結締組織生長因子與器官纖維化的研究進展

汪沙，段華，黃俊花，董千婧，郭正晨

(首都醫科大學附屬北京婦產醫院婦科微創中心,北京 100006)

結締組織生長因子(connective tissue growth factor,CTGF)，亦稱為細胞通信網絡因子2(cellular communication network factor 2，CCN2)，是即刻早期基因家族成員之一。首字母縮略詞CCN是以該家族發現的前3種蛋白質的首字母命名，即富含半胱氨酸的血管生成誘導物61、CTGF和腎母細胞瘤過度表達蛋白[1]。該家族的其他成員包括Wnt1誘導型信號通路蛋白1、2、3，也分別稱為CCN4、CCN5和CCN6[2]。CTGF參與調控多種重要的生物學功能，包括細胞增殖、分化、黏附和血管生成，以及多種病理過程，如腫瘤發展和組織纖維化[3]。作為轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)關鍵的下游分子，CTGF廣泛存在于多種組織器官中，主要功能包括促進細胞增殖分化、遷移、血管生成、組織修復等[4]。CTGF在機體創傷修復及器官纖維化疾病的發生發展中可能起到中心調節作用，是器官纖維化疾病緩慢進展的重要細胞因子，被認為是纖維化疾病的“總開關”，而且CTGF表達與纖維化程度呈正相關[5-6]。現就CTGF的結構與生物學功能、促纖維化的作用機制及其在常見器官纖維化疾病中的作用進行綜述。

1 CTGF的結構與生物學功能

CTGF由Almendral等[7]于1988年在小鼠研究中首次發現，隨后由Bradham等[8]在篩選人臍靜脈血管內皮細胞cDNA文庫時分離得到。CTGF廣泛存在于多種組織器官中，如肝臟、腎臟、肺臟、心臟、生殖器官，可由多種細胞分泌合成，如成纖維細胞、上皮細胞、平滑肌細胞、內皮細胞等。CTGF具有調控細胞分裂分化、黏附和遷移、誘導細胞外基質(extra cellular matrix,ECM)產生等生物學功能，在調控細胞增殖、胚胎發育、血管生成、傷口愈合、腫瘤、生長、纖維化疾病等方面起關鍵作用[3-9]。

人類CTGF是一種富含半胱氨酸的基質細胞蛋白，全長包含349個氨基酸，定位于染色體6q23.1。該染色體區域包括4個內含子和5個外顯子，在所有外顯子中，1個外顯子編碼信號肽，起到介導CTGF由內質網向高爾基體轉運的作用；另外4個外顯子分別編碼CTGF的4個結構模塊，第一個結構域為N端與胰島素樣生長因子結合蛋白同源結構域，第二個結構域為血管性血友病因子C型重復區，介導CTFG與αvβ3、αvβ5的相互作用，第三個結構域為血小板反應蛋白Ⅰ型重復區，介導血小板反應蛋白與ECM、基質金屬蛋白酶和整合素的結合，第四個結構域為富含半胱氨酸的C端結合域，介導CTGF與纖維連接蛋白、基膜蛋白多糖和纖維蛋白-1的相互作用，還可能與細胞表面受體有關[5]。

目前尚未發現CTGF的特異性受體，但有研究發現CTGF可與細胞表面多種受體結合，如整合素、硫酸肝素原聚糖、脂蛋白受體相關蛋白和酪氨酸激酶受體[10]。CTGF通過與整合素受體結合發揮多種功能。在某些情況下，脂蛋白受體相關蛋白和硫酸肝素原聚糖作為共受體發揮作用[11]。如在肝纖維化過程中，CTGF在被激活的肝星狀細胞中與整合素α5β3結合，同時硫酸肝素原聚糖作為共受體發揮作用[12]。CTGF還可以與胰腺星狀細胞中的整合素α5β1結合，介導胰腺星狀細胞在胰腺纖維化中的黏附、增殖、遷移和膠原合成[13]；與整合素α1β3的結合，增強了軟骨肉瘤來源的軟骨細胞與纖維連接蛋白的黏附[14]。CTGF既可以與肝細胞表面脂蛋白受體相關蛋白1結合，又可以與腎細胞表面脂蛋白受體相關蛋白6結合。CTGF還能通過與酪氨酸激酶受體A結合來調節心肌細胞的纖維化[15]；與小鼠胚胎成纖維細胞中黏結蛋白聚糖4的相互作用在細胞運動中起重要作用[16]；與成纖維細胞生長因子受體2結合，與其協同調節成骨細胞的骨代謝[17]，以及結合核因子κB受體激動因子、骨蛋白原和樹突狀跨膜蛋白，增強破骨細胞分化[18-19]。在人角膜成纖維細胞中，CTGF與甘露糖6磷酸/胰島素樣生長因子2受體結合，促進成纖維細胞增殖[20]。

