TGF-β1/MAPK通路在局灶节段性肾小球硬化中的作用研究进展

杨梦蝶 李亚妤

局灶节段性肾小球硬化（FSGS）的主要病理特点是局灶和节段分布的硬化性病变，近50%的患者肾脏可发生纤维化。肾脏纤维化既是FSGS的病理基础，也是FSGS发展到终末期肾脏病的最终结果，其主要病理改变为正常肾单位的破坏所导致的肾小球硬化和肾小管间质纤维化。目前认为，不可逆的足细胞损伤是FSGS发病的首要因素，足细胞异常增殖和凋亡、足突广泛融合导致肾小球滤过屏障受损，进而出现慢性进行性肾功能损害，最终导致肾功能衰竭。虽FSGS在1927年就有过相关报道，然至今其发病机制仍不明确。1996年，Yamamoto等[1]提出FSGS的发病与转化生长因子-β（TGF-β）信号转导通路有关。TGF-β是调节组织炎症和修复的重要细胞因子，在胚胎发育、调节炎症反应、维持人体内环境稳态及免疫耐受中发挥重要作用，且异常的信号转导与肿瘤、组织纤维化等疾病有关[2]。在肾脏病领域，目前发现TGF-β1对肾小球固有细胞的增殖、凋亡及免疫反应都有重要作用，是导致肾组织炎症性损伤和肾脏纤维化的关键因子之一。丝裂素活化蛋白激酶（MAPK）位于其下游，两者相互作用进行信息传递，共同促进细胞增殖、分化和凋亡。本文就TGF-β1/MAPK通路在FSGS中的作用研究进展综述如下。

1 TGF-β1/MAPK通路的结构与功能

在哺乳动物中，TGF-β 可分为 TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3。Smads蛋白是参与TGF-β细胞内信号转导的相关蛋白的统称，其中Smad2和Smad3作为受体调节型Smad蛋白（R-Smads），与TGF-β1的信号转导相关。R-Smads由N端的MH1区、C端的MH2区及两者之间的连接区构成，MAPK磷酸化位点即位于连接区，是TGF-β1信号通路的关键平台，也是其进行反馈调节及与其他信号通路交汇对话（cross-talk）的关键部位[3]。TGF-β1与MAPK相互作用使连接区磷酸化，从而促进TGF-β1诱导的基因转录表达，参与细胞的生长、增殖、分化和凋亡的调节。

MAPK信号转导以三级激酶级联（MAPKKK-map－KK-MAPK）方式发挥生物效益，其主要包括c-Jun氨基端激酶（JNK）、细胞外信号调节激酶（ERK）、大丝裂原活化蛋白激酶（BMK1）/细胞外信号调节激酶 5（ERK5）和p38 MAPK 4个亚族[4]，是传递细胞外信号、调节基因表达的重要中介分子，这4条通路进行“cross-talk”，与人体免疫炎症反应及细胞的增殖、分化、凋亡密切相关。

研究发现，外界刺激激活MAPK通路并促进趋化因子的分泌，巨噬细胞活化、募集，介导局部炎症反应，且该过程主要由p38 MAPK亚族介导。有临床试验证明，p38 MAPK抑制剂SB203580可降低某些炎症性疾病如类风湿性关节炎及慢性阻塞性肺疾病患者体内的炎症介质及细胞因子的分泌[5-6]。

