內皮細胞間質轉化的信號調節和生物學意義

何光庭、吳潔綜述，黃巧冰審校

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內皮細胞間質轉化的信號調節和生物學意義

何光庭、吳潔綜述，黃巧冰審校

摘要在內皮細胞間質轉化（Endo-MT）過程中，內皮細胞間連接丟失，失去內皮細胞特異性標志物血小板-內皮細胞黏附因子（CD31）和VE-鈣黏蛋白（VE-cadherin），獲得間質細胞特異性標志物ɑ-平滑肌肌動蛋白（ɑ-SMA）、波形蛋白和成纖維細胞特異性蛋白1（ FSP1）等，并獲得間質細胞運動和收縮的特性，由原來的鵝卵石樣結構轉變為細長梭形結構，同時其侵襲力明顯增強。轉化生長因子-β、Notch信號、Wnt信號以及MicroRNAs等參與對內皮間質轉化的調節。Endo-MT參與了各種疾病，如腫瘤、心、肺、腎等重要器官纖維化的發生、發展。

關鍵詞綜述；內皮細胞；信號；腫瘤；纖維化

內皮細胞間質轉化（Endo-MT）是內皮細胞間連接丟失、細胞形態改變和遷移進入周圍組織的生物學過程。Endo-MT是上皮細胞間質轉化（EMT）的一種，是新近發現的一種細胞轉化類型，早期研究顯示Endo-MT在胚胎期心內膜的發育中發揮了十分關鍵的作用［1］。然而，近來研究顯示Endo-MT與EMT一樣，也參與各種疾病的發生發展，如腫瘤及心、肺、腎等重要器官的纖維化。

1 Endo-MT的信號調節

Endo-MT過程中，內皮細胞失去特異性抗原，如血小板-內皮細胞黏附因子（CD31）和VE-鈣黏蛋白（VE-cadherin），獲得間質細胞抗原，如ɑ-平滑肌肌動蛋白（ɑ-SMA）、波形蛋白和成纖維細胞特異性蛋白1（FSP1），同時其功能發生明顯改變，并獲得較強增殖或遷移能力。轉化生長因子- β （TGF-β）、Notch信號、Wnt信號以及MicroRNAs等參與對Endo-MT的調節。

1.1 TGF-β信號通路

TGF-β是轉化生長因子-β超家族蛋白中的一種，屬于多功能蛋白質，可以影響細胞的生長、分化、凋亡等過程。另外，它還參與體內各種疾病如癌癥［2］、心血管疾病［3］和組織纖維化［4］的發生。TGF-β包括三個亞型：TGF -β1、TGF -β2和TGF -β3。TGF -β可以結合到細胞表面的TGF -β受體（TGF-βR）從而將其激活，TGF-βR通過Smad依賴信號通路調控細胞內復雜的信號反應。

TGF-β和骨形態發生蛋白（BMPs）均是通過具有高親和力的跨膜I型和II型絲氨酸/蘇氨酸激酶受體的聯合作用介導信號從膜表面傳遞到細胞核［5］。配體和Ⅱ型受體結合形成異四聚體后，磷酸化I型受體使其活化。磷酸化的I型受體繼而通過磷酸化細胞質中一組被稱為Smads（TGF-β信號通路的主要胞內中介）的蛋白質使信號傳遞下去。TGF-β I型受體使Smad2和Smad3磷酸化，而BMP I型受體則引起Smad1、Smad5和Smad8磷酸化。Smad1，2，3，5，8為受體調節性Smads，它們磷酸化后與共同Smad即Smad4發生聯系。這些雜聚肽Smad復合體入核后通過與其他轉錄因子協同作用來調節特異基因的轉錄應答，調控Endo-MT發生［6］。TGF-β通過Smad4依賴的信號途徑，上調細胞內鳥嘌呤核苷酸交換因子Arhgef5的表達，參與對Endo-MT的調控；研究中特異性下調Arhgef5的表達水平，α-SMA的表達部分減少，但并沒有被完全抑制，說明在這個過程中可能還有其他因子參與［7］。α-SMA啟動子含有心肌相關轉錄因子（MRTF-A）的作用位點CArG盒［CC（A/T）6GG］，當TGF-β誘導微血管內皮細胞發生Endo-MT，MRTF-A與血清應答因子（SRF）形成穩定的三元絡合物結合到此位點，誘導α-SMA表達，間接參與調控Endo-MT；當這個位點發生突變，間質細胞標志物表達亦受到抑制［8］。體內炎癥因子［9］、血流高切應力［10］等也能夠觸發細胞內TGF-β/Smad信號反應，調節Endo-MT。

