轉(zhuǎn)化生長因子β1與支氣管肺發(fā)育不良關(guān)系的研究進展

張娟麗 韓亞梅 王凡

支氣管肺發(fā)育不良（Bronchopulmonary dysplasia，BPD）是由于早產(chǎn)兒肺發(fā)育不成熟和出生前后自身或外界因素共同作用（如高氧、感染、機械通氣等）導(dǎo)致的肺和支氣管的異常發(fā)育。隨著新生兒醫(yī)學(xué)研究的深入以及圍產(chǎn)輔助生殖水平的提高，早產(chǎn)兒存活率明顯升高，尤其是超早產(chǎn)兒，故使得BPD的發(fā)病率增高。胎齡22～28周超早產(chǎn)兒近40%有發(fā)展為BPD的風(fēng)險，是死亡和長期呼吸、神經(jīng)發(fā)育殘疾的主要兒科就診原因[1]。臨床上引起B(yǎng)PD的病因較多，不同病因引起的BPD病理生理改變、臨床表現(xiàn)及預(yù)后不同[2]。新舊BPD的病理改變不同，舊BPD主要影響晚期早產(chǎn)兒，表現(xiàn)為肺泡結(jié)構(gòu)損傷、炎癥細(xì)胞浸潤、氣管平滑肌增生及間質(zhì)性改變引起的肺囊性病變及纖維化為主。而新BPD主要病理變化為肺發(fā)育不成熟，在外界因素的影響下，導(dǎo)致肺泡發(fā)育停滯、肺泡減少及簡單化、異常毛細(xì)胞血管發(fā)育和血管組織異常生長[3]。因BPD的發(fā)病機制目前仍不清楚，保護性治療措施在改善BPD中的臨床效果仍欠佳，故尋找參與BPD過程中的主要信號通路，為BPD提供靶向治療位點迫在眉睫。

1 轉(zhuǎn)化生長因子β1（TGF-β1）概述

TGF-β1是TGF-β超家族中的一員，在哺乳動物中僅存在3個亞型，分別是TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3，這3個亞型具有70%～82%的氨基酸同源性[4]。TGF-β1由人體中TGF-β基因編碼，位于染色體19q3[5]，通過二硫鍵將2條各含112個氨基酸的單鏈結(jié)合，是一種相對分子質(zhì)量為25 000的多肽，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化及遷移、凋亡、細(xì)胞外基質(zhì)合成和免疫抑制等多種生物學(xué)功能，主要在內(nèi)皮細(xì)胞、造血細(xì)胞和結(jié)締組織細(xì)胞中表達[6]。TGF-β1只有通過與相應(yīng)受體結(jié)合，才能發(fā)揮相關(guān)生物效應(yīng)，而與TGF-β1結(jié)合的受體有3種，分別是TGF-BRⅠ、TGF-BRⅡ及TGF-BRⅢ。而TGF-β的這3種亞型均與TGF-β2型受體作為同型二聚體結(jié)合，招募并激活TGF-β1型受體以啟動受體信號[7]。

