PDGF/PDGFR信号通路在纤维化疾病中的作用研究进展

纪晓霞,刘红霞，何朝勇

（中国药科大学药学院药理系，江苏 南京 211198）

纤维化是过多的富含胶原蛋白的细胞外基质（extracellular matrix，ECM）代替功能性结缔组织，导致纤维化疤痕的形成，这是组织损伤后人体修复过程的必然结果[1]。纤维化几乎发生在所有器官和组织中，例如心、肝、肾、皮肤等，纤维化具有不可逆性，最终导致组织结构被破坏和功能的丧失。据统计，在美国等发达国家，纤维化疾病占总死亡病因的45%[1]，严重威胁人类健康。纤维化涉及多种信号激活途径，例如转录生长因子-β/SMAD蛋白（TGF-β/Smad）、Wnt蛋白/β-连环蛋白（Wnt/β-catenin）和血小板衍生生长因子/血小板衍生生长因子受体（PDGF/PDGFR）通路的激活促进纤维化的发生发展，其中PDGF/PDGFR信号通路是纤维化领域研究较为热门的通路之一[2-4]。成纤维细胞是纤维化疾病的重要效应细胞，当机体受到外界刺激时引起成纤维细胞分泌PDGF，活化的成纤维细胞向分泌PDGFR（PDGFRα和PDGFRβ）的肌成纤维细胞转化，PDGF/PDGFR激活驱动细胞增殖、迁移和ECM的产生，促进纤维化的发生发展[4]。本文总结了PDGF/PDGFR通路在器官纤维化中的作用，及其作为抗纤维化疗法的分子靶点可能遇到的挑战，以期为临床抗纤维化药物研发提供参考。

1 PDGF/PDGFR通路的组成及信号传导

PDGF属于血管内皮生长因子家族，有PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C、PDGF-D 4种类型的单体，通过二硫键形成同源或异源二聚体，包括PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-AB、PDGF-CC、PDGF-DD 5种亚型。

PDGFR是一种单链跨膜糖蛋白，属于Ⅲ型酪氨酸蛋白激酶受体家族，是PDGF信号转导途径中的重要成员。PDGFR分子包含5个结构功能区：免疫球蛋白样结构域的胞外配体结合区、跨膜区、胞内酪氨酸激酶区域、激酶插入区和胞质尾区。PDGFR包含PDGFRα和PDGFRβ 2种亚型，与配体结合后形成 PDGFRαα、PDGFRαβ、PDGFRββ 3 种同源或异源二聚体。

PDGF是一种重要的促有丝分裂因子，在生理状态下，主要贮存在血小板α颗粒中，当机体受到损伤时，上皮细胞、内皮细胞、巨噬细胞和免疫细胞等分泌PDGF细胞因子（见图1），促进上述细胞群的增殖、迁移[4]。PDGFR在生物体表达受到严格调控，PDGF与PDGFR结合激活PDGFR，5种PDGF亚型与2种PDGFR亚型特异性结合触发相似的信号级联，包括磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）、Ras蛋白-丝裂原活化激酶（Ras-MAPK）、胞质酪氨酸激酶Src家族（Src）、磷脂酶Cγ（PLCγ）和信号转导与转录因子家族（STATs）等[4]，参与器官纤维化、动脉粥样硬化和肿瘤等多种疾病的发生发展（见图2）。不同PDGF亚型与其受体特异性结合会发挥不同生理功能，例如PDGF-AA、PDGFBB、PDGF-AB和PDGF-CC与PDGFRαα结合激活PDGFRαα抑制成纤维细胞和平滑肌细胞的趋化性；同时PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-AB和PDGF-CC与PDGFRαα结合还调节C21类固醇激素的生物合成。然 而PDGF-BB和PDGF-DD与 PDGFRββ结合后激活PDGFRββ刺激成纤维细胞的趋化性；此外PDGF-BB和PDGF-DD与PDGFRββ结合对于激活血管生成并在表皮生长因子受体（EGFR）信号通路中发挥重要作用。PDGF-BB、PDGF-AB和PDGF-CC与PDGFRαβ结合激活下游核因子κB（NF-κB）和白细胞介素-6（IL-6）通路[5]。

