TGF-β/Smad信號通路誘導腎上皮細胞間充質轉化機制的研究進展

孫雪，梅峰

(1青海大學，西寧810000；2青海大學附屬醫院)

·綜述·

TGF-β/Smad信號通路誘導腎上皮細胞間充質轉化機制的研究進展

孫雪1，梅峰2

(1青海大學，西寧810000；2青海大學附屬醫院)

上皮細胞間充質轉化(EMT)是導致細胞增殖、進而出現腎纖維化的主要原因之一，與腎臟疾病的進展密切相關。轉化生長因子β1(TGF-β1)是纖維形成生長因子，是誘導多種腎損傷出現進行性腎衰竭的關鍵介質。近年研究發現，TGF-β1/Sma和Mad相關蛋白(Smad)信號通路可介導EMT的發生，促進腎纖維化的發生發展。TGF-β/Smad信號通路可通過直接介導、調控整合素連接激酶(ILK)、激活小分子G蛋白(RhoA)、上調纖溶酶原激活物抑制劑-1(PAI-1)等機制，使腎小球發生EMT，在腎臟纖維化過程中起到關鍵作用。

腎間質纖維化；轉化生長因子β1；Smad信號；腎小球；上皮細胞間充質轉化

腎間質纖維化是指由多種原因引起的細胞外基質(ECM)成分在腎間質內的過度沉積，是腎臟疾病進展到終末期腎病(ESRD)的最終共同通路和病理過程，其中血管內皮細胞向肌成纖維細胞的轉分化即上皮細胞間充質轉化(EMT)是導致腎纖維化發生的重要因素。EMT是導致細胞增殖、進而出現腎纖維化的主要原因之一，與腎臟疾病的進展密切相關，其病理學結果是過度EMT和ECM蛋白的沉積，導致纖維化和管狀上皮細胞的損失[1]。近年研究發現，轉化生長因子β1(TGF-β1)/Sma和Mad相關蛋白(Smad)信號通路可介導EMT的發生及ECM積聚，促進腎纖維化的發生發展[2]。因此，TGF-β/Smad信號通路對腎臟組織EMT的發生起重要作用。本文針對TGF-β/Smad信號通路誘導腎EMT機制的研究進展進行綜述。

1 TGF-β/Smad信號通路轉導過程

TGF-β超家族包括TGF-β配體、骨形態發生蛋白(BMP)、激活素/抑制素、Müller抑制物質(MIS/AMH)、生長和分化因子、Nodal信號、肌生成抑制素A和B等。TGF-β家族配體在調節細胞外基質的合成與沉積，繁殖，早期發育，組織穩態，血管生成，傷口愈合，炎癥反應及纖維化，胚胎發生和組織修復，自身免疫疾病和癌癥中具有重要功能[3,4]。TGF-β有5種亞型，即TGF-β1～TGF-β5，以TGF-β1最為重要，其本質是一種有效的多功能多肽，在腎組織中，TGF-β涉及腎功能的惡化和腎小球硬化的發展。

Smad是TGF-β家族下游信號轉導蛋白，迄今共發現8種，分別為Smad1～Smad8。Smad根據結構和功能分為3類[5]，即特異受體調節型(R-Smad)，包括 Smad1、Smad2、Smad3、Smad5和Smad8；公共調節型(co-Smad)，包括Smad4；抑制型(Ⅰ-Smad)，包括Smad6和Smad7。這些蛋白均是TGF-β家族信號傳遞的重要調控分子。

TGF-β1與TGF-βⅠ型受體(TβR-Ⅰ)及 TβR-Ⅱ結合形成TβR-Ⅱ-TGF-β1-TβR-Ⅰ三聚體，被 Smad2和Smad3識別后可發生磷酸化，使得構象改變，Smad2、Smad3與Smad4結合形成Smad復合物，隨后轉移到細胞核以調節靶基因轉錄，上調細胞核內結締組織生長因子(CTGF)的轉錄，同時誘導Smad7啟動子轉錄增加，繼而將信號繼續轉導，導致EMT，進而促進腎纖維化發生[2,6]。研究表明，腎小球TGF-β1和Smad2 mRNA表達與膠原Ⅳ和纖維連接蛋白在腎小球中的沉積呈正相關[7]。