2 CTGF促纖維化作用機制

纖維化形成是機體應對各種因素導致的持續性損傷的一種異常修復機制。細胞及組織經過反復損傷、修復后，ECM由于修復機制被激活而導致過度分泌并異常沉積，ECM異常沉積是器官纖維化的主要組織學特征，而CTGF作為重要的促纖維化因子，可能發揮以下幾方面作用。

2.1刺激成纖維細胞增殖影響ECM平衡 CTGF作為TGF-β促有絲分裂活性的下游介質，能直接提高細胞周期蛋白A水平，通過誘導細胞從G1晚期進入S期來控制細胞周期進程，促進細胞有絲分裂，刺激成纖維細胞的增殖；其還對成纖維細胞有強烈的趨化作用，導致細胞增殖并積聚，分泌大量ECM沉積[21]。CTGF一方面能促進多種ECM成分(如蛋白多糖、Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型膠原蛋白以及纖維連接蛋白、層粘連蛋白)的分泌合成，另一方面還能抑制ECM降解，通過抑制降解ECM成分酶類(如膠原酶、基質金屬蛋白酶)的活性,增加纖溶酶激活物抑制因子和金屬蛋白酶組織抑制因子等蛋白酶抑制因子的表達，影響ECM動態平衡[22]。當CTGF介導的組織重建和纖維化發生在血管組織，還會引起局部壓力增高并進一步促進 CTGF表達，形成正反饋，導致持續損傷修復，形成惡性循環[23]。

2.2促進細胞表型轉化并介導細胞黏附和遷移 在纖維化過程中，肌成纖維細胞是ECM的主要來源，在許多纖維化疾病中發現肌成纖維細胞的標記蛋白α-平滑肌肌動蛋白呈陽性表達。在組織持續損傷修復中，CTGF表達增加，能促進多種細胞(如上皮細胞、肝星狀細胞、成纖維細胞)發生轉化形成肌成纖維細胞，從而導致ECM分泌增加[24-25]。CTGF通過與多種細胞表面蛋白相互作用，影響纖維化相關細胞活動。CTGF能通過整合素受體介導成纖維細胞黏附作用，參與創傷愈合、組織修復、ECM沉積過程；還具有促進成纖維細胞向纖維連接蛋白黏附的作用[6]，促使更多ECM成分異常聚集；還能通過促進肌動蛋白細胞骨架降解調節細胞遷移，與整合素α5β3和硫酸肝素原聚糖結合,調節內皮細胞黏附、遷移，從而募集更多的細胞，進一步發生表型轉化，形成肌成纖維細胞參與纖維化過程[26]。

2.3作為中心調節介質促進纖維化進展 研究證實，CTGF可以與血管內皮生長因子以及TGF-β等多種細胞因子相互作用，這些因子誘導CTGF的表達上調，使其分泌增加，從而形成正反饋循環，進一步促進纖維化進展，而CTGF可能在纖維化中作為中心調節介質起到至關重要的作用[27]。Sharma和Radhakrishnan[28]認為在口腔黏膜中，檳榔的粗大顆粒導致口腔黏膜發生物理性微創傷，導致損傷部位的成纖維細胞產生CTGF，觸發口腔黏膜纖維化過程，最終導致口腔黏膜下纖維化。除CTGF外，纖維化過程還涉及其他各種通路和生長因子。其中CTGF與TGF-β的相互作用尤為重要。CTGF基因的啟動子存在TGF-β的反應元件，同時CTGF的產生也需要TGF-β。TGF-β初始CTGF產生后在多個正反饋回路中CTGF的水平得以維持。此外，各種纖維化介質，如血小板衍生生長因子、血管內皮生長因子、缺氧誘導因子、堿性成纖維細胞生長因子、內皮素1、凝血酶、血管緊張素Ⅱ、直接或間接增加CTGF的水平，增加的CTGF繼續增強下游分子活性，使纖維化過程持續不斷發生。

