TGF-β/Smad信号通路在肝硬化中的作用及其机制的研究进展

黄娜 周喜汉

[摘要] 肝硬化是一种或多种原因引起的慢性肝病发展到肝细胞弥漫性变性坏死、纤维组织增生和肝细胞结节状再生的病理阶段。肝纤维化是肝硬化的必然历经阶段和重要步骤，通过破坏正常的肝脏组织和细胞功能进而导致肝硬化。转化生长因子-β（transforming growth factor beta，TGF-β）是一种分泌性多肽信号分子，具有调节细胞生长和分化、修复损伤组织、调节免疫功能等作用，可影响肝纤维化、肝硬化的生物学过程。而TGF-β/果蝇母本抗生存因子蛋白（small mother against decapentaplegic，Smad）信号通路在肝硬化的发生、发展及靶向治疗中尤为关键。探讨TGF-β/Smad信号通路在肝硬化中的作用及其机制的研究进展对预防、治疗肝硬化具有重要现实意义。本文对TGF-β/Smad信号通路在肝硬化中的作用及其机制的研究进展作一综述。

[关键词] TGF-β/Smad信号通路；肝硬化；发生发展；靶向治疗；机制

[中图分类号] R34；R575    [文献标识码] A     [DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2024.03.027

肝硬化是一种或多种原因引起的各种慢性肝病进展至肝细胞弥漫性变性坏死、纤维组织增生和肝细胞结节状再生的病理阶段。肝硬化是消化系统的主要疾病，可引起消化道出血、肝性脑病、肝肾综合征等并发症，导致患者生活质量受损，严重威胁患者的生命安全。据统计，现全世界肝硬化的发病率较前有所升高[1-3]。目前肝硬化临床上常用药物作用靶点单一，且某些药物的作用机制和有效成分尚不明确，产生较多不良反应并缺乏统一的诊疗标准。目前最佳的治疗方法是肝移植，但其临床应用受供体稀缺和免疫排斥反应的限制。因此，迫切需要有效的治疗策略来阻碍甚至逆转肝硬化。肝硬化涉及大量信号转导通路，其中转化生长因子-β（transforming growth factor beta，TGF-β）/果蝇母本抗生存因子蛋白（small mother against decapentaplegic，Smad）信号通路在肝硬化发生、发展和靶向治疗中尤为重要，且成为近年的研究热点。因此，研究其相关作用及机制对预防、治疗肝硬化具有重要现实意义。

1  肝硬化的发生、发展

肝纤维化是肝硬化的必然历经阶段和重要步骤，通过破坏正常的肝脏组织和细胞功能进而导致肝硬化。肝星状细胞（hepatic stellate cell，HSC）的激活是引起肝脏纤维化的触发机制和重要靶点，且是胶原蛋白沉积（特别是Ⅰ型）的重要因素[4-5]。被激活的HSC使正常细胞外基质（extracellular matrix，ECM）不能充分裂解而堆积，进而纤维化瘢痕组织堆积、血管变形及肝实质和非肝实质细胞释放和分泌细胞因子[6]。肌成纤维细胞（myofibroblast，MFB）在汇合区增生，增生的胶原纤维连接成间隔将肝小叶分隔成许多假小叶，破坏肝内网状纤维骨架；在肝内形成结节，导致肝小叶结构改变和血液循环途径改建引起肝纤维化。肝纤维化对肝脏的正常结构和细胞功能造成破坏，如果长时间的肝纤维化得不到有效治疗，就会发展成肝硬化甚至是肝癌，严重威胁患者的生命[7]。

