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日志

 
 

TGF-β/Smads信号通路与心血管疾病关系的研究进展  

2016-05-14 21:52:20|  分类: 抬头望见北斗星— |  标签: |举报 |字号 订阅

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【关键词】  转化生长因子-β;Smads;信号转导;心血管

  转化生长因子-β(TGF-β)是由多种细胞分泌的一类具有广泛生物学效应的生长因子,对心血管系统有多种病理生理作用。Smads蛋白是TGF-β1下游的细胞内信号转导和调节分子。近年来对TGF-β/Smads信号转导通路的分子组成及其在心血管疾病中的作用机制进行了广泛的研究,现就其国内外研究进展综述如下。

  1  TGF-β的生物学特性

    TGF-β超家族由一类结构和功能相关的多肽生长因子组成,包括TGF-βs(即狭义的TGF-β)、活化素(activins)、抑制素(inhibins)、骨形成蛋白(BMPs)及苗勒抑制物(mullerian)等,TGF-β是该家族的重要成员之一[1]。迄今已发现TGF-β有6种异构体(TGF-β1~6)。在哺乳动物中存在最多的是TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3三种形式,它们位于不同的染色体上,其中TGF -β1 在体细胞系中所占比例最高(>90 %)、活性最强、功能最多、分布最广泛,已成为临床和实验研究的热点。TGF-β是由2 条含有112个氨基酸的多肽链单体借助二硫键相连组成的分子量为25 kD的二聚体。新合成的TGF-β以无活性的前体形式出现,由信号肽、潜活相关多肽(LAP)和成熟的TGF-β三部分组成,经酶解后形成有活性的TGF-β,再与其受体结合发挥生物学效应。

    TGF-β受体是存在于细胞表面的跨膜糖蛋白,其中与TGF-β有高亲和力的为Ⅰ型(TβR-Ⅰ)、Ⅱ型(TβR-Ⅱ)和Ⅲ型受体(TβR-Ⅲ)。磷酸化激活的TβR-Ⅰ可以单独进行信号转导,TβR-Ⅱ必须与TβR-Ⅰ形成复合物才能传递信号。TβR-Ⅲ缺乏内在活性,主要与TGF-β的储存有关。在已知的生长因子和细胞因子中,TGF-β家族是唯一通过丝氨酸/苏氨酸激酶进行信号转导的细胞间递质,其他大多数生长因子则由酪氨酸激酶受体转导信号。

    TGF-β具有广泛的生物学作用。依据靶细胞的不同,TGF-β对细胞增殖分化2表现出促进或抑制的双重作用[2]。现已明确,TGF-β与细胞外基质沉积的关系最为密切,被公认为器官纤维化的治疗靶点[1]。近年来,心肌组织局部TGF-β日益受到人们的重视。TGF-β及其受体在心脏的心肌细胞和非心肌细胞均有表达,心脏中的TGF-β主要由心脏成纤维细胞和肌成纤维细胞产生。

  2  Smads蛋白的分类及功能

    Smads蛋白是近年发现的参与TGF-β超家族信号在细胞内传导的一族信号蛋白[3]。TGF-β作为配体与受体结合后,激活Smads蛋白进入核内,共同调节靶基因的转录。目前发现,哺乳动物的Smads蛋白至少有8种,根据结构和功能的不同分为3类[3]: (1) R-Smads(receptot-actived Smads),又称受体激活型Smads,包括Smad1~3、Smad5和Smad8。(2) Co-Smad (common-mediator Smad),也称共同介质型Smad,参与所有TGF-β超家族成员的信号转导,在哺乳动物中为Smad4。(3) I-Smads(inhibitory Smads),亦称抑制型Smads,包括Smad6和Smad7,通过阻断R-Smads与TGF-β受体或Co-Smads的结合,对TGF-β 信号转导通路发挥负调控作用。