除了Ⅰ型和Ⅱ型受體外，參與TGF-β信號通路調控的還有輔助受體，如TGF-βRⅢ和內皮糖蛋白（endoglin），它們通過配合或增強配體和信號受體結合來調節TGF-β信號通路，調節信號在細胞內的傳遞和定位，參與調控Endo-MT。

1.2 Notch信號通路

Notch和TGF-β一樣，能夠誘導體外培養的內皮細胞發生Endo-MT。它通過調節轉錄因子Snail、Slug以及ZEB1的表達介導Endo-MT。Notch上調內皮細胞中Snail和Slug蛋白的表達［11］，Snail和Slug是已知能抑制內皮細胞黏附分子VE-cadherin表達的轉錄因子，VE-cadherin在維持內皮細胞間的穩定中發揮關鍵作用，當它的表達受到抑制，內皮細胞間黏附連接被破壞，內皮細胞更容易發生表型轉變。有研究表明［12］，在房室管發育中，Notch信號通路被激活，誘導鳥苷酸環化酶異二聚體亞基Gucy1a3和Gucy1b3轉錄，Gucy1a3 和Gucy1b3構成NO受體，同時促使內皮細胞分泌整合素A，進而激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3-kinase/Akt）通路使eNOS磷酸化釋放NO，NO與受體Gucy1a3和Gucy1b3相互作用，調控內皮細胞轉化，促使房室管發育成熟。此過程中，Notch信號通過釋放可溶性Notch基因胞內段功能結構域（NICD），上調細胞內Smad3 mRNA，并且穩定Smad3蛋白，與TGF-β共同調控Endo-MT。

1.3 Wnt信號通路

Wnt是一種富含半胱氨酸殘基的分泌型糖蛋白，Wnt-β-連環蛋白（β-catenin）通路是目前最經典的，β-catenin是Wnt信號通路中的關鍵蛋白［13］。Wnt配體與細胞表面受體Frizzled家族或低密度脂蛋白受體相關蛋白家族LRP5/LRP6結合形成復合物，受體復合物招募散亂蛋白（Dishevelled），使LRP5/LRP6胞內段磷酸化，穩定β-catenin，同時抑制支架蛋白Axin，減弱其對β-catenin的破壞，從而引起β-catenin在胞內積累［14］。大量游離β-catenin在胞質中聚集并進入胞核內與TGF- β轉錄因子結合，激活Wnt靶基因，誘導內皮間質轉化，參與胚胎期心瓣膜形成［15］。

1.4 MicroRNAs在調節內皮細胞間質轉化中的作用

近年來發現miRNAs參與調節心血管的重塑［16］、纖維化變性以及腫瘤的發生發展，并調控其中的Endo-MT過程。

在Endo-MT期間，特定的miRNAs如miR-125b，miR Let-7c，miR Let-7g， miR-21， miR-30b和miR-195的水平顯著升高，而miR-122a， miR-127， miR-196和miR-375的水平顯著下降［17］。胞內p53是miR-125的主要作用分子，它能抑制TGF-β引起的纖維化反應［18］。目前的研究結果表明在心臟內皮細胞的Endo-MT期間胞內p53的水平顯著降低。這提示，增多的miR-125可能下調p53，而缺乏p53導致纖維化信號水平升高引發Endo-MT［19］。另外，Kumarswamy等［20］發現miRNA-21是引起人臍靜脈內皮細胞發生Endo-MT的原因之一。但是，關于miRNAs具體的調控機制尚不清楚。

