轉(zhuǎn)化生長因子β1的生物學(xué)作用及應(yīng)用進(jìn)展

孫 磊(綜述)，楊鳳昆(審校)

(天津市口腔醫(yī)院藥劑科，天津 300041)

轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)是新近發(fā)現(xiàn)的調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和分化的活性多肽類物質(zhì)，對細(xì)胞的生長、分化和多種生理、病理過程發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，因其能促進(jìn)成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化生長而得名。TGF-β能使正常的成纖維細(xì)胞的表型發(fā)生轉(zhuǎn)化，即在表皮生長因子同時(shí)存在的條件下，改變成纖維細(xì)胞的細(xì)胞壁生長特性，從而起到生物活性作用。研究表明,TGF-β受體及信號途徑中的信號分子缺陷與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)[1]。TGF-β家族包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3,還包括活化素和抑制素。現(xiàn)就TGF-β1的生物學(xué)作用及研究進(jìn)展予以簡要綜述。

1 TGF-β1的生物學(xué)作用

1.1基因轉(zhuǎn)錄 現(xiàn)在已知TGF-β1在很多基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)中起作用,TGF-β1可參與的基因轉(zhuǎn)錄包括細(xì)胞骨架組成、基質(zhì)形成和改建、新陳代謝和蛋白生物合成等，目前TGF-β1在基因轉(zhuǎn)錄中的具體作用仍在探索，不同來源的細(xì)胞可用不同信號通路來轉(zhuǎn)錄不同的基因[2]。

有研究將240例類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者分為治療組和對照組，對患者的血清進(jìn)行試驗(yàn)觀察，采用酶聯(lián)免疫吸附測定試劑盒對血清水平量化，結(jié)果顯示，TGF-β1血清水平與患者疾病的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[3]。

孫鳳丹等[4]采用免疫組織化學(xué)多聚螯合物酶法檢測了121例乳腺導(dǎo)管癌和21例正常乳腺導(dǎo)管上皮組織芯片中TGF-β1、TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ、Smad2/3和Smad4蛋白的表達(dá)水平，并分析了其與乳腺癌臨床病理學(xué)特征的關(guān)聯(lián)性。結(jié)果表明，TGF-β1/Smad信號通路轉(zhuǎn)錄相關(guān)蛋白基因與乳腺癌組織形成密切相關(guān)，TGF-β1/Smad信號通路相關(guān)蛋白檢測可作為判定乳腺癌預(yù)后的指標(biāo)。

1.2創(chuàng)傷愈合 TGF-β1可促進(jìn)細(xì)胞增殖和分化，并促進(jìn)成纖維細(xì)胞分泌膠原蛋白，且對細(xì)胞的生長、分化和免疫功能都有重要的調(diào)節(jié)作用。細(xì)胞可通過分泌TGF-β1促進(jìn)增殖和分化，并誘導(dǎo)自身表達(dá)進(jìn)而進(jìn)行自我調(diào)節(jié)[5]。

張連波等[6]對大鼠慢性皮膚潰瘍創(chuàng)面愈合過程中TGF-β1、膠原Ⅰ和膠原Ⅲ的蛋白表達(dá)進(jìn)行了觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)外源性TGF-β1能增加肌腱細(xì)胞及膠原Ⅰ、膠原Ⅲ的產(chǎn)生，其中膠原Ⅰ產(chǎn)生量最大。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，TGF-β1的基因表達(dá)均發(fā)生在膠原合成前，提示TGF-β1對膠原合成有促進(jìn)作用。TGF-β1可以通過促進(jìn)各種細(xì)胞外基質(zhì)成分表達(dá)，從而促進(jìn)蛋白多糖、膠原蛋白等細(xì)胞的合成，發(fā)揮促進(jìn)創(chuàng)面愈合的作用。

TGF-β1在體內(nèi)生物學(xué)作用廣泛，可以抑制破骨細(xì)胞的活化，刺激成骨母細(xì)胞的增殖，而且對軟骨的生長和分化也起著關(guān)鍵性作用。Hwang等[7]使用免疫組織化學(xué)法對動物模型的TGF-β1的表達(dá)水平進(jìn)行了測定，并觀察了原位雜交技術(shù)中TGF-β1對動物模型骨涎蛋白表達(dá)水平的影響程度，結(jié)果顯示：修復(fù)性牙本質(zhì)中TGF-β1水平高于正常牙本質(zhì)，TGF-β1的高表達(dá)可以上調(diào)骨涎蛋白在人牙髓細(xì)胞中的培養(yǎng)，促進(jìn)其成骨性。

