TGF-β/Smad信號(hào)通路與急性主動(dòng)脈夾層發(fā)生發(fā)展的研究進(jìn)展

買(mǎi)吐地·買(mǎi)吐遜，馬翔

新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院，烏魯木齊830054

急性主動(dòng)脈夾層(AAD)是指主動(dòng)脈內(nèi)膜在各種原因作用下突然撕裂，血液在血流壓力作用下通過(guò)內(nèi)膜破裂口迅速流入主動(dòng)脈壁中層，并沿主動(dòng)脈長(zhǎng)軸縱向使中膜與內(nèi)膜分離，使其逐漸形成真、假兩腔的一類(lèi)兇險(xiǎn)心血管疾病。AAD發(fā)病突然，病情進(jìn)展迅速，并發(fā)癥多，遠(yuǎn)期預(yù)后差，病死率較高，嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康，已成為嚴(yán)峻的全球性公共衛(wèi)生問(wèn)題[1]。隨著醫(yī)學(xué)研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)活性增高的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)/Smad信號(hào)傳導(dǎo)通路可引起主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞表型異常轉(zhuǎn)換、血管壁炎癥反應(yīng)，加劇細(xì)胞外基質(zhì)( ECM)的代謝失調(diào)，已成為醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)。現(xiàn)就TGF-β/Smad信號(hào)通路在AAD發(fā)生發(fā)展中的作用綜述如下。

1 TGF-β及Smad蛋白的生理特點(diǎn)

1.1 TGF-β TGF-β超家族屬于細(xì)胞外多肽的多功能細(xì)胞因子，主要包括TGF-β、骨形成蛋白、生長(zhǎng)分化因子、抗繆勒式管激素及激活素等。TGF-β主要參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、遷移、凋亡及ECM合成與降解過(guò)程。TGF-β有高度同源的TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3三種亞類(lèi)型，它們以相似的方式共享受體復(fù)合物和信號(hào)傳導(dǎo)，其表達(dá)水平根據(jù)組織類(lèi)型而不同，并且發(fā)揮的功能也不同。在人類(lèi)中已鑒定出7種TGF-β1型受體和5種TGF-β2型受體，TGF-β主要通過(guò)結(jié)構(gòu)相關(guān)的1型和2型兩類(lèi)特異性受體激活Smad依賴(lài)性信號(hào)傳導(dǎo)通路，使下游Smad2/3蛋白磷酸化，進(jìn)而募集Smad4形成Smad2/3-Smad4復(fù)合物，最終該復(fù)合物易位至細(xì)胞核發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用，調(diào)控TGF-β基因的轉(zhuǎn)錄，影響細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育、增殖和凋亡等過(guò)程[2]。

1.2 Smads蛋白 Smads蛋白是TGF-β信號(hào)通路的下游信號(hào)因子，TGF-β通過(guò)其特異性受體激活Smad蛋白復(fù)合物來(lái)發(fā)揮其信號(hào)傳導(dǎo)功能。Smads蛋白參與調(diào)節(jié)TGF-β信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)持續(xù)時(shí)間及信號(hào)特異性，并在TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)通路中發(fā)揮重要的作用。Smads有受體激活型Smads(R-Smads，如Smad2和Smad3)、通用型Smads(Co-Smads，如Smad4)、抑制性Smads(I-Smads，如Smad6和Smad7)等三種主要亞分型。其中Smad6和Smad7是該信號(hào)傳導(dǎo)途徑的負(fù)調(diào)節(jié)因子，主要通過(guò)干擾R-Smads和Co-Smad介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)啟動(dòng)泛素化作用，使Smads受體復(fù)合物和TGF-β受體發(fā)生降解，從而發(fā)揮負(fù)調(diào)控作用，抑制TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)[3，4]。TGF-β信號(hào)通過(guò)受體介導(dǎo)的Smad轉(zhuǎn)錄因子的激活來(lái)調(diào)節(jié)靶基因表達(dá)。TGF-β通過(guò)其特異性TGF-β1型受體和TGF-β2型受體發(fā)出信號(hào)使Smad2/3磷酸化，Smad2/3一旦被TGF-β受體激活，磷酸化的Smad2/3與Smad4結(jié)合形成復(fù)合物轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核激活并調(diào)控TGF-β目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄，且該復(fù)合物作為轉(zhuǎn)錄因子增強(qiáng)膠原蛋白、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)的轉(zhuǎn)錄活性[5]。