同时，MAPK信号通路参与细胞增殖、分化和凋亡，其中ERK是细胞外信号调节酶，广泛存在于多种细胞内，是促进细胞有丝分裂增殖、分化的主要活化因子。李冰等[7]用MAPK通路激活剂PMA激活ERK1/2通路后发现表皮干细胞克隆能力增强，增殖率上升；此外，在许多人类癌症如胃癌、脑胶质瘤等肿瘤细胞实验[8-9]中均可发现ERK1/2信号通路的过度磷酸化可促进肿瘤细胞异常增殖，抑制肿瘤细胞凋亡。p38通路也与促进细胞增殖、抗细胞凋亡、诱导细胞分化有关。在细胞体外实验中，郑人源等[10]用SB203580处理乙醛刺激的肝星状细胞后，细胞增殖受到明显抑制，提示p38信号通路与肝星状细胞增殖密切相关；Fang等[11]发现T2-毒素通过p38 MAPK通路抑制胚胎干细胞向心肌细胞分化，表明p38通路在细胞分化中起重要作用。另外，JNK信号通路主要介导抑制细胞生长，激活细胞凋亡的相关蛋白。活化的JNK进入细胞核中，激活cjun、Elk-1等转录因子，并诱导FasL、TNF等死亡配体的表达，启动死亡受体途径，促进流感病毒A（IAV）的非结构蛋白（NS1）的表达，从而调节下游的凋亡靶基因转录及凋亡蛋白的表达，诱导细胞凋亡[12]。

2TGF-β1/MAPK通路与FSGS的关系

2.1 TGF-β1/MAPK通路与足细胞损伤的关系 Yang等[13]通过阿霉素诱导FSGS大鼠模型发现，大鼠肾脏足突融合，足细胞数量减少，TGF-β1 mRNA表达增加，提示足细胞损伤与TGF-β1的过表达密切相关。同时，Wang等[14]在动物和细胞实验中证实，足细胞损伤、足突融合也与MAPK信号通路激活相关。被纤溶酶、血小板反应蛋白-1和肾素-血管紧张素-醛固酮系统等激活的TGF-β1过表达，激活MAPK通路，引起MAPK磷酸化反应，MAPK通路激活导致足细胞异常增殖、损伤、凋亡。李园园等[15]用小鼠IL-17重组蛋白刺激小鼠肾足细胞后发现MAPK信号通路中，p38 MAPK和ERK通路的磷酸化水平明显升高，尤其是p38 MAPK升高最明显，提示在肾足细胞损伤过程中p38 MAPK信号通路的参与度最大，是主要信号通路。

足细胞损伤、凋亡导致足细胞有效数目减少，造成肾小球基底膜（GBM）裸露，毛细血管袢和肾小囊内静水压失衡，且足突牵拉作用消失，使裸露的GBM与肾小囊壁层粘连，血浆成分进入造成肾小球毛细血管袢结构毁损，从而导致FSGS的发生[16]。

2.2 TGF-β1/MAPK通路与肾小球硬化的关系 肾小球硬化的主要病理进程为肾小球固有细胞损伤凋亡及肾小球细胞外基质（ECM）沉积。在肾组织中，TGF-β1是TGF-β家族中含量最高的细胞因子，主要由肾小球系膜细胞分泌，目前认为肾小球系膜细胞过表达TGF-β1能上调ECM基因表达，促进ECM的合成、分泌和沉积，抑制ECM降解，是肾小球硬化进展的关键因素。Isaka等[17-18]通过脂质体转染将TGF-β1 cDNA经正常大鼠一侧肾动脉导入肾组织，发现该侧肾小球硬化而对侧正常，并发现阻断TGF-β1活性可以抑制肾小球的硬化，均提示TGF-β1与肾小球硬化密切相关。周丹丹等[19]实验发现，在FSGS小鼠模型中，肾小球系膜细胞受到体外纤维化刺激，过量分泌TGF-β1，并以复合物的形式储存于肾小球系膜基质中，随后以可溶性形式分泌于足细胞表面，从而刺激足细胞产生Ⅳ型胶原（ColⅣ），ColⅣ mRNA表达增加，促进ECM过度合成和沉积，导致肾小球硬化。

同时，Junq等[20]实验发现在肾小球硬化过程中，TGF-β1和p38MAPK之间同样存在相互作用。p38 MAPK通路参与促进ECM分泌、沉积和肾小球硬化的细胞内信号级联反应，在这一过程中，TGF-β1持续激活p38MAPK使其磷酸化发挥生物活性；同时p38MAPK又可反作用于TGF-β1，促进其表达，从而加剧肾小球硬化。