1.3瘢痕化及纖維化 研究表明,TGF-β1在瘢痕的形成過程中發(fā)揮了重要的作用,TGF-β1在瘢痕發(fā)生初期就有高水平轉(zhuǎn)錄,進(jìn)而翻譯成蛋白質(zhì),后者刺激組織中成纖維細(xì)胞的增殖和以膠原為主的細(xì)胞外基質(zhì)的沉積,增殖的成纖維細(xì)胞又會產(chǎn)生更多TGF-β1,如此反復(fù)循環(huán),最終形成大量的纖維化組織,導(dǎo)致膠原等細(xì)胞外基質(zhì)的形成與降解之間的動態(tài)平衡破壞，出現(xiàn)愈合紊亂，進(jìn)而導(dǎo)致瘢痕增生[8]，因此提示抑制TGF-β1的表達(dá)可以減少瘢痕的形成。

Tang等[9]研究了積雪草苷對膠原蛋白表達(dá)的影響和TGF-β1對瘢痕成纖維細(xì)胞的體外作用，將瘢痕組織和正常皮膚組織分離出成纖維細(xì)胞，分別使用不同濃度的積雪草苷，并測定了積雪草苷對成纖維細(xì)胞活力的抑制作用。結(jié)果顯示，積雪草苷可以減少兩種皮膚組織的TGF-β1表達(dá)，使蛋白轉(zhuǎn)錄水平降低，減少成纖維細(xì)胞的生成，從而達(dá)到預(yù)防和治療增生性瘢痕的效果。

凌佼佼等[10]認(rèn)為，TGF-β1既可以促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的合成，又可以通過促進(jìn)基質(zhì)金屬蛋白酶2及金屬蛋白酶組織抑制劑1的分泌，抑制細(xì)胞外基質(zhì)的降解；還可以通過促進(jìn)細(xì)胞分泌轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，改變細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使其交聯(lián)，增強(qiáng)細(xì)胞外基質(zhì)對蛋白酶降解的抵抗力，從而減少細(xì)胞外基質(zhì)的降解，促使瘢痕的形成。Naim等[11]對14例傷口愈合后形成瘢痕患者的瘢痕組織進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，通過給予外源性肝細(xì)胞生長因子/擴(kuò)散因子可以降低TGF-β1在細(xì)胞中的水平，從而發(fā)揮減少瘢痕的作用。

此外，口腔黏膜的纖維化也與TGF-β1密切相關(guān)，TGF-β1促進(jìn)成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為α平滑肌肌動蛋白分泌的肌纖維母細(xì)胞，提示可以通過控制整合素αvβ6來降低TGF-β1的表達(dá)，從而達(dá)到延緩黏膜纖維化的目的[12]。

2 TGF-β1的臨床應(yīng)用

TGF-β1可溶于水和其他溶劑，可作為外用溶液和注射劑直接應(yīng)用于臨床。也有學(xué)者將其制成凝膠劑、微球等劑型，延長其作用時(shí)間并增加靶向性，增強(qiáng)了其藥理作用。

2.1溶液劑 TGF-β1可直接溶于水進(jìn)行體外給藥。李良勇等[13]通過經(jīng)鼻給藥研究了TGF-β1溶液對氯化鋰-匹羅卡品所致癲癇持續(xù)狀態(tài)大鼠海馬神經(jīng)元的保護(hù)作用及其潛在的機(jī)制，實(shí)驗(yàn)將60只健康雄性SD大鼠隨機(jī)分為轉(zhuǎn)化生長因子組、匹羅卡品組和正常對照組，建立了氯化鋰-匹羅卡品癲癇持續(xù)狀態(tài)模型并分別觀察各組大鼠海馬神經(jīng)元的原位凋亡及變性死亡的情況表明，經(jīng)鼻給予TGF-β1可以顯著地抑制或減輕癲癇持續(xù)狀態(tài)大鼠海馬神經(jīng)元的變性與凋亡，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

2.2注射劑 TGF-β1也可以作為注射劑進(jìn)行局部注射給藥。顏貽站等[14]觀察了TGF-β1局部注射聯(lián)合經(jīng)皮自體骨髓移植對骨折愈合的促進(jìn)作用，首先預(yù)制家兔骨延遲愈合模型，制備模型后將40只新西蘭白兔隨機(jī)分為4組，每組10只，分別在第5日和第10日于骨延遲愈合區(qū)注入自體血液加生理鹽水、自體紅骨髓加生理鹽水、自體血液加TGF-β1、自體紅骨髓加TGF-β1治療。結(jié)果表明，第4組成骨細(xì)胞的平均體積密度、骨痂厚度改變、鈣含量等各項(xiàng)指標(biāo)顯著高于其他3組，證明局部注射TGF-β1對于骨折的恢復(fù)有治療作用。