1.3 TGF-β/Smad信號(hào)通路相關(guān)基因突變 TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)在多種器官(包括脈管系統(tǒng))的發(fā)育及維持正常功能中發(fā)揮重要的作用。TGF-β超家族的許多配體的異常表達(dá)、活性及功能的缺陷與人類(lèi)多種疾病發(fā)生密切相關(guān)，如在惡性腫瘤、炎癥性疾病、組織纖維化、自身免疫性疾病及心腦血管等疾病中TGF-β信號(hào)通常長(zhǎng)期過(guò)表達(dá)，TGF-β活性增高，信號(hào)傳導(dǎo)出現(xiàn)功能擾亂，從而促使上述疾病惡化[6，7]。TGF-β信號(hào)通路相關(guān)基因的突變可誘發(fā)胸主動(dòng)脈瘤或胸主動(dòng)脈夾層及遺傳性結(jié)締組織疾病，如馬凡綜合征(MFS)、Loeys-Dietz綜合征(LDS)；胸主動(dòng)脈瘤和胸主動(dòng)脈夾層不僅是MFS和LDS最嚴(yán)重的血管并發(fā)癥，而且是其主要死亡原因。TGF-β1型受體和TGF-β2型受體基因錯(cuò)義突變引起主動(dòng)脈血管中層彌漫性退行性改變，彈性纖維斷裂和糖胺聚糖沉積，磷酸化Smad2活性增加，從而導(dǎo)致TGF-β信號(hào)活性上調(diào)，最終誘發(fā)LDS[8]。原纖維蛋白-1(FBN1)是一種編碼ECM微纖維主要成分的基因，F(xiàn)BN1錯(cuò)義突變可導(dǎo)致MFS。FBN1可通過(guò)接受病理生理刺激從ECM中釋放潛在的TGF-β來(lái)調(diào)節(jié)TGF-β的生物利用度，F(xiàn)BN1基因的缺失導(dǎo)致TGF-β功能異常，使TGF-β活性增高，引起TGF-β信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)的過(guò)度活化，導(dǎo)致主動(dòng)脈平滑肌彈力纖維變薄、斷裂，最終引起AAD或升主動(dòng)脈瘤，這個(gè)過(guò)程被認(rèn)為是MFS引發(fā)胸主動(dòng)脈瘤或夾層的主要發(fā)病機(jī)制[9，10]。Smad3蛋白突變可導(dǎo)致動(dòng)脈瘤-骨關(guān)節(jié)炎綜合征(AOS)，這是一種常染色體顯性疾病，主要的臨床特征為動(dòng)脈迂曲、動(dòng)脈瘤、主動(dòng)脈夾層、顱面畸形和早發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎，值得一提的是AOS患者由于主動(dòng)脈夾層導(dǎo)致的早期猝死發(fā)生率很高[11]。

2 TGF-β/Smad信號(hào)通路與AAD發(fā)生發(fā)展的關(guān)系

研究表明，活性增高的TGF-β/Smad信號(hào)通路會(huì)引起主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)表型轉(zhuǎn)換異常、miRNA的活性改變、ECM的合成與降解失去平衡、核因子-κB (NF-κB)誘導(dǎo)MMPs和相關(guān)炎癥因子分泌增多等因素與AAD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[12]。