2 Endo-MT的生物學意義

2.1 Endo-MT與腫瘤

內皮細胞是腫瘤微環境的組成成分之一［21］。因為很多腫瘤存在大量TGF-β，所以腫瘤內的內皮細胞可能在旁分泌的TGF-β影響下發生Endo-MT。

癌癥相關纖維母細胞（CAF）通過自/旁分泌多種細胞因子如表皮細胞生長因子（EGF）、血管內皮生長因子（VEGF）來促進癌細胞的新陳代謝、生長和轉移，促進癌巢的新血管生成，吸引骨髓源細胞和免疫細胞等致癌炎癥細胞［22］。CAFs有直接的促轉移作用［23］；具有緩沖能力，能夠移除毒性代謝物，緩沖癌癥細胞產生的酸性，展現出一種代謝性的致癌效應［24］；能影響惡性細胞對放化療的敏感性［23］。而CAF可能來自Endo-MT，因為轉化后的細胞同時表達內皮細胞和CAF的標志物（α-SMA和FSP1）［25］。因此，抑制Endo-MT可能減少CAF的數量，阻止腫瘤新血管的形成等，抑制腫瘤的發展。

2.2 Endo-MT與心臟等重要器官纖維化

心肌纖維化會導致心臟心室壁硬化程度增加，這與細胞外基質過度沉積導致正常心肌結構被破壞有關。有人認為心臟纖維化的主要介導細胞是（肌）成纖維細胞，血管內皮細胞間質化是其來源之一［6］。Zeisberg等［26］利用內皮起源的所有細胞不可逆地表達β-半乳糖苷酶（LacZ）的Tie2-Cre/R26R-lox-STOP-lox-lacZ轉基因小鼠，證實了Endo-MT是心臟成纖維細胞的來源之一，發現纖維化的心臟中接近1/3的間質細胞源自內皮細胞。

口服NO合酶抑制劑長期抑制NO合成會導致心臟在血管緊張素Ⅱ的Ⅰ型受體依賴性通路中提早產生TGF-β和心臟纖維化［27］。說明NO可能通過促進TGF-β生成參與Endo-MT。

TGF-β介導的Endo-MT不只導致促纖維化的成纖維細胞的數量增多。由于Endo-MT，微血管內皮細胞減少，這可能使毛細血管密度變小導致慢性缺氧［28］。這會上調間質成纖維細胞的TGF-β表達，促進炎癥細胞如巨噬細胞和T細胞的聚集，加劇纖維化過程。

在腎臟纖維化中，Endo-MT有利于活化的成纖維細胞和肌成纖維細胞的積累。在腎臟纖維化中，約有30%～50%的成纖維細胞表達內皮細胞標志物CD31，同時表達成纖維細胞和肌成纖維細胞各自的特異標志物FSP1和ɑ-SMA［29］。Endo-MT是引起糖尿病腎病纖維化發展的一條新通路，利用TGF-β通路抑制物如特定的Smad3抑制物SIS3阻斷Endo-MT可能阻礙糖尿病腎病和其他纖維化的進程［30］。

在博來霉素誘導的肺纖維化模型中，肺內皮細胞能通過Endo-MT使活化的成纖維細胞數量大增［31］。用腎素-血管緊張素-醛固酮系統（RAAS）激活劑和TGF-β聯合處理后，肺微血管內皮細胞特定標志物大量丟失，同時誘導出明顯的間質細胞表型——纖維連接蛋白表達提高20倍，膠原I表達提高10倍，無論是在體內還是體外，去除TGF-β刺激后，只用有活性的Ras刺激，上述內皮細胞標志物表達變化的情況依舊，說明這種表型改變是不可逆的［29］。

3 展望

Endo-MT參與各種疾病的發生發展，是心、肺、腎等重要器官纖維化的一個關鍵轉變，還與腫瘤的發展有關，探索Endo-MT過程中重要信號通路及因子的作用機制，可能為多種疾病的預防和治療提供新的指導意見，為抗纖維化及腫瘤治療提供潛在的靶點。

參考文獻

［1］ Xu X， Tan X， Tampe B， et al. Snail is a direct target of hypoxiainducible factor 1alpha （HIF1alpha） in hypoxia-induced endothelial to mesenchymal transition of human coronary endothelial cells. J Biol Chem， 2015， 290： 16653-16664.

