胸腺素β4在消化系统中作用的研究进展

王　华　帅　群　唐　健　刘　枫　李兆申

200433　上海，第二军医大学附属长海医院消化科



·综述·

胸腺素β4在消化系统中作用的研究进展

王华帅群唐健刘枫李兆申

200433上海，第二军医大学附属长海医院消化科

摘要：胸腺素β4(Tβ4)是一种小分子的肌动蛋白螯合肽，广泛表达于人类多种真核细胞中。自Tβ4被发现以来，由于其具有多种生物学功能，包括促进血管生成、加速内皮细胞迁移、调节炎性反应、抗纤维化、抑制瘢痕形成和促进神经系统发育等，成为国内外学者们研究的焦点。Tβ4在消化领域的研究也已广泛开展，此文就其在消化系统中作用的研究进展作一综述。

关键词：胸腺素β4；消化系统；抗纤维化；肿瘤

胸腺素是在1966年由Goldstein等[1]从小牛胸腺中提取出来的淋巴细胞生长因子，起初被认为是胸腺激素，因此被命名为“胸腺素”。它由40多种多肽成分构成，根据其等电点不同，分为α、β、γ三个亚家族。其中β族胸腺素(Tβ)是一类化学结构高度保守的水溶性小分子多肽，由40～44个氨基酸残基构成，广泛分布于除红细胞外的真核细胞。目前已发现的β族胸腺素有16种，存在于人体的主要有胸腺素β4(Tβ4)、β10、β15这3种[2]。Tβ4于1981年由Low等[3]从小牛胸腺中提取到，是β族胸腺素中分布最广、含量最多的，占总β族胸腺素的70%～80%[4]，在多种真核细胞中广泛表达，其中脾、胸腺、肺和腹膜巨噬细胞中的含量较高，其次是脑、肝、肾、睾丸和心肌，在血小板和白细胞中也高度表达[5]。

1Tβ4的结构特点

Tβ4的相对分子质量为4 921(乙酰化后为4 963)，是一种小分子酸性肽，含有43个氨基酸残基，其侧链的1/5带正电荷，1/4带负电荷，碱性和酸性氨基酸残基的比例使其等电点为4.6，呈弱酸性[6]。带电氨基酸残基(约45%)和极性氨基酸残基(约17%)的含量均较高，因此Tβ4在水中的溶解度极高(>100 mg/mL)。

Tβ4的核糖体的生物合成是从蛋氨酸残基开始的，在其翻译修饰过程中蛋氨酸被切除并乙酰化，整个过程并未携带信号肽。一般认为缺少信号肽的氨基化合物是胞内物质，然而Tβ4在细胞内外均有分布，其可能通过一些非常规方法从胞内转移到胞外，也可能是由受损细胞泄露到胞外。

Tβ4具有一个动态的灵活构象，是由零距离交联形成的6个分子间的共价交联桥结构形成的，因此Tβ4具有很强的可塑性。通过共振显示，Tβ4在水溶液中为固有无序蛋白，部分优先表现为α螺旋结构[7]。通过圆二色性显示，当pH在4.5～7.5或温度在5℃～40℃，Tβ4在水溶液中的二级结构也是随机变化的[8]。

Tβ4是一种肌动蛋白螯合肽，在17～23位氨基酸片段(LKKTETQ)的介导下，Tβ4与球形肌动蛋白(G-actin)的相互作用使其本身折叠并形成N、C末端的螺旋结构[9]。在这种相互作用下，Tβ4与G-actin以1∶1形成复合物，维持大量的肌动蛋白单体，控制肌动蛋白丝的聚合与解聚，调节球形肌动蛋白与纤维性肌动蛋白(F-actin)的动态平衡，从而影响细胞的增殖、分化、迁移和形态变化等[10]。

Freeman等[11]通过pull-down实验在人脐静脉内皮细胞中发现了Tβ4的一个重要受体，即F1-F0 ATP合酶。该实验发现，在细胞外信号转导通路中，Tβ4通过增加细胞表面ATP的水平来诱导静脉内皮细胞的迁移。这些研究证实Tβ4是一个新型的嘌呤信号调节器，为Tβ4诱导的转移提供了进一步的认识。