图1 PDGF来源示意图Figure 1 Schematic diagram of PDGF source

图2 PDGF与PDGFR特异性结合示意图Figure 2 Schematic diagram of specific binding between PDGF and PDGFR

2 PDGF/PDGFR信号通路与纤维化疾病关系

纤维化是组织损伤后产生的修复反应，其特征是成纤维细胞的激活导致的ECM大量沉积。组织损伤后适度的修复是有益的，但当损伤组织过度修复时就会出现纤维化疾病。纤维化涉及多种信号途径，PDGF/PDGFR信号通路在其中发挥重要作用，参与多种纤维化疾病进程，主要包括心肌纤维化、肾纤维化、肝纤维化和皮肤纤维化。PDGFs促进成纤维细胞的增殖和分化，促进胶原蛋白生成和细胞黏附，参与纤维化疾病的发生发展[6]。PDGFR的激活促进下游信号转导，参与调控ECM生成，促进纤维化疾病发生。

2.1 PDGF/PDGFR信号通路与心肌纤维化

心肌纤维化的主要病理表现为心肌间质中成纤维细胞增殖，并转化为肌成纤维细胞及ECM的过度沉积，是许多心脏疾病终末期病理状态。PDGFRs在血管平滑肌细胞、周细胞、心脏间质细胞和外膜成纤维细胞中均有表达，而且在心肌纤维化患者中PDGF及PDGFR的表达均增加[7-8]。心肌细胞特异性过表达PDGF-A会导致严重的纤维化反应，心脏体积增大多达8倍，导致小鼠出生后几周内发生致命性心力衰竭，而PDGF-B的过表达只导致局灶性纤维化和中度心肌肥大[9]。使用α-肌球蛋白重链启动子构造心脏特异性过表达PDGF-C的小鼠模型，突变型小鼠出现心肌成纤维细胞的增殖和胶原沉积[10]。小鼠心肌PDGF-D的过度表达会导致间质纤维化和扩张型心肌病[11]。另外，将不同PDGF亚型腺病毒载体注射到成年小鼠心脏中，PDGF-C过度表达只会增加炎性PDGFRα阳性成纤维细胞的数量，局部过度表达PDGF-B会引起心脏广泛的炎症并导致大面积疤痕形成，而PDGF-D会减轻炎症并产生小而致密的疤痕[12]。由于心脏间质细胞高表达PDGFRα受体，不同亚型配体过表达导致的纤维化的严重程度可能取决于其与受体的亲和力的不同[8]。在心脏缺血再灌注的小鼠模型中，PDGFRβ和PDGFRα的激活均会促进梗死区胶原蛋白的沉积，阻断其信号传导可以减少胶原沉积[13]。

