转化生长因子β介导腹膜粘连形成的分子机制研究进展

邓璐璐(综述)，毛建文(审校)

(广东药学院生物教研室，广州 510006)



转化生长因子β介导腹膜粘连形成的分子机制研究进展

邓璐璐△(综述)，毛建文※(审校)

(广东药学院生物教研室，广州 510006)

腹膜粘连是腹部外科手术后常见的并发症，是导致慢性腹痛、机械性肠梗阻以及女性不孕的主要原因，至今在国际上仍然认为腹膜粘连的产生是不可避免的[1]。转化生长因子β(transformation growth factor β，TGF-β)是公认的促粘连因子，其参与了成纤维细胞的形成和细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的沉积，双向调节细胞的生长，其导致腹膜粘连的分子机制一直是国内外学者研究的重点。现对TGF-β介导腹膜粘连形成的分子机制研究进展进行综述。

1TGF-β与腹膜粘连的关系

腹膜粘连是指经过外科手术的损伤摩擦后，由于组织缺血缺氧，间皮层细胞受损，同时巨噬细胞活化产生细胞介质，成纤维细胞不断增生迁移，最终导致ECM过度沉积而形成的永久性粘连[2]。TGF-β具有多样生物学活性，广泛参与体内细胞间的相互作用，被认为是启动间质细胞增殖、形成ECM并抑制其降解的关键因子，在腹膜粘连过程中具有重要作用[3]。间皮细胞受损时，在TGF-β等细胞因子的作用下纤维母细胞向受损位点迁移、增殖，并分泌纤维蛋白，纤维沉积在表面形成纤维结块[4-5]。Chen等[6]研究证实，TGF-β是诱导肌成纤维细胞分化以及启动纤维肌动蛋白表达的重要因子。TGF-β可促进细胞增殖、迁移、入侵以及上皮间质转型等生理功能的发生。Falk等[7]也证实，在腹膜受损后浆膜液中低水平的TGF-β1可促进人间皮细胞增殖，而高水平的TGF-β则抑制细胞增殖，暗示不同生理水平的TGF-β不同程度地参与了腹膜粘连的形成过程。Painemal等[8]研究发现，人体纤维化肠壁组织中TGF-β1的表达量显著高于正常肠壁组织，持续高表达的TGF-β1不仅可直接促进黏膜层细胞纤连蛋白、胶原蛋白表达量的增高，而且刺激肠间质细胞分泌结缔组织生长因子、血管内皮生长因子等促粘连分子，促使ECM合成与降解失衡，导致肠壁表面ECM大量沉积，最终形成纤维化粘连。

TGF-β1不仅可以促进胶原蛋白纤连蛋白合成，还可以刺激成纤维细胞迁移和增殖，并抑制间皮细胞愈合以及胶原酶和蛋白酶，如基质金属蛋白酶1(matrix metalloproteinase 1，MMP-1)的产生，从而使ECM的降解异常，最终形成永久性粘连[9-10]。

2关于腹膜粘连形成的信号转导通路

2.1TGF-β与Smads通路Smads是最早被证实的TGF-β受体激酶底物，其将TGF-β信号由胞内通过1型受体转入核内，从而调控基因的特异性表达[11]。TGF-β1/Smads 信号通路也被认为是致纤维化最为经典的信号通路。Smads蛋白按照功能可分为3类：第1类受体激活型Smad(R-Smad)，其是TGF-βRⅠ的直接效应分子，成员有Smad 1、2、3、5、8；第2类通用型Smad(Co-Smad)，Co-Smad在脊椎动物中只有Smad 4，所有TGF-β超家族的信号分子都需要与Smad 4结合才能进入细胞核；第3类抑制型Smad(I-Smad)，只有Smad 6和Smad 7，它们是某些TGF-β信号转导通路的抑制剂。Smad蛋白特异性介导TGF-β信号的关键在于细胞膜表面的Smad锚定受体激活蛋白(Smad anchor for receptor activation，SARA)，SARA上包含FYVE结构域和Smad结合结构域，其在磷酯酰-肌醇-3磷酸的作用下可以与TGF-βR形成SARA-Smad-TGF-βR复合物，促进TGF-βRⅠ与Smad 2/3结合，并特异性磷酸化Samd 2和Samd 3，然后与Samd 4结合形成二聚体共同转入核内，激活转录因子进行基因表达调控。二聚体进入细胞核后，Smads可与核内蛋白辅助活化因子或辅助抑制因子结合，也可能直接与靶基因启动子DNA结合，通过改变核小体结构或染色质模板重塑控制靶基因的转录活性[12]。