［2］ Medici D， Kalluri R. Endothelial-mesenchymal transition and its contribution to the emergence of stem cell phenotype. Semin Cancer Biol， 2012， 22： 379-384.

［3］ 李金， 項海燕， 唐燕華. 轉化生長因子-β/Smad信號通路在胸主動脈瘤中的研究進展. 中國循環雜志， 2014， 29： 957-960.

［4］ 程顯祿， 黃琦磊， 張建成. 轉化生長因子-β1和阿托伐他汀對人心房成纖維細胞Ⅰ型膠原和Smads蛋白表達的影響. 中國循環雜志， 2015， 30： 562-566.

［5］ Zeng Z， de Gorter DJ， Kowalski M， et al. Ter94/VCP is a novel component involved in BMP signaling. PLoS One， 2014， 9： e114475.

［6］ Kassem L， Deygas M， Fattet L， et al. TIF1gamma interferes with TGFbeta1/SMAD4 signaling to promote poor outcome in operable breast cancer patients. BMC Cancer， 2015， 15： 453.

［7］ Mihira H， Suzuki HI， Akatsu Y， et al. TGF-beta-induced mesenchymal transition of MS-1 endothelial cells requires Smaddependent cooperative activation of Rho signals and MRTF-A. J Biochem， 2012， 151： 145-156.

［8］ Penke LR， Huang SK， White ES， et al. Prostaglandin E2 inhibits alpha-smooth muscle actin transcription during myofibroblast differentiation via distinct mechanisms of modulation of serum response factor and myocardin-related transcription factor-A. J Biol Chem， 2014， 289： 17151-17162.

［9］ Fleenor BS， Marshall KD， Rippe C， et al. Replicative aging induces endothelial to mesenchymal transition in human aortic endothelial cells： potential role of inflammation. J Vasc Res， 2012， 49： 59-64.

［10］ Ten DP， Egorova AD， Goumans MJ， et al. TGF-beta signaling in endothelial-to-mesenchymal transition： the role of shear stress and primary cilia. Sci Signal， 2012， 5： t2.

［11］ Zhang CC， Yan Z， Zong Q， et al. Synergistic effect of the gammasecretase inhibitor PF-03084014 and docetaxel in breast cancer models. Stem Cells Transl Med， 2013， 2： 233-242.

［12］ Chang AC， Fu Y， Garside VC， et al. Notch initiates the endothelial-tomesenchymal transition in the atrioventricular canal through autocrine activation of soluble guanylyl cyclase. Dev Cell， 2011， 21： 288-300.

［13］ Zhang RR， Gui YH， Wang X. Role of the canonical Wnt signaling pathway in heart valve development. Zhongguo Dang Dai Er Ke Za Zhi，2015， 17： 757-762.

［14］ Verkaar F， Zaman GJ. New avenues to target Wnt/beta-catenin signaling. Drug Discov Today， 2011， 16： 35-41.

［15］ Balachandran K， Alford PW， Wylie-Sears J， et al. Cyclic strain induces dual-mode endothelial-mesenchymal transformation of the cardiac valve. Proc Natl Acad Sci US A， 2011， 108： 19943-19948.

［16］ Lovren F， Pan Y， Quan A， et al. MicroRNA-145 targeted therapy reduces atherosclerosis. Circulation， 2012， 126： S81-S90.

［17］ Ghosh AK， Nagpal V， Covington JW， et al. Molecular basis of cardiac endothelial-to-mesenchymal transition （EndMT）： differential expression of microRNAs during EndMT. Cell Signal， 2012， 24： 1031-1036.