综上，各种类型的PDGF/PDGFR均在心肌纤维化中发挥重要作用，对于梗死后修复至关重要。在弥漫性后期心脏间质纤维化中，抗PDGF治疗可能是一个合理的选择。

2.2 PDGF/PDGFR信号通路与肝纤维化

肝纤维化的发生源于多种原因导致的慢性肝损伤及ECM沉积，其中肝星状细胞 （hepatic stellate cells，HSCs）在各种刺激条件下呈现肌成纤维表型，是肝ECM的主要来源。在健康的肝脏中，PDGF及其PDGFR表达均很低，其中PDGF-A和PDGF-B仅表达于门静脉和脉管系统的细胞，PDGFR的表达仅限于动脉血管平滑肌细胞（VSMC）、门静脉成纤维细胞和HSCs[4,14]。在肝纤维化过程中，PDGFRα和PDGFRβ这2种受体表达均增加，PDGFRα表达在肝祖细胞和HSCs衍生的胞外小泡中，而PDGFRβ主要表达在HSCs中[15-17]。在胆管结扎（BDL）诱导的肝纤维化大鼠模型中，PDGFR和所有PDGF亚型均被上调，其中PDGF-D的作用最为明显，免疫染色显示，PDGF-D沿门静脉和肝窦细胞周围的纤维化区域间隔分布。与PDGF-A或PDGF-C相比，原代大鼠肌成纤维细胞对PDGF-B和PDGF-D表现出更强的促有丝分裂和促纤维化反应。这些作用是通过PDGFRβ和下游信号传导分子如细胞外调节蛋白激酶（ERK1/2）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）、p38、MAPK和蛋白激酶B（PKB/AKT）激活介导的，证实了PDGFRβ在肝纤维化中HSCs激活和ECM重塑中的重要性[18]。此外，HSCs特异性PDGFRβ近膜结构域V536A位点突变PDGFRββJ/+的转基因小鼠在四氯化碳刺激下出现严重的肝纤维化，而PDGFRβ激活环中D849N位点突变的小鼠在基础状态下显示出更高的磷酸化，引起急性肝损伤进而导致肝细胞的活化和增殖，表现出更强的肝纤维化[19-20]。HSCs的PDGFRβ丢失会降低小鼠肝脏胶原沉积，进而减轻小鼠肝纤维化[19]。此外，胸腺素 β4（thymosin β4）、microRNA-26b-5p 和TNF凋亡相关诱导配体（hTRAIL）靶向PDGFRβ，阻断PDGFRβ信号传导，可以减轻肝纤维化[17,21-22]。因此，阻断HSCs的PDGFRβ信号传导可能会减缓肝纤维化进程，提示PDGFRβ是肝纤维化潜在的治疗靶点。

2.3 PDGF/PDGFR信号通路与肾纤维化

慢性肾脏疾病（CKD）影响全球10%以上人口，肾纤维化是CKD的潜在病理过程，并且也是疾病进展的最佳预测因子[23]。目前尚无抗肾纤维化的具体治疗方法。在具有间质纤维化或肾小球硬化的人和啮齿动物肾脏中，所有亚型的PDGF配体和受体均表达上调[24]。在单侧输尿管结扎模型（UUO）中，使用抗体中和PDGF-C可显著抑制肾纤维化[25]。在肾小球内皮细胞损伤模型中，尽管PDGFRα在肾小球系膜细胞中表达，但对肾小球硬化或肾小球系膜细胞的活化无影响，并未在肾小球中发挥促纤维化作用[26]。在患有肾小球疤痕和肾小管间质纤维化的啮齿动物和人类中，PDGFRβ及其配体和PDGF-D的表达均上调[27]，其中肾间质细胞PDGF-D显著升高。在单侧输尿管结扎和缺血再灌注诱导的肾间质纤维化模型中，PDGF-D全敲小鼠肾纤维化程度降低[28]。在糖尿病小鼠肾近端小管中，PDGFRβ表达增加导致肾小管上皮细胞胶原积聚，而使用小干扰RNA（siRNA）抑制PDGFRβ表达可逆转这一过程，从而减轻肾纤维化[29]。此外，所有肾间充质细胞均表达PDGFRα和PDGFRβ。抗PDGFRα（1E10）和抗PDGFRβ（2C5）特异性抗体均可减少UUO小鼠损伤或缺血造成的周细胞向肌成纤维细胞的分化，从而减少肾纤维化，但PDGFRα（1E10）和PDGFRβ（2C5）2种抗体的联合使用并无累加作用[30]。因此，使用PDGF中和抗体、单独靶向PDGFRα和PDGFRβ可以减缓肾纤维化进程[29,31-32]，提示PDGF-D、PDGFRα和PDGFRβ可能成为未来抗肾纤维化治疗的重要靶点。