2  TGF-β/Smad信号通路在肝硬化发生、发展中的作用及其机制的研究进展

2.1  肝硬化中TGF-β/Smad信号通路组成及信号传导

2.1.1  TGF-β  TGF-β是一种分泌性多肽信号分子，有TGF-β1～TGF-β5 5个亚型，主要是由肝细胞、HSC、内皮细胞等细胞分泌。人体内仅有TGF-β1～TGF-β3亚型，其中以TGF-β1最为关键。TGF-β家族有33个成员，包括TGF-β、激活素、抑制素和骨形态发生蛋白等。TGF-β具有调节细胞生长、胚胎分化发育、修复损伤组织、调节免疫功能、维持成人体内平衡、血管生成、肿瘤发生及发展等作用，可影响肝纤维化、肝硬化有关的生物学过程。但TGF-β在肝纤维化、肝硬化中的作用较复杂，有时甚至是矛盾的，根据疾病的阶段表现出抑制或促进作用。在病理条件下，过度表达的TGF-β可导致上皮间质转化（epithelial- mesenchymal transition，EMT）、ECM沉积[8]。Gressner等[9]发现TGF-β1是一种最强的促进肝纤维化的细胞因子，也是目前研究最多的细胞因子。受損肝细胞分泌的TGF-β1能活化HSC，促使其向MFB转变。

2.1.2  TGF-β受体  TGF-β受体分为Ⅰ型受体（typeⅠTGF-β receptor，TβR-Ⅰ）、Ⅱ型受体（type Ⅱ TGF-β receptor，TβR-Ⅱ）、Ⅲ型受体（type Ⅲ TGF-β receptor，TβR-Ⅲ）。Smad是TGF-β下游的一种激活的Ⅰ型受体磷酸酯胞质蛋白质，由Smad1～Smad8组成，为TGF-β的作用底物，介导TGF-β信号由细胞膜传导至细胞核内。Smad一般可分成3种：受体型Smad（R-Smad）、抑制性Smad（I-Smad）和通用型 Smad（CO-Smad）。R-Smad分为Smad1、Smad2、Smad3、Smad5、Smad8，I-Smad包含Smad6、Smad7，CO-Smad仅包含Smad4。通常情况下，这3类分子的表达都是被精确调控的，它们相互协作，共同完成信号的传递过程。R-Smad、I-Smad可和co-Smad竞争性结合。R-Smad通过其C末端磷酸化激活后即为pSmad2和pSmad3，并与Smad4形成复合物，后者易位到细胞核中调节基因表达。大部分TGF-β转录是通过Smad3、Smad4促纤维化来实现的。Smad3对于诱导HSC激活和促纤维化至关重要。肝细胞中Smad3依赖性TGF-β信号的激活也被证明有助于纤维化的发展。与Smad3相比，Smad2无DNA结合能力。Smad6、Smad7可视为有拮抗纤维化、负反馈作用。Smad7可与TGF-Ⅰ结合阻止Smad2和Smad3的磷酸化，阻止信号后续传导。

2.1.3  TGF-β/Smad信号通路  TGF-β通路是一个非常重要的信号传递途径，它由受体介导转录因子活化从而实现信号从细胞膜到细胞核的传递。TGF-β通路包含Smad介导的TGF-β/Smad典型通路及非Smad介导的非典型通路[10]。TGF-β超家族、TGF-β超家族受体、Smad蛋白家族组成TGF-β/Smad信号通路，是TGF-β的重要通路。非典型通路包括丝裂原活化蛋白激酶 （mitogen-activated protein kinase，MAPK）等途徑。TGF-β/Smad信号通路存在基础与激活状态。在激活状态中，丝氨酸/苏氨酸受体Ⅱ在细胞表面结合TGF-β配体，激活TβR-Ⅰ磷酸化，进而使R-Smad活化并与co-Smad结合成复合物；复合物结合细胞核核中DNA的特定受体，调节基因转录，完成信号传递。肝组织受损害或刺激后，TGF-β与HSC表面的高亲合性TβR结合，使Smad磷酸化，抑制性的Smad表达水平降低；并将信号导入细胞内，启动HSC的活化并促进ECM的产生。通过阻碍TGF-β/Smad信号通路有效改善肝纤维化、肝硬化。

