轉化生長因子-β1/Smads通路在心血管疾病中作用的研究進展

呂仕超 張軍平

(天津中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院老年病科，天津 300193)

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轉化生長因子-β1/Smads通路在心血管疾病中作用的研究進展

呂仕超 張軍平

(天津中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院老年病科，天津 300193)

轉化生長因子(TGF)-β1；Smads；高血壓；心肌梗死；心房顫動；心肌炎；心肌病

目前，我國心血管疾病患者2.9億，其中高血壓2.7億、腦卒中至少700萬、心肌梗死250萬、心力衰竭450萬，平均每5個成年人中就有1人患有心血管病〔1〕。心血管疾病的發(fā)病呈逐年上升趨勢。轉化生長因子(TGF)-β是具有廣泛生物學效應的一類生長因子，主要通過TGF-β1/Smads通路發(fā)揮效應。TGF-β1/Smads通路在心血管疾病的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用，此通路上相關節(jié)點蛋白有望成為心血管疾病治療的潛在靶點。

1 TGF-β1/Smads通路的組成

1.1 配體水平 TGF-β超家族由結構和功能相關的多肽生長因子組成，主要包括TGF-βs(狹義的TGF-β)、活化素、抑制素、骨形成蛋白(BMPs)及苗勒抑制物等成員〔2〕。目前，TGF-βs研究較多，已發(fā)現(xiàn)6種亞型(TGF-β1～6)，其中TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3主要存在于哺乳動物體內〔3〕。TGF-β1活性較強，分布最廣，功能最多，與細胞外基質沉積關系密切，是公認的治療器官纖維化靶點〔4〕。TGF-β1具有多種功能，正常表達時能抑制炎癥和細胞增殖，過度表達則可引起纖維化等不良后果。此外，根據(jù)靶細胞的不同，TGF-β可促進或抑制細胞增殖分化〔5〕。

1.2 受體水平 TGF-β需與特異性細胞表面受體相結合才能發(fā)揮其生物學效應。TGF-β受體是存在于細胞表面的跨膜糖蛋白，其中Ⅰ型(TβR-Ⅰ)、Ⅱ型(TβR-Ⅱ)和Ⅲ型受體(TβR-Ⅲ)與TGF-β有高親和力。TGF-β活化后，先與TβR-Ⅱ二聚體結合，形成復合物，隨后TβR-Ⅰ以二聚體形式加入，形成異四聚體并與TGF-β結合〔6〕。磷酸化激活的TβR-Ⅰ可單獨進行信號轉導，而TβR-Ⅱ必須與TβR-Ⅰ形成復合物才能傳遞信號。TβR-Ⅲ與TGF-β的儲存有關，缺乏內在活性。

1.3 信號轉導水平 受體活化后需一系列信號分子來傳遞信號，而Smads蛋白是TGF-β1/Smads信號轉導途徑中的關鍵調控因子。TGF-β作為配體，與Ⅰ型、Ⅱ型受體結合后，激活Smads蛋白進入核內，共同調節(jié)靶基因的轉錄。根據(jù)結構和功能的不同，Smads蛋白可分為3個亞型〔7〕：①受體活化型(R-Smads)：包括Smad1、Smad2、Smad3、Smad5和Smad8，其中Smad2、Smad3介導TGF-β信號，Smad1、Smad5、Smad8則介導BMP信號。②共同介質型(Co-Smads)：輔助R-Smad形成復合體，在哺乳動物中主要為Smad4，參與所有TGF-β超家族成員的信號轉導。③抑制型(Ⅰ-Smads)：包括Smad6和Smad7，作為信號轉導的負反饋調節(jié)，可牢固結合TβR-Ⅰ，抑制R-Smads被TβR-Ⅰ磷酸化。目前，已知Smad2、Smad3、Smad4和Smad7與心血管疾病密切相關。

