TGF-β1/Smad信號通路在心室重構(gòu)中的調(diào)控機制研究進展

劉晨晨，王　　靚，施　　慧，余　　爽（安徽中醫(yī)藥大學(xué)，安徽 合肥　230038）

TGF-β1/Smad信號通路在心室重構(gòu)中的調(diào)控機制研究進展

劉晨晨，王靚，施慧，余爽
（安徽中醫(yī)藥大學(xué)，安徽 合肥230038）

TGF-β1/Smad信號通路；心室重構(gòu)；慢性心力衰竭；綜述

心血管疾病一直是人類健康的殺手，我國每年有百萬余人死于慢性心力衰竭（HF）。雖然近年來溶栓及介入治療技術(shù)發(fā)展迅速，可以有效地改善心?；颊邽l臨死亡的心肌，但仍有一些患者由于各種原因未能及時重建血運，造成心肌不可逆死亡，引起心室重構(gòu)（VR），繼而形成心力衰竭。心室重構(gòu)是指心室形狀、體積、重量的改變，主要特征包括心肌肥大，心肌細胞凋亡、自噬，心肌纖維化以及電生理的改變，是導(dǎo)致心血管疾病的重要危險因素。心室重構(gòu)使心肌僵硬是心力衰竭發(fā)生的主要生理病理基礎(chǔ)。近年來，隨著研究的深入，越來越多的證據(jù)表明心室重構(gòu)作為心臟疾病的獨立危險因素［1-2］，促使心血管疾病的發(fā)生，導(dǎo)致心臟病患者的病死率升高。

從細胞水平上來說心室重構(gòu)主要包括3個環(huán)節(jié)：分別為胞外信號刺激、胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及核內(nèi)基因轉(zhuǎn)錄的活化［3］。這些環(huán)節(jié)與TGF-β/Smads信號通路密切相關(guān)。TGF-β是一類由多種細胞分泌的具有多種生物學(xué)效應(yīng)的生長因子，Smads蛋白是TGF-β的下游信號分子，介導(dǎo)TGF-β的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。近年來，心肌組織局部的TGF-β1/Smad信號通路日益受到人們的重視。心臟中的TGF-β1主要由心臟成纖維細胞（CFs）和肌成纖維細胞產(chǎn)生，TGF-β1及其受體在心臟的心肌細胞和非心肌細胞中都有表達。在心臟胚胎發(fā)育期，TGF-β1能誘導(dǎo)一系列肌原蛋白合成，導(dǎo)致心室重構(gòu)，當TGF-β1缺陷時，合成發(fā)生障礙，抑制了心室重構(gòu)，繼而延緩了心衰的發(fā)生和發(fā)展。通過對TGF-β1/Smads信號通路調(diào)控機制的深入研究，不僅使心室重構(gòu)的發(fā)病機制得到進一步的闡明，也給心室重構(gòu)的防治研究提供了新的方法。