相关文献证明，TGF-β/Samds信号通路在腹膜ECM的形成和纤维化过程中有重要作用[13-15]。TGF-β1可提高Smad 2和Smad 3的磷酸化水平，激活纤维细胞的活性，促进胶原蛋白合成，提示TGF-β1/Samds信号通路可能参与了ECM的生成[16]。另外，TGF-β通过Smad 3蛋白诱导金属蛋白酶组织抑制剂1的合成，抑制ECM的降解，另一方面也抑制MMP-1的合成，从而促进纤维细胞的增殖[17]。研究表明，在TGF-β1的作用下，敲除Smad 4基因能够抑制ECM的沉积[18]。Meng等[19]研究提示，敲除Smad 4基因能够抑制Smad 3绑定到合成胶原蛋白的启动子区域，减弱纤维化形成。总而言之，TGF-β/Samds信号通路不仅参与胶原蛋白的合成过程，也参与ECM的沉积和降解过程，更促进了纤维化过程，其从多个方面促进腹膜粘连的形成。

2.2TGF-β与丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)通路MAPK是广泛存在于哺乳动物细胞内的丝/苏氨酸蛋白激酶超家族，其可将细胞质的信号转入到细胞核内，并进行基因调控，其参与细胞的生长、增殖、分化以及纤维化等多个生理过程，是细胞信号的重要转导通路[20]。MAPK转导系统由上游激活物、核心模件蛋白以及下游作用底物组成，其中上游激活物包括多种蛋白质因子，核心模件蛋白包括MAPK、MAPK激酶、MAPK激酶的激酶，下游底物包括转录因子和蛋白激酶等。MAPK主要成员有细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)、氨基末端激酶(Jun N-terminal kinase，JNK)以及p38MAPK。

ERK主要由ERK1和ERK2两种亚型构成，其参与细胞膜到细胞核的信号转导，是MAPK的一条重要途径。ERK信号通路中最为经典的是Ras-Raf-MEK1/2-ERK1/2转导途径。生长因子与细胞膜上的酪氨酸激酶受体结合，通过一系列反应激活Ras蛋白，同时Raf发生磷酸化，进而激活MEK1/2，而MEK1/2活化ERK1/2环内的苏氨酸和酪氨酸残基，并使其发生磷酸化，最终激活ERK1/2。TGF-β可对ERK1/2信号通路产生重要影响。在人乳腺癌细胞中添加TGF-β，10 min后可观察到ERK的表达显著增加[21]。Xie等[22]在人腹膜间皮细胞中发现，TGF-β通过激活MAPK的ERK1/2途径使纤连蛋白表达增加，若使用特异性阻断剂阻断ERK1/2通路，则抑制了纤连蛋白的高表达。Chen等[23]用TGF-β1处理肺癌细胞A549 48 h后发现，细胞变成纤维状，并且钙粘蛋白和波形蛋白等上皮标志物减少；进一步研究发现，此结果是通过磷酸化ERK1/2促进细胞迁移及上皮间质转型，暗示ERK1/2信号通路对由TGF-β1诱导的细胞迁移有重要作用。

JNK在细胞外信号转入细胞核的转导过程中具有重要作用。JNK蛋白包括JNK1、JNK2、JNK3，通过磷酸化c-Jun的Ser63和Ser73位点磷酸化下游的c-Jun，激活c-Jun的转录活性。研究指出，JNK是纤维化过程的重要调节者[24]。Yue等[25]报道，在人乳腺癌和结肠癌细胞中，TGF-β可激活JNK的表达。在小鼠的成纤维细胞中，JNK协同TGF-β诱导Smad 7 mRNA的表达，负调控Smad通路[26]。

p38MAPK是由360个氨基酸组成的酪氨酸磷酸化蛋白激酶，家族成员包括p38α、p38β、p38γ和p38δ，其中p38α表达最为广泛[27]。不同的p38MAPK信号通路在不同细胞中介导不同的生物学效应。Hung等[28]和Tsukada等[29]的研究都表明，在间皮细胞中通过p38MAPK途径可以刺激胶原基因的表达，而且这一过程受TGF-β1调节，说明TGF-β1通过激活p38MAPK途径促进胶原蛋白的生成，从而促使ECM沉积，说明p38MAPK信号通路与腹膜粘连的形成有很大关系。

MAPK通路参与腹膜粘连的形成过程，与ECM的表达与降解失衡、细胞迁移以及纤维化都有一定关系，说明MAPK 作为TGF-β的下游信号通路在腹膜粘连形成中具有重要作用。