2 TGF-β1/Smads通路的信號轉導

TGF-β1可激活多個信號通路，但Smads通路是其主要通路?；罨腡GF-β1 二聚體與2個TβR-Ⅱ的二聚體結合，此復合物再募集2個TβR-Ⅰ。被 TGF-β1 活化的TβR-Ⅱ磷酸化TβR-Ⅰ的甘氨酸-絲氨酸(GS)功能區(qū)，使之活化?；罨腡βR-Ⅰ型磷酸化其下游信號調節(jié)蛋白-R-Smads，而 I-Smads可牢固結合TβR-Ⅰ，抑制 R-Smads 被 TβR-Ⅰ磷酸化。被磷酸化的 R-Smads與 Smad4形成三聚體復合物，進入細胞核，與轉錄因子相互作用后誘導轉錄。研究Smads各型分子生理狀態(tài)下的平衡和病理狀態(tài)下紊亂，是探索心血管疾病發(fā)生機制及其有效防治方法的重要途徑。

3 TGF-β1/Smads通路在心血管疾病中的作用

3.1 高血壓 心臟長期高負荷工作，可導致心肌肥厚、間質纖維化和微血管變化，最終損害心臟收縮功能，導致心臟衰竭〔8〕。臨床研究顯示，高血壓患者血漿TGF-β1水平升高與高血壓及其靶器官損害密切相關〔9〕?；A研究也表明，與正常血壓大鼠比較，自發(fā)性高血壓大鼠血管中TGF-β1 mRNA和蛋白表達均增加，而TGF-β1表達增加可誘導血管平滑肌細胞的增殖〔10〕。在壓力超負荷的狀態(tài)下，低氧誘導性因子(HIF)-1通過下調TGF-β1-smad 2/3及TGF-β1-細胞外調節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2的表達，保護小鼠心臟和主動脈〔11〕。在給予基質金屬蛋白酶(MMP)廣譜抑制劑PDl66739后，Smad 2/3的磷酸化被抑制，動脈重構得到緩解，降低了血壓〔12〕。此外，氟伐他汀可呈劑量依賴性地抑制TGF-β1、誘導Smad7的表達，從而延緩自發(fā)性高血壓大鼠的心肌肥厚和心肌纖維化〔13〕。

3.2 心肌梗死 心肌梗死往往伴隨著心肌細胞壞死、炎癥細胞浸潤、肉芽組織形成、心肌纖維化、心室重構。心肌梗死后心肌組織TGF-β1表達水平明顯增高，而在正常大鼠心臟心肌組織中表達較低〔14〕。心肌梗死后8 w，TGF-β1在梗死區(qū)表達增加，Smad2、Smad3、Smad4在梗死區(qū)和梗死邊緣區(qū)表達也增加，Smad7在梗死區(qū)和梗死邊緣區(qū)表達減少，提示TGF-β/Smads通路參與了梗死區(qū)及梗死邊緣區(qū)的心室重構過程〔15，16〕。Smad3基因敲除小鼠心肌梗死后，炎癥消退的進程并未改變，但非梗死區(qū)心肌間質纖維化明顯減少，心肌重構減輕〔17〕；Smad3特異性阻斷劑SIS3通過抑制TGF-β1信號轉導，減少細胞外基質的過度表達〔18〕。研究表明，阻斷TGF-β1通路，在心肌梗死早期會減慢大鼠的心肌修復，引起心室擴張，增加死亡率；在心肌梗死后期才會減輕心肌纖維化和心室重塑，發(fā)揮有益的作用〔19〕。給予冠狀動脈結扎建立的心肌梗死小鼠模型腹腔注射TGF-β的非選擇性抑制劑，導致其存活率明顯低于對照組，左心室明顯擴張〔20〕。

3.3 心房顫動 心房纖維化是房顫發(fā)生發(fā)展的最重要原因〔21〕。TGF-β/Smads通路在心房纖維化發(fā)生及調控方面起著重要作用，其作用可能是打破膠原合成和降解平衡，促使心房纖維化的發(fā)生〔22,23〕。降低心衰心肌TGF-β1表達，可抑制心房纖維化，改善心肌傳導異常，減少房顫發(fā)生〔24〕。TGF-β1過表達的轉基因小鼠中，盡管心房和心室同樣高表達TGF-β1，卻表現(xiàn)為特征性的心房纖維化，提示TGF-β1是導致心房纖維化的重要因素〔25〕。

