轉化生長因子β1與支氣管哮喘的研究進展*

常琴田新瑞

轉化生長因子β1與支氣管哮喘的研究進展*

常琴①田新瑞①

支氣管哮喘是一種慢性氣道炎癥，其主要病理改變包括氣道炎癥、平滑肌功能紊亂和氣道重構。轉化生長因子β1（TGF-β1）作為一種多效細胞因子，通過多種途徑參與哮喘氣道炎癥反應和氣道重構。本文就TGF-β1在哮喘氣道炎癥及氣道重構中的作用及可能機制作一綜述。

轉化生長因子β1； 哮喘； 氣道炎癥； 氣道重構

支氣管哮喘簡稱哮喘，屬于慢性氣道炎癥病變，涉及多種類細胞（如嗜酸性粒細胞、肥大細胞、T淋巴細胞、中性粒細胞、平滑肌細胞、氣道上皮細胞等）和細胞因子。主要特征改變包括氣道慢性炎癥、氣道高反應性（AHR）、可逆性氣流受限及氣道結構的改變，即氣道重構。氣道重構是氣道反復損傷和修復的結果[1]，其病理改變主要為上皮細胞損傷脫落，氣道平滑肌增生、肥大，肌成纖維細胞增生及腺上皮化生等[2]。TGF-β1因其特有的促炎、抗炎及促纖維化作用，在哮喘發病中具有中心地位[3]。

1 TGF-β家族及其受體

TGF-β家族含有30余種蛋白成分，包括TGF-βs（TGF-β1、2、3）、骨形成蛋白、激活素、抑制素和其他結構相關因子，廣泛存在于動物正常組織細胞及轉化細胞中，以骨組織和血小板中最為豐富[4]。

T GF-βs主要存在于哺乳動物中[5]。其受體分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種：I型受體又稱為激活素受體樣激酶（ALKs），有7種亞型（ALK1-7），且不同亞型參與不同的信號轉導：ALK1、2、4、5、7主要轉導TGF-β信號（ALK5為著）；ALK3、6主要轉導BMP信號。Ⅱ型受體是一種結構型絲/蘇氨酸激酶，有TβR-Ⅱ、ActR-Ⅱ、ActR-ⅡB、BMPR-Ⅱ和AMHRA五種亞型，通過結合不同的家族成員介導不同的信號通路[6]，主要通過跨膜的TGF-βI型受體（TβRI）和Ⅱ型受體（TβRⅡ）發揮作用[7]。

2 TGF-β1的結構特點及生物學作用

TGF-β1在進化中被高度保留，小鼠與人的TGF-β1中氨基酸序列相似度高達99%，而豬、牛、猴、雞的相應序列與人類完全相同[4]。TGF-β1是一種由二硫鍵連接的堿性蛋白，基因位于人染色體19q3[8]，該基因C端有5個明顯的基因調控區：一個類增強子活性區，兩個負調控區和兩個啟動子區。

TGF-β1具有多重生物效應，包括參與細胞增殖與分化、免疫功能抑制及細胞外基質形成、分泌，特別是在誘導上皮間質轉化（EMT）中起關鍵作用。

3 TGF-β1發揮作用的通路

TGF-β1主要通過三條途徑發揮作用：Smad通路、非Smad通路和Wnt/β-catenin通路。

3.1 Smad通路 Sekelsky等[9]在果蠅中發現惡性疾病相關性DNA結合蛋白MAD參與TGF-β的信號轉導。目前在脊椎動物中共發現9種Smad蛋白，根據其功能可分為三類：一類是受體活化型，包括Smad1、2、3、5、8；第二類是通用調節型，Smad4；第三類為抑制型，包括Smad6、7。

TGF-β1與TβRI和TβRⅡ結合，形成異聚體復合物發揮作用。過程如下：TGF-β1首先與TβRⅡ結合，再激活募集TβRI形成受體復合物[10]。TβRⅡ

自身磷酸化，進而磷酸化TβRI的甘氨酸-絲氨酸富集區域（GS序列），同時活化TβRI的絲氨酸/蘇氨酸活性[10]。活化的TβRI又磷酸化相關Smad蛋白。Smads蛋白是參與TGF-β1信號轉導的主要因子，通過與細胞核內DNA分子結合發揮轉錄因子功能，激活的TGF-β1將信號放大，隨之激活細胞內信號轉導介質Smad2、3，磷酸化的 Smad2、3與 Smad4結合形成復合體，轉移至細胞核內[11]，與EMT等相關基因啟動區的Smad4結合原件結合，調控EMT等相關基因的轉錄和表達，進而調節器官、組織纖維化過程。TGF-β1通過抑制型Smad發揮負性調節作用[12]。刺激后，Smad 7轉移至胞漿，與胞漿內Smurf 2形成復合體，抑制R-Smads磷酸化，從而抑制TGF-β1通路的作用。