    Smad2~ 4、Smad7 参与TGF-β的信号转导,Smad1、Smad5和Smad8 参与BMPs和活化素的信号转导。在TGF-β与其受体结合后,可激活Smad2和Smad3,进而与Smad4形成三聚体转位到核内,调节靶基因的转录;而抑制性Smad6和Smad7可与活化的TβR-I牢固结合,阻止R-Smads的磷酸化,Smad6还可抑制Smad4与R-Smads的结合,从而抑制信号转导[4]。不同类型Smads承担的作用不同,目前已知的与心脏有密切关系的Smads包括Smad2、Smad3、Smad4和Smad7。

  3  TGF-β/Smads通路的信号转导机制

    TGF-β可激活多个信号通路,但Smads途径是其主要的细胞内信号转导分子[5]。在信号转导中,活化的TGF-β首先与细胞膜表面的TβR-Ⅱ结合,形成异源二聚体复合物,TβR-Ⅰ识别并结合该二元复合物。TβR-Ⅱ将TβR-Ⅰ胞浆区GS结构域的丝氨酸/苏氨酸磷酸化而使TβR-Ⅰ激活,活化的TβR-Ⅰ进一步磷酸化R-Smads蛋白,后者再与Co-Smad结合成为转录复合物,移入细胞核内,通过与DNA 上的Smad 结合元件结合,激活特定的靶基因。Smad6和Smad7通过阻止Smad2和Smad3的磷酸化以及Smads转录复合物的形成来抑制TGF-β的信号转导。由此可见,TGF-β/Smads信号通路中各型Smads蛋白之间的作用精密协调,共同完成生理及病理状态下TGF-β的生物学效应,研究其生理状态下的平衡和病理状态下紊乱的确切分子机制,对探讨与该信号通路相关的心血管疾病的发生机制及防治均有重要意义。

  4  TGF-β/Smads信号通路与心血管疾病的关系

    近年研究表明,TGF-β/Smads信号转导通路与心血管疾病密切相关[5-7],在高血压病、动脉粥样硬化(AS)、冠心病、心肌梗死、心肌病、心力衰竭及心房纤颤等疾病的发病中具有重要作用,但其确切的分子机制尚不明了。

  4. 1  TGF-β/Smads信号通路与高血压病

    动物实验发现,脱氧皮质酮和盐敏感型高血压大鼠主动脉中TGF-β1 的mRNA 表达水平增加[8];自发性高血压大鼠(SHR)血管中TGF-β1 的mRNA 表达及蛋白水平较正常血压大鼠高,TGF-β1 表达增加可诱导SHR 中血管平滑肌细胞(VSMCs)的增殖[9]。人群研究表明[10 -11],TGF-β循环水平上调与高血压病及其靶器官损害密切相关。高血压患者血浆中总TGF-β1浓度和活化状态的TGF-β1水平较正常血压者显著升高,并与高血压伴有心、肾靶器官损害有关,但这种变化与收缩压和舒张压并无相关性。

  4.2  TGF-β/Smads信号通路与动脉粥样硬化和冠心病

    近年来,TGF-β作为一种免疫调节因子和重要的致纤维化因子在AS中的作用引起了人们的广泛关注,目前普遍认为TGF-β1是AS的保护因子[12]。用TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3的中和抗体阻断TGF-β的信号转导后,粥样硬化斑块炎症渗出增加、纤维化减弱,从而加速AS病变的进展,显示出TGF-β抗炎症、促纤维化并阻止不稳定斑块破裂的作用。临床研究发现,冠心病患者血清TGF-β1 水平降低,急性冠脉综合征(ACS)组低于稳定型心绞痛组,三支病变组低于单支病变组,TGF-β1 水平和冠状动脉狭窄程度呈负相关[13] ;TGF-β1水平越低,其预后越差。提示TGF-β1可以抑制粥样硬化斑块形成,从而有助于稳定冠心病患者的临床症状,减少ACS的发生。

