宋敏敏　陳尼維

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·綜述·

胰腺纖維化與TGF-β1/Smad信號轉導機制的研究進展

宋敏敏陳尼維

流行病學資料表明，慢性胰腺炎(CP)的發病率呈逐年升高趨勢，而胰腺纖維化是CP的重要病理特征之一。近年來的研究發現，胰腺星狀細胞(PSC)可能是導致胰腺纖維化的主要始動細胞和效應細胞，其靜止型可在轉化生長因子-β1(TGF-β1)的作用下轉變為活化型，導致細胞外基質(ECM)大量生成并最終進展為纖維化。TGF-β1主要將刺激信號經由細胞質中的Smad蛋白來調節PSC的表達，TGF-β1/Smad信號通路在胰腺纖維化過程中可能起著重要作用。此文主要就PSC及信號通路與胰腺纖維化的發生、發展的研究進展作一綜述。

胰腺纖維化；胰腺星狀細胞；TGF-β1；Smad蛋白

近年來，慢性胰腺炎(CP)的發病率呈上升趨勢，在中老年男性中尤為顯著[1]。有研究統計了英國1988年至1990年以及1999年至2000年間因胰腺炎住院的人數，發現急性胰腺炎(AP)患者增加了43%，而CP患者卻增加了一倍之多。另有研究收集了1988年至1997年間德國Lunerburg州的胰腺疾病發病率，發現CP的發病率也在逐年上升。中國尚無有關CP的流行病學發病的確切資料，但是發病率亦在逐年增加[2]。胰腺實質纖維化具有進行性、不可逆性的特點，其病理特征為胰腺腺泡損傷、白細胞浸潤和胰腺實質纖維化，從而使腺體萎縮或胰管變形，胰腺部分或廣泛的纖維化或鈣化，可引起胰腺內、外分泌功能的部分或全部喪失[3]，導致一系列的臨床癥狀或疾病發生。胰腺實質纖維化的發生發展主要與下列因素有關。

1　胰腺星狀細胞

近年來的研究發現，活化的胰腺星狀細胞(PSC)與胰腺纖維化的發生密切相關，在胰腺纖維化的起始和進展中發揮核心作用。研究證實胰腺纖維化的發生主要與細胞外基質(ECM)的沉積和降解失衡有關，胰腺內靜止型的PSC在細胞因子的調節下轉變為活化型，產生Ⅰ型、m型膠原及纖連蛋白等ECM成分，導致ECM大量生成[4-5]。參與ECM降解的是一種肽鏈內切酶——基質金屬蛋白酶(MMP)，這種酶的活性受到基質金屬蛋白酶抑制劑(TIMP)的調控，許多細胞因子通過影響MMP和TIMP的表達，從而調控ECM的降解[6]。鄭振江等[7]通過研究胰腺纖維化動物模型及人慢性胰腺炎術后標本，證實胰腺纖維化與PSC的激活密切相關。有研究發現，胰腺纖維化區域均可見活化的PSC與膠原蛋白mRNA、前膠原蛋白mRNA表達位置一致，提示活化的PSC是胰腺纖維化膠原蛋白生成的主要來源[8]。Apte等[9]和Sri Manjari等[10]發現在胰腺纖維化中活化的PSC能夠分泌MMP及TIMP，且對兩者的表達失衡，使MMP/TIMP比值下調，引起ECM降解減少，最終引起ECM大量沉積，導致胰腺纖維化。以上研究表明，PSC在胰腺纖維化中發揮了核心作用[11]。

PSC的活化涉及多種細胞因子，主要包括轉化生長因子-β(TGF-β)、血小板生長因子、腫瘤壞死因子、白細胞介素等[12]，其中TGF-β被認為是誘導PSC發生轉化激活的主要信號因子，在胰腺纖維化中起關鍵作用[13]。