3 CTGF與器官纖維化

3.1肝纖維化 肝纖維化是一種“創傷愈合”的慢性漸進性病理過程，雖然肝實質具有強大的再生能力，但慢性肝病可導致肝細胞功能的永久性喪失和纖維化組織替代，最終可能導致嚴重的結構性紊亂，稱為肝硬化，可發生營養不良、門靜脈高壓、胃腸道出血、腹水、肝腎綜合征和肝性腦病等多種并發癥。肝硬化的組織病理學特征包括彌漫性肝纖維化，伴有再生肝細胞結節形成。結締組織不斷沉積導致正常肝臟結構的破壞，竇周間隙內內皮細胞中細胞基質增加，在肝細胞和肝血竇之間擴散屏障增多，從而進一步增加了門靜脈血流阻力。有研究發現，在肝纖維化和肝硬化患者體內CTGF表達明顯升高，并與肝纖維化程度呈正相關[29]。肝星狀細胞的激活及表型改變被認為是肝纖維化進展中ECM的主要來源，在體外培養的肝星狀細胞中發現，CTGF信使RNA水平顯著增加，CTGF可能是刺激肝星狀細胞活化增殖的關鍵因子之一[30]。研究發現，通過抑制CTGF表達能阻斷TGF-β1/Smads、核因子κB、c-Jun氨基端激酶通路，進而阻斷肝纖維化的發生、發展[31-32]。目前肝纖維化治療中已經有CTGF靶向疫苗能夠抑制小鼠肝纖維化發展，未來CTGF可能成為抗肝纖維化治療的重要靶點[33]。

3.2腎纖維化 間質纖維化幾乎是所有腎臟疾病進展到終末期腎衰竭的共同病理途徑，腎小管上皮細胞向間充質細胞轉分化(即上皮-間充質轉化)是腎間質纖維化發生發展的核心環節。在許多腎臟疾病的活檢組織中發現CTGF表達明顯增加[34]。CTGF在腎小管上皮-間充質轉化中起關鍵調控作用，能直接誘導腎小管上皮細胞發生表型轉化，還能促進腎臟間質成纖維細胞轉化為成肌纖維細胞，與TGF-β1發揮協同作用，是慢性持續性纖維化所必需的[35]。CTGF作為連接細胞表面的銜接分子，被認為是ECM的主要蛋白質。CTGF還可上調整合素在細胞表面的表達并促進ECM的沉積[36]。在腎小球系膜細胞中，CTGF可誘導纖溶酶激活物抑制因子-1，肌動蛋白細胞骨架重排和金屬蛋白酶組織抑制因子1的產生，從而導致基質降解減少[37]。CTGF可促進腎間質成纖維細胞中Ⅰ型膠原蛋白、整合素和層粘連蛋白的轉錄，并最終增加ECM的合成。在培養的人近端小管上皮細胞中，CTGF反義寡核苷酸可顯著抑制纖溶酶激活物抑制因子-1的表達并增加纖溶酶原激活劑對ECM的降解，從而抑制ECM聚集。

3.3肺纖維化 目前離體實驗已證實在人肺成纖維細胞中有CTGF表達，其能夠促進肺成纖維細胞增殖、遷移、分化等，CTGF不僅是調節纖維化的關鍵因子還可能是組織纖維化的標志物[38]。有研究表明，CTGF能夠在肺成纖維細胞和Ⅱ型肺泡上皮細胞中通過自分泌或旁分泌方式產生，通過激活相關信號通路在調節膠原表達中起重要作用，CTGF還能通過上皮-間充質轉化過程促使成纖維化細胞發生表型轉化形成肌成纖維細胞，從而產生大量ECM參與肺纖維化[39]。研究證實，CTGF的表達在損傷發生數天后仍保持穩定上調狀態，說明CTGF可能自始至終參與肺纖維化過程[40]。特發性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是一種病因不明的肺部進行性纖維化疾病。肺功能喪失只能通過肺移植來治療，CTGF在纖維化中的關鍵作用為IPF的治療選擇提供了新的方向。雖然IPF的病因尚不完全清楚，但已知主要是肺泡上皮細胞的損傷觸發了纖維化機制，由于促纖維化和抗纖維化的不平衡導致過度的ECM沉積和肺纖維化[41]。在IPF患者中，CTGF在成纖維細胞、支氣管肺泡灌洗細胞、血漿和肺組織中表達增加[42-45]。抗CTGF單克隆抗體FG-3109/Pamrevlumab在治療IPF方面具有潛力，一項Ⅱ期試驗證實FG-3109/Pamrevlumab對IPF患者是安全且可良好耐受的[46]；一項雙盲安慰劑對照試驗顯示，與安慰劑組相比，接受FG-3109/Pamrevlumab治療的患者用力肺活量下降率顯著減小[47]。