1　TGF-β/Sm ad信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)機制

TGF-β超家族是一類由多種細胞分泌的具有多重生物學(xué)效應(yīng)的多肽生長因子，包括TGF-βs（狹義的TGF-β）、BMPs（骨形成蛋白）、Activins（活化素）、Inhibins（抑制素）及Mullerian（繆勒抑制物）等。TGF-βs是該家族中最重要的成員，有六種異構(gòu)體，分為TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β4、TGF-β5和TGF-β6，其中TGF-β1在體細胞中含量最多、活性最高、功能最強，分布最廣泛［4］。TGF-β將信號作用于受體，再通過細胞內(nèi)的多種蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)其信號。TGF-β可以激活多個信號通路，其中Smad蛋白是TGF-β受體激酶信號傳導(dǎo)的唯一底物蛋白。Smad蛋白是TβRⅠ（Ⅰ型轉(zhuǎn)化生長因子-β受體）的直接底物，是將信號由胞漿傳導(dǎo)到胞核的中介分子。哺乳動物的Smads蛋白有8種，用Smad1-Smad8表示。Smads蛋白按照結(jié)構(gòu)和功能分為三類，R-Smads（限制性Smads）、Co-Smad（共有型Smads）、I-Smads（抑制型Smads）。在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中，TβR-Ⅱ（Ⅱ型轉(zhuǎn)化生長因子-β受體）激酶的活性是可以持續(xù)活化的，而TβR-Ⅰ在沒有配體的時候激酶是沒有活性的，因此活化的TGF-β首先與TβR-Ⅱ結(jié)合，形成異源二聚體復(fù)合物，TβR-Ⅰ激酶的前段GS結(jié)構(gòu)域的絲氨酸/蘇氨酸被TβR-Ⅱ磷酸化而激活，能夠識別并結(jié)合該異源二聚體復(fù)合物，同時R-Smads蛋白被激活的TβR-Ⅰ進一步磷酸化，之后與Co-Smads結(jié)合成為異源的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，進入細胞核內(nèi)，結(jié)合DNA上面的Smads結(jié)合元件，激活特定的靶基因，完成整個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程。另一方面I-Smads通過阻止R-Smads的磷酸化及Smads異源轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的生成來抑制TGF-β信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。由此可見，TGF-β/Smads信號通路中Smads類型不同其作用亦不同，如Smad3對心室重構(gòu)有促進作用，Smad7對心室重構(gòu)有抑制作用［5］，而Smad4對心臟發(fā)育相關(guān)組蛋白有調(diào)節(jié)作用［6］。各類型Smads蛋白之間相輔相成，共同協(xié)調(diào)完成TGF-β正常的生理狀態(tài)表達和紊亂的病理狀態(tài)表達。深入研究各狀態(tài)下TGF-β發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng)的分子機制，對探討如何防治與該信號通路相關(guān)的心血管疾病具有重要意義。

