TGF-β—Smad信号通路和上皮细胞-间充质转化在支架后血管狭窄中的研究进展

吴一凡，刘福全

(首都医科大学附属北京世纪坛医院介入治疗科，北京 100038)

·综述·

TGF-β—Smad信号通路和上皮细胞-间充质转化在支架后血管狭窄中的研究进展

吴一凡，刘福全*

(首都医科大学附属北京世纪坛医院介入治疗科，北京 100038)

血管支架术后存在着较高的支架处再狭窄风险，其中转化生长因子-β(TGF-β)—Smad信号通路、上皮细胞-间充质转化(EMT)等发挥了重要的作用。本文对TGF-β—Smad信号通路、EMT在血管支架术后再狭窄过程中的作用及相关机制进行综述。

支架；狭窄；TGF-β—Smad信号通路；上皮细胞-间充质转化

血管支架术后存在着较高的支架处再狭窄风险，其中转化生长因子-β(transforming growth factor-β， TGF-β)—Smad蛋白信号通路、上皮细胞-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition， EMT)等发挥了重要的作用。本文对TGF-β—Smad信号通路、EMT在血管支架术后再狭窄过程中的作用及相关机制进行综述，以期为预防和治疗血管支架术后再狭窄提供更多的信息。

1 血管支架术后再狭窄概述

1.1病理变化 目前认为，血管支架术后再狭窄主要由下述三方面原因所造成：①损伤反应所致的平滑肌细胞过度增生及细胞外基质大量形成；②血管重塑所致的结构紊乱，主要表现为早期的弹性收缩和晚期的血管重塑性狭窄；③损伤部位血小板、纤维素沉积致血栓形成以及随之而来的血栓机化。在损伤修复过程中，新生的内膜或中膜组织过度增生以及同时伴随的细胞外基质形成，是造成再狭窄的主要病理基础。

1.2分子学机制 丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase， MAPKS)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是体内多种信号通路的中介物质，与细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase， ESK)在血管平滑肌增值过程中起到了重要作用。研究[1]表明，TGF-β可以诱导MAPKS/ERK发生磷酸化，并且，在该过程中，Smad3起到了连接TGF-β与MAPKS/ERK的媒介作用，当阻断MAPKS/ERK的磷酸化作用后，TGF-β—Smad3的信号传导作用以及平滑肌的增值作用则会被阻断。

2 TGF-β—Smad信号通路、EMT与血管支架后再狭窄

2.1TGF-β及其受体、Smad蛋白的生物学特性与功能

2.1.1TGF-β及其受体 TGF-β是调节细胞生长和分化的超家族，具有多种亚型，可以影响神经活动，且受到神经调节[2]。TGF-β1和TGF-β2具有促进纤维化过程的作用，然而TGF-β3则具有抗纤维化的作用。冠状动脉支架术后，患者存在较高的支架术后再狭窄风险，研究[3]发现，相比于术前同一部位的正常组织，支架处的狭窄组织中存在较多的TGF-β1浸润；马红芳等[4]将实验兔分为动脉受到球囊损伤组、动脉受到球囊损伤且注入人脐血干细胞组及对照组，分别于术前、术后7天以及术后14天经耳中央动脉各采血 3 ml，测定血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor， VEGF)和TGF-β的含量，结果表明，与对照组相比，实验组(动脉受到球囊损伤组及动脉受到球囊损伤且注入人脐血干细胞组)7天及14天后VEGF及TGF-β含量更高，且术后14天时，对照组血管内膜连续完整，管腔通畅，而动脉受到球囊损伤组的动脉内膜有不同程度的增生，管腔变窄；由此可见，TGF-β可促进局部组织的增生。

TGF-β受体(TGF-βreceptor, TβR)是TGF-β细胞膜表面高亲和力结合蛋白，具有3种亚型，包括:TβR-Ⅰ、TβR-Ⅱ、TβR-Ⅲ[5]。这些受体属丝/苏氨酸激酶受体家族，由胞外区、跨膜区和含丝/苏氨酸激酶结构的胞内区3部分组成。在信号传导的过程中，活化的TGF-β与受体结合，将信号进一步传导。