2.2  TGF-β/Smad信号通路在肝硬化中的生物学效应

TGF-β/Smad信号通路具有调节细胞生长和分化的作用，可影响纤维化和肿瘤微环境中存在的其他细胞类型，如上皮细胞、内皮细胞或巨噬细胞[11]。该通路被认为是驱动HSC活化的关键通路并诱导ECM的生成，是ECM重塑的主要调节剂。在各种原因导致的慢性肝损伤的过程中，Kupffer细胞释放各种激活HSC的炎症细胞因子[如血小板衍生生长因子（platelet derived growth factor，PDGF）、TGF-β]，导致HSC转分化为MFB[12]。Kupffer细胞还通过释放趋化因子配体2、趋化因子配体5刺激骨髓来源的免疫细胞流入肝脏，在肝脏中发育成Ly-6C（+）巨噬细胞，促进炎症、血管生成和纤维化，推动纤维化发展。炎性细胞因子诱导HSC加速从静止型激活向增殖、迁移和纤维化表型（MFB）的转化，调节基因的表达；导致大量ECM的产生、沉积及α-平滑肌肌动蛋白的表达，产生基质金属蛋白酶的组织抑制剂，干扰、下调基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP），以防止MMP对ECM的降解并维持ECM的完整性；从而引起纤维瘢痕的增生、肝纤维化，最终引起肝硬化[13-14]。TGF-β是刺激HSC转分化和EMT信号的主要细胞因子。TGF-β/Smad信号通路可通过上调纤维连接蛋白、胶原蛋白、整合素和基底膜蛋白等表达促进HSC增殖活化、促进ECM的产生并抑制ECM的降解；同时可作用于β-连环蛋白等其他因子，从而加速肝硬化的进程[15-16]。众所周知，肝硬化经积极的干预及治疗是可逆的，通过调节TGF-β/Smad信号通路可阻碍、延缓甚至逆转肝硬化的发展。

TGF-β/Smad信号通路还可与一种或多种细胞内外信号通路发生相互作用、广泛串联，因此具有复杂性。近年来，随着对肝硬化发生、发展机理的进一步探讨，越来越多的证据显示，TGF-β/Smad信号通路调节涉及多种通路，如MAPK通路、Hedgehog/Gli通路、整合素（integrin）通路、Hippo/Yes相关蛋白（Yes-associated protein，YAP）通路、蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）通路、胞外信号调节激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）通路等。其中，Hedgehog/Gli通路中活化的Gli可激活TGF-β/Smad信号途径，从而促进HSC活化、促进肝硬化；Integrin通路可增强细胞黏附、传导信号并调控TGF-β的释放和激活，通过阻碍Integrin通路可抑制TGF-β激活、HSC活化及肝硬化。Lee等[17]通过小鼠实验也发现甘草素可通过Hippo/YAP通路抑制TGF-β1/Smad信号通路和肝纤维化。

3  TGF-β/Smad信号通路在肝硬化靶向治疗中的作用及其机制的研究进展

TGF-β/Smad信号通路是一个非常重要的信号通路，其具有调控多种细胞功能和增殖、分化等作用。因此，利用TGF-β/Smad信号通路中的TGF-β、Smad及所涉及干细胞基因的任一环节的调控均可作为肝硬化在临床应用中的靶向疗法。目前已提出大量基于靶向TGF-β/Smad信号通路的肝硬化治疗策略。

3.1  通过TGF-β调控TGF-β/Smad信号通路治疗肝硬化

目前最流行、研究较多的肝硬化治疗策略有TGF-β靶向药物（抗TGF-β抗体即腺病毒组成的反义mRNA、TβR-Ⅰ抑制剂和TβR-Ⅱ抑制剂、重组蛋白）与其他抗原[程序性细胞死亡配体1、M7824、SHR-1701、JS201、TST005和COX-2（STP705）][18]。以上药物及抗原均可通过调控TGF-β阻碍TGF-β/ Smad信号通路，进而抑制肝纤维化。其中，抗TGF-β方法在肝硬化疾病疗效的临床数据仅限于早期试验，且有部分结果相互矛盾。