2　TGF-β1/Smad信號通路在心室重構(gòu)中的調(diào)控機制

2.1對心肌細胞的調(diào)控正常的心肌組織由心肌細胞和非心肌細胞兩種成分組成，心肌細胞具有心臟泵功能，占據(jù)心肌結(jié)構(gòu)的2/3。心肌細胞是一種分裂后期的細胞，其再生能力有限，所以心肌細胞的丟失引起心臟收縮功能下降，是心臟疾病發(fā)生的另一個重要原因。心肌細胞丟失的方式有很多種，如壞死、凋亡和自噬性細胞死亡。在急性心肌梗死（AMI）早期，細胞凋亡是心肌細胞死亡的主要形式，在早期心室重構(gòu)中起非常重要的作用［7］。細胞凋亡引發(fā)心室重構(gòu)，此過程與TGF-β1及TGF-β1/Smad信號通路的異常激活有著十分密切的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，Smads通過誘導(dǎo)心肌細胞的凋亡，可以增加TGF-β1對心臟的副作用。目前已知的與心臟功能的發(fā)揮有著密切關(guān)系的Smads包括Smad2、Smad3、Smad4和Smad7。研究表明，通過刺激AngⅡ（血管緊張素Ⅱ）激活一系列的轉(zhuǎn)錄因子，使得心肌細胞中TGF-β1的表達增強，再由TGF-β1通過Smads信號途徑和自分泌方式誘導(dǎo)心肌細胞的凋亡。因此，TGF-β1和Smads之間通過血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)預(yù)凋亡信號途徑影響心臟病的發(fā)生發(fā)展［8］。心衰模型中心肌細胞死亡另一個重要機制是細胞通過自噬死亡［9］，在心梗模型中，心肌細胞的自噬可以抑制心肌細胞肥大、增加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、恢復(fù)細胞內(nèi)能量供應(yīng)，進而發(fā)揮保護心肌細胞作用［10］。機體通過細胞自噬的方式將錯誤異常的蛋白質(zhì)和受損老化的細胞器除去，促進物質(zhì)新陳代謝及細胞自我更新，為細胞提供物質(zhì)和能量，增強心肌活力、保護心臟功能。心肌細胞自噬對其心臟的功能具有雙面性［11］，任何破壞心肌細胞正常的自噬功能的因素，都會引起心肌細胞功能的異常。如在心衰患者心臟中，心肌細胞自噬的程度會有不同，可出現(xiàn)上調(diào)和下調(diào)兩種情況。適度的自噬上調(diào)可以幫助心肌細胞適應(yīng)環(huán)境變化來抵抗外界的干擾破壞，保護心肌細胞；但過度上調(diào)則會誘導(dǎo)細胞主動死亡，加劇疾病的發(fā)展。相反如果自噬下調(diào)，會使大量有害物質(zhì)聚集在細胞中，最終導(dǎo)致細胞損傷和死亡，也會加重疾病的發(fā)展。目前還沒有更多證據(jù)證明在心肌中自噬上調(diào)和下調(diào)這兩種機制是通過TGF-β1/Smads信號通路進行調(diào)控，但對心肌細胞凋亡的調(diào)控機制研究較多，也證實了TGF-β1/Smads信號通路對心肌細胞的調(diào)控與心室重構(gòu)的發(fā)生有關(guān)。王越等［12］通過結(jié)扎冠狀動脈左前降支建立大鼠心肌梗死模型，采用生物學(xué)技術(shù)檢測心肌組織中TGF-β1的表達，得到心梗后TGF-β1表達明顯上調(diào)，證實心肌細胞凋亡增加，是心室重構(gòu)發(fā)生的重要機制。吳晨方［13］通過代謝綜合征大鼠模型，證實患者心室重構(gòu)的存在與TGF-β1等重構(gòu)相關(guān)因子表達增加有關(guān)，通過使TGF-β1明顯減少，借助TGF-β/Smads通路發(fā)揮作用，對心室重構(gòu)改善有明顯的意義。通過下調(diào)TGF-β1的表達，可抑制心肌細胞凋亡，進而延緩心室重構(gòu)進程。陳章煒［14］通過構(gòu)建豬冠狀動脈微栓塞模型，采用分子生物學(xué)技術(shù)檢測心肌組織的TGF-β1和Smad表達以及心肌中 TGF-β1、Smad3的mRNA水平，得到微栓塞的心肌TGF-β1及Smad3 mRNA表達增強，證實心室重構(gòu)在冠脈微栓塞術(shù)后早期即已開始發(fā)生，機制與TGF-β1/Smad3信號通路中TGF-β1和Smad3表達增強有關(guān)。韓素霞等［15］通過結(jié)扎冠狀動脈前降支建立心肌梗死模型，證實AngII通過與AT1受體結(jié)合后可增加大鼠心肌梗死后心室肌組織TGF-β1的蛋白表達，通過抑制心肌梗死后TGF-β1的表達，可以改善梗死心肌細胞重構(gòu)。

