轉化生長因子β介導腹膜粘連形成的分子機制研究進展

鄧璐璐(綜述)，毛建文(審校)

(廣東藥學院生物教研室，廣州 510006)

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轉化生長因子β介導腹膜粘連形成的分子機制研究進展

鄧璐璐△(綜述)，毛建文※(審校)

(廣東藥學院生物教研室，廣州 510006)

腹膜粘連是腹部外科手術后常見的并發癥，是導致慢性腹痛、機械性腸梗阻以及女性不孕的主要原因，至今在國際上仍然認為腹膜粘連的產生是不可避免的[1]。轉化生長因子β(transformation growth factor β，TGF-β)是公認的促粘連因子，其參與了成纖維細胞的形成和細胞外基質(extracellular matrix，ECM)的沉積，雙向調節細胞的生長，其導致腹膜粘連的分子機制一直是國內外學者研究的重點。現對TGF-β介導腹膜粘連形成的分子機制研究進展進行綜述。

1TGF-β與腹膜粘連的關系

腹膜粘連是指經過外科手術的損傷摩擦后，由于組織缺血缺氧，間皮層細胞受損，同時巨噬細胞活化產生細胞介質，成纖維細胞不斷增生遷移，最終導致ECM過度沉積而形成的永久性粘連[2]。TGF-β具有多樣生物學活性，廣泛參與體內細胞間的相互作用，被認為是啟動間質細胞增殖、形成ECM并抑制其降解的關鍵因子，在腹膜粘連過程中具有重要作用[3]。間皮細胞受損時，在TGF-β等細胞因子的作用下纖維母細胞向受損位點遷移、增殖，并分泌纖維蛋白，纖維沉積在表面形成纖維結塊[4-5]。Chen等[6]研究證實，TGF-β是誘導肌成纖維細胞分化以及啟動纖維肌動蛋白表達的重要因子。TGF-β可促進細胞增殖、遷移、入侵以及上皮間質轉型等生理功能的發生。Falk等[7]也證實，在腹膜受損后漿膜液中低水平的TGF-β1可促進人間皮細胞增殖，而高水平的TGF-β則抑制細胞增殖，暗示不同生理水平的TGF-β不同程度地參與了腹膜粘連的形成過程。Painemal等[8]研究發現，人體纖維化腸壁組織中TGF-β1的表達量顯著高于正常腸壁組織，持續高表達的TGF-β1不僅可直接促進黏膜層細胞纖連蛋白、膠原蛋白表達量的增高，而且刺激腸間質細胞分泌結締組織生長因子、血管內皮生長因子等促粘連分子，促使ECM合成與降解失衡，導致腸壁表面ECM大量沉積，最終形成纖維化粘連。

TGF-β1不僅可以促進膠原蛋白纖連蛋白合成，還可以刺激成纖維細胞遷移和增殖，并抑制間皮細胞愈合以及膠原酶和蛋白酶，如基質金屬蛋白酶1(matrix metalloproteinase 1，MMP-1)的產生，從而使ECM的降解異常，最終形成永久性粘連[9-10]。

2關于腹膜粘連形成的信號轉導通路

2.1TGF-β與Smads通路Smads是最早被證實的TGF-β受體激酶底物，其將TGF-β信號由胞內通過1型受體轉入核內，從而調控基因的特異性表達[11]。TGF-β1/Smads 信號通路也被認為是致纖維化最為經典的信號通路。Smads蛋白按照功能可分為3類：第1類受體激活型Smad(R-Smad)，其是TGF-βRⅠ的直接效應分子，成員有Smad 1、2、3、5、8；第2類通用型Smad(Co-Smad)，Co-Smad在脊椎動物中只有Smad 4，所有TGF-β超家族的信號分子都需要與Smad 4結合才能進入細胞核；第3類抑制型Smad(I-Smad)，只有Smad 6和Smad 7，它們是某些TGF-β信號轉導通路的抑制劑。Smad蛋白特異性介導TGF-β信號的關鍵在于細胞膜表面的Smad錨定受體激活蛋白(Smad anchor for receptor activation，SARA)，SARA上包含FYVE結構域和Smad結合結構域，其在磷酯酰-肌醇-3磷酸的作用下可以與TGF-βR形成SARA-Smad-TGF-βR復合物，促進TGF-βRⅠ與Smad 2/3結合，并特異性磷酸化Samd 2和Samd 3，然后與Samd 4結合形成二聚體共同轉入核內，激活轉錄因子進行基因表達調控。二聚體進入細胞核后，Smads可與核內蛋白輔助活化因子或輔助抑制因子結合，也可能直接與靶基因啟動子DNA結合，通過改變核小體結構或染色質模板重塑控制靶基因的轉錄活性[12]。