3.2 MAPK通路 MAPK通路可將細胞外信號轉導至細胞及細胞核內，導致細胞增殖、分化、轉化及凋亡等。TGF-β1激活促分裂原活化蛋白激酶（MAPK），主要包括細胞外信號調節激酶（ERK）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）和P38分裂原活化的蛋白激酶通路[13]。ERKs通過磷酸化胞漿蛋白及核內的轉錄因子如c-Jun、EIK-1、c-myc和ATF2等，調控細胞增殖、分化；磷酸化ERKs上游蛋白（NGF受體、Raf-1、MEK等），對該通路進行負反饋調節。

研究發現，P38激活后，由胞質轉至細胞核內，通過級聯反應活化其下游轉錄因子，從而介導靶細胞分化、增殖、合成、分泌細胞外基質，誘導細胞凋亡及炎性反應等[14-15]。

3.3 Wnt通路 Wnt通路在胚胎發育、腫瘤發生和器官纖維化等重要生理及病理過程中發揮重要作用。Wnt信號通路未活化時，Gsk-3β在β-catenin的絲氨酸/蘇氨酸殘基添加磷酸基團，將β-catenin磷酸化，隨之與β-TRCP蛋白結合，受泛素化的共價修飾，被蛋白酶降解。該通路激活后，Wnt與卷曲蛋白（Frz）結合，作用于細胞質中的蓬亂蛋白（Dsh），阻斷β-catenin的降解，β-catenin在胞質及核中積聚，進而調控靶基因表達[16]。

4 TGF-β1在哮喘發病中的作用

哮喘是一種慢性氣道炎癥[17]，其病理過程主要包括氣道炎癥，AHR及氣道重構[18]，是多種細胞和細胞因子共同參與、相互作用的結果。氣道慢性炎癥作為哮喘的基本特征，存在于所有的哮喘患者中，表現為炎癥細胞浸潤及氣道分泌物增加等[18]。若哮喘長期反復發作，可見支氣管平滑肌肥大、增生、氣道上皮細胞黏液化生、上皮下膠原沉積和纖維化、基底膜增厚等氣道重構的表現。

在哮喘炎癥反應中，TGF-β1作為多種炎癥細胞的強趨化因子和激活因子發揮作用。對哮喘患者支氣管肺泡灌洗液（BALF）的研究發現，TGF-β1可促進炎癥細胞水平的增加[19-21]。應原進入體內后，巨噬細胞濃度增加，誘發TGF-β1增加，誘導輔助性Th 17細胞擴大炎癥反應[22-24]。活化的巨噬細胞和氣道上皮細胞釋放IL-18，可促進哮喘炎癥反應的發生[25]。另一方面，TGF-β1可抑制多種炎性細胞的功能，通過負性調節作用降低AHR及氣道炎癥[26]；同時抑制Th2細胞及IL-4、IL-5 等細胞因子的釋放[23]，在哮喘氣道炎癥中發揮作用。此外，TGF-β1作為一種有效的抗炎因子，其化學吸附能力可引起巨噬細胞和粒細胞在局部炎癥反應中聚集[23]，還可以促進Th17和FoxP3調節性T細胞的增殖、分化，從而誘導IL-9產生Th細胞[27-29]，發揮免疫應答反應。

Simon等[18]利用OVA致敏Balb/c小鼠，建立小鼠慢性氣道炎癥模型，9周后收集BALF進行細胞計數，發現OVA致敏組小鼠BALF中嗜酸性粒細胞、中性粒細胞、淋巴細胞、巨噬細胞較正常對照組均明顯增加；對肺組織進行免疫組化AB-PAS染色發現，OVA致敏組小鼠肺組織TGF高表達，與正常對照組比較差異有統計學意義（P＜0.05）。表明TGF-β1在氣道慢性炎癥反應中發揮作用。

