TGF-β相关信号通路与早产儿支气管肺发育不良的研究进展

郑雪媚 王少华

南华大学附属深圳市福田区妇幼保健院儿科(广东 深圳 518045)

BPD是早产儿尤其是极低出生体重儿常见并发症之一，在早产儿众多呼吸疾病中最为常见，不仅导致新生儿患病率增加而且已经成为新生儿死亡最重要的疾病之一[1]。目前 BPD发病率随着早产儿救治率的提高逐年增加[2]。BPD发病机制仍不明确，无有效防治方法，临床预后差，早期诊断BPD并及时干预是提高预后的关键[3]。BPD发病危险因素包括机械通气和氧中毒，影响未成熟肺，导致肺泡和血管受损。疾病的发展受到炎症、细胞外基质重塑和细胞凋亡的影响，与生长因子信号传导失调密切相关[4]。转化生长因子-β(TGF-β)最主要的作用是促进纤维化，而BPD的发生主要是肺细胞损伤后再纤维化修复的病理生理过程，肺组织纤维化是影响肺功能的重要原因之一[5]。这提示TGF-β与BPD发生密切相关。TGF-β水平对BPD诊断有一定特异性，动态检测TGF-β对准确判断BPD病情和预后具有一定的临床意义[6]。

1 TGF-β的概述

TGF-β是一类多肽超家族，主要分布于哺乳动物组织和细胞中，主要表达于肺、肾、骨及胎盘等组织器官，在细胞的生长、增殖、分化、免疫调节和细胞外基质的合成等生物学过程中充当重要的细胞调节生长因子。目前TGF-β主要有三种亚型：TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3，其中TGF-β1对肺组织的发育及维持肺的呼吸功能起着非常重要的作用[7]。

2 TGF-β信号通路在BPD中的影响

TGF-β1的信号通路主要分为Smads蛋白依赖型通路与非Smads蛋白依赖型通路。TGF-β与多条信号通路存在交互关系:TGF-β/Smads通路与相应蛋白质做出直接和非直接的联系，且TGF-β调控多种目标基因的转录和非转录活动[8,9]。TGF-β1必须要与其相应受体结合才能激活相关的信号通路。TGF-β1受体分为3型，发挥重要作用主要是I/II两型，Ⅰ型受体主要分布于肺泡上皮细胞、支气管、成纤维细胞、血管内皮细胞及血管壁平滑肌细胞内,在纤维化灶中表达较多。TGF-β1结合Ⅱ型受体后,磷酸化Ⅰ型受体的丝甘氨酸,再与Ⅰ型受体相结合形成异源三聚体复合物，最后激活其下游信号通路[10，11]。

2.1Smads蛋白依赖型通路 Smads蛋白依赖型通路Smad信号是TGF-β1下游的一条重要通路。TGF-β1与Ⅱ型受体结合并将其激活，调控细胞的转录，促进成纤维细胞分化、增殖，并且抑制其凋亡、肺泡上皮细胞-间质细胞转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)和生长因子等释放，抑制细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的降解，从而引起肺纤维化。

2.2非Smads蛋白依赖型通路

2.2.1 MAPK通路 MAPK信号转导通路是经典的有丝分裂通路,是信号从细胞表面传导到细胞核内的重要传递者,包括ERK1/ERK2/ERK5、JNK和P38MAPK，共同参与了细胞的增殖、转化及凋亡等过程[12]。TGF-β1可诱导并激活MAPK信号通路，使ECM沉积增加，促进肺纤维化生成[13]。

ERK主要有ERK1、ERK2两个亚型。ERK呈瀑布式反应,通过Ras-RafMEK-ERK这一级联反应参与胶原的基因表达调控[14]。血管紧张素Ⅱ(angⅡ)、TGF-β1、血小板源性生长因子(platelet derived growth factor,PDGF)等多种细胞因子均能激活ERK1/2信号通路,提示ERK有可能是多种细胞因子与蛋白激酶发生反应的相汇点[15]。Suji Kim等[16]研究得出,TGF-β1介导的ERK5信号转导通路调节肺纤维化是通过增强Smad3蛋白的乙酰化来实现的。通过抑制ERK5可阻断TGF-β1信号Smad3转录活性,从而抑制肺纤维化。

JNK信号通路主要由MAPKKK(包括MEKKS,MLKS,ASKS和AK)→MAPKK(包括MKK4和MKK7)→JNK激酶级联组成[17]。当细胞受到多种因素刺激时，JNK信号通路立即做出传递应答，参与调控细胞的增殖、分化、凋亡等生理病理过程。JNK在肺纤维化过程中强表达，TGF-β1诱导肺纤维化模型，JNK蛋白表达增加，通过阻断JNK信号通路可减轻肺纤维化程度，提示JNK信号通路参与了肺纤维化过程，还可能与TGF-β1关系密切[18]。

P38MAPK通路是通过激活细胞骨架相关蛋白、促进转录因子磷酸化和酶来调节细胞的生长、发育及相关生物学功能[19]。TGF-β1受体复合物被激活后逐渐促进P38MAPK活化，其关键靶基因被转录，诱导EMT的表达，促进肺成纤维细胞合成胶原蛋白,从而促进肺纤维化的形成。此通路也被认为和肺纤维化的关系最密切[20,21]。