2 TGF-β1與BPD

2.1 TGF-β1與血管形成大部分肺的發(fā)育發(fā)生在肺泡發(fā)育期，通過“二次間隔”使得厚壁囊狀氣道變?yōu)樾〉谋”诜闻荩蚊?xì)血管通過血管生成而擴張，增加肺的氣體交換面積。由于早產(chǎn)兒，特別是超早產(chǎn)兒和極早產(chǎn)兒的肺發(fā)育不成熟且抵抗力低，對氧氣依賴性高，同時大多數(shù)患兒需要不同程度的機械通氣等相關(guān)外界因素干擾，導(dǎo)致肺的發(fā)育受損，肺泡結(jié)構(gòu)簡單化及微血管受損，引起B(yǎng)PD[8，9]。肺血管生成是肺泡化的關(guān)鍵驅(qū)動因素，內(nèi)源性NF-κB活化具有促進早期肺泡的肺血管生成，但激活NF-κB的機制尚不清楚。現(xiàn)有研究表明，TGF-β1是肌成纖維細(xì)胞在早期肺泡化中高度表達的分泌蛋白，為一種發(fā)育調(diào)節(jié)蛋白，激活肺內(nèi)皮（PEC）中NF-κB，并通過整合素αvβ3增強NF-κB介導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞（EC）遷移，促進肺內(nèi)血管形成，而TGF-β1表達失調(diào)可能導(dǎo)致肺泡受損，分隔破壞及血管生長受損[10]。TGF-β1表達失調(diào)還可能導(dǎo)致在肺泡化受損的情況下，觀察到異常血管形成，說明TGF-β1是早期肺泡化過程中維持內(nèi)皮NF-κB活性的關(guān)鍵因素。而TGF-β1介導(dǎo)的NF-κB活化和PEC遷移取決于其結(jié)合整合素的能力。αvβ3在新生血管中高度表達，αvβ3的激活促進EC的遷移，阻斷αvβ3可阻礙胚胎中血管管腔形成和血管模式[11]。研究表明TGF-β1通過整合素αvβ3促進人臍帶ECs的黏附和遷移[12]。TGF-β1促進血管形成的下游機制是集落刺激因子3（Csf3），Csf3是一種NF-κB的靶基因，編碼G-CSF，可導(dǎo)致內(nèi)皮一氧化氮合酶（eNOS）的表達，以增加NO的產(chǎn)生，使eNOS缺失的小鼠肺毛細(xì)血管形成受損[13]。這是由于NO是血管生成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，也可維持血管的穩(wěn)態(tài)，eNOS表達減少可導(dǎo)致NO生成減少，臨床上利用iNO預(yù)防BPD的研究結(jié)果與其矛盾。在美國兒科學(xué)會一項單中心研究關(guān)于早產(chǎn)兒高劑量iNO（＞20ppm）治療使BPD的發(fā)生率略降低，但仍需進一步研究證明[14]，有研究表明iNO在BPD預(yù)防中沒有效果[15]，總之不支持利用iNO吸入預(yù)防BPD[16]。血管生成中斷是BPD的發(fā)病機制[17]。Yan等[18]研究發(fā)現(xiàn)TFG-β作為肺血管發(fā)育的調(diào)節(jié)因子，參與了BPD的形成。Goumans等[19]在體外實驗中發(fā)現(xiàn)TGF-β抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移，阻止血管形成，可能與TGF-β結(jié)合活化素受體樣激酶5（ALK5）使Smad2/3磷酸化有關(guān)，而與上述信號通路功能相反的是TGF-β與活化素受體樣激酶1（ALK1）使Smad1/5磷酸化[20]，仍需進一步實驗驗證其信號通路間的相關(guān)作用。

2.2 TGF-β1與肺的損傷、修復(fù)BPD病因復(fù)雜，遺傳和環(huán)境因素協(xié)同作用于早產(chǎn)兒未成熟肺，炎癥是導(dǎo)致BPD多因素起源的中心環(huán)節(jié)[21]。有研究表明新生兒呼吸窘迫綜合征患兒因肺部發(fā)育不成熟，長時間暴露于高壓和高氧等外界因素下導(dǎo)致支氣管及肺泡受損，使得Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞增殖、分化停滯，不能轉(zhuǎn)化為Ⅰ型肺泡上皮，各種炎癥因子及趨化因子導(dǎo)致肺部炎癥、氧化應(yīng)激和內(nèi)皮損傷，阻止肺的發(fā)育，肺組織結(jié)構(gòu)重建，組織纖維化，支氣管和毛細(xì)氣管及基底膜增厚，肺泡細(xì)胞凋亡、微血管受損，最終導(dǎo)致BPD形成[22]。肺部炎癥可引起機械通氣時間延長，進一步加重肺的損傷，形成惡性循環(huán)[23]。故目前認(rèn)為肺發(fā)育不成熟、急性期損傷及損傷后異常修復(fù)是BPD發(fā)病的主要環(huán)節(jié)，而肺損傷和修復(fù)過程涉及EMC成分的變化和細(xì)胞生長、分化等。