另外，肾小球内皮细胞是肾小球滤过膜的重要组成部分，内皮细胞受到损伤后向间质细胞转化，即内皮间质转化，使内皮细胞失去了细胞极性，失去与基膜的连接，获得了较高的迁移、侵袭与抗凋亡能力等间质表型，与肾小球硬化密切相关。研究发现，TGF-β1使Smad2和Smad3磷酸化，随即与Smad4发生联系，杂聚肽Smad复合体入核后通过与其他转录因子协同作用来调节特异基因的转录应答，调控内皮间质转化的发生，并且利用TGF-β通路抑制物阻断内皮间质转化可能阻碍肾小球硬化进程[21]。也有研究认为，TGF-β1通过MAPK通路诱导内皮细胞增殖而促进内皮间质转化[22]。

2.3 TGF-β1/MAPK通路与肾小管间质纤维化的关系 肾小管间质纤维化的主要病理改变是肾间质成纤维细胞的增生及多种原因引起的ECM在肾间质的沉积和不恰当分布。研究证明，血流动力学障碍、损伤和炎症导致致纤维化因子的激活是肾小管间质纤维化的主要原因。目前研究认为TGF-β1是最重要的促纤维化和ECM沉积的细胞因子，其可活化成纤维细胞，诱导纤维连接蛋白和胶原基质的产生，与纤维化形成密切相关[23]。而MAPK通路作为人体内最重要的炎症和细胞内信息传递通路，在肾小管间质纤维化进程中起重要作用，其中p38 MAPK信号通路是经典途径。Gao等[24]研究发现在大鼠单侧输尿管梗阻（UUO）模型中，p38 MAPK在肾间质成纤维细胞中显著磷酸化，并且用p38α抑制剂处理后，大鼠肾间质ColⅣ沉积减少，小管间质纤维化程度明显降低，证实p38 MAPK在肾小管间质纤维化过程中发挥重要作用。张新志等[25]也在实验研究中发现，在UUO模型中，肾间质的p38 MAPK磷酸化而参与介导TGF-β1的表达，激活TGF-β1的致纤维化活性，而高表达的TGF-β1后期持续活化p38 MAPK，两者相互作用共同促进肾小管间质纤维化。

此外，肾小管上皮细胞-间充质细胞转分化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）在肾小管间质纤维化中起重要作用，这一过程主要依靠ERK1/2通路实现。ERK1/2通路被血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）激活，引起肾小管上皮细胞增生肥大，诱导其凋亡及表型转化[26]。小管上皮细胞去分化并通过肾小管基底膜进入间质，转分化成能够合成并增加ECM沉积的肌成纤维细胞表型，最终上皮细胞被间充质细胞和纤维瘢痕组织所取代，加剧肾小管间质纤维化[27]。实验发现，在高糖引起的大鼠肾小管上皮细胞损伤中，抑制ERK活性可以减少EMT的发生[28]。Zhou等[29]在5/6肾切除大鼠肾小管上皮细胞中发现，Erbin蛋白表达升高可抑制TGF-β1刺激的ERK信号转导并可部分逆转EMT过程。同时，在热休克蛋白（heat shock protein，HSP）47通过TGF-β1通路致肾脏纤维化实验中发现，抑制JNK信号转导同样可以减轻TGF-β1相关的肾纤维化，证实JNK通路也参与肾小管间质纤维化进程，且JNK通路主要介导TGF-β1诱导肾小管上皮细胞凋亡而导致肾小管损伤[30]。

3 小结和展望

TGF-β1/MAPK通路与肾脏疾病密切相关，特别是与足细胞损伤及肾脏纤维化的相关性已引起众多学者关注，但其是否参与FSGS发病过程尚有待明确。FSGS是成人特发性肾小球疾病的常见类型之一。据报道，FSGS发病率在过去20～30年间增加了3～13倍，并且进展迅速，常在病程5年内进展至终末期肾脏病，严重影响患者的生活质量，给家庭及社会带来严重的经济负担。故探究TGF-β1/MAPK通路与FSGS的相关性，及该通路可否作为FSGS相关药物的作用靶点对FSGS的诊治有重要临床意义。