结缔组织生长因子与器官纤维化的研究进展

汪沙，段华，黄俊花，董千婧，郭正晨

(首都医科大学附属北京妇产医院妇科微创中心,北京 100006)

结缔组织生长因子(connective tissue growth factor,CTGF)，亦称为细胞通信网络因子2(cellular communication network factor 2，CCN2)，是即刻早期基因家族成员之一。首字母缩略词CCN是以该家族发现的前3种蛋白质的首字母命名，即富含半胱氨酸的血管生成诱导物61、CTGF和肾母细胞瘤过度表达蛋白[1]。该家族的其他成员包括Wnt1诱导型信号通路蛋白1、2、3，也分别称为CCN4、CCN5和CCN6[2]。CTGF参与调控多种重要的生物学功能，包括细胞增殖、分化、黏附和血管生成，以及多种病理过程，如肿瘤发展和组织纤维化[3]。作为转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)关键的下游分子，CTGF广泛存在于多种组织器官中，主要功能包括促进细胞增殖分化、迁移、血管生成、组织修复等[4]。CTGF在机体创伤修复及器官纤维化疾病的发生发展中可能起到中心调节作用，是器官纤维化疾病缓慢进展的重要细胞因子，被认为是纤维化疾病的“总开关”，而且CTGF表达与纤维化程度呈正相关[5-6]。现就CTGF的结构与生物学功能、促纤维化的作用机制及其在常见器官纤维化疾病中的作用进行综述。

1 CTGF的结构与生物学功能

CTGF由Almendral等[7]于1988年在小鼠研究中首次发现，随后由Bradham等[8]在筛选人脐静脉血管内皮细胞cDNA文库时分离得到。CTGF广泛存在于多种组织器官中，如肝脏、肾脏、肺脏、心脏、生殖器官，可由多种细胞分泌合成，如成纤维细胞、上皮细胞、平滑肌细胞、内皮细胞等。CTGF具有调控细胞分裂分化、黏附和迁移、诱导细胞外基质(extra cellular matrix,ECM)产生等生物学功能，在调控细胞增殖、胚胎发育、血管生成、伤口愈合、肿瘤、生长、纤维化疾病等方面起关键作用[3-9]。

人类CTGF是一种富含半胱氨酸的基质细胞蛋白，全长包含349个氨基酸，定位于染色体6q23.1。该染色体区域包括4个内含子和5个外显子，在所有外显子中，1个外显子编码信号肽，起到介导CTGF由内质网向高尔基体转运的作用；另外4个外显子分别编码CTGF的4个结构模块，第一个结构域为N端与胰岛素样生长因子结合蛋白同源结构域，第二个结构域为血管性血友病因子C型重复区，介导CTFG与αvβ3、αvβ5的相互作用，第三个结构域为血小板反应蛋白Ⅰ型重复区，介导血小板反应蛋白与ECM、基质金属蛋白酶和整合素的结合，第四个结构域为富含半胱氨酸的C端结合域，介导CTGF与纤维连接蛋白、基膜蛋白多糖和纤维蛋白-1的相互作用，还可能与细胞表面受体有关[5]。

目前尚未发现CTGF的特异性受体，但有研究发现CTGF可与细胞表面多种受体结合，如整合素、硫酸肝素原聚糖、脂蛋白受体相关蛋白和酪氨酸激酶受体[10]。CTGF通过与整合素受体结合发挥多种功能。在某些情况下，脂蛋白受体相关蛋白和硫酸肝素原聚糖作为共受体发挥作用[11]。如在肝纤维化过程中，CTGF在被激活的肝星状细胞中与整合素α5β3结合，同时硫酸肝素原聚糖作为共受体发挥作用[12]。CTGF还可以与胰腺星状细胞中的整合素α5β1结合，介导胰腺星状细胞在胰腺纤维化中的黏附、增殖、迁移和胶原合成[13]；与整合素α1β3的结合，增强了软骨肉瘤来源的软骨细胞与纤维连接蛋白的黏附[14]。CTGF既可以与肝细胞表面脂蛋白受体相关蛋白1结合，又可以与肾细胞表面脂蛋白受体相关蛋白6结合。CTGF还能通过与酪氨酸激酶受体A结合来调节心肌细胞的纤维化[15]；与小鼠胚胎成纤维细胞中黏结蛋白聚糖4的相互作用在细胞运动中起重要作用[16]；与成纤维细胞生长因子受体2结合，与其协同调节成骨细胞的骨代谢[17]，以及结合核因子κB受体激动因子、骨蛋白原和树突状跨膜蛋白，增强破骨细胞分化[18-19]。在人角膜成纤维细胞中，CTGF与甘露糖6磷酸/胰岛素样生长因子2受体结合，促进成纤维细胞增殖[20]。