2.2對心肌纖維化的調(diào)控非心肌細胞相較于心肌細胞，在心肌組織中占大多數(shù)，其中九成多是成纖維細胞。成纖維細胞在心肌中所合成的膠原等細胞外基質(zhì)蛋白成分的重塑是心室重構(gòu)存在的生理病理基礎(chǔ)。心肌纖維化（MF）為心梗后心室重構(gòu)的主要表現(xiàn)，是最具特征性的結(jié)構(gòu)改變之一，可促使心肌收縮和舒張功能失調(diào)。心肌成纖維細胞（CFs）在心肌細胞外基質(zhì)沉積中發(fā)揮非常重要的作用，CFs是心室重構(gòu)的主要效應(yīng)細胞，其增殖的特性以及功能的變化是心肌發(fā)生結(jié)構(gòu)改變的決定因素，CFs長期激活可導(dǎo)致心肌纖維化。TGF-β1是非常重要的促纖維化生長因子，是各種原因所致MF的共同通路，在心肌纖維化時表達呈顯著性的升高。在心肌受到外界不良刺激產(chǎn)生損傷進行自我修復(fù)的過程中，TGF-β1/Smads信號通路被激活，調(diào)節(jié)纖維化反應(yīng)和炎癥反應(yīng)，參與結(jié)構(gòu)性心室重構(gòu)的過程。已有研究表明［16］，TGF-β1高表達與CFs的增多密切相關(guān)，直接以不同濃度的TGF-β1作用于體外培養(yǎng)的心肌成纖維細胞，可誘導(dǎo)心肌成纖維細胞增殖及膠原合成。而心肌梗死后，心室組織TGF-β1的表達明顯升高，用抗TGF-β1抗體去中和TGF-β1可以抑制細胞外基質(zhì)蛋白的表達，從而阻斷心肌纖維化的發(fā)生［17］。目前較多的實驗證實，抑制TGF-β1/Smads信號通路可以抑制心肌纖維化，也使得TGF-β1成為目前抗纖維化治療的主要標靶之一。羅經(jīng)宏等［18］通過結(jié)扎冠狀動脈構(gòu)建心肌梗死后心衰模型，證實改善心肌梗死后心衰大鼠的心肌纖維化，作用機制是通過阻斷TGF-β1及R-Smads分子的表達。張友恩等［19］通過實驗發(fā)現(xiàn)抑制TGF-β1/Smad3信號通路、抑制TGF-β1及活化Smad3蛋白表達水平，可顯著抑制心成纖維細胞細胞增殖與遷移以及肌成纖維細胞的表型轉(zhuǎn)化，而這些細胞均由TGF-β1所誘導(dǎo)，有調(diào)節(jié)細胞生長、減少膠原合成、阻斷心肌纖維化的作用，研究結(jié)果為臨床治療心室重構(gòu)提供了較強的理論依據(jù)。毛帥［20］通過實驗表明抑制TβR-Ⅰ和 Smad2的磷酸化以及Smad4的核轉(zhuǎn)位，即抑制與心肌纖維化相關(guān)的TGF-β1/Smad信號通路，可延緩心肌梗死大鼠心室重構(gòu)的進展。梁逸強等［21］通過壓力超負荷大鼠模型，采用多種生物學(xué)技術(shù)證實部分下調(diào)壓力超負荷大鼠心肌TGF-β1、Smad3mRNA的表達，上調(diào)Smad7mRNA的表達，抑制TGF-β1、Smad3蛋白的表達，即抑制TGF-β1/Smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的活化，在一定程度上能夠延緩或逆轉(zhuǎn)壓力超負荷大鼠心肌肥厚、心肌纖維化，從而起到抗心室重構(gòu)的作用。喻正科等［22］通過心衰大鼠模型檢測大鼠心臟組織TGF-β1基因表達情況，證實TGF-β1參與心衰大鼠心肌纖維化的發(fā)病，降低心肌TGF-β1的表達，可產(chǎn)生抗纖維化作用，改善心室重構(gòu)。

2.3對心室電重構(gòu)的調(diào)控離子通道是心室電生理的基礎(chǔ)，離子通道的重構(gòu)對心室電重構(gòu)有很大的影響。心肌細胞動作電位的主要來源就是細胞膜上各種離子通道。心室電重構(gòu)所涉及到的離子通道主要包括：瞬間外向K+電流、內(nèi)向整流性K+電流、延遲整流性K+電流、ATP（三磷酸腺苷）敏感性K+通道電流、Na+通道電流、Ca+通道電流，除此之外，還有Na+/Ca+交換體重構(gòu)以及縫隙連接重構(gòu)。心衰患者的心室肌細胞具有動作電位時程延長的特點，研究發(fā)現(xiàn)，可能與心室肌細胞的慢性暴露、TGF-β1能夠增加其自主節(jié)律、TGF-β1可以刺激肌漿網(wǎng)使得Ca+含量增加等因素有關(guān)。近年來TGF-β1影響成人心室肌細胞的研究很多，但對于電生理的機制研究非常少，根據(jù)有關(guān)文獻的記載論述可知目前為止只有一項研究致力于發(fā)現(xiàn)TGF-β1及整個信號通路對心室重構(gòu)電生理的調(diào)控機制。研究者通過實驗發(fā)現(xiàn)，將心肌細胞暴露于TGF-β1中，四個小時可引起心肌細胞收縮功能障礙，具體表現(xiàn)為心肌細胞的伸展、收縮速度的嚴重減慢，此外，TGF-β1可減慢一過性Ca+流到達峰值的時間和衰減的速度［23］，從而達到通過影響心室電生理的作用來延緩心室重構(gòu)。