2.4 PDGF/PDGFR信号通路与皮肤纤维化

皮肤纤维化包括瘢痕和系统性硬化症（systemic sclerosis，SSC），表现为表皮早期增厚，真皮中胶原纤维均质化增加，表皮晚期萎缩，胶原纤维增厚和变硬以及胶原蛋白过多沉积[33]。真皮成纤维细胞是皮肤纤维化的重要效应细胞，PDGFs是间充质细胞的有丝分裂原，参与皮肤伤口愈合。瘢痕患者组织中炎性因子PDGF-BB水平显著升高[33]。研究表明，趋化因子4（CXCL4）刺激SSC患者外周血中的单核细胞，导致患者血浆PDGF-BB水平显著提高，在博来霉素诱导的皮肤损伤模型中也可检测到PDGF-BB/PDGFRβ的激活[34-35]。另外有一些研究表明，SSC患者体内具有自身循环PDGFRα抗体，这些抗体在人原代成纤维细胞中表现出促纤维化的活性，并且将含有人角质形成细胞和成纤维细胞的SSC患者皮肤移植到小鼠体内，小鼠会出现PDGFR依赖性的纤维化[36-37]。体外实验发现，PDGF-C对人皮肤来源的成纤维细胞具有强烈的促有丝分裂和迁移作用，M2型巨噬细胞产生的PDGF-C也可诱导成纤维细胞中α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）的表达，并促进成纤维细胞的分化[38]。利用siRNA沉默SSC患者成纤维细胞中的PDGFRα抑制成纤维细胞向成肌纤维细胞分化[39]。因此，无论是PDGF配体还是PDGFR均在皮肤纤维化进展中发挥重要作用。通过阻断PDGFRα或PDGFRβ信号通路，减轻皮肤纤维化，抑制SSC患者PDGFR自身抗体的产生，也可能成为未来对抗纤维化的一个方向。

综上，成纤维细胞在不同组织器官中功能各异，其活化的机制也不尽相同，例如心肌成纤维细胞是心肌纤维化的中枢效应细胞，心肌间质成纤维细胞分泌PDGF，刺激其向心肌成纤维细胞活化分泌PDGFRα，引起心肌纤维化[10,40]。HSCs是肝纤维化的关键细胞，PDGF刺激HSCs活化，HSCs被激活后产生大量的PDGFRβ+细胞，参与肝纤维化发生发展[19]。肾纤维化是各种原因造成肾损伤引起的终末期的特征，主要包括肾小球和肾小管间质纤维化，PDGF-C对肾间质成纤维细胞有强烈的增殖和活化作用，调控肾小管间质纤维化；PDGF-D主要参与肾小球系膜细胞的增殖与活化，在肾小球纤维化中发挥作用[41]。此外，肾间充质细胞高表达PDGFRβ+细胞也是肾纤维化的典型特征[42]。真皮成纤维细胞是皮肤纤维化的效应细胞，成纤维细胞、内皮细胞或上皮细胞在受到外界有害因子刺激时分泌PDGF引起其活化并向肌成纤维细胞转化，肌成纤维细胞分泌PDGFR引起ECM沉积，导致皮肤纤维化[4]。

此外，PDGF和PDGFR 分布具有组织特异性，并且对不同组织部位的器官纤维化造成不同影响。PDGFRα在心肌间充质细胞中特异表达，因此可将心肌成纤维细胞和心肌间充质细胞区分开来，PDGF-A和PDGF-B过表达均可诱导心肌纤维化，但PDGF-A过表达可产生更强烈的纤维化，这可能与心脏间质细胞PDGFRα的高表达有关[8,40]。此外，PDGFRβ+细胞表达在活化的HSCs和肾间充质细胞中，HSCs特异性敲除PDGFRβ或特异性抑制肾小管PDGFRβ活化可延缓肝/肾纤维化[19,29,42]。PDGF-C是一种可介导肾纤维化的促炎性细胞因子，PDGF-C中和抗体的使用可减缓肾纤维化进程，而PDGF-C中和抗体却对肝纤维化无效[25,43]，这可能是PDGF-C组织分布特异性引起的。此外，PDGF-C以剂量依赖的方式诱导人皮肤成纤维细胞的增殖和迁移，PDGF-C单克隆抗体抑制基质金属蛋白酶的合成调节且对人皮肤成纤维细胞具有促有丝分裂作用，这说明PDGF-C在皮肤组织重塑中起重要作用[44]。

3 抗纤维化治疗策略

3.1 以PDGF/PDGFR信号通路为靶点的抗纤维化治疗

PDGF/PDGFR信号通路广泛参与心、肝、肾以及皮肤等多种器官纤维化疾病的发生发展，靶向PDGF/PDGFR信号通路抑制纤维化进展的抑制剂从作用机制可分为3类：一是利用PDGF亚型中和抗体隔离配体，阻碍配体和受体结合；二是PDGFR受体特异性阻断抗体；三是靶向PDGFR激酶的小分子抑制剂。