2 TGF-β/Smad信號通路誘導腎臟EMT的機制

2.1 直接介導EMT的發生 TGF-β是誘導多種腎損傷出現進行性腎衰竭的關鍵介質，被認為是導致腎纖維化的強刺激物。TGF-β1是TGF-β家族中表達最廣泛、研究最多的亞型，被公認為最主要的前纖維化因子。活性TGF-β1通過誘導EMT和凋亡引起纖維化，作為核心因子，始動并調節EMT全過程[8]，而且是EMT過程中的關鍵調節因子。腎臟疾病中TGF-β信號通過Smad蛋白信號傳導，TGF-β1與受體合成TβR-Ⅱ-TGF-β1-TβR-Ⅰ三聚體，通過信號轉導，激活下游因子CTGF引起細胞外基質沉積和纖維化，促進腎臟固有細胞向肌成纖維細胞表型轉化，使ECM合成增多。Strutz等[9]1996年在離體動物實驗中發現，TGF-β在轉錄水平直接介導腎小管上皮細胞纖維化，認為EMT在腎纖維化中發揮重要作用[10]。

2.2 調控整合素連接激酶(ILK) ILK是一種絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶，參與細胞內外信號傳導通路形成的重要介質，調節細胞黏附、生存、分化和凋亡[11]。近年研究發現，ILK與腎臟間質纖維化有關，可通過TGF-β1/Smad信號轉導途徑促進腎間質纖維化的發生發展，存在TGF-β1-smad-ILK-EMT關系。Smad和下游的效應器ILK在TGF-β1介導的腎小管EMT過程當具有關鍵作用，腎臟病中TGF-β1信號傳導病理學的經典描述涉及通過Smad蛋白信號傳導導致ECM沉積和纖維化，其允許ILK磷酸化糖原合成酶激酶-3(GSK-3)和Akt家族絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(Akt)，GSK-3磷酸化后其活性受到抑制，導致β-連環蛋白核易位和刺激蛋白轉錄因子(AP-1)和環磷腺苷效應元件結合蛋白的活性，抑制細胞凋亡和促進上皮細胞間黏附丟失，進而導致腎小管上皮細胞的EMT。另外被ILK激活的AP-1能刺激基質金屬蛋白酶-9表達，增加細胞侵襲力，促進腎小管基底膜破壞[12]。林琳等[13]通過研究原代人腎小球內皮細胞(HGEnC)，認為TGF-β1促進了HGEnC的內皮-間質轉化(EndoMT)過程，ILK是其重要的下游效應因子，可能在腎臟纖維化過程中發揮重要作用。

2.3 激活小分子G蛋白(RhoA) 腎內皮細胞由腎小球、血管和管周內皮細胞組成。雖然內皮細胞有助于腎臟中的成纖維細胞形成已經被普遍接受，但是具體哪種內皮細胞有助于成纖維細胞形成仍然不清楚。近期研究發現，小鼠腎小管周圍內皮細胞在EndoMT進展中具有重要作用，可通過使內皮細胞結構和功能發生的多種變化，導致細胞喪失上皮細胞黏附分子，如E-鈣黏蛋白，并經歷細胞骨架重塑，使上皮管狀基底膜被破壞[5]。內皮細胞獲得α-平滑肌肌動蛋白和波形蛋白，肌成纖維細胞的細胞標記物。轉化的肌成纖維細胞能夠從管狀基底膜遷移到間質中。TGF-β1作為纖維化發生的基本介質，通過Smad依賴性途徑在腎小管EMT過程中起關鍵作用，導致管狀間質纖維化(TIF)[5,14]，TGF-β1能促進管周內皮細胞表達α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)，使其活化并發生表型轉化，轉變為肌纖維母細胞，后者能合成和分泌大量膠原等ECM成分。而ECM主要來自腎臟中肌成纖維細胞，其過度積累可降低腎小球濾過率和腎功能，最終導致腎衰竭[15]。在細胞骨架重組和α-SMA的表達過程中，小RhoA GTPase蛋白的激活不可或缺，抑制RhoA后可阻斷α-SMA的上調。對心肌細胞轉分化的研究發現，在EMT發生的各個階段都有RhoA活性的升高，而抑制TGF-β1后可使RhoA表達明顯減少，證實TGF-β1通過激活RhoA參與EMT過程的調控。

2.4 激活纖溶酶原激活物抑制劑-1(PAI-1) 人類PAI-1基因的表達上調有賴于Smad2/3與PAI-1啟動子的上方Smads的結合位點的結合，氧化性低密度脂蛋白通過刺激系膜細胞的TGF-β1/Smad信號通路可上調系膜細胞PAI-1表達，以及抑制纖溶酶的活性[16]。PAI-1上調不但可使細胞外基質合成的增加，還可引起細胞外基質降解減少。腎臟EMT降解依靠纖維蛋白溶解系統，纖溶酶原激活劑和纖溶酶原激活物抑制劑是纖維蛋白溶解系統的重要組成部分,其中PAI-1起主要作用。尿激酶型纖溶酶原(uPA)和組織型纖溶酶原(tPA)可直接降解細胞外基質多種成分，發揮降解細胞外基質成分的作用，PAI-1表達上調可使腎間質巨噬細胞募集增多，間質肌成纖維細胞增多，而TGF-β1可通過Smad2/3誘導PAI-1表達，Ⅰ型膠原mRNA顯著增加，使uPA和tPA失去活性，減少EMT降解[17,18]，在腎臟纖維化過程中發揮重要作用。