2Tβ4在消化系统中的作用

目前研究发现，Tβ4具有多种生物学功能，包括促进血管生成、加速内皮细胞迁移、调节炎性反应、抗纤维化、抑制瘢痕形成和促进神经系统发育等。国外已将其应用于皮肤、角膜、心脏等创伤愈合的多项临床方试验中，在消化系统中作用的研究也已广泛开展。

2.1Tβ4的抗肝纤维化作用

在肝脏慢性纤维化过程中，肝星状细胞(HSC)是肝纤维化改变的关键，HSC激活并转分化为肌纤维母细胞，表达α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)等蛋白，分泌大量细胞外基质(ECM)，尤其是胶原蛋白，而ECM过度沉积是肝纤维化的特征性表现。

成人肝脏能大量合成并弥漫性表达Tβ4，在肝纤维化进程中HSC表达Tβ4明显下降。Barnaeva等[12]检测发现Tβ4可上调肝细胞生长因子(HGF)和下调血小板衍生因子-β(PDGF-β)受体的表达。HGF可以促进肝细胞再生，抑制转化生长因子-β(TGF-β)和胶原的产生，从而延缓肝脏纤维化进程。

PDGF-β受体的表达和对PDGF-β的增殖反应是HSC分化的标志，PDGF-β的表达依赖于蛋白激酶B(Akt)的磷酸化。Reyes-Gordillo等[13]的研究发现Tβ4可通过抑制Akt磷酸化从而抑制PDGF-β受体的表达。Tβ4可直接抑制Akt在T308和S473这两个氨基酸残基的磷酸化，并且Tβ4通过螯合肌动蛋白阻止Akt与肌动蛋白结合，从而亦可抑制Akt磷酸化。因此，Tβ4通过抑制PDGF-β的表达来调控HSC的分化，进而延缓肝纤维化的进程。另外，过氧化物酶体增殖物激活受体-γ(PPAR-γ)和甲基CpG结合蛋白2(MECP2)也是HSC分化的两个重要标志物。Reyes-Gordillo等[14]的动物实验发现在急性肝损伤时，Tβ4可防止PPAR-γ和MECP2 mRNA水平的波动，从而维持HSC表型的静止状态。

Xiao等[15]的体外实验发现，用小干扰RNA(siRNA)敲除HSC表达的Tβ4可激活磷酸肌醇-3激酶(PI3K)/Akt信号通路，从而提高HSC的迁移和增殖，且HSC的迁移和增殖效应可被Akt抑制剂相拮抗。此外，降低Tβ4的表达还可提高α-SMA和波形蛋白等HSC激活基因的表达。因此，Tβ4在肝纤维化进程中可能有抑制HSC的迁移、增殖及活化的作用。

Han等[16]通过检测肝衰竭、肝硬化患者及健康人血清Tβ4的水平，发现患病组的Tβ4水平显著低于健康组，且患病组中肝衰竭组的Tβ4水平又显著低于肝硬化组，Tβ4水平与肝功能衰竭患者的病死率呈负相关。因此认为血清Tβ4水平可作为慢性乙型肝炎病毒(HBV)感染所致的肝衰竭的重要预测因子。

2.2Tβ4与结肠肿瘤

Nemolato等[17]通过免疫组织化学法分析了肠道正常组织及病变组织中Tβ4的表达，发现Tβ4在正常肠黏膜组织中呈较弱的胞质反应，在增生性和无蒂锯齿状息肉/腺瘤中无明显反应，在大部分结直肠腺癌中有表达。在轻度异型增生的腺瘤中，Tβ4的免疫反应主要表现为细胞核周的点状染色。在高度异型增生中，Tβ4的免疫反应主要表现为弥散在异型细胞的整个胞质中的染色。在结肠腺体从轻度到高度异型增生过程中，Tβ4免疫反应的转变提示Tβ4在结肠肿瘤的发生过程中扮演了重要的角色。Nemolato等[18]的研究发现，Tβ4在结肠癌的免疫反应呈片状分布，其中高分化区强于低分化区，且从表层到深层免疫反应逐渐增强，在上皮间质转化的肿瘤细胞中反应最强烈，因此推测Tβ4对上皮间质转化的影响可能在肿瘤的浸润和转移中起到了关键的作用。