2.1 TGF-β/Smad信號(hào)通路引起主動(dòng)脈VSMC表型轉(zhuǎn)換 主動(dòng)脈壁由內(nèi)膜、中膜和外膜共三層組成，VSMC是主動(dòng)脈中膜的主要成份，不僅能保持血管壁的結(jié)構(gòu)完整性，而且在維持血管張力、調(diào)節(jié)血管直徑、血壓的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用[13]。VSMC對(duì)生長(zhǎng)因子、促分裂原、炎癥介質(zhì)、機(jī)械損傷及缺氧等環(huán)境刺激非常敏感，并且在這些刺激的作用下其功能、形態(tài)和表型可發(fā)生快速變化，收縮功能相關(guān)蛋白如平滑肌肌球蛋白、鈣調(diào)蛋白、α-SMA、SM22α等合成減少，VSMC失去正常的收縮功能，從而開(kāi)始增殖和遷移，合成型標(biāo)志物如骨橋蛋白、上皮調(diào)節(jié)蛋白、原肌球蛋白-4等合成增多，VSMC由收縮表型向合成表型轉(zhuǎn)換，這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為表型轉(zhuǎn)換[14]。生理狀態(tài)下主動(dòng)脈VSMC以收縮表型存在，其分化程度較高，而增殖、遷移能力較弱，合成ECM成份，如膠原蛋白，彈性蛋白和蛋白多糖的能力有限。合成型VSMC分化程度較低，增殖、遷移能力較強(qiáng)，其合成細(xì)胞外基質(zhì)成分的能力很強(qiáng)，并且在維持正常主動(dòng)脈壁的完整性，順應(yīng)性方面起重要作用，具有較強(qiáng)的抗機(jī)械力，有利于對(duì)抗血管張力，維持血管壁彈性[13，15]。

正常情況下VSMC維持其靜止分化狀態(tài)發(fā)揮收縮功能，并可根據(jù)局部環(huán)境的變化出現(xiàn)可逆的表型轉(zhuǎn)換，在病理狀態(tài)下VSMC表型轉(zhuǎn)換異常，由收縮表型向合成表型轉(zhuǎn)換，誘發(fā)主動(dòng)脈瘤和夾層[16]。主動(dòng)脈壁對(duì)血壓的耐受性基于VSMC的收縮能力，而其收縮能力主要取決于收縮表型相關(guān)蛋白的功能。研究表明，α-肌動(dòng)蛋白、β-肌球蛋白重鏈分別是肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白的重要組成部分，而平滑肌的收縮是在肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白交聯(lián)前提下產(chǎn)生，因此ACTA2基因編碼的平滑肌特異性α-肌動(dòng)蛋白(α-SMA)和Myh11基因編碼的β-肌球蛋白重鏈(MHC )發(fā)生突變可導(dǎo)致磷酸化的Smad2及TGFβ信號(hào)傳導(dǎo)活性增強(qiáng)，蛋白多糖聚集，彈性纖維碎裂和VSMC數(shù)量減少，導(dǎo)致VSMC功能異常、主動(dòng)脈中膜退行性改變，最終誘發(fā)動(dòng)脈瘤或主動(dòng)脈夾層等血管病變[17，18]。

研究表明，在血管損傷等病理?xiàng)l件下TGF-β/Smad信號(hào)通路活性異常增高， ECM合成與降解失衡，VSMC出現(xiàn)表型轉(zhuǎn)換異常，主動(dòng)脈中膜囊性壞死，血管壁彈性纖維及膠原纖維斷裂，從而使血管壁變薄，最終導(dǎo)致AAD的發(fā)生[19，20]。臨床研究發(fā)現(xiàn)，主動(dòng)脈根部和降主動(dòng)脈中的VSMC對(duì)TGF-β 信號(hào)調(diào)節(jié)更敏感，導(dǎo)致AAD 的發(fā)生，特別是主動(dòng)脈根部和降主動(dòng)脈處夾層的發(fā)生率更高[19，21]，提示TGF-β/Smad信號(hào)調(diào)節(jié)VSMC表型轉(zhuǎn)換是AAD發(fā)生的重要病理基礎(chǔ)。