2.3凝膠劑 將TGF-β1制成凝膠劑，可以達(dá)到緩釋作用，使TGF-β1更長時(shí)間滯留在治療部位發(fā)揮治療作用。有學(xué)者將TGF-β1制成凝膠劑用于椎間盤褪變的治療。吳健等[15]將TGF-β1制成纖維蛋白凝膠主體膠，主體膠與催化劑未混合前為液態(tài)，具有可注射的優(yōu)點(diǎn)，注射后在作用部位混合凝固成凝膠狀，與髓核相似，并且凝固時(shí)間可控性強(qiáng)，作為間充質(zhì)干細(xì)胞的載體植入到椎間盤內(nèi)有諸多優(yōu)點(diǎn)。吳健等[15]將家兔隨機(jī)分為褪變模型組、纖維蛋白凝膠組、骨髓干細(xì)胞纖維蛋白凝膠組，每組18只，建立椎間盤褪變模型后，纖維蛋白凝膠組和干細(xì)胞纖維蛋白凝膠組分別移植入纖維蛋白凝膠TGF-β1復(fù)合物及骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞纖維蛋白凝膠TGF-β1復(fù)合物進(jìn)行療效觀察，褪變模型組不做處理，作為陰性對照。結(jié)果表明，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞聯(lián)合纖維蛋白凝膠TGF-β1能很好地抑制椎間盤褪變。

2.4微球 微球是指藥物分散或被吸附在高分子、聚合物基質(zhì)中而形成的微粒分散體系。微球是近年來發(fā)展的新型給藥體系，它既能保護(hù)藥物免遭破壞，又與某些細(xì)胞組織有特殊親和性，能被器官組織的網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)所內(nèi)吞或被細(xì)胞融合，集中于靶區(qū)逐步擴(kuò)散釋出藥物，因此微球在臨床治療上屬于靶向制劑。

楊亞冬等[16]將TGF-β1包裹在殼聚糖微球內(nèi)制成緩釋微球,將該微球負(fù)載在殼聚糖-絲素支架上。將培養(yǎng)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞搭載到支架上,體外構(gòu)建組織工程軟骨,移植到兔關(guān)節(jié)軟骨缺損處。以移植空白支架的家兔為對照組,移植體外構(gòu)建的組織工程軟骨為實(shí)驗(yàn)組，對支架移植后的兔關(guān)節(jié)修復(fù)情況進(jìn)行研究，結(jié)果顯示：搭載TGF-β1殼聚糖微球的殼聚糖-絲素支架治療修復(fù)兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損具有較好的療效。

陳良建等[17]用改良乳化法制備TGF-β1明膠緩釋微球，負(fù)載在多孔鈦中，體外研究了其對兔軟骨細(xì)胞增殖和分化的影響，結(jié)果顯示載有TGF-β1的明膠微球涂層具有緩釋功能，無細(xì)胞毒性，有利于細(xì)胞的黏附、增殖和分化。

3 臨床意義和研究前景

實(shí)驗(yàn)研究表明，TGF-β1對創(chuàng)面修復(fù)有重要作用，TGF-β1導(dǎo)致的基因轉(zhuǎn)錄與皮膚傷口閉合率有密切關(guān)系[18]。適量的TGF-β1有益于促進(jìn)傷口的愈合，在皮膚創(chuàng)傷修復(fù)實(shí)驗(yàn)中，能夠觀察到TGF-β1被激活和表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增殖和細(xì)胞外基質(zhì)的沉積，加速創(chuàng)面愈合。TGF-β1是創(chuàng)傷愈合過程中重要的調(diào)控因子，能夠引發(fā)炎性反應(yīng)，調(diào)節(jié)表皮重構(gòu)和細(xì)胞外基質(zhì)的生成，促進(jìn)結(jié)締組織再生等[19]。

同時(shí)，TGF-β1對細(xì)胞的生長具有雙重作用，既可以通過促進(jìn)成纖維細(xì)胞生長起到促進(jìn)愈合的作用，又可以抑制包括間充質(zhì)和髓樣細(xì)胞來源的多肽細(xì)胞，導(dǎo)致創(chuàng)傷愈合后瘢痕化的形成。因此，在加入外源性TGF-β1促進(jìn)愈合的治療時(shí)，應(yīng)考慮到TGF-β1對于瘢痕產(chǎn)生的影響。在傷口愈合的過程中，作為炎性細(xì)胞與修復(fù)細(xì)胞間信號載體的TGF-β1的持續(xù)存在會不斷刺激成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)基質(zhì)產(chǎn)生，導(dǎo)致過度的細(xì)胞外基質(zhì)沉積的纖維反應(yīng)，并使其活性增強(qiáng)，導(dǎo)致組織增生，瘢痕形成；而抑制TGF-β1的生物活性會抑制基質(zhì)生成和調(diào)節(jié)纖維化過程，阻礙TGF-β1的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，對抗瘢痕形成有一定的作用。

目前TGF-β1的部分作用機(jī)制仍不完全明確，在愈合及瘢痕形成過程中，除了TGF-β1以外還有其他相關(guān)炎性因子的作用,因此如何能通過控制TGF-β1促進(jìn)愈合并取得讓人滿意的抗瘢痕效果,仍需要進(jìn)一步研究[20-21]。

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