2 CTGF促纤维化作用机制

纤维化形成是机体应对各种因素导致的持续性损伤的一种异常修复机制。细胞及组织经过反复损伤、修复后，ECM由于修复机制被激活而导致过度分泌并异常沉积，ECM异常沉积是器官纤维化的主要组织学特征，而CTGF作为重要的促纤维化因子，可能发挥以下几方面作用。

2.1刺激成纤维细胞增殖影响ECM平衡 CTGF作为TGF-β促有丝分裂活性的下游介质，能直接提高细胞周期蛋白A水平，通过诱导细胞从G1晚期进入S期来控制细胞周期进程，促进细胞有丝分裂，刺激成纤维细胞的增殖；其还对成纤维细胞有强烈的趋化作用，导致细胞增殖并积聚，分泌大量ECM沉积[21]。CTGF一方面能促进多种ECM成分(如蛋白多糖、Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型胶原蛋白以及纤维连接蛋白、层粘连蛋白)的分泌合成，另一方面还能抑制ECM降解，通过抑制降解ECM成分酶类(如胶原酶、基质金属蛋白酶)的活性,增加纤溶酶激活物抑制因子和金属蛋白酶组织抑制因子等蛋白酶抑制因子的表达，影响ECM动态平衡[22]。当CTGF介导的组织重建和纤维化发生在血管组织，还会引起局部压力增高并进一步促进 CTGF表达，形成正反馈，导致持续损伤修复，形成恶性循环[23]。

2.2促进细胞表型转化并介导细胞黏附和迁移 在纤维化过程中，肌成纤维细胞是ECM的主要来源，在许多纤维化疾病中发现肌成纤维细胞的标记蛋白α-平滑肌肌动蛋白呈阳性表达。在组织持续损伤修复中，CTGF表达增加，能促进多种细胞(如上皮细胞、肝星状细胞、成纤维细胞)发生转化形成肌成纤维细胞，从而导致ECM分泌增加[24-25]。CTGF通过与多种细胞表面蛋白相互作用，影响纤维化相关细胞活动。CTGF能通过整合素受体介导成纤维细胞黏附作用，参与创伤愈合、组织修复、ECM沉积过程；还具有促进成纤维细胞向纤维连接蛋白黏附的作用[6]，促使更多ECM成分异常聚集；还能通过促进肌动蛋白细胞骨架降解调节细胞迁移，与整合素α5β3和硫酸肝素原聚糖结合,调节内皮细胞黏附、迁移，从而募集更多的细胞，进一步发生表型转化，形成肌成纤维细胞参与纤维化过程[26]。

2.3作为中心调节介质促进纤维化进展 研究证实，CTGF可以与血管内皮生长因子以及TGF-β等多种细胞因子相互作用，这些因子诱导CTGF的表达上调，使其分泌增加，从而形成正反馈循环，进一步促进纤维化进展，而CTGF可能在纤维化中作为中心调节介质起到至关重要的作用[27]。Sharma和Radhakrishnan[28]认为在口腔黏膜中，槟榔的粗大颗粒导致口腔黏膜发生物理性微创伤，导致损伤部位的成纤维细胞产生CTGF，触发口腔黏膜纤维化过程，最终导致口腔黏膜下纤维化。除CTGF外，纤维化过程还涉及其他各种通路和生长因子。其中CTGF与TGF-β的相互作用尤为重要。CTGF基因的启动子存在TGF-β的反应元件，同时CTGF的产生也需要TGF-β。TGF-β初始CTGF产生后在多个正反馈回路中CTGF的水平得以维持。此外，各种纤维化介质，如血小板衍生生长因子、血管内皮生长因子、缺氧诱导因子、碱性成纤维细胞生长因子、内皮素1、凝血酶、血管紧张素Ⅱ、直接或间接增加CTGF的水平，增加的CTGF继续增强下游分子活性，使纤维化过程持续不断发生。

