TGF-β受体与肝纤维化的研究现状*

阮晚元 综述，吴亚云 审校

(1.贵州医科大学研究生院，贵阳 550004；2.贵州医科大学附属医院感染科，贵阳 550001)

肝纤维化是慢性肝损伤受损组织修复反应的结果[1],可发展为肝功能失常的肝硬化，甚至肝癌。有效干预肝纤维化的发生。能预防肝硬化和肝癌的发生，因此，肝纤维化是目前肝病领域的研究热点。肝纤维化的特征改变是肝内细胞外基质(ECM)过度沉积，肝星状细胞 (HSCs)是肝纤维化形成过程中细胞外基质的主要来源[2-3]。肝纤维化的进程是一个非常复杂而渐进的过程，受到多种细胞因子及细胞内多种信号转导通路网络的调控，其中转化生长因子(TGF)-β(主要是TGF-β1)是现在研究致肝纤维化的细胞因子中的热点，它能抑制肝细胞再生，诱导肝细胞凋亡，促进HSCs活化，使ECM的合成增加，降解减少，在肝纤维化的发生、发展中具有重要作用[4-5]，是阻断肝纤维化发生的主要靶点。 TGF-β要发挥生物学作用，必须与TGF-β受体(TβR)结合[6]。本文将就近年来TβR与肝纤维化关系的相关研究进行如下综述。

1 TGF-β及TβR概述

TGF-β是一组最新发现的调节细胞生长和分化的细胞因子家族，其广泛存在于动物正常组织细胞及转化细胞中。TGF-β超家族包括TGF-β同种型TGF-β1、-β2和-β3，激活素、抑制素、生长抑制因子(growth inhibitory factor,GIF)、骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)和抗mullerian激素(anti-mullerian hormone,AMH)，尽管结构相似，但这些配体基于其细胞/组织特异性表达，它们与抑制性分子的相互作用及它们与之复合受体的独特组合而引起不同的生物反应[7-8]。成熟的TGF-β是由2 条单体通过二硫键连接的同源二聚体，其相对分子质量为25×103，是由细胞外的TGF-β隐性相关肽经蛋白水解酶酶解和酸激活后的产物；在细胞内存在的 TGF-β几乎没有生物活性，其生物学效应的发挥必须通过与靶细胞表面的TβR结合才能实现[9]。

迄今已发现TβR至少存在5种形态，分别为TβR-Ⅰ、TβR-Ⅱ、TβR-Ⅲ、TβR-Ⅳ、TβR-V[10]，其中TβR-Ⅳ及TβR-Ⅴ仅分别在垂体细胞和牛肝中被发现。目前研究得较多的是TβR-Ⅰ、TβR-Ⅱ、TβR-Ⅲ及辅助受体 endoglin，起信号转导作用的是TβR-Ⅰ及TβR-Ⅱ，二者在结构上非常相似，均为胞膜蛋白[11]。它们包括4个组成部分，即信号肽区、富含半胱氨酸的胞外区、含有单次跨膜片段的跨膜区和富含丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的胞内区,相对分子质量(55～85)×103。但不同的是在TβR-Ⅰ的蛋白激酶区的前端近胞膜处有一高度保守的GS区，此区富含丝氨酸及甘氨酸，是受体激酶活性的作用区域,为TβR-Ⅰ的核心系列[12]。TβR-Ⅱ虽然没有GS区域，但其在C末端含有由22个氨基酸组成的富含丝氨酸/苏氨酸的短尾，这一结构被认为与受体结合的特异性密切相关。且因其胞内区高度保守并且具有很多自身磷酸化的位点，该位点介导 TGF-β和受体结合，因此，它同时具有磷酸化与自身磷酸化的功能，而TβR-Ⅰ不具有此功能。在TGF-β信号转导中，TGF-β先识别并结合位于细胞膜上的TβR-Ⅱ，使TβR-Ⅱ自身磷酸化，磷酸化后的TβR-Ⅱ具有磷酸激酶活性，能与TβR-I结合形成TβR-Ⅱ/TGF-β/TβR-Ⅰ三聚体[13]；TβR-Ⅱ再通过转磷酸化作用将TβR-ⅠGS区磷酸化而激活。活化的TβR-Ⅰ将信号放大并进一步向后传递，从而产生相应的生物学效应[14]。