相關文獻證明，TGF-β/Samds信號通路在腹膜ECM的形成和纖維化過程中有重要作用[13-15]。TGF-β1可提高Smad 2和Smad 3的磷酸化水平，激活纖維細胞的活性，促進膠原蛋白合成，提示TGF-β1/Samds信號通路可能參與了ECM的生成[16]。另外，TGF-β通過Smad 3蛋白誘導金屬蛋白酶組織抑制劑1的合成，抑制ECM的降解，另一方面也抑制MMP-1的合成，從而促進纖維細胞的增殖[17]。研究表明，在TGF-β1的作用下，敲除Smad 4基因能夠抑制ECM的沉積[18]。Meng等[19]研究提示，敲除Smad 4基因能夠抑制Smad 3綁定到合成膠原蛋白的啟動子區域，減弱纖維化形成。總而言之，TGF-β/Samds信號通路不僅參與膠原蛋白的合成過程，也參與ECM的沉積和降解過程，更促進了纖維化過程，其從多個方面促進腹膜粘連的形成。

2.2TGF-β與絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)通路MAPK是廣泛存在于哺乳動物細胞內的絲/蘇氨酸蛋白激酶超家族，其可將細胞質的信號轉入到細胞核內，并進行基因調控，其參與細胞的生長、增殖、分化以及纖維化等多個生理過程，是細胞信號的重要轉導通路[20]。MAPK轉導系統由上游激活物、核心模件蛋白以及下游作用底物組成，其中上游激活物包括多種蛋白質因子，核心模件蛋白包括MAPK、MAPK激酶、MAPK激酶的激酶，下游底物包括轉錄因子和蛋白激酶等。MAPK主要成員有細胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)、氨基末端激酶(Jun N-terminal kinase，JNK)以及p38MAPK。

ERK主要由ERK1和ERK2兩種亞型構成，其參與細胞膜到細胞核的信號轉導，是MAPK的一條重要途徑。ERK信號通路中最為經典的是Ras-Raf-MEK1/2-ERK1/2轉導途徑。生長因子與細胞膜上的酪氨酸激酶受體結合，通過一系列反應激活Ras蛋白，同時Raf發生磷酸化，進而激活MEK1/2，而MEK1/2活化ERK1/2環內的蘇氨酸和酪氨酸殘基，并使其發生磷酸化，最終激活ERK1/2。TGF-β可對ERK1/2信號通路產生重要影響。在人乳腺癌細胞中添加TGF-β，10 min后可觀察到ERK的表達顯著增加[21]。Xie等[22]在人腹膜間皮細胞中發現，TGF-β通過激活MAPK的ERK1/2途徑使纖連蛋白表達增加，若使用特異性阻斷劑阻斷ERK1/2通路，則抑制了纖連蛋白的高表達。Chen等[23]用TGF-β1處理肺癌細胞A549 48 h后發現，細胞變成纖維狀，并且鈣粘蛋白和波形蛋白等上皮標志物減少；進一步研究發現，此結果是通過磷酸化ERK1/2促進細胞遷移及上皮間質轉型，暗示ERK1/2信號通路對由TGF-β1誘導的細胞遷移有重要作用。

JNK在細胞外信號轉入細胞核的轉導過程中具有重要作用。JNK蛋白包括JNK1、JNK2、JNK3，通過磷酸化c-Jun的Ser63和Ser73位點磷酸化下游的c-Jun，激活c-Jun的轉錄活性。研究指出，JNK是纖維化過程的重要調節者[24]。Yue等[25]報道，在人乳腺癌和結腸癌細胞中，TGF-β可激活JNK的表達。在小鼠的成纖維細胞中，JNK協同TGF-β誘導Smad 7 mRNA的表達，負調控Smad通路[26]。

p38MAPK是由360個氨基酸組成的酪氨酸磷酸化蛋白激酶，家族成員包括p38α、p38β、p38γ和p38δ，其中p38α表達最為廣泛[27]。不同的p38MAPK信號通路在不同細胞中介導不同的生物學效應。Hung等[28]和Tsukada等[29]的研究都表明，在間皮細胞中通過p38MAPK途徑可以刺激膠原基因的表達，而且這一過程受TGF-β1調節，說明TGF-β1通過激活p38MAPK途徑促進膠原蛋白的生成，從而促使ECM沉積，說明p38MAPK信號通路與腹膜粘連的形成有很大關系。

MAPK通路參與腹膜粘連的形成過程，與ECM的表達與降解失衡、細胞遷移以及纖維化都有一定關系，說明MAPK 作為TGF-β的下游信號通路在腹膜粘連形成中具有重要作用。