Smad3是TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)途徑中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，血管損傷后Smad3蛋白功能上調(diào)，誘導(dǎo)VSMC增殖、MMPs的轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)及病理性功能失調(diào)，功能失調(diào)的MMPs導(dǎo)致ECM過(guò)度降解，從而引起主動(dòng)脈血管壁機(jī)械強(qiáng)度下降、完整性喪失及主動(dòng)脈擴(kuò)張，最終誘發(fā)AAD或動(dòng)脈瘤破裂[22]。van de Laar等[11]研究發(fā)現(xiàn)，AAD患者VSMC中膜磷酸化的Smad2信號(hào)活性增高，而在正常對(duì)照組VSMC中膜磷酸化的Smad2表現(xiàn)出弱信號(hào)，這種結(jié)果提示磷酸化Smad2促進(jìn)AAD的發(fā)生發(fā)展。Smad4是TGF-β/ Smad信號(hào)傳導(dǎo)通路的中樞介質(zhì)，Smad4蛋白表達(dá)的增加可促進(jìn)蛋白聚糖降解、主動(dòng)脈VSMC凋亡，從而增加胸主動(dòng)脈瘤及AAD發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[23]。

2.2 miR-143/145基因簇影響VSMC表型轉(zhuǎn)換 微小RNA(miRNA)是一類(lèi)保守的單鏈非編碼RNA，通過(guò)誘導(dǎo)靶miRNA的降解或阻斷翻譯來(lái)調(diào)控細(xì)胞增殖，遷移及細(xì)胞凋亡等多種生物過(guò)程。研究表明，miRNA是VSMC發(fā)育、分化及維持正常收縮功能的重要調(diào)節(jié)因子，不同種類(lèi)的miRNA通過(guò)影響不同靶基因調(diào)控VSMC的表型轉(zhuǎn)化[24]。miR-143/145是決定VSMC表型轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，其啟動(dòng)子含有Smad反應(yīng)元件。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，敲除小鼠miR-143/145基因后顯著影響了VSMC的收縮表型。miR-143/145基因簇在主動(dòng)脈VSMC中高表達(dá)，響應(yīng)TGF-β信號(hào)直接激活調(diào)節(jié)VSMC的分化，其基因簇的表達(dá)下調(diào)影響主動(dòng)脈VSMC中TGF-β1信號(hào)通路蛋白的表達(dá)，并促進(jìn)VSMC由收縮表型向合成型表型轉(zhuǎn)換，誘發(fā)AAD發(fā)生[20]。

2.3 TGF-β加劇ECM代謝失調(diào) VSMC和ECM之間的相互作用對(duì)于維持主動(dòng)脈壁正常的結(jié)構(gòu)和功能完整性至關(guān)重要。ECM主要由膠原纖維和彈性纖維組成，膠原纖維和彈性纖維是主動(dòng)脈維持機(jī)械性質(zhì)的主要因素。彈性纖維維持血管的收縮與擴(kuò)張功能，膠原纖維韌性大，抗拉力強(qiáng)，在維持血管張力方面起重要作用[25]。MMPs是一種以Ca2+、Zn2+等金屬離子作為輔助因子的蛋白酶類(lèi)，具有很強(qiáng)的水解ECM和膠原蛋白的能力，在主動(dòng)脈瘤、主動(dòng)脈夾層的發(fā)生過(guò)程中降解ECM[26]。MMPs還可以通過(guò)水解多種細(xì)胞因子和趨化因子來(lái)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，例如MMP9可以激活白介素-1，增加白介素-8的生物活性，并促進(jìn)白介素-13誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[27]。

TGF-β是VSMC分泌ECM組分的主要調(diào)節(jié)劑，可以調(diào)節(jié)ECM蛋白和MMPs的產(chǎn)生。正常情況下MMPs和MMPs組織抑制劑水平處于平衡狀態(tài)，這種平衡有助于維持ECM合成與降解的適當(dāng)速率及主動(dòng)脈的正常重塑。TGF-β1以時(shí)間和濃度依賴(lài)的方式誘導(dǎo)MMP9分泌，在TGF-β1刺激下VSMC表達(dá)的MMP9分泌顯著增加。這種平衡被破壞將加劇ECM蛋白的代謝失調(diào)，使ECM過(guò)度降解，從而導(dǎo)致彈性蛋白和膠原蛋白合成減少，主動(dòng)脈壁抗機(jī)械能力減弱，彈性纖維碎裂，誘發(fā)病理性主動(dòng)脈壁重塑，導(dǎo)致主動(dòng)脈壁正常結(jié)構(gòu)的破壞，引起AAD的發(fā)生[26]。