TβR-Ⅲ是相对分子质量为300×103左右的蛋白多聚糖，一直以来，它被认为是TGF-β超家族的辅助受体，且因其胞内段缺乏激酶活性，故不直接参与信号转导。其主要功能是参与TGF-β进入细胞内存储，还可通过某些细胞的TGF-β自分泌作用活性，调节受体与配体间的亲和力[15]。

2 TβR介导的TGF-β/Smads信号转导通路与肝纤维化

目前，肝纤维化的研究已深入到基因水平，关于TGF-β信号通路在基因水平上如何参与肝纤维化，随着Smads家族的发现已逐渐得以揭示。大量的研究已证实，Smads蛋白家族是TGF-β信号转导通路中主要的特异性细胞内信号转导分子[16]。根据Smads蛋白结构和功能的不同将其分为三大类：(1)通路限制性Smads(R-samds)，它包括Smads-1、Smads-2、Smads-3、Smads-5、Smads-8，为TβR-I激酶的底物，在信号传导过程中，可以被TβR-Ⅰ磷酸化而参与信号传导，具有通路特异性。(2)通用型Smads(Co-Smads)，主要是 Smad4，可以与R-Smadss形成异源寡聚体复合物移入核内，参与TGF-β的跨膜信号传导，它是TGF-β各类信号传导过程中的共同介质。(3)抑制型Smads(I-Smads)包括Smad-6、Smad-7，它们可以与活化的TβR-Ⅰ相结合，抑制R-Smadss分子的磷酸化，对TGF-β超家族成员信号转导起负调控作用[17]。此型Smads蛋白不能被TGF-β受体磷酸化。在TGF-β/Smads信号通路中，TGF-β首先与TβR-Ⅱ结合，从而形成TGF-β/TβR-Ⅱ复合物并迅速导致TβR-Ⅰ磷酸化，活化的TβR-Ⅰ蛋白激酶直接作用于Smad-2、Smad-3使其磷酸化，并与通用型Smad4结合形成异源复合物而转位到核内，启动对靶基因的转录调节，从而将促肝纤维化信号传到基因水平，最终导致HSC活化，增加ECM的合成，降低ECM的降解，抑制肝细胞再生，诱导肝细胞凋亡。同时HSC又以自分泌和旁分泌方式，上调TGF-β的表达，加速肝纤维化的进展。该通路的异常功能还可促进癌症的发生和发展[18]。抑制型受体Smad-6、Smad-7对以上过程具有抑制效应，形成一个负反馈，制约TGF-β介导的纤维化过程。

3 TβR 在肝纤维化中的研究进展

3.1TβR-Ⅰ与肝纤维化 在TGF-β/Smads信号通路中，TβR-Ⅰ是唯一能直接将信号传递到细胞体内的受体，可通过对Smad的辨认从而决定细胞内信号的特异性。在TGF-β1/TβR/Smad信号通路中，TβR-Ⅰ结合其配体通过直接的丝氨酸磷酸化导致Smads(Smad2和Smad3)的受体激活，然后这种活化诱导Smad2和Smad3与Smad4结合，并且将形成的复合物转移到HSCs的细胞核中影响特定基因(如胶原蛋白)的转录，因此阻断或抑制TGF-β1/TβR/Smad信号通路能有效治疗肝纤维化[19]。近几年对TβR-Ⅰ在肝纤维化中有关的研究进展主要是在TGF-β1/TβR/Smad信号通路。LIN等[20]发现景天草黄酮类化合物通过抑制TGF-β1/TβR/Smad途径抑制上皮间充质转化，缓解CCl4诱导的大鼠肝纤维化。TU等[21]发现胃饥饿素可以通过抑制TβR-Ⅰ介导的TGF1/Smad3通路改善CCl4诱发的肝纤维化小鼠。YU等[22]研究发现静脉注射SiO2纳米颗粒引起的小鼠肝脏肉芽肿形成、肝细胞氧化损伤和凋亡，肝细胞氧化损伤和凋亡激活TβR-Ⅰ介导tgf-1/Smad3信号通路，然后导致肝纤维形成。ZHOU等[23]发现黄芪总皂苷和甘草酸能协同作用，抑制TGF-β1/TβR/ Smad途径来抑制HSCs的活化从而达到治疗纤维化作用。