3　結(jié)語

轉(zhuǎn)化生長因子β1作為一種多功能的細胞因子，在心梗后的心肌修復(fù)過程中，TGF-β1/Smad信號通路激活，能誘導(dǎo)心肌肥厚、細胞凋亡、細胞自噬、心肌纖維化以及對心肌離子通道的調(diào)控，在心室重構(gòu)發(fā)病學(xué)中起著非常重要的作用。目前研究表明可以通過調(diào)控TGF-β1/Smad信號通路來延緩心室重構(gòu)引起的心衰的發(fā)生和發(fā)展，也能夠通過調(diào)控TGF-β1/ Smad信號通路干預(yù)心房重構(gòu)進程和治療房顫［24］，并且可以通過靶向性阻斷Smad2、Smad3信號和（或）加強由于疾病而減弱了的Smad7信號，有助于心室重構(gòu)的基因治療［25］。這些都是未來心室重構(gòu)防治的研究方向，為諸多心血管系統(tǒng)疾病提出新思路，提供更多理論依據(jù)，在不久的將來為臨床治療開辟新的有效治療途徑。

［1］齊曼.醛固酮受體拮抗劑與心室重構(gòu)［J］.中國實用內(nèi)科雜志，2013，33（4）：325-328.

［2］趙吉諾.人參皂苷Rb3對壓力負荷性心肌肥厚大鼠心室重構(gòu)的影響及其機制［D］.吉林：吉林大學(xué)，2013.

［3］唐芳蘭，王艷，高卓.TGF-β1/Smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在多種疾病中的作用機制［J］.中國生育健康雜志，2015，26（5）：481-484.

［4］趙曉燕，蘇金林，張興凱，等.TGF-β/Smads信號通路在心血管重構(gòu)中的作用研究進展［J］.河北醫(yī)藥，2010，32 （17）：2415-2416.

［5］萬寧，唐鳳鳴，王學(xué)華，等.TGF-β1/Smads通路與心肌梗死后心室重構(gòu)的關(guān)系及辛伐他汀干預(yù)的影響［J］.西部醫(yī)學(xué)，2011，23（3）：419-422.

［6］司麗娜.Smad4介導(dǎo)TGF-β2/BMP2信號對心臟發(fā)育相關(guān)基因組蛋白乙?；揎椪{(diào)控作用［D］.重慶：重慶醫(yī)科大學(xué)，2014.

［7］陸紀元，陸曙.中藥對急性心肌梗死后心室重構(gòu)干預(yù)作用機制研究進展［J］.中國中醫(yī)急癥，2010，19（7）：1189-1191.

［8］梁逸強，潘朝鋅，何新兵，等.心室重構(gòu)發(fā)病機制的研究進展［J］.河北醫(yī)藥，2013，35（24）：3781-3784.

［9］Fidzianska A，Bilinska Z T，Walczak E，et al.Autophagy in transition from hypertrophic cardiomyopathy to heart failure ［J］.JElectron Microsc，2010，59（2）：181-183.

［10］Buss S J，Riffel JH，Katus H A，et al.Augmentation of autophagy by mTOR-inhibition in myocardial infarction：When sizematters［J］.Autophagy，2010，6（2）：304-306.