细胞基质之间和细胞间的黏附作用在上皮细胞层的稳定性中发挥了重要的作用。而黏附系统功能和表达的改变进一步导致在肿瘤浸润和转移中上皮细胞表型的改变，继而引起细胞恶变。Wang等[19]的实验发现，在结肠癌细胞中Tβ4通常会过表达，导致E-钙黏蛋白水平下降和β-链蛋白在胞内累积，这是上皮间质转化主要的两个标志物。他们认为由于Tβ4能螯合G-actin，破坏了结肠癌细胞的微丝结构，进而下调了E-钙黏蛋白的水平，减弱了细胞间的黏附作用，继而激活β-链蛋白信号，β-链蛋白水平升高进一步导致细胞增殖失控。Huang等[20]的研究发现，结肠癌细胞过表达Tβ4能上调整合素连接激酶(ILK)及其相应的信号转导通路，β-链蛋白的胞内累积可能是由ILK和(或)其下游的Akt介导的糖原合成激酶-3β的失活所导致的，而E-钙黏蛋白水平降低可能是由锌指蛋白1(ZEB-1)介导的转录抑制导致的。

Wang等[21]的研究发现，Tβ4还可通过以下两方面促进结肠癌的侵袭和转移：一方面，过表达Tβ4的结肠癌细胞致使金属基质蛋白酶(MMP)水平升高和活性增强，而MMP可通过降解ECM、促进新生血管形成和调节细胞间黏附等机制促进肿瘤细胞侵袭和转移；另一方面，肿瘤细胞表面的Fas受体及其配体(FasL)结合后可引起多种细胞凋亡，而Tβ4可明显减少结肠癌细胞表面的Fas水平及FasL诱导细胞凋亡的敏感性，使结肠癌细胞抗凋亡从而获得免疫逃逸，逃过免疫系统的监控和攻击。

Tang等[22]认为Tβ4促进结肠癌细胞的迁移可能是通过提高IQGAP1/ILK复合物的水平激活Rac1基因，在过表达Tβ4的结肠癌细胞中，支架蛋白IQGAP1、ILK和Rac1基因的表达均明显升高，而这三者都可促进肿瘤细胞的增殖和转移。

2.3Tβ4与胰腺肿瘤

在正常胰腺组织中主要是胰岛细胞表达Tβ4[23]。Rebours等[24]通过蛋白组织化学分析发现，在高度异型增生的胰腺导管内黏液性肿瘤(IPMN)过表达Tβ4，推测Tβ4参与了IPMN的恶变。Zhang等[25]发现胰腺癌细胞较正常人胰腺导管上皮细胞表达更多的Tβ4，外源性Tβ4可促进胰腺癌细胞中白细胞介素-6(IL-6)、IL-8和单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)等促炎因子的分泌。此外，Tβ4可以激活胰腺癌细胞中的JNK信号通路。因此，Tβ4可能通过增加肿瘤的促炎因子分泌和激活JNK信号通路从而参与胰腺癌的进展。

2.4Tβ4与胃肿瘤

Ryu等[26]的研究发现，Tβ4表达水平升高也可促进胃癌细胞迁移。在Wnt信号通路中，糖原合成激酶-3(GSK-3)调控细胞表面的E-钙黏蛋白和胞质内β-链蛋白的磷酸化水平。当GSK-3α升高时可减少胃癌细胞的转移，而Tβ4可诱导Wnt信号通路中的细胞外调节蛋白激酶(ERK)磷酸化，进而负性调节GSK-3α、β-链蛋白和E-钙黏蛋白，促进胃癌细胞的转移。GSK是Wnt信号通路中调节细胞间相互作用的关键分子，因此Tβ4可能是Wnt信号通路的一个新的调节因子。

3结语

综上所述，Tβ4在消化系统中的作用是一把双刃剑，不仅可以促进胃肠道、胰腺等器官肿瘤的发展，也可以抑制肝纤维化并作为肝衰竭的预测因子。虽然Tβ4可能对肿瘤有促进作用，但目前有学者通过临床前的药理和毒理试验证实其是安全的，且在试验的6个月内未观察到肿瘤发生[27]。鉴于Tβ4的生物学特点，应规避其负面作用，充分利用发挥其优势，挖掘其临床应用价值。

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(本文编辑：林磊)

(收稿日期：2015-07-08)

通信作者：刘枫，Email: drliuffeng@hotmail.com

DOI:10.3969/j.issn.1673-534X.2016.01.013