［18］ Unal B， Alan S， Bassorgun CI， et al. The divergent roles of growth differentiation factor-15 （GDF-15） in benign and malignant skin pathologies. Arch Dermatol Res， 2015， 307： 551-557.

［19］ Wang X， Ha T， Zou J， et al. MicroRNA-125b protects against myocardial ischaemia/reperfusion injury via targeting p53-mediated apoptotic signalling and TRAF6. Cardiovasc Res， 2014， 102： 385-395.

［20］ Kumarswamy R， Volkmann I， Jazbutyte V， et al. Transforming growth factor-beta-induced endothelial-to-mesenchymal transition is partly mediated by microRNA-21. Arterioscler Thromb Vasc Biol， 2012， 32：361-369.

［21］ 慎浩鑫， 宋虎偉， 王林， 等. 腫瘤相關成纖維細胞研究進展. 中華實驗外科雜志， 2015， 32： 2612-2614.

［22］ Horie M， Saito A， Yamaguchi Y， et al. Three-dimensional Co-culture model for tumor-stromal interaction. J Vis Exp. 2015， 2. doi： 10. 3791/52469.

［23］ Gonzalez-Zubeldia I， Dotor J， Redrado M， et al. Co-migration of colon cancer cells and CAFs induced by TGFbeta（1） enhances liver metastasis. Cell Tissue Res， 2015， 359： 829-839.

［24］ Koukourakis MI， Giatromanolaki A， Harris AL， et al. Comparison of metabolic pathways between cancer cells and stromal cells in colorectal carcinomas： a metabolic survival role for tumor-associated stroma. Cancer Res， 2006， 66： 632-637.

［25］ Zeisberg EM， Potenta S， Xie L， et al. Discovery of endothelial to mesenchymal transition as a source for carcinoma-associated fibroblasts. Cancer Res， 2007， 67： 10123-10128.

［26］ Zeisberg EM， Tarnavski O， Zeisberg M， et al. Endothelial-tomesenchymal transition contributes to cardiac fibrosis. Nat Med， 2007，13： 952-961.

［27］ Tomita H， Egashira K， Ohara Y， et al. Early induction of transforming growth factor-beta via angiotensin II type 1 receptors contributes to cardiac fibrosis induced by long-term blockade of nitric oxide synthesis in rats. Hypertension， 1998， 32： 273-279.

［28］ Martinez L， Gomez C， Vazquez-Padron R I. Age-related changes in monocytes exacerbate neointimal hyperplasia after vascular injury. Oncotarget， 2015， 6： 17054-17064.

［29］ Piera-Velazquez S， Li Z， Jimenez SA. Role of endothelialmesenchymal transition （EndoMT） in the pathogenesis of fibrotic disorders. Am J Pathol， 2011， 179： 1074-1080.

［30］ Li J， Qu X， Yao J， et al. Blockade of endothelial-mesenchymal transition by a Smad3 inhibitor delays the early development of streptozotocin-induced diabetic nephropathy. Diabetes， 2010， 59：2612-2624.

［31］ Hashimoto N， Phan SH， Imaizumi K， et al. Endothelial-mesenchymal transition in bleomycin-induced pulmonary fibrosis. Am J Respir Cell Mol Biol， 2010， 43： 161-172.

（編輯：汪碧蓉）

收稿日期：（2015-09-29）

基金項目：國家自然科學基金面上項目（81370226）

作者單位：510515 廣東省廣州市，南方醫科大學第一臨床醫學院（何光庭、吳潔），基礎醫學院（黃巧冰）

作者簡介：何光庭 在讀本科 主要從事病理生理研究 Email：colin44@qq.com 通訊作者：黃巧冰 Email：bing@smu.edu.cn

中圖分類號：R541

文獻標識碼：A

文章編號：1000-3614（2016）06-0622-03

doi：10.3969/j.issn.1000-3614.2016.06.025