［11］謝鳳，柳威，陳臨溪.自噬參與心臟疾病調(diào)控的研究進展［J］.生物化學(xué)與生物物理進展，2012，39（3）：224-233.

［12］王越，巫相宏，黃文，等.多西環(huán)素對大鼠急性心肌梗死后轉(zhuǎn)化生長因子-β1表達及心肌細胞凋亡的影響［J］.中國當代醫(yī)藥，2015，（11）：4-7.

［13］吳晨方.PPAR-α/γ激動劑對代謝綜合征大鼠模型心室重構(gòu)中MMP-9表達和TGF-β/Smads通路的影響［J］.湖南醫(yī)學(xué)，2014，25（6）：796-798.

［14］陳章煒.心室重構(gòu)和心肌凋亡對冠狀動脈微栓塞后心功能不全的影響及機制［D］.上海：復(fù)旦大學(xué)，2011.

［15］韓素霞，郭李平，常建梅，等.AngⅡ?qū)Υ笫笮募」Ｋ篮骉GF-β1表達的影響及對心室肌重構(gòu)的作用［J］.第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報，2013，35（18）：1995-1998.

［16］張國華.TGF-β1/Smad3信號通路在高血壓心肌纖維化的調(diào)控機制研究進展［J］.山東醫(yī)藥，2014，54（7）：85-87.

［17］時召平，周曉慧，徐倩，等.丹皮酚對心梗后心室重構(gòu)大鼠心肌組織TGF-β1表達的影響［J］.承德醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2015，32（1）：1-3.

［18］羅經(jīng)宏，李玲.安體舒通對心衰大鼠心肌組織TGF-β/ Smads信號通路相關(guān)分子表達的影響［J］.山東醫(yī)藥，2014，54（2）：23-25.

［19］張友恩，王家寧，李華，等.硫化氫抑制TGF-β1誘導(dǎo)的人心臟成纖維細胞向肌成纖維細胞的表型轉(zhuǎn)化［J］.中國科學(xué)：生命科學(xué)，2015，45（7）：677-684.

［20］毛帥.丹蔞片對非ST段抬高型急性冠脈綜合征心室重構(gòu)的影響及機制研究［D］.廣東：廣州中醫(yī)藥大學(xué)，2014.

［21］梁逸強，周莉，周端，等.參蛤散對心室重構(gòu)大鼠TGF-β1/ Smads信號傳導(dǎo)的影響［J］.遼寧中醫(yī)雜志，2014，41 （10）：2232-2236.

［22］喻正科，曹丕鋼，陳志紅，等.參竹心康湯對慢性心衰大鼠心肌纖維化及TGF-β_1、CTGF表達的影響［J］.中華中醫(yī)藥學(xué)刊，2015，33（9）：2169-2171.

［23］付明鵬.轉(zhuǎn)化生長因子β在心室結(jié)構(gòu)重構(gòu)和電重構(gòu)中的作用［J］.醫(yī)學(xué)綜述，2012，18（11）：1617-1619.

［24］李勇.TGF-β1調(diào)控CTGF促心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)的分子機制和干預(yù)研究［D］.重慶：第三軍醫(yī)大學(xué)，2014.

［25］李拜紅，金偉東，王曉彥，等.纈沙坦對甲亢性心臟病大鼠心肌組織TGF-β1、Smad3和Smad7表達的影響［J］.鄭州大學(xué)學(xué)報：醫(yī)學(xué)版，2012，47（2）：178-182.

（編輯弓艷玲）

R541.6

A

2095-4441（2016）02－0087－04

2016-02-02

國家自然科學(xué)基金青年項目（編號：81202631）；安徽省自然科學(xué)基金青年項目（編號：1508085QH192；1608085QH222）

劉晨晨（1986-），女，在讀碩士研究生，研究方向：中藥防治心血管疾病的作用及機制

王靚，E-mail：38142201@qq.com