眼表疾病中轉化生長因子—β1/Smads信號通路的研究進展

王亞卉 李青松 符之瑄

[摘要] 眼表疾病的發病機制復雜多樣，其中角結膜細胞外基質（ECM）代謝失衡是其發病的重要原因之一。轉化生長因子-β1（TGF-β1）/Smads作為調控ECM產生、轉歸及代謝平衡的主要信號通路，參與了本病的發生發展。本文將主要從該通路與眼表疾病的關系方面做一綜述，以期為眼表疾病的治療提供新的依據。

[關鍵詞] 轉化生長因子-β1（TGF-β1）/Smads信號通路；眼表疾病；細胞外基質

[中圖分類號] R777.33 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2019）05（a）-0050-05

[Abstract] The pathogenesis of ocular surface diseases is complex and diverse， among which the imbalance of ECM is one of the important causes. Transforming growth factor -β1 （TGF-β1）/Smads is involved in the development of the disease as a major signaling pathway regulating the production， outcome and metabolic balance of ECM. The relationship between this pathway and ocular surface diseases will be reviewed in this paper， which will provide a new basis for the treatment of ocular surface diseases.

[Key words] Transforming grouth facter-β1（TGF-β1）/Smads signaling pathway； Ocular surface disease； Extracellular matrix

正常視力的維持依賴于角結膜的透明度及形態規則，眼表疾病往往表現為角結膜結構與功能的異常，研究認為其與角結膜細胞外基質（ECM）代謝失衡有一定的關聯[1-2]。轉化生長因子-β1（TGF-β1）/Smads是目前公認的調控ECM代謝的相關信號通路，主要由TGF-β1、TGF-β1受體（TGFβR）、Smads蛋白及其轉錄調節因子組成。研究發現翼狀胬肉、干眼、圓錐角膜等眼表疾病的發生發展都與該通路密切相關，靶向調控該通路可能是一種新的治療思路與方法。

1 TGFβ1的生物學特性

TGF-β1是TGF-β超家族中的關鍵一員，其生物活性的發揮依賴于與TGFβR的特異性結合，主要表現為促進損傷修復、抗炎、刺激成纖維細胞和肌成纖維細胞膠原基因mRNA水平表達增高以及促使成纖維細胞的分化、增殖等[3-4]。

2 Smads蛋白的特點

Smads蛋白是TGF-β1的下游信號轉導分子，根據其功能和特征的不同分為：受體調節型（R-Smads：Smad1、2、3、5及8）、共同型（Co-Smads：Smad4）和抑制型（Ⅰ-Smads：Smad6、7）[5]。R-Smads主要與絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶結合，并被其激活，Co-Smads與活化的R-Smads結合形成復合物轉移至細胞核中，Ⅰ-Smads則通過抑制R-Smads的磷酸化，阻斷信號通路的轉導[5]。

3 TGF-β1/Smads信號轉導

3.1 TGF-β1的激活

TGF-β1在體內以三種非活性的形式存在，即與非活性相關肽（LAP）形成小的非活性復合物、與LAP、TGF-β結合蛋白（LTBP）形成大的非活性復合物以及與蛋白酶抑制物α2巨球蛋白（α2-M）結合形成的TGF-β1/α2-M[6]。其常見激活方式有共價鍵的斷裂或修復、TGF-β1的酶解激活以及整合素、糖基化、基質金屬蛋白酶也可激活TGF-β1[6]。

3.2 Smads介導的信號轉導

下游介質（Smad2、3）的激活是TGF-β1發揮生物學效應的關鍵，活化后的TGF-β1首先與TGFβRⅡ結合而啟動細胞內信號傳導，隨后，TGF-β1激活TGFβRⅠ激酶，導致Smad2、3的磷酸化，活化后的Smad2、3與Smad4形成復合物轉運到細胞核中調控靶基因轉錄（圖1）[7]。Smad7則通過抑制Smad2、3磷酸化來阻斷TGF-β1信號的過度激活，從而調控ECM的代謝平衡（圖1）[8]。

3.3 信號轉導的分子調控

TGF-β1/Smads信號轉導受SARA、STRAP及PTD等相關分子的調控，其中SARA通過促使R-Smads與TGFβRⅠ結合而發揮正性調節作用，相反，STRAP則下調TGF-β1的生物學作用[9]。PTD調節Smad2的磷酸化，并促進Smad2與Smad4的結合[10]。

3.4 核內靶基因轉錄的分子調控

活化的Smads復合物在細胞核內積聚，同時招募轉錄激活因子（CBP、p300等）和轉錄抑制因子（SnoN等）參與靶基因轉錄[11]。其中p300、CBP的高表達促進Smads蛋白的激活，SnoN則通過與Smads蛋白復合物相互作用抑制信號轉導[11]。

3.5 與其他信號通路的交叉

TGF-β1/Smads信號通路與絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）超家族相互交叉影響，其中p38MAPK、c-Jun末端激酶（JNK）和細胞外信號調節激酶（ERK）三者都可以促進Smad2、3的磷酸化（圖1）[12]，阻滯P38MAPK通路可抑制Smad3的激活和表達[13]。Jeon等[14]發現小分子過氧化物酶體增殖物激活受體γ配體通過阻斷TGF-β1誘導下p38MAPK的磷酸化抑制Smads通路的激活，為角膜纖維化的治療開辟了新的道路。