2.3TGF-β与RhoA GTPase/ROCK通路Rho/ROCK信号转导通路的关键信号分子包括Rho GTP酶、RhoA/Rho激酶(Rho-associated kinase,ROCK)以及肌球蛋白轻链激酶(myosin light chain kinase,MLCK)。Rho GTP酶由200～300个氨基酸组成，是相对分子质量为20 000～30 000的单亚基信号多肽，具有GTP酶活性。Rho GTP酶是真核细胞内一类重要的信号转导分子，是许多膜表面受体，如G蛋白偶联受体、酪氨酸激酶受体、细胞因子受体以及黏附分子受体的下游效应蛋白，在细胞信号转导过程中快速转换于与GTP结合的活化状态和与GDP结合的非活化状态，从而将细胞外信号转导至细胞内[30]。ROCK是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族成员，是目前功能研究最为清楚的Rho下游靶效应分子。ROCK接受Rho传递的活化信号后发生多个氨基酸位点的磷酸化而激活，并介导下游一系列的磷酸化/脱磷酸化反应。TGF-β1能够诱导RhoA GTP酶活化，使其从与GDP结合的失活状态转换为与GTP结合的活化状态，活化的Rho信号传递到ROCK，使其分子中的854位丝氨酸和697位苏氨酸磷酸化而激活，再依次将其底物MLCK磷酸化而使之失活[31]。失活的MLCK不能将肌球蛋白轻链(myosin light chain，MLC)脱磷酸化，胞质MLC磷酸化水平上升，MLC磷酸化水平直接控制着细胞骨架的构建过程，间接决定细胞的迁移、入侵等过程[32]。最新的研究发现了一个新的反馈机制，通过刺激Tiam-1诱导激活rac-1，从而抑制ROCK1，间接减少了上游的RhoA的含量，对Rho家族小GTP酶的平衡产生至关重要的作用[33]。

Rho GTP酶的活化是上皮间质转型过程的关键一步，RhoA/ROCK信号通路在多种器官的纤维化过程中起重要作用[34]。Rho GTP酶的活化显著影响着上皮间质转型的过程，其也参与内皮细胞MMP-1和MMP-9的表达，抑制ECM的分解，有助于ECM的沉积。Moon等[35]发现，当敲除RhoA GTP酶基因时可抑制巨噬细胞炎性蛋白1α的表达和巨噬细胞的迁移。用siRNA干扰环腺苷酸调节鸟嘌呤核苷酸交换因子1、2的表达，诱导GTP-Rap1，促使RhoA GTP酶表达水平上升，最终促进细胞迁移。实验结果提示,RhoA GTP酶对细胞的迁移具有重要作用。Aguilar-Rojas等[36]也提出，在乳腺癌中促性腺激素释放激素通过激活RhoA GTP酶的表达，促进纤维和黏着斑合成，最终形成基质粘连组织，从而抑制细胞侵袭。实验从侧面暗示了RhoA GTP酶能够促进粘连形成。

3结语

腹膜粘连的形成是一个复杂的过程，而TGF-β介导粘连形成的信号机制更是错综复杂，往往存在多条信号通路的交叉影响。TGF-β的下游通路基本可以概括为Smad通路和non-Smad通路，non-Smad通路主要包括MAPK、RhoA GTPase/ROCK通路等。各条通路彼此独立又交叉影响，使TGF-β与细胞增殖、迁移、凋亡、纤维化等多种进程密切相关，并且很大程度上促进了腹膜粘连的形成。随着研究的深入、分子机制研究的透彻，相信会找到一个针对腹膜粘连形成的潜在靶点，从而在分子以及蛋白水平达到预防目的，这对腹膜粘连的治疗以及预防有重大意义。

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摘要：手术后形成的腹膜粘连是腹部外科难以攻克的课题。大量研究证实，转化生长因子β(TGF-β)在术后腹膜粘连的形成中具有重要作用。近年来，大量学者就TGF-β介导腹膜粘连形成的分子机制进行了多方面的研究。该文简单概述TGF-β通过Smads、丝裂原活化蛋白激酶和RhoA GTPase/ROCK等信号通路介导腹膜粘连的形成，以期为术后腹膜粘连的预防提供潜在的靶点。

关键词:腹膜粘连；转化生长因子β；信号转导

The Molecular Mechanisms of Peritoneal Adhesions:Mediated by Transformation Growth Factor βDENGLu-lu,MAOJian-wen.(DepartmentofBiology,GuangdongPharmaceuticalUniversity,Guangzhou510006,China)

Abstract:Peritoneal adhesion formation after abdominal surgery is still a difficult problem to conquer.A large number of studies indicated that transformation growth factor β(TGF-β) played a key role in postoperative peritoneal adhesions.In Recent years,a lot of scholars have made in-depth researches about molecular mechanism of peritoneal adhesion mediated by TGF-β.Here is to briefly summarize the TGF-β pathway which promote adhesion formation,such as Smads,MAPK and RhoA GTPase/ROCK,in order to provide potential targets for the prevention from postoperative peritoneal adhesion.

Key words:Peritoneal adhesion; Transformation growth factor β; Signaling pathway

收稿日期：2014-05-15修回日期：2014-08-22编辑：辛欣

基金项目：国家自然科学基金(31371144；81170339)；国家自然科学青年基金(30800435)

中图分类号：R322.4； R211
doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.05.007

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)05-0786-04