2　TGF-β1/Smad信號途徑

TGF-β1在體細胞中所占比例較高(>90%)，活性較強，在器官發生慢性炎性反應或纖維化時，間質細胞中TGF-β1表達增加，且實質細胞被啟動表達TGF-β1，大量表達的TGF-β1能夠促進靜止型的PSC轉變為活化型，刺激ECM合成，參與組織修復和纖維化形成[14-15]。王瑜萍等[16]在雨蛙素誘導的大鼠胰腺纖維化模型實驗中發現，TGF-β mRNA在48 h以后即可被檢測到，且其蛋白含量在第2天達到峰值，利用TGF-β的中和抗體作用于該模型可以發現，Ⅰ型膠原蛋白和TGF-β水平均明顯降低。Vogelmann等[17]在轉基因胰腺纖維化小鼠模型中發現，與對照組相比較，模型組小鼠胰腺組織中TGF-β1大量表達，且活化型的PSC生成增加及ECM堆積。上述研究結果表明，在胰腺纖維化形成過程中TGF-β1是激活PSC的重要細胞因子之一。

近年研究發現，TGF-β1主要通過TGF-β/Smad蛋白途徑激活PSC。Smad蛋白是TGF-β1受體激酶的關鍵作用底物[18]，將配體與受體相互作用的信號由胞質傳遞至胞核，進一步調節靶基因的轉錄。TGF-β/Smad蛋白途徑如下：TGF-β1首先識別并與跨膜蛋白的TGF-β的Ⅱ型受體(TβRⅡ)結合，此時TβRⅡ發生自身磷酸化，磷酸化后的TβRⅡ結合TGF-β的Ⅰ型受體(TβRⅠ)，形成TβRⅡ-(TGF-β1)-TβRⅠ三聚體復合物[2]，該復合物隨后將信號傳遞給下游的Smad2和Smad3蛋白，使之發生磷酸化并發生構象改變，隨后從受體TβRⅠ上解離并與Smad4分子結合，形成Smad復合物[2,19]，該復合物隨即由胞質轉移至胞核，在胞核內其可直接與靶基因啟動子特定DNA序列結合，或在其他轉錄因子協同作用下與DNA結合，共同調節靶基因的表達[20]。TGF-β1通過上述途徑活化PSC，進而改變PSC功能，包括促進α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)的表達，增加ECM的合成，減少MMP的表達等，從而促進纖維化的形成。Zhang等[13]研究發現，胰腺纖維化組織中TGF-β1可以上調Smad3的表達，大量Smad3的表達能夠激活PSC，促使更多的膠原和纖維蛋白生成。張淑坤等[21]在對大鼠慢性胰腺纖維化模型的研究中發現，與正常對照組相比較，模型組大鼠胰腺組織中TGF-β1及TGF-β Ⅱ型受體mRNA 的表達明顯升高，證實TGF-β1是胰腺組織的致纖維化因子，并提示TGF-β1可能通過上調相應受體的表達，在大鼠慢性胰腺炎、胰腺纖維化發生發展過程中起重要作用。

有研究表明，TGF-β信號轉導包括兩種Smad蛋白依賴途徑，即TGF-β/Smad3依賴途徑和TGF-β/Smad2依賴途徑。

2.1通路限制型Smad

Smad3是TGF-β1/Smad3信號途徑的關鍵因子，其表達水平直接影響膠原蛋白的激活和表達。Zion等[22]通過給予胰腺纖維化小鼠常山酮，發現與對照組相比較，模型組小鼠中膠原蛋白和纖連蛋白表達顯著減少，胰腺組織纖維化程度明顯改善，提示常山酮可以抑制胰腺組織中Smad3磷酸化，活化的Smad3表達下調可抑制TGF-β/Smad3信號通路，使活化型的PSC表達減少；常山酮還具有抑制PSC增生及金屬蛋白酶-2活性的作用。以上研究表明Smad3信號與胰腺纖維化密切相關。

Smad2和Smad3均屬于通路限制型Smad，且在TGF-β/Smad通路中競爭性地結合TGF-β受體，并均可與Smad4結合，參與靶基因的表達，但兩者在TGF-β介導的信號轉導中的作用卻不完全相同。Meng等[23]利用Smad2、Smad3的野生型與負顯性突變體，研究其對原代鼠肝星狀細胞的作用發現，與Smad2過表達或者負顯性突變體細胞相比較，Smad3過表達的細胞表現出纖連蛋白及Ⅰ型膠原蛋白沉積增加，細胞趨化能力加強，但增殖未見明顯提高。研究發現，在眼部的晶狀體上皮細胞中阻斷Smad3可以阻斷TGF-β對于細胞增殖和細胞外基質產生的調節作用，阻斷Smad2可以阻斷TGF-β對于細胞遷移和 α-SMA產生的調節作用。只有阻斷Smad2和Smad3信號轉導通路，才可以有效阻斷TGF-β的增殖、遷移以及ECM產生的調節作用[24]。但TGF-β/Smad2、TGF-β/Smad3信號通路在引起胰腺纖維化進展中的具體作用機制目前尚不完全清楚。