哮喘患者氣道中TGF-β1水平顯著高于正常個體[30]。TGF-β1具有強烈的促纖維化作用，能刺激氣道平滑肌細胞增生，在氣道重構中發揮作用[31]。實驗發現，哮喘患者BALF中TGF-β1水平較正常組明顯升高，與其下游信號通路TGF-β1/Smad活化成正相關[32]。TGF-β1通過調節炎癥細胞表達、促進基質沉積、上皮下纖維化、平滑肌增生等參與哮喘氣道重構[33]。

綜上所述，T GF-β1作為一種多效細胞因子，在哮喘發病中發揮促炎、抗炎及促纖維化的作用。

5 TGF-β1在哮喘發病中的可能機制

近年來實驗證明，TGF-β1主要通過Smad、非Smad和β-catenin三條通路在哮喘氣道炎癥及重構中發揮作用。

Sagara等[10]以磷酸化Smad2作為活性TGF-β信號轉導的標記，對40例哮喘患者支氣管活檢標本研究發現，健康組中磷酸化Smad2表達水平低下，而哮喘組呈高表達。Rosendahl等[34]利用卵白蛋白（OVA）致敏、激發Balb/c小鼠，建立小鼠哮喘炎癥階段（4周）模型，觀察肺組織中TGF-β1受體的表達，發現在小鼠氣道上皮細胞、成纖維細胞和血管內皮細胞中磷酸

化Smad 2水平在吸入OVA后升高，而未吸入激發劑的致敏小鼠磷酸化Smad2則呈低表達；免疫組化法和RT-PCR均發現正常肺組織中幾乎不表達Smad3，而哮喘小鼠肺組織中Smad3表達水平明顯升高，證實Smad2和Smad3之間存在協同作用，且促進氣道重構。此外，Nakao等[35]應用免疫組化法觀察40例哮喘患者及6例正常個體的支氣管活檢標本，發現Smad蛋白主要表達于支氣管上皮細胞，且哮喘組中Smad7蛋白表達水平較正常組低，W estern blot方法檢測亦有相同結果。Ming Chen等[36]通過建立Balb/c小鼠OVA致敏哮喘模型（8周），觀察小鼠BALF中TGF-β1含量（ELISA法）及肺組織中Smad7表達水平（Western Blot），發現OVA致敏組小鼠BALF中TGF-β1含量明顯高于正常組，但其肺組織中Smad 7表達水平明顯低于正常對照組，證實Smad7在哮喘發病中起保護性作用。說明，TGF-β1通過Smad通路在哮喘發病中發揮作用。

MAPK（特別是ERK1/2）是哮喘病理生理過程中重要的細胞內轉導途徑，但其機制尚不清楚[37]。但Ming等[37]通過實驗證實，TGF-β1通過抑制NF-κB，而不是ERK1/2通路誘導大鼠氣道上皮細胞增殖和遷移。Khalil等[38]通過建立大鼠肺纖維化模型，分別利用ELISA、Western Blot檢測肺組織中TGF-β1總量及P38 MAPK的表達量，證實TGF-β1受體介導的P38 MAPK通路與肺纖維化過程密切相關，但在哮喘中的作用需進一步證實。

Tian等[39]通過蛋白敲除β-catenin，證實TGF-β1通過與β-catenin/Smad結合而非LEF-1發揮作用，且抑制β-catenin/Smad3相互作用可以分離TGF-β1的促纖維化及抗炎作用。

TGF-β1具有抗炎和促纖維化的雙重作用，通過多種途徑參與哮喘氣道炎癥反應和氣道重構。TGF-β/ Smad信號通路在支氣管哮喘的發生、發展中起重要作用，深入研究該信號通路對于開發以TGF-β1信號通路中的環節為靶點的靶向治療具有積極意義。

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The Research Progress of Transforming Growth Factor-β1and Bronchial Asthma/

CHANG Qin，TIAN Xin-rui.//Medical Innovation of China，2015，12（30）：146-149

Asthma is a chronic airway inflammation，the main pathological changes includes airway inflammation，smooth muscle dysfunction and airway remodeling.As a pleiotropic cytokine，TGF-β1involves in airway inflammation response and airway reconstruction through various pathways.This paper reviews the effect and potential mechanism of TGF-β1in airway inflammation and remodeling.

TGF-β1； Asthma； Airway inflammation； Airway remodeling

10.3969/j.issn.1674-4985.2015.30.049

2015-03-17） （本文編輯：陳丹云）

山西省自然科學基金（2013011055-1）

①山西醫科大學第二醫院 山西 太原 030001

田新瑞

First-author’s address：The Second Hospital of Shanxi Medical University，Taiyuan 030001，China