4 TGF-β1/smads信號通路與眼表疾病

4.1 翼狀胬肉

翼狀胬肉是一種纖維化疾病，病變侵入角膜并覆蓋視覺軸，導致不規則的角膜散光，最終失明。研究[15]認為其與紫外線輻射、免疫學機制及細胞調亡與異常增生等有關，其中紫外線輻射是主要的致病因素。本病目前主要采取手術切除，但術后復發率高達88%[16]。翼狀胬肉組織中TGF-β1及Ⅰ型膠原蛋白的表達明顯增多[17-18]，該病與TGF-β1/Smads通路功能紊亂密切相關，通過下調TGF-β1的表達或補充Smad4可重建TGF-β1/smads信號轉導通路[19]，除此之外，Smad3在翼狀胬肉組織中高表達，抑制Smad3可能對治療該病術后復發有效[20]。在藥物治療方面，迷迭香酸能夠通過降低翼狀胬肉上皮細胞的細胞活力、減少Ⅰ型膠原蛋白的產生和下調TGF-β1/Smads信號傳導來改善翼狀胬肉上皮細胞的纖維化[21]。綜上，靶向調控TGF-β1/Smads通路可為治療原發性及術后復發性翼狀胬肉提供一種有效的方法。

4.2 干眼

干眼的發病病因復雜多樣，結膜杯狀細胞分泌黏蛋白維持眼表微環境穩態，若杯狀細胞數量減少或分化受阻都會導致干眼[22]。SPDEF調控結膜杯狀細胞的分化、增殖，研究發現條件性敲除K14細胞中TβRⅡ后眼表上皮細胞異常增生以及杯狀細胞數量增加，同時SPDEF表達也出現增加，這證明TGF-β1/Smads信號通路在結膜內限制杯狀細胞增殖，其主要機制為p-Smad2、3與Smad4復合物結合到SPDEF啟動子上阻止其轉錄[23]。干眼的發生還與淚腺細胞、結膜上皮細胞、角膜上皮細胞的凋亡有著重要關系[24-25]，且TGF-β1在角膜上皮、角膜緣上皮、結膜基質層中廣泛表達[26-27]。因此，該通路在調控干眼的發生發展方面可做進一步探索。

4.3 結膜松弛癥

結膜松弛癥（conjunctivochalasis，CCh）的發病機制目前尚不明確，研究發現其與炎性反應有關，炎性因子的高表達激活基質金屬蛋白酶（MMPs），促進細胞外基質（ECM）降解，從而加重結膜松弛[28-29]，具體表現為MMP-1、3的增加以及Ⅰ/Ⅲ型膠原蛋白比例的失衡[30]。西醫目前主要采取手術切除，在中藥治療方面發現杞精明目湯能夠下調CCh成纖維細胞MMP-1、3的表達[31]，且進一步研究認為該復方能夠下調MAPK信號通路相關蛋白的表達，從而為中藥靶向治療CCh提供了新的思路與方法[32]。ECM代謝失衡是CCh主要的發病機制之一，CCh的發生是否受TGF-β1/Smads信號通路的調控，值得進一步研究，可為本病的治療提供新的理論基礎。

4.4 角膜疾病

角膜是重要的屈光間質，角膜纖維化形成的特征在于肌成纖維細胞的出現和ECM的過度沉積，TGF-β1/Smads信號通路是調節角膜纖維化的常見途徑[33-34]。在基因水平上抑制角膜纖維化是目前最有效的方法，Gupta等[35]發現AAV5-Smad7在兔角膜上單一局部應用后，角膜混濁和角膜纖維化的顯著減少。

4.4.1 角膜營養不良 角膜營養不良（corneal dystrophy，CDs）常常表現為復發性角膜糜爛和視力損害。CDs的標志是TGF-β1誘導的基因蛋白（TGFBIp）在角膜基質中呈年齡相關性漸進性累積，最終導致角膜透明度破壞，視力受損[36-37]。本病是一種基因病變，臨床上缺乏有效的治療藥物，目前認為鋰能夠抑制CDsp-Smad3的表達[38]，曲尼司特顆粒能夠通過抑制角膜成纖維細胞TGFBIp的表達來抑制TGF-β1信號，從而抑制p-Smad2/Smad3的表達，延緩角膜混濁的發生[39]，但二者的具體療效尚待進一步研究。手術干預是目前主要的治療方法，但不是一勞永逸的方法，如何在基因水平上研發藥物靶向治療本病，則需要眼科研究者的深入探索。

4.4.2 圓錐角膜 圓錐角膜（keratoconus，KC）是一種遺傳性角膜變薄性疾病，其特點是由于角膜結構的改變導致角膜完整性喪失和視力下降[40]。研究發現KC中Smad6、7顯著下調[41]。在基因水平上，TGF-β1信號通路的激活誘導TGFBIp發生改變，從而誘導膠原蛋白、層粘連蛋白、纖連蛋白及蛋白多糖的黏附[42]。目前沒有徹底治療KC的方法，Sharif等[43]發現角膜交聯術后抑制性因子Smad6、7的表達明顯降低，因此靶向調控TGF-β1/Smads信號通路可能對治療KC有效。

5 小結與展望

正常的眼表結構與功能是獲得良好視覺質量的前提條件，角結膜的形態是否規則與眼表疾病的發生密切相關，ECM作為細胞之間的機械支持和連接結構，參與細胞之間的信號傳遞，因此調控角結膜ECM代謝平衡是治療眼表疾病的關鍵。綜上所述，靶向調控TGF-β1/smads信號通路可能對治療眼表疾病有一定療效，但目前對其作用機制研究尚少，有待進一步探索，以為眼表疾病的治療開拓新的思路與方法。

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（收稿日期：2018-10-31 本文編輯：封 華）