3.4 病毒性心肌炎 心肌纖維化是病毒性心肌炎慢性期的主要病理變化，可導致心律失常、心功能減退、最終發(fā)展至擴張型心肌病〔26〕。研究顯示，病毒性心肌炎慢性期膠原的沉積增多與TGF-β1的持續(xù)高表達有著密切的關系〔27〕。采用柯薩奇B3病毒腹腔接種Balb/c小鼠建立病毒性心肌炎模型，10 d后Ⅰ、Ⅲ型膠原合成及Ⅰ/Ⅲ型膠原比值均明顯升高，TGF-β1表達增加〔28〕。下調心肌TGF-β1的表達，可以減輕自身免疫性心肌炎大鼠心肌炎癥損傷〔29〕。

3.5 心肌病 心臟Smads改變參與了多種心肌病理生理過程，可能在心肌肥厚、心臟擴大等心肌病中發(fā)揮重要作用。腱糖蛋白X通過上調TGF-β1/Smads、下調過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)-γ的表達，增強酒精性心肌病的心肌纖維化，加重心肌重構〔30〕。采用腺病毒轉染心臟成纖維細胞使其過表達Smad7，Smad7可通過抑制受體激活型 Smads磷酸化而減少膠原的生成〔31〕。有學者認為，Smads可能是將TGF-β1通路和腎素-血管緊張素-醛固酮(RAAS)通路聯(lián)系起來的分子開關，在糖尿病心肌病發(fā)病中處于中心地位〔32〕。研究也顯示，抑制TGF-β1通路可改善糖尿病大鼠心肌纖維化，而心肌纖維化的改善程度與Smad2磷酸化下降程度一致〔33〕。在擴張型心肌病大鼠左室心肌中，TGF-β1表達水平明顯增高，提示TGF-β1在心肌纖維化中起重要作用〔34〕。黃芪甲苷Ⅳ在柯薩奇病毒誘導的小鼠擴張型心肌病中，可抑制TGF-β1和Smad2～4的表達，顯示出明顯的抗心肌纖維化作用〔35〕。此外，在遺傳性心肌病倉鼠模型中應用氯沙坦治療4 w，可明顯減少Smad2、Smad4和TGF-β1表達而抑制心肌纖維化〔36〕。

4 以TGF-β1/Smads通路為靶點的治療策略

針對TGF-β1及其信號通路調控的研究可能會為心血管疾病的治療帶來新的希望，在理論上也是有效的治療策略。在配體或膜受體水平進行阻斷，是較為有效和易行的，但可能影響TGF-β1的正常生理效應，如促進纖維連接素的合成等；倘若從下游水平進行阻斷，特異性雖明顯增強，但因存在著胞內信號的級聯(lián)放大效應，其阻斷效率恐不理想。可見，調控Smads通路，而非阻斷Smads通路，是可行的治療策略。R-Smads與Ⅰ-Smads表達失衡是心血管疾病發(fā)生的分子基礎之一。Smad7表達的基本水平能阻止R-Smads介導的 TGF-β1效應，這一監(jiān)控在受到刺激時有一個內源性Smad7表達的刺激閾值，超過這一閾值則這一平衡被打破，發(fā)生纖維形成反應〔37〕。因此，增加Ⅰ-Smads或降低R-Smads的表達水平，將為心血管疾病的治療提供潛在靶點。

綜上，TGF-β1/Smads通路研究取得了較多的成果，但仍存在著許多亟待解決的問題，①TGF-β1的正面效應和負面效應的變化規(guī)律；②TGF-β1/Smads通路在不同疾病不同病理階段的轉導差異；③信號通路之間交叉對話的網(wǎng)絡調節(jié)體系。TGF-β1/Smads通路與心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關，深入研究TGF-β1/Smads通路不僅可使心血管疾病的發(fā)病機制得到進一步闡明，也為心血管疾病的治療研究提供了有效途徑。

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〔2015-08-15修回〕

(編輯 苑云杰/王一涵)

高等學校博士學科點專項科研基金博導類資助課題(20111210110003)

張軍平(1965-)，男，主任醫(yī)師，博士生導師，主要從事中西醫(yī)結合防治心血管疾病研究。

呂仕超(1985-)，男，主治醫(yī)師，博士，主要從事心肌纖維化研究。

R54

A

1005-9202(2016)20-5208-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.20.130