2.1.2Smad蛋白 Smad蛋白可以分为3类，分别为受体调节的Smad 蛋白(R-Smad)、公共Smad蛋白(Co-Smad, Smad4)和抑制性Smad蛋白(I-Smad，Smad6/7)。R-Smad和Co-Smad 蛋白均具有两个功能性的结构域,分别为位于N端的MH1结构域和C端的MH2结构域[6]。MH2最主要的功能为与Smad蛋白结合，而MH1最主要的功能为将来自于胞外的信号传递到细胞核内，并通过与下游分子结合作用于DNA，从而调控基因转录。抑制性Smad蛋白是TGF-β/BMP信号转导过程的关键负调控分子，且介导TGF-β/BMP信号与其他信号转导通路之间的信息交流。

2.2TGF-β—Smad信号通路介导的疾病

2.2.1血管内膜增生 Shi等[7]在动物实验中表明，受TGF-β-Smad信号传导系统影响的细胞内血管内皮生长因子A(vascular endothelial growth factor-A， VEGF-A)以及VEGF mRNA的含量增多，VEGF-A可以抑制平滑肌细胞的凋亡，在鼠受损的颈动脉中，Smad3和VEGF-A的表达均上调，Smad3基因的导入促进了VEGF的表达，若敲除VEGF-A受体或阻碍Smad3信号传导，则VEGF-A抑制平滑肌细胞凋亡的作用则对应性减弱或消失。上述现象表明，动脉血管成形术后，TGF-β—Smad3信号传导系统促进平滑肌细胞中的VEGF-A的分泌，该物质可以抑制内膜细胞凋亡，促进内膜增生。

2.2.2肝纤维化 肝纤维化是多种炎症长期刺激的结果，造成肝脏局部Ⅰ型胶原蛋白的沉积。TGF-β可以下机制促进肝纤维化：①TGFβ-1可提高线粒体膜电位抑制物(mitochondrial membrane potential， MMP)和金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitor of matrix metallproteinases， TIMP)的含量，阻止细胞外基质的降解；②TGF-β1可诱导肌成纤维细胞的形成；③TGF-β1通过Smad3蛋白依赖通路和非Smad蛋白依赖性通路诱导细胞外基质的形成。Xu等[8]研究表明，Smad3、Smad4具有促进肝脏纤维化的作用，而Smad2、Smad7具有抑制肝脏纤维化的作用，若阻碍Smad3的作用后，Ⅰ型胶原的表达受到抑制，而阻碍Smad2的作用后，Ⅰ型胶原的表达会增强。TGF-β可通过增加如纤溶酶原激活剂-1等蛋白酶抑制物的表达来抑制细胞外基质的降解，进而促进病情的发展[9]。

2.3 TGF-β—Smad发挥作用的影响因素

2.3.1连环素 连环素是一种在钙黏连蛋白调节细胞之间黏连作用的过程中产生的细胞黏连物质，可促进EMT的发生，并且作为助激活剂与Smad2/3粘连，连环素可以与磷酸化的Smad3结合，形成的复合物作为促进因子、促进TGF-β1诱导EMT[10]。

2.3.2 miR-21 研究[11]发现，未敲除miR-21的实验组与敲除miR-21的对照组相比，实验组的上皮细胞对TGF-β更加敏感，表明miR-21可促进上皮细胞对TGF-β的反应性。

3 EMT

3.1 EMT概述 EMT为上皮细胞向间质细胞的转化，在该转化过程中，内皮细胞失去了其表面的特殊性标记物及形态，获得了间质细胞的表型。在多细胞生物器官发展过程中，EMT促进了胚胎器官的发生；其在成人的某些机体活动过程中可再一次被活化，如损伤修复、组织再生等，也存在于纤维化和癌症组织中。在TGF-β—Smad信号通路中，TGF-β通过激活EMT转录因子的表达诱导相关基因的重新编程；Smad蛋白与EMT转录因子相结合可以使Smad蛋白在基因水平上与其他通路相互作用[12]。

3.2 EMT参与的疾病 在上皮细胞向间质细胞转换过程中，上皮细胞失去其黏附性，而分化成具有迁徙和转移能力的间质细胞。EMT有3种类型，Ⅰ型与胚胎形成和器官发育有关，Ⅱ型与纤维化有关，Ⅲ型与癌的发生与转移有关[13]。EMT与其逆过程间充质-上皮细胞转化(mesenchymal-epithelial transition， MET)均存在于正常组织中，包括组织再生和胚胎的生长发育，EMT贯穿于纤维化发展的全过程，而MET则具有改善纤维化的作用。研究[14]发现，在肝纤维化模型中，肝脏纤维化越严重，肝脏组织中上皮标志物越少，而间叶细胞标志物越多，这一现象表明随着肝纤维化的发展，EMT的程度逐渐加强。

