivo by adenovirus-mediated mutant Smad4：a preliminary report［J］.Exp Dermatol，2011，20（2）:119-124.

［13］David A，Bettinger，Dorne R.The effect of TGF-β on keloid fibroblast prolife ration and collagen synthesis［J］.Plast Reconstr Surg，1996，98:827-832.

［14］PeterSchmid，PeterItin，GeorgeCherry，etal.Enhanced expression of trans forning growth factor-β type I and type Ⅱreceptors in wound granulation tiss ue and hypertrophic scar［J］.Am J Pathol，1998，1952:485-493.

［15］Takami M，Love RB，Iwashima M.TGF-β converts apoptotic stimuli into the signal for Th9 differentiation［J］.J Immunol，2012，188（9）:4369-4375.

［16］Ono K，Ohtomo T，Ninomiya-Tsuji J，et al.A dominant negative TAK1 inhibits cellular fibrotic responses induced by TGF-beta［J］.Biochem Biophys Res Commun，2003，307 （2）:332-337.

［17］Sakurai H.Targeting of TAK1 in inflammatory disorders and cancer［J］.Cancer Cell，2012，21（6）:738-750.

［18］Nikolaou K，Tsagaratou A，Eftychi C，et al.Inactivation of the deubiquitinase CYLD in hepatocytes causes apoptosis，inflammation，fibrosis，andcancer［J］.CancerCell，2012，21 （6）:738-750.

［19］Harada G，Neng Q，Fujiki T，et al.Molecular mechanisms for the p38-induced cellular senescence in normal human fibroblast［J］.J Biochem，2014，156（5）:283-290.

［20］Chen ZJ.Ubiquitin signalling in the NF-kappaB pathway ［J］.Nat Cell Biol，2005，7（8）:758-765.

编辑/李阳利

Role of TGF-β activated kinase 1 in TGF-β、Toll-like receptors signal pathways on keloid information

2015-05-07

2015-08-06