綜上所述，TGF-β/Smad信號通路的激活對EMT十分重要，而Smad蛋白是TGF-β1在胞內發揮效應的信號分子，調控著細胞膜至核的信號轉導。因此，抑制TGF-β/Smad信號通路預防腎臟EMT及腎纖維化發生的重要方面，將為預防和改善ESRD的發生帶來新的方向。

[1] Hovater MB,Sanders PW.Effect of dietary salt on regulation of TGF-β in the kidney[J].Semin Nephrol, 2012,32(3):269-276.

[2] Lan HY. Diverse roles of TGF-β/Smads in renal fibrosis and inflammation[J]. Int J Biol Sci，2011,7(7):1056-1067.

[3] Morikawa M, Derynck R, Miyazono K. TGF-β and the TGF-β family: context-dependent roles in cell and tissue physiology[J].Cold Spring Harb Perspect Biol, 2016,5(26):86-89.

[4] Weiss A, Attisano L. The TGF beta super family signaling pathway[J]. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol, 2013,2(4):47-63.

[5] Hills CE, Squires PE. TGF-beta1-induced epithelial-to-mesenchymal transition and therapeutic intervention in diabetic nephropathy[J]. Am J Nephrol, 2009,31(1):68-74.

[6] Meng XM， Tang PM， Li J， et al. TGF-β/Smad signaling in renal fibrosis [J]. Front Physiol，2015,6(4):82-87.

[7] Liu Y. Renal fibrosis: new insights into the pathogenesis anEMTnd inflammation[J]. Int J Biol Sci, 2011,7(12):1056-1067.

[8] Siegel PM, Massague J. Cytostatic and apoptotic actions of TGF-beta in homeostasis and cancer[J]. Nat Rev Cancer, 2003，3(11): 807-821.

[9] Strutz F, Müller GA, Neilson EG. Transdifferentiation: a new angle on renal fibrosis[J]. Exp Nephrol, 1996,4(5):267-270.

[10] Yang J, Liu Y. Dissection of key events in tubular epithelial to myofibroblast transition and its implications in renal interstitial fibrosis[J]. Am J Pathol, 2001,159(4):1465-1475.

[11] 牛洪琳,李英,劉茂東,等.貝那普利對高糖培養下大鼠腎小球系膜細胞整合素連接激酶及α-平滑肌肌動蛋白表達的影響[J]．中華腎臟病雜志,2013,29(1):33-38．

[12] 秦明哲,張翥.中藥影響整合素連接激酶在腎小管間質纖維化中表達的研究進展[J].臨床醫藥文獻雜志,2016,3(16):3328-3329.

[13] 林琳,鄭晶,朱偉平.ILK介導 TGF-β/Smads通路誘導腎小球內皮細胞-間充質細胞轉分化的研究[J].重慶醫學,2015,44(28):3911-3914.

[14] 賈會玉,李中南.糖尿病腎病中轉化生長因子-β1/Sma和Mad相關蛋白信號通路的作用及其相關藥物研究進展[J].中國藥理學與毒理學雜志,2016,3(30):266-271.

[15] Lan HY. Diverse roles of TGF-β/Smads in renal fibrosis ad therapeutics[J]. Kidney Int, 2006,69(2):213-217.

[16] Song CY, Kim BC, Lee HS. Lovastatin inhibits oxidized low-density lip oprotein-induced plasminogen activator inhibit or and transforming growthfactor-beta1 expressionvia adecrease in Ras/extra cellular signal-regulated kinase activity in mesangialcells[J]. Transl Res, 2008,151(1):27-35.

[17] 張浩,劉伏友,彭佑銘,等.TGF-β1對人腹膜間皮細胞纖溶酶原激活物抑制劑-1的影響[J].臨床醫學研究,2004,21(8):864-873.

[18] Yamaguchi I, Lopez-Guisa JM, Cai X, et al. Endogenous uro kinase lack santifibrotic activity during progressive renal injury[J] . Am J Physiol Renal Physiol, 2007,293(1):10-11.

青海省科技項目(2016-ZJ-709)。

梅峰(E-mail: 15297123890@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.30.033

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1002-266X(2017)30-0102-03

2017-04-20)