3 CTGF与器官纤维化

3.1肝纤维化 肝纤维化是一种“创伤愈合”的慢性渐进性病理过程，虽然肝实质具有强大的再生能力，但慢性肝病可导致肝细胞功能的永久性丧失和纤维化组织替代，最终可能导致严重的结构性紊乱，称为肝硬化，可发生营养不良、门静脉高压、胃肠道出血、腹水、肝肾综合征和肝性脑病等多种并发症。肝硬化的组织病理学特征包括弥漫性肝纤维化，伴有再生肝细胞结节形成。结缔组织不断沉积导致正常肝脏结构的破坏，窦周间隙内内皮细胞中细胞基质增加，在肝细胞和肝血窦之间扩散屏障增多，从而进一步增加了门静脉血流阻力。有研究发现，在肝纤维化和肝硬化患者体内CTGF表达明显升高，并与肝纤维化程度呈正相关[29]。肝星状细胞的激活及表型改变被认为是肝纤维化进展中ECM的主要来源，在体外培养的肝星状细胞中发现，CTGF信使RNA水平显著增加，CTGF可能是刺激肝星状细胞活化增殖的关键因子之一[30]。研究发现，通过抑制CTGF表达能阻断TGF-β1/Smads、核因子κB、c-Jun氨基端激酶通路，进而阻断肝纤维化的发生、发展[31-32]。目前肝纤维化治疗中已经有CTGF靶向疫苗能够抑制小鼠肝纤维化发展，未来CTGF可能成为抗肝纤维化治疗的重要靶点[33]。

3.2肾纤维化 间质纤维化几乎是所有肾脏疾病进展到终末期肾衰竭的共同病理途径，肾小管上皮细胞向间充质细胞转分化(即上皮-间充质转化)是肾间质纤维化发生发展的核心环节。在许多肾脏疾病的活检组织中发现CTGF表达明显增加[34]。CTGF在肾小管上皮-间充质转化中起关键调控作用，能直接诱导肾小管上皮细胞发生表型转化，还能促进肾脏间质成纤维细胞转化为成肌纤维细胞，与TGF-β1发挥协同作用，是慢性持续性纤维化所必需的[35]。CTGF作为连接细胞表面的衔接分子，被认为是ECM的主要蛋白质。CTGF还可上调整合素在细胞表面的表达并促进ECM的沉积[36]。在肾小球系膜细胞中，CTGF可诱导纤溶酶激活物抑制因子-1，肌动蛋白细胞骨架重排和金属蛋白酶组织抑制因子1的产生，从而导致基质降解减少[37]。CTGF可促进肾间质成纤维细胞中Ⅰ型胶原蛋白、整合素和层粘连蛋白的转录，并最终增加ECM的合成。在培养的人近端小管上皮细胞中，CTGF反义寡核苷酸可显著抑制纤溶酶激活物抑制因子-1的表达并增加纤溶酶原激活剂对ECM的降解，从而抑制ECM聚集。

3.3肺纤维化 目前离体实验已证实在人肺成纤维细胞中有CTGF表达，其能够促进肺成纤维细胞增殖、迁移、分化等，CTGF不仅是调节纤维化的关键因子还可能是组织纤维化的标志物[38]。有研究表明，CTGF能够在肺成纤维细胞和Ⅱ型肺泡上皮细胞中通过自分泌或旁分泌方式产生，通过激活相关信号通路在调节胶原表达中起重要作用，CTGF还能通过上皮-间充质转化过程促使成纤维化细胞发生表型转化形成肌成纤维细胞，从而产生大量ECM参与肺纤维化[39]。研究证实，CTGF的表达在损伤发生数天后仍保持稳定上调状态，说明CTGF可能自始至终参与肺纤维化过程[40]。特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是一种病因不明的肺部进行性纤维化疾病。肺功能丧失只能通过肺移植来治疗，CTGF在纤维化中的关键作用为IPF的治疗选择提供了新的方向。虽然IPF的病因尚不完全清楚，但已知主要是肺泡上皮细胞的损伤触发了纤维化机制，由于促纤维化和抗纤维化的不平衡导致过度的ECM沉积和肺纤维化[41]。在IPF患者中，CTGF在成纤维细胞、支气管肺泡灌洗细胞、血浆和肺组织中表达增加[42-45]。抗CTGF单克隆抗体FG-3109/Pamrevlumab在治疗IPF方面具有潜力，一项Ⅱ期试验证实FG-3109/Pamrevlumab对IPF患者是安全且可良好耐受的[46]；一项双盲安慰剂对照试验显示，与安慰剂组相比，接受FG-3109/Pamrevlumab治疗的患者用力肺活量下降率显著减小[47]。