3.4心肌纖維化 心肌重塑是指心肌組織結構改變，以心肌肥大和纖維化為主要特點。有研究顯示心肌梗死后TGF-β1和CTGF表達均增加，但不同時間和不同心臟部位表達存在差異，CTGF高峰出現的時間早于TGF-β1且存在時間長，故認為CTGF與損傷后成纖維化細胞增殖、ECM沉積有關，此外，心肌梗死發生后由于心室壁擴張和機械應力增加，也可導致成纖維細胞CTGF表達增加[48]。研究發現，心力衰竭患者心肌組織CTGF染色陽性的面積與心肌纖維化的程度有關，在有癥狀的慢性心力衰竭患者中血漿CTGF水平隨著心功能下降而升高，與紐約心臟病協會心功能分級呈正相關，還與血漿腦鈉肽、TGF-β1、基質金屬蛋白酶2等相關[49]，因而認為血漿CTGF水平可作為一個新的特異指標評價慢性心力衰竭患者的心臟功能。

3.5生殖器官纖維化 目前許多子宮疾病中也發現可能存在組織異常修復機制導致纖維化形成，有研究在子宮腺肌病小鼠模型中發現通過激活TGF-β1/Smads信號通路后可使上皮-間充質轉化相關蛋白表達明顯改變，Ⅰ型膠原蛋白明顯表達增強，膠原纖維增多，其中CTGF作為TGF-β1下游效應因子可能發揮一定作用[50-51]。有研究發現在子宮內膜異位癥中，激活Wnt/β聯蛋白通路可導致異位內膜及間質細胞纖維化指標(α-平滑肌肌動蛋白、Ⅰ型膠原蛋白、CTGF、纖連蛋白)表達明顯增高，膠原收縮能力明顯增加[52]。

在子宮內膜中也存在纖維化形成。一項研究通過細胞和動物實驗評估了纖維化標志物TGF-β、CTGF、Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白是否在子宮內膜粘連中異常表達，結果發現，與正常子宮內膜組織相比，子宮內膜組織中纖維化標志物的表達水平較高[53]。有學者發現，CTGF和TGF-β1在粘連的子宮內膜組織中表達明顯高于非宮腔粘連子宮內膜組織，且隨著宮腔粘連程度的增加而逐漸升高[54]。

卵巢纖維化的主要臨床表現為卵巢包膜增厚、間質纖維結締組織增多、卵泡減少或消失。目前認為多種卵巢疾病如卵巢子宮內膜異位囊腫、多囊卵巢綜合征、卵巢早衰與卵巢纖維化有關。研究證實，卵巢子宮內膜異位囊腫中異位內膜細胞中TGF-β1、CTGF、α-平滑肌肌動蛋白表達均增加，且與TGF-β1/Smad通路激活有關，導致異位病灶周圍卵巢纖維化，形成囊壁并與鄰近正常卵巢組織形成粘連[55]。在多囊卵巢綜合征動物模型中發現，卵巢組織及血清CTGF蛋白表達水平顯著高于對照組(注射用大豆油處理后的小鼠)，卵巢及子宮組織中CTGF的信使RNA和蛋白水平均高于對照組，表明CTGF參與多囊卵巢綜合征患者卵巢纖維化的發生[56]。

4 小 結

CTGF作為重要的促纖維化因子，在反復受損組織中刺激成纖維細胞增殖、促進細胞表型轉化并介導細胞黏附和遷移以及作為中心調節介質促進纖維化進展。在多種纖維化疾病中，CTGF與TGF-β1為主的多種細胞因子、表面蛋白和細胞協同作用參與器官纖維化的發生和進展，而且一定程度上能作為標志物反映器官纖維化程度。現階段，器官纖維化的具體機制仍不清楚，深入研究CTGF與纖維化疾病發生、發展的關系，進一步闡明CTGF的促纖維化機制，將有助于對各種纖維化疾病的早期診斷、預后評估以及抗纖維化靶向治療研究提供新的思路和方向。