2.4 NF-κB/ TGF-β引起主動(dòng)脈壁炎癥反應(yīng) NF-κB是一種由NF-κB1、NF-κB2和NF-κB P65等組成的多功能蛋白家族，廣泛表達(dá)于內(nèi)皮細(xì)胞及VSMC。它是受各種應(yīng)激刺激調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，控制多種靶基因，不同的NF-κB具有不同的κB結(jié)合位點(diǎn)，因而在調(diào)控靶基因表達(dá)時(shí)具有不同的特異性，如細(xì)胞增殖與凋亡、免疫調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)、ECM代謝等[28]。C-反應(yīng)蛋白誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)過(guò)程中NF-κB和TGF-β1之間存在串?dāng)_, TGF-β通過(guò)與TGF-β1型受體結(jié)合激活NF-κB，反過(guò)來(lái)NF-κB提高TGF-β/ Smad信號(hào)強(qiáng)度并延長(zhǎng)TGF-β/ Smad信號(hào)的持續(xù)時(shí)間。C-反應(yīng)蛋白通過(guò)激活TLR4 /NF-κB/TGF-β1途徑，并誘導(dǎo)促炎因子白介素-6的分泌，促進(jìn)大鼠血管平滑肌細(xì)胞的炎癥反應(yīng)[29]。研究表明，心血管疾病中炎癥細(xì)胞聚集和炎癥因子分泌增高會(huì)進(jìn)一步加劇炎癥反應(yīng)，使其上游的NF-κB 途徑被正反饋激活，促進(jìn)MMP-9 等內(nèi)源性蛋白酶的分泌增加，使ECM的合成與降解失衡，膠原纖維和彈力纖維降解增多[30]。NF-κB 通路活化，誘導(dǎo)TGF-β及MMPs表達(dá)，促使VSMC表型轉(zhuǎn)換，VSMC開(kāi)始增殖和遷移，血管壁彈性、抗機(jī)械力、順應(yīng)性下降，促使主動(dòng)脈VSMC收縮功能不全、主動(dòng)脈壁退行性變誘發(fā)AAD的發(fā)生[30]。

3 小結(jié)

綜上所述， AAD是一種非常危險(xiǎn)的心血管疾病，隨著人們生活水平的提高，高血壓發(fā)病率逐年升高，AAD發(fā)病趨于年輕化，發(fā)病率逐年升高，給臨床工作者帶來(lái)的挑戰(zhàn)及給患者及社會(huì)帶來(lái)的危害越來(lái)越大。AAD的發(fā)病與多種機(jī)制密切相關(guān)，是多種復(fù)雜因素共同作用的結(jié)果。經(jīng)過(guò)多年的研究人們已探究出AAD發(fā)病的部分原因，但對(duì)于引起AAD的分子學(xué)、細(xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)的許多未知的機(jī)制仍需要探索。迄今為止還未發(fā)現(xiàn)特異度及敏感度均高的AAD早期診斷生物標(biāo)志物，也沒(méi)有特定的藥物來(lái)延遲或逆轉(zhuǎn)主動(dòng)脈夾層發(fā)生，這成為醫(yī)學(xué)界亟待解決的難題。目前，活性增高的TGF-β/Smad信號(hào)通路在AAD發(fā)展、發(fā)生中作用機(jī)制研究已成為主動(dòng)脈疾病領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。明確AAD確切的發(fā)病機(jī)制，早期診斷、早期治療AAD，從而避免漏診、誤診，對(duì)降低AAD病死率、改善遠(yuǎn)期預(yù)后有重要意義。