有研究表明，Galunisertib是一种TβR-Ⅰ的小分子选择性抑制剂，与索拉非尼联合使用可延长肝硬化患者总生存期。另有研究表明栀子苷、酸浆苦味素D、羟硝酮、益生菌、左旋四氢巴马汀、芒果苷、阿魏酸、温郁金、茵陈蒿汤等物质均可通过阻碍TGF-β诱导的TGF-β/Smad信号相关蛋白的表达从而抑制肝纤维化[19-22]。Xiao等[23]在小鼠实验中发现苦杏仁可抑制TGF-β诱导的TGF-β/Smad信号通路，从而阻止HSC活化和肝窦内皮细胞去分化、促进血管生成、抑制肝纤维化。

3.2  通過Smad调控TGF-β/Smad信号通路治疗肝硬化

通过调整TGF-β/Smad通路中Smad的表达可治疗肝硬化。如Smad2、Smad3对TGF-β/Smad信号通路有促进作用，通过阻止Smad2及基因敲除Smad3可抑制肝纤维化[24]。Smad6、Smad7对TGF-β/Smad信号通路有抑制作用。目前发现苦参碱、柠檬苦素、吡喹酮、F-box蛋白31（FBXO31）等物质可通过上调Smad7的表达抑制肝纤维化，而基因敲除Smad7等可提高胶原蛋白的表达、促进肝纤维化[25-27]。

3.3  通过干细胞基因调控TGF-β/Smad信号通路治疗肝硬化

近年来，国内外学者对TGF-β/Smad信号通路相关的干细胞生物学技术及基因修饰进行了新的研究。他们采用多种实验技术探索干细胞在TGF-β/Smad通路中的作用及其与基因表达的关系，及如何通过干细胞生物学技术及基因修饰来影响肝纤维化[28-32]。

毛囊间充质干细胞（hair follicle mesenchymal stem cells，HF-MSCs）是一类具有分化潜能的多潜能干细胞。利用生物信息学工具对HF-MSCs进行基因修饰的技术广泛应用于皮肤伤口愈合和整形手术，且有望用于再生医学[28-29]。HF-MSCs因其增殖和多向分化能力使之在肝硬化的治疗中有着较好的前景。目前发现HF-MSCs可通过阻断TGF-β/Smad信号通路、抑制HSC病理活化，从而发挥抗肝硬化作用，其分泌蛋白对TGF-β/Smad信号通路有着相同的作用，为临床上HF-MSCs用于肝硬化的临床应用奠定基础[30]。除HF-MSCs技术外，人胎盘间充质干细胞技术也可用于阻止TGF-β/Smad信号通路。人胎盘间充质干细胞技术主要是通过降低Smad2的磷酸化，从而抑制活化的HSC，进而抑制肝硬化[31]。此外，某些药物可与间充质干细胞协同作用，如辛伐他汀与骨髓间充质干细胞联合，通过抑制TGF-β/Smad信号通路对肝纤维化发挥强大的保护作用[32]。

然而，目前基于TGF-β/Smad信号通路的肝硬化治疗药物和策略大多还处于动物和临床试验阶段，尚无明确疗效，且有较多不良反应，难以得到大范围推广使用。因此，未来需要开展更深入的研究和探索。

4  结论与展望

近年来，TGF-β/Smad信号通路在肝硬化中的作用及其机制的研究进展成为研究热点之一。国内外学者已从多个角度进行了大量的研究，取得了较好的进展，为临床工作奠定了坚实的理论依据。尽管目前TGF-β/Smad信号通路在肝硬化中的作用及其机制方面已经取得了一定的认识，但很多作用及机制尚不明确，且许多相关药物仍处在动物实验或临床试验阶段。这些问题是目前临床医师需要迫切解决的难题，有待进一步研究和探讨。因此，未来需进一步研究和探讨上述内容，明确TGF-β/Smad信号通路在肝硬化中的作用及其机制，并提出基于此通路的高效、理想的靶向治疗药物与策略，并将其转化为临床疗效。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。

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（收稿日期：2023–07–23）

（修回日期：2024–01–08）