内皮-间充质转化(endothelium-mesenchymal transformation， EndMT)是EMT的特殊类型，与胚胎期心血管的发育与成人血管重塑、血管损伤修复机制等密切相关。在EndMT的过程中，内皮细胞逐渐失去原本的细胞表型，获得间质细胞的细胞表型，具有迁徙、转移的能力。在动物肺静脉处植入支架后，支架处受损的静脉早期即会发生EndMT，同时TGF-β—Smad信号通路被激活；且除了急性血管损伤外，慢性的血管损伤亦会发生EndMT过程[15]。

3.3 EMT的调节因素 TGF-β—Smad信号通路介导的EMT在再狭窄过程中起到了重要的作用。小剂量的TGF-β(<10 ng/ml)即可引起α-平滑肌蛋白的表达，表明该剂量的TGF-β可以完全诱导EMT的发生。

4 TGF-β信号通路、EMT与再狭窄之间的关系

TGF-β—Smad蛋白信号通路、EMT的发生机制以及支架后再狭窄的病理过程既相互独立又相互依存。血管支架术后再狭窄组织中存在着较多的TGF-β1，同时Smad3在血管平滑肌细胞中的表达相应增加，表明TGF-β—Smad信号通路在支架术后再狭窄以及血管平滑肌细胞增生的过程中有重要的作用；EMT的典型表现为上皮细胞表型的改变，转化为具有迁徙和转移能力的间质细胞，TGF-β—Smad信号通路贯穿于EMT的整个过程中，TGF-β可激活EMT转录因子的表达以诱导相关基因的重新编程，Smad蛋白与EMT转录因子结合可以使Smad蛋白在基因水平上与其他通路相互作用。由此可得出，信号通过TGF-β—Smad蛋白信号传导通路促进EMT的发生，导致支架术后血管再狭窄的发生。

5 小结

血管支架术后，支架处血管存在较高的再狭窄率，再狭窄处存在较多的TGF-β1的浸润。TGF-β通过与其受体结合，将信号进一步传递。EMT主要表现为表面标记物的改变以及细胞表型的改变，可存在于肿瘤转移、血管硬化以及支架术后再狭窄等病理过程中，该过程的调节可涉及多种信号传导通路，其中，TGF-β起到了重要的作用。血管支架术后，因支架对局部血管的破坏作用，局部炎症细胞蓄积，TGF-β—Smad信号传导系统被激活，通过一系列的磷酸化、分子结合等将信号传入核内，导致EMT的发生，进而导致局部内皮细胞失去其表面标记物以及细胞表型，转化为肌成纤维细胞，局部肌成纤维细胞增生，支架再狭窄。目前，支架术后再狭窄为世界性难题，成功的血管支架植入术后的患者仍然存在着较高的再狭窄率，与裸支架相比，药物涂层支架虽然可降低再狭窄率，亦存在一些新的问题，仍需不断的研究，探索出有效的预防和治疗方法。

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Progresses of TGF-β—Smad signaling pathways and epithelial-mesenchymal transition in stented blood vessel stenosis

WUYifan,LIUFuquan*

(DepartmentofInterventionalTherapy,BeijingShijitanHospital，CapitalMedicalUniversity,Beijing100038,China)

There is a high risk of re-stenosis after implanting blood vessels stent, the processes involves the transforming growth factor-β (TGF-β)—Smad signaling pathways, epithelial-mesenchymal transition (EMT) and so on. The function of TGF-β—Smad signal pathways and EMT in vascular stent re-stenosis and the relevant mechanism were reviewed in this paper.

Stents; Stenosis； TGF-β—Smad protein signal； Epithelial-mesenchymal transition

吴一凡(1991—)，女，河北沧州人，在读硕士。研究方向：肿瘤介入治疗。E-mail: 15511799371@qq.com

刘福全，首都医科大学附属北京世纪坛医院介入治疗科，100038。E-mail: lfuquan@aliyun.com

2016-09-01

2017-01-04

R816

A

1672-8475(2017)03-0182-04

10.13929/j.1672-8475.201609002