3.4心肌纤维化 心肌重塑是指心肌组织结构改变，以心肌肥大和纤维化为主要特点。有研究显示心肌梗死后TGF-β1和CTGF表达均增加，但不同时间和不同心脏部位表达存在差异，CTGF高峰出现的时间早于TGF-β1且存在时间长，故认为CTGF与损伤后成纤维化细胞增殖、ECM沉积有关，此外，心肌梗死发生后由于心室壁扩张和机械应力增加，也可导致成纤维细胞CTGF表达增加[48]。研究发现，心力衰竭患者心肌组织CTGF染色阳性的面积与心肌纤维化的程度有关，在有症状的慢性心力衰竭患者中血浆CTGF水平随着心功能下降而升高，与纽约心脏病协会心功能分级呈正相关，还与血浆脑钠肽、TGF-β1、基质金属蛋白酶2等相关[49]，因而认为血浆CTGF水平可作为一个新的特异指标评价慢性心力衰竭患者的心脏功能。

3.5生殖器官纤维化 目前许多子宫疾病中也发现可能存在组织异常修复机制导致纤维化形成，有研究在子宫腺肌病小鼠模型中发现通过激活TGF-β1/Smads信号通路后可使上皮-间充质转化相关蛋白表达明显改变，Ⅰ型胶原蛋白明显表达增强，胶原纤维增多，其中CTGF作为TGF-β1下游效应因子可能发挥一定作用[50-51]。有研究发现在子宫内膜异位症中，激活Wnt/β联蛋白通路可导致异位内膜及间质细胞纤维化指标(α-平滑肌肌动蛋白、Ⅰ型胶原蛋白、CTGF、纤连蛋白)表达明显增高，胶原收缩能力明显增加[52]。

在子宫内膜中也存在纤维化形成。一项研究通过细胞和动物实验评估了纤维化标志物TGF-β、CTGF、Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白是否在子宫内膜粘连中异常表达，结果发现，与正常子宫内膜组织相比，子宫内膜组织中纤维化标志物的表达水平较高[53]。有学者发现，CTGF和TGF-β1在粘连的子宫内膜组织中表达明显高于非宫腔粘连子宫内膜组织，且随着宫腔粘连程度的增加而逐渐升高[54]。

卵巢纤维化的主要临床表现为卵巢包膜增厚、间质纤维结缔组织增多、卵泡减少或消失。目前认为多种卵巢疾病如卵巢子宫内膜异位囊肿、多囊卵巢综合征、卵巢早衰与卵巢纤维化有关。研究证实，卵巢子宫内膜异位囊肿中异位内膜细胞中TGF-β1、CTGF、α-平滑肌肌动蛋白表达均增加，且与TGF-β1/Smad通路激活有关，导致异位病灶周围卵巢纤维化，形成囊壁并与邻近正常卵巢组织形成粘连[55]。在多囊卵巢综合征动物模型中发现，卵巢组织及血清CTGF蛋白表达水平显著高于对照组(注射用大豆油处理后的小鼠)，卵巢及子宫组织中CTGF的信使RNA和蛋白水平均高于对照组，表明CTGF参与多囊卵巢综合征患者卵巢纤维化的发生[56]。

4 小 结

CTGF作为重要的促纤维化因子，在反复受损组织中刺激成纤维细胞增殖、促进细胞表型转化并介导细胞黏附和迁移以及作为中心调节介质促进纤维化进展。在多种纤维化疾病中，CTGF与TGF-β1为主的多种细胞因子、表面蛋白和细胞协同作用参与器官纤维化的发生和进展，而且一定程度上能作为标志物反映器官纤维化程度。现阶段，器官纤维化的具体机制仍不清楚，深入研究CTGF与纤维化疾病发生、发展的关系，进一步阐明CTGF的促纤维化机制，将有助于对各种纤维化疾病的早期诊断、预后评估以及抗纤维化靶向治疗研究提供新的思路和方向。