  4.3  TGF-β/Smads信号通路与心肌病

    文献报道[14],扩张型心肌病大鼠左室内径增大、游离壁变薄, 左室收缩功能下降,心肌细胞肥大、变性,间质胶原纤维明显增生;免疫组化结果显示左室心肌组织TGF-β1表达水平明显增高,提示TGF-β1在扩张型心肌病大鼠的左室心肌纤维化中起重要作用。用遗传性心肌病仓鼠作为模型,给予4周的氯沙坦治疗,探讨Smads蛋白家族在心肌病发生、发展中的作用。结果发现,Smad2和Smad4蛋白在病程的早期(65d)及晚期(200d)均明显增加,氯沙坦可抑制心肌组织Ⅰ、Ⅲ型胶原的表达,同时显著减少Smad2蛋白、中度减少Smad4蛋白表达。这提示在心肌病的早期和晚期阶段,Smads蛋白表达的改变与心肌纤维化的发生及心肌病心衰时的胶原增加有关。新近研究表明[7],糖尿病心肌病亦存在TGF-β1 /Smads信号传导的异常表达和活性改变。

  4.4  TGF-β/Smads信号通路与心肌梗死后心力衰竭

    动物实验发现[15],在心肌梗死后心衰大鼠的心脏,左室舒张末期内径、左室舒张末期容积、左室舒张末压、非梗死区胶原容积分数、TGF-β1 mRNA 及蛋白表达均显著增加,给予氟伐他汀治疗后,上述指标均明显降低,提示氟伐他汀能有效抑制心室重构,延缓心衰进展,其机制可能是通过下调心肌的TGF-β1表达。但临床研究结果与此相反[16],慢性充血性心力衰竭患者血清TGF-β1 水平明显低于健康体检者,并与左室射血分数呈显著正相关,方差分析显示TGF-β1 水平与心衰的严重程度相关,血清TGF-β1 浓度越低,心衰程度越严重,抗心衰治疗可升高TGF-β1浓度。大鼠心梗后心力衰竭模型显示[6],心梗后第2、4周,瘢痕组织及存活心肌中p-Smad2的表达明显减少、Smad7的表达有所增高;到心梗后第8周,瘢痕组织及远离瘢痕的心肌组织内Smad7的表达显著降低;表明Smad7信号的减弱在心梗后的心肌纤维化及心力衰竭中起重要作用。有学者在慢性缺血性心力衰竭的大鼠发现[5],在远离左室梗塞组织的存活心肌中,其心肌细胞和非心肌细胞的TGF-β1表达均明显增高,同时Smad6明显上调、Smad2、3明显下调。表明在梗死组织以外,TGF-β/Smads信号通路的异常激活在左室重构及心力衰竭中起重要作用。

4.5  TGF-β/Smads信号通路与心房纤颤

    研究表明[17-18],TGF-β1在心房纤维化中起重要作用,而心房纤维化是房颤维持和发展的病理基础。因此,TGF-β1 在房颤的发生及调控方面具有重要的作用,可作为治疗房颤的新靶点[19]。以TGF-β1 转基因建立心房纤维化小鼠模型[20],在没有离子重构、心房扩大和心力衰竭血流动力学改变的情况下,单纯的心房间质纤维化就足以促进房颤的发生,而且持续表达TGF-β1的小鼠可选择性地引起心房而不是心室纤维化,提示心房成纤维细胞可能对TGF-β1 的刺激更敏感。因此,研究TGF-β1 在肺静脉的表达水平有可能解释这些静脉的致心律失常作用。
  
  5  展望

    综上所述,TGF-β/Smads信号通路与心血管疾病的发生、发展密切相关。信号转导与疾病发生是当今生命科学研究的热点课题,更深层次上探讨疾病发生的分子机制,通过干预信号转导通路来防治疾病将会有良好的应用前景, TGF-β1/Smad信号转导通路有望成为心血管疾病防治策略的潜在靶点,是今后值得进一步探讨的新课题。

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