2.3TGF-β與RhoA GTPase/ROCK通路Rho/ROCK信號轉導通路的關鍵信號分子包括Rho GTP酶、RhoA/Rho激酶(Rho-associated kinase,ROCK)以及肌球蛋白輕鏈激酶(myosin light chain kinase,MLCK)。Rho GTP酶由200～300個氨基酸組成，是相對分子質量為20 000～30 000的單亞基信號多肽，具有GTP酶活性。Rho GTP酶是真核細胞內一類重要的信號轉導分子，是許多膜表面受體，如G蛋白偶聯受體、酪氨酸激酶受體、細胞因子受體以及黏附分子受體的下游效應蛋白，在細胞信號轉導過程中快速轉換于與GTP結合的活化狀態和與GDP結合的非活化狀態，從而將細胞外信號轉導至細胞內[30]。ROCK是絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族成員，是目前功能研究最為清楚的Rho下游靶效應分子。ROCK接受Rho傳遞的活化信號后發生多個氨基酸位點的磷酸化而激活，并介導下游一系列的磷酸化/脫磷酸化反應。TGF-β1能夠誘導RhoA GTP酶活化，使其從與GDP結合的失活狀態轉換為與GTP結合的活化狀態，活化的Rho信號傳遞到ROCK，使其分子中的854位絲氨酸和697位蘇氨酸磷酸化而激活，再依次將其底物MLCK磷酸化而使之失活[31]。失活的MLCK不能將肌球蛋白輕鏈(myosin light chain，MLC)脫磷酸化，胞質MLC磷酸化水平上升，MLC磷酸化水平直接控制著細胞骨架的構建過程，間接決定細胞的遷移、入侵等過程[32]。最新的研究發現了一個新的反饋機制，通過刺激Tiam-1誘導激活rac-1，從而抑制ROCK1，間接減少了上游的RhoA的含量，對Rho家族小GTP酶的平衡產生至關重要的作用[33]。

Rho GTP酶的活化是上皮間質轉型過程的關鍵一步，RhoA/ROCK信號通路在多種器官的纖維化過程中起重要作用[34]。Rho GTP酶的活化顯著影響著上皮間質轉型的過程，其也參與內皮細胞MMP-1和MMP-9的表達，抑制ECM的分解，有助于ECM的沉積。Moon等[35]發現，當敲除RhoA GTP酶基因時可抑制巨噬細胞炎性蛋白1α的表達和巨噬細胞的遷移。用siRNA干擾環腺苷酸調節鳥嘌呤核苷酸交換因子1、2的表達，誘導GTP-Rap1，促使RhoA GTP酶表達水平上升，最終促進細胞遷移。實驗結果提示,RhoA GTP酶對細胞的遷移具有重要作用。Aguilar-Rojas等[36]也提出，在乳腺癌中促性腺激素釋放激素通過激活RhoA GTP酶的表達，促進纖維和黏著斑合成，最終形成基質粘連組織，從而抑制細胞侵襲。實驗從側面暗示了RhoA GTP酶能夠促進粘連形成。

3結語

腹膜粘連的形成是一個復雜的過程，而TGF-β介導粘連形成的信號機制更是錯綜復雜，往往存在多條信號通路的交叉影響。TGF-β的下游通路基本可以概括為Smad通路和non-Smad通路，non-Smad通路主要包括MAPK、RhoA GTPase/ROCK通路等。各條通路彼此獨立又交叉影響，使TGF-β與細胞增殖、遷移、凋亡、纖維化等多種進程密切相關，并且很大程度上促進了腹膜粘連的形成。隨著研究的深入、分子機制研究的透徹，相信會找到一個針對腹膜粘連形成的潛在靶點，從而在分子以及蛋白水平達到預防目的，這對腹膜粘連的治療以及預防有重大意義。

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摘要：手術后形成的腹膜粘連是腹部外科難以攻克的課題。大量研究證實，轉化生長因子β(TGF-β)在術后腹膜粘連的形成中具有重要作用。近年來，大量學者就TGF-β介導腹膜粘連形成的分子機制進行了多方面的研究。該文簡單概述TGF-β通過Smads、絲裂原活化蛋白激酶和RhoA GTPase/ROCK等信號通路介導腹膜粘連的形成，以期為術后腹膜粘連的預防提供潛在的靶點。

關鍵詞:腹膜粘連；轉化生長因子β；信號轉導

The Molecular Mechanisms of Peritoneal Adhesions:Mediated by Transformation Growth Factor βDENGLu-lu,MAOJian-wen.(DepartmentofBiology,GuangdongPharmaceuticalUniversity,Guangzhou510006,China)

Abstract:Peritoneal adhesion formation after abdominal surgery is still a difficult problem to conquer.A large number of studies indicated that transformation growth factor β(TGF-β) played a key role in postoperative peritoneal adhesions.In Recent years,a lot of scholars have made in-depth researches about molecular mechanism of peritoneal adhesion mediated by TGF-β.Here is to briefly summarize the TGF-β pathway which promote adhesion formation,such as Smads,MAPK and RhoA GTPase/ROCK,in order to provide potential targets for the prevention from postoperative peritoneal adhesion.

Key words:Peritoneal adhesion; Transformation growth factor β; Signaling pathway

收稿日期：2014-05-15修回日期：2014-08-22編輯：辛欣

基金項目：國家自然科學基金(31371144；81170339)；國家自然科學青年基金(30800435)

中圖分類號：R322.4； R211
doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.05.007

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)05-0786-04