3.2TβR-Ⅱ与肝纤维化 TβR-Ⅱ为具有自身磷酸化功能的受体，是主要的配体结合蛋白，可以在不存在TβR-Ⅰ的情况下以高亲和力结合配体，相反，TβR-Ⅰ则在不存在TβR-Ⅱ的情况下不能结合配体[24]。HONG-CHUANG等[25]从大肠杆菌BL21菌株中获得重组截短型TGF-βⅡ受体(t-TGF-βR-Ⅱ)蛋白，作用于经CCl4诱导的肝纤维化大鼠模型中，采用实时荧光定量PCR检测肝组织中α-SMA、Col1和Col4 mRNA的表达水平。用自动生化分析仪检测血清ALT和AST水平。免疫荧光检测肝组织中α-SMA、Col1和Col4蛋白的表达。通过HE染色、Masson染色和PAS染色等3种组织学方法评估大鼠的肝纤维化程度，从而评价TGF-βR-Ⅱ蛋白对肝纤维化的治疗作用。结果显示TGF-βR-Ⅱ蛋白明显阻止了大鼠肝纤维化的进展，为肝纤维化及其他纤维化疾病的治疗提供了可能。可溶性TβR-Ⅱ仅含TβR-Ⅱ的胞外区，无跨膜区及胞内激酶区，因此不能参与信号转导，但具有与细胞表面正常TβR-Ⅱ相同的结合特性，可竞争结合TGF-β，减少TGF-β与细胞表面正常TβR-Ⅱ受体结合，在受体水平阻断TGF-β信号转导，从而抑制肝纤维化。这些研究均提示TβR-Ⅱ在肝纤维化的进展及治疗中起到重要作用。

3.3TβR-Ⅲ及Endoglin与肝纤维化 一直以来，TβR-Ⅲ及Endoglin被认为是 TGF-β超家族的辅助受体。目前，该受体对TGF-β/Smads信号传导通路的影响仍具有争议。近年有研究表明，TβR-Ⅲ不仅能介导TGF-β超家族配体依赖的Smad经典信号通路，还可以介导非Smad依赖的信号通路，参与调控细胞的多种信号通路，在乳腺癌[26-27]、人舌鳞状细胞癌[28]等疾病中发挥重要作用。同时也有大量的实验证实TβR-Ⅲ与肝纤维化有着密切的联系。TAZAT等[29]通过IgG介导的修补/固定化研究活细胞TβR-Ⅲ与TβR-Ⅰ和TβR-Ⅱ的同源和异互动，结果显示，TβR-Ⅱ和TβR-Ⅰ同时独立与活细胞中TβR-Ⅲ结合，但三者结合不作为复合物，而且TβR-Ⅲ可增强TβR-Ⅰ/TβR-Ⅱ缔合，通过实验发现TβR-Ⅰ和TβR-Ⅱ与TβR-Ⅲ的独立结合与TβR-Ⅰ/TβR-Ⅱ信号转导复合物形成竞争，从而抑制TGF-β介导的Smad信号传导。ALSAMMAN等[30]通过体内及体外实验，使用特异性基因敲除及基因重组技术，证实HSC中Endoglin缺陷可显著加重肝纤维化，且表明Endoglin是通过调节TGF-β信号传导阻止肝损伤和肝纤维化。

4 结语与展望

肝纤维化的发生是一个HSCs高度活化导致ECM过量沉积的过程。在肝脏纤维化进展中，TGF-β对促进HSCs向肌成纤维母细胞样表型的转化起到关键作用，而TGF-β是通过TβR介导的TGF-β/Smads信号通路来发挥这种这种生物学作用。TβRⅠ和TβRⅡ是该信号通路的关键受体，因此近几十年对 TβR与肝硬化的研究主要在阻断或者抑制TGF-β与TβR-Ⅰ和TβR-Ⅱ结合。同时目前对TβR-Ⅲ对TGF-β/Smads信号传导通路的影响仍具有争议，但其介导非Smad依赖的信号通路，参与调控细胞的多种信号通路，在多种疾病与肝纤维化中发挥重要作用。尽管目前对 TβR及TGF-β 与肝纤维化的研究已取得初步的进展，但是其确切的机制并不十分清楚。因此深入研究肝纤维化发生、发展中肝内各种TβR的表达规律，对于阐述肝纤维化的发病机制及寻找其治疗靶点有着深远的意义。