2.2.2 Notch通路 Notch信号通路主要由Notch受体、配体(DSL蛋白)、转录因子及细胞内效应分子 (CSL-DNA结合蛋白) 等组成的一条非常保守的信号通路[22]。近年研究发现肺组织发育与Notch通路密切相关，其主要通过调节肺细胞的增殖及分化，诱导肺细胞的分化方向，参与肺组织发育肺各个阶段。Yang等研究发现整个宫内胎肺发育阶段，Notch1持续表达，生后Notch1主要发现在肺泡上皮细胞内含量升高，Notch3主要表达于血管内皮细胞，Notch配体Jagged1、Jagged2主要存在于肺间质[23]。

在Notch信号通路中，Notch-1是TGF-β1的效应基因，TGF-β1是Notch信号通路激活的关键细胞因子[24]。Notch信号通路不仅可以直接促进EMT的发生还可以和其他相关信号通路相互促进EMT，其中TGFβ/Smad途径为主要信号通路。近期一项研究证实,与EMT相关最主要的信号通路是TGF-β信号通路[23]。TGF-β通过下游蛋白Smad3上调Notch配体Jagged1及其靶基因Heyl的表达，再通过作用于下游靶基因Slug使其与E-钙黏蛋白的启动子结合，E-钙黏蛋白被抑制，从而促进EMT发生，最终导致肺间质纤维化[25]。

2.2.3 Wnt通路 Wnt信号通路是复杂的蛋白质作用网络,可分为经典的β-catenin依赖通路和非经典的Ca2+依赖及JNK依赖通路。近期研究发现Wnt/β-catenin通路和TGF-β1/Smads通路间有重要联系。Tian等[26]学者研究发现TGF-β1通过调控可使细胞核内产生Smad3/β-catenin复合物，β-catenin可以辅助Smad诱导EMT发生，通过敲除β-catenin基因EMT过程被抑制，而p-Smad2/3与Smad4形成有功能的转录复合体，使β-catenin和细胞核内转录因子T细胞因子(T cell facor/lymphoid enhancer factor,TCF/LEF)结合，调控靶基因转录，进而发生EMT[27]，均提示TGF-β1与β-catenin通路相互联系。

3 TGF-β与BPD

在BPD的发生过程中，存在肺组织的异常修复和纤维化过程，肺纤维化是BPD 的病理发展过程中的重要组成部分。众多细胞因子参与肺纤维化过程，其中TGF-β1为肺纤维化形成过程中的重要细胞因子，可促进成纤维细胞的增殖、分化与生长，抑制上皮细胞和内皮细胞的增殖，上调胶原mRNA表达水平，导致胶原蛋白合成增加、降解减少[28]。许多研究表明[29]，TGF-β1是目前发现的最强的致纤维化因子。

3.1基础研究 魏丽等[30]通过免疫组化法检测小鼠肺纤维化组织中的TGF-β1，主要表达于小鼠肺支气管和肺成纤维细胞灶，并且TGF-β1的表达随着纤维化加重而增强。在肺间质纤维化的发生发展过程中，TGF-β1是致纤维化的关键因子[31]，通过阻断TGF-β1表达或阻断其相关通路或抑制其表达可做为治疗肺纤维化的新思路，成为肺纤维化治疗的新方法。

3.2临床研究 早产儿生后机械通气、吸氧、感染等均可能诱导BPD 发生，其中机械通气造成的压力伤和高氧导致的氧化应激性损伤均可加重BPD严重程度[32]。TGF-β等细胞因子发挥了抗感染、促纤维化及调节新生血管形成的作用[33]。

万成等[34]通过检测80例早产儿支气管肺泡灌洗液中TGF-β1含量，发现BPD 早产儿的TGF-β1水平明显高于非 BPD 早产儿，而中重度BPD组早产儿的TGF-β1水平明显高于轻度BPD组早产儿。此研究表明TGF-β1水平与 BPD 严重程度呈正相关。在高氧暴露过程中，机体产生过多的氧自由基，既直接刺激肺泡巨噬细胞分泌TGF-β1，又可导致组织中细胞脂膜过氧化，引起细胞损伤，受损伤的细胞如肺泡上皮细胞、毛细血管内皮细胞和肺泡巨噬细胞等释放TGF-β1等大量细胞因子和炎性介质，从而引起肺纤维化形成。黄勇等[35]发现机械通气前血浆及机械通气初始支气管肺泡灌洗液中高水平的TGF-β1可能与 BPD 患儿肺发育不成熟度相关。研究表明TGF-β1活化后，可以促进早产儿肺损伤及肺纤维化，导致 BPD 的发生。患儿血浆TGF-β1浓度随着机械通气时间延长而增加。动态检测机械通气早产儿血浆和支气管肺泡灌洗液中TGF-β1水平，有利于监测机械通气肺损伤的发生发展情况，对 BPD 早期诊断及治疗具有临床应用前景。

综上所述，BPD 发病机制是一个多系统网络共同参与的复杂病理生理过程，BPD 研究的最终目的是预防 BPD 的发生和改善 BPD患儿的预后。随着BPD 的分子机制研究持续深入更新，对肺发育、损伤及修复的基础生物学研究，定能为临床预防和治疗 BPD 提供新的思路和理论依据。在信号网络中，TGF-β为关键枢纽，是各个信号通路的中心，与下游通路连接焦点。因此，TGF-β的研究可能是打开早产儿BPD发病机制的钥匙之一。