2.2抑制型 Smad

Smad7是拮抗TGF-β信號通路的細胞內抑制性調控蛋白。有研究發現，Smad7可與Smad2、Smad3蛋白競爭性結合TGF-β受體，隨后Smad7募集Smad泛素化調節因子(Smurf)至TGF-β受體，促進TGF-β受體泛素化和降解，進一步競爭性抑制Smad2、Smad3磷酸化和異源Smad復合物的形成，阻斷TGF-β信號轉位至細胞核，從而抑制PSC激活[25-26]。Smad7還可通過與細胞核中的DNA結合來抑制TGF-β1誘導的R-Smad-Smad4-DNA復合物形成，從而負反饋調節TGF-β的信號轉導[27]；其還能通過抑制TGF-β介導的TIMP1的過度表達，減少膠原纖維的生成和ECM的大量沉積，從而抑制纖維化的發生[28]。He等[3]在胰腺大量表達Smad7蛋白的轉基因小鼠模型實驗中，重復給予模型組和對照組雨蛙素，結果發現對照組胰腺發生纖維化，而模型組胰腺組織內Ⅰ型膠原蛋白和纖連蛋白含量顯著減少，此外，實驗還發現活化型PSC的標志物α-SMA表達明顯減少，從而證實了Smad7的大量表達能夠抑制TGF-β誘導的ECM積聚，進而抑制胰腺纖維化的形成。

2.3通路限制型Smad與抑制型Smad蛋白間的相互作用

馬松林等[29]研究發現，在胰腺纖維化組織中TGF-β1、Smad3的表達明顯高于正常胰腺組織，而Smad7的表達則低于正常胰腺組織；胰腺纖維化組織中TGF-β1的表達與Smad3的表達呈正相關，而與Smad7的表達呈負相關。Fukasawa等[30]發現，Smad7對Smad2/3的抑制作用增強可間接延緩纖維化的發展。Qian等[18]給予過度表達Smad7的小鼠博來霉素以誘導肺纖維化，發現Smad3的表達及活性被抑制，TGF-β1及PSC合成纖維蛋白減少，肺纖維化明顯改善。因此認為，Smad3的高表達和(或)Smad7的低表達可能促進胰腺纖維化的發生發展。

Smad3和Smad7兩種信號分子在PSC活化及TGF-β1/Smad信號轉導中起重要作用。Smad3的高表達可促進PSC的活化，活化的PSC可抑制Smad7的表達[30]，從而引起ECM大量生成，最終導致纖維化。Smad7的高表達可通過抑制TGF-β1的產生和(或)TGF-β1/Smad信號通路的轉導，進而阻斷胰腺纖維化的進展。因此，通過靶向性抑制Smad3和(或)上調Smad7的表達有望治療慢性胰腺纖維化。

3　小結

胰腺纖維化的本質是以膠原蛋白為主的ECM合成增多，而降解相對減少，兩者失去動態平衡，致使過多的ECM沉積于胰腺組織。已有研究表明，PSC在胰腺纖維化的起始和進展中發揮核心作用。TGF-β1通過活化PSC，促進活化型的PSC合成ECM，抑制ECM降解，在調節ECM代謝的過程中發揮了重要作用。因此，具有活性的TGF-β1主要經TGF-β1/Smad信號轉導通路，進一步傳遞信號至細胞核，參與PSC的活化。其中，Smad3和Smad7在胰腺纖維化信號途徑中起著不同的介導作用，Smad3的高表達與Smad7的低表達可促進胰腺纖維化的發生發展。

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(本文編輯：周駿)

200233上海交通大學附屬第六人民醫院消化內科

陳尼維，Email: chenniwei@163.com

10.3969/j.issn.1673-534X.2016.04.006

2016-3-10)