例如，在UUO中使用中和抗体PDGF-C，导致PDGFR信号传导降低，延缓肾纤维化进程[43]。又如在肝纤维化中，奥拉图单抗（olaratumab）作为中和抗体隔离PDGF-BB，减弱PDFGRα对PDFG-BB的激活，肝纤维化减弱[45]。用于纤维化治疗的酪氨酸激酶抑制剂（tyrosine kinase inhibitors，TKIs）有伊马替尼（imatinib）、甲磺酸伊马替尼（imatinib mesylate）和索拉非尼等。TKIs主要靶向SYC家族非受体酪氨酸激酶（Abl）、肥大/干细胞生长因子受体（c-Kit）、PDGF等3种酪氨酸激酶。单独使用伊马替尼和索拉非尼的治疗可以有效调节纤维蛋白原形成过程；但当联合使用时，二者仅发挥重叠的抗肝纤维化作用，并无明显的累加或协同作用[46]。这可能是由于伊马替尼和索拉替尼对已知纤维化基因发挥相反的调节作用。

目前临床上尚无针对PDGFR靶点的抗心肌纤维化、肝纤维化和肾纤维化药物，仅有TKIs伊马替尼、甲磺酸伊马替尼和达沙替尼（dasatinib）先后获批用于SSC的临床研究（见表1）。但上述内容可见， PDGFs是各型器官纤维化效应细胞的有丝分裂原，参与调控纤维化效应细胞活化过程，PDGF和PDGFR在不同组织的差异分布对纤维化也产生不同影响，因此靶向PDGF/PDGFR开发抗心肌纤维化、肝纤维化和肾纤维化药物具有一定临床应用前景。

表1 以PDGF/PDGFR为靶点的抗器官纤维化临床在研药物Table 1 Anti-organ fibrosis drugs targeting PDGF/PDGFR under clinical development

3.2 其他抗纤维化治疗

除了经典靶向PDGF/PDGFR阻断抗体和小分子抑制剂外，还有一些天然活性成分用于参与PDFGR途径发挥抗纤维化治疗作用。川芎嗪和丹皮酚联合治疗破坏HSC线粒体功能可干扰HSC中纤维化基因MMPS、TGF-β、PDGF等的表达，抑制ECM沉积，减缓大鼠肝纤维化进程[47]。蘑菇活性成分茯苓酸A（PAA）对肾纤维化具有保护作用，PAA抑制TGF-β诱导的肾成纤维细胞增殖和ECM沉积，PDGF-C逆转这一作用，这说明抗PDGF-C治疗可预防肾纤维化形成[48]。木脂素活性成分nortrachelogenin可降低IL-4和IL-13诱导的替代性巨噬细胞中CCL13和PDGF-BB的基因表达，抑制巨噬细胞活化引起的皮肤纤维化，并在博来霉素诱导的小鼠皮肤纤维化模型中得到验证[49]。

此外，除了靶向PDGF/PDGFR的药物、小分子抑制剂和天然活性成分外，也有其他一些抗器官纤维化药物在临床试验中（见表2），这些药物研发将为纤维化疾病治疗带来希望。

表2 其他非PDGF/PDGFR靶点的抗器官纤维化临床在研药物Table 2 Other anti-organ fibrosis drugs non-targeting PDGF/PDGFR under clinical development

4 结语与展望

综上，PDGF是纤维化疾病的关键细胞因子，PDGF促进各型纤维化效应细胞向肌成纤维细胞转化，参与心肌、肝、肾以及皮肤纤维化疾病进程，因此靶向PDGF药物研发是延缓纤维化疾病的关键。但PDGF配体和PDGFR存在器官特异性表达差异，因此深入研究PDGF亚型特异性功能对纤维化疾病治疗具有积极意义。此外，由于PDGFR激酶抑制剂的非特异性靶向导致其靶器官药物浓度低，副作用大，PDGFR激酶特异性抑制剂和新型制剂的开发是未来的热点方向。

除靶向PDGFR小分子抑制剂和单克隆抗体外，一些靶向PDGFR的天然活性成分在治疗纤维化疾病方面也取得了良好效果。随着对纤维化疾病发病机制的深入研究，靶向PDGF/PDGFR信号通路的药物研究将为纤维化疾病临床治疗带来新的希望。