2.2.1 TGF-β1與細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）人類妊娠后期是胎兒肺泡發(fā)育的關(guān)鍵時刻，在多種因素如早產(chǎn)、感染、高氧、機械通氣的影響下會使肺泡化和微血管發(fā)育過程異常，可導(dǎo)致肺泡數(shù)量減少，肺泡壁增厚，最終形成BPD[24]。ECM是構(gòu)成肺泡隔的主要成分，其含有具有連接及支持組織結(jié)構(gòu)的彈性蛋白、膠原蛋白等物質(zhì)，正常情況下，各部分合成及降解之間保持平衡。ECM蛋白沉積增加可干擾正常的器官功能及損害組織結(jié)構(gòu)。BPD中肺泡發(fā)育異常以及肺泡隔增厚都與ECM異常有關(guān)。TGF-β1一方面是ECM沉積的有效驅(qū)動因素，與ECM具有強親和力，在損傷部位形成促纖維因子池[25]。另一方面TGF-β1可以調(diào)節(jié)細(xì)胞對某些機制代謝酶，如機制金屬蛋白酶（MMP）的分泌來影響ECM的組成[26]。TGF-β1過度表達可激活肺原位成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，引起膠原蛋白（I型、Ⅲ型）、纖連蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)相關(guān)蛋白過度積累，損傷肺泡結(jié)構(gòu)導(dǎo)致肺纖維化[27，28]。膠原蛋白I主要定位于支氣管、肺泡間隔和血管，在BPD患者中過度表達，導(dǎo)致BPD進展過程中肺泡間隔失效[29]。有研究表明，機械通氣可誘導(dǎo)肺組織TGF-β1生成，啟動有氧酵解，進一步促進肺纖維化[30]。TGF-β1與TGF-β1受體Ⅱ結(jié)合，引起磷酸化TGF-β1受體I激酶，進而激活Smad2/3通道，形成Smad2/3/4三聚體復(fù)合物進入細(xì)胞核，激活誘導(dǎo)細(xì)胞分化的轉(zhuǎn)錄因子P300及CPB。在高氧作用下，小鼠膠原蛋白與彈性蛋白比率較常氧組增加了3倍，與TGF-β信號刺激肺成纖維細(xì)胞有關(guān)[31]。具體的信號通路需進一步研究。朱富等[32]在體外試驗中研究發(fā)現(xiàn)利用艾拉莫德一方面抑制TGF-β1誘導(dǎo)的膠原蛋白mRNA的合成及纖連蛋白的表達，另一方面可以通過抑制TGF-β1誘導(dǎo)的smad2/3通道而達到抑制細(xì)胞分化，抑制肺纖維化，故通過抑制TGF-β/Smad途徑達到治療BPD有望實現(xiàn)。

2.2.2 TGF-β1與上皮細(xì)胞的增殖、凋亡 反復(fù)的肺泡上皮細(xì)胞損傷是引起肺纖維化過程中異常修復(fù)的始動因素[33]。研究表明，BPD的病理變化與吸入氧濃度（60%）有關(guān)，主要表現(xiàn)為肺泡數(shù)量減少、間隔增厚及血管發(fā)育遲緩，而炎性滲出及肺纖維化較輕，但若吸入80%左右氧濃度時，其主要變化以炎癥細(xì)胞浸潤、滲出及肺纖維化為主[34]，引起這一病理變化的機制尚不明確。白瓊等[35]發(fā)現(xiàn)利用活化素受體樣激酶5抑制劑SB43154阻斷TGF-β1/Smad途徑，可使肺纖維化程度減輕，肺泡上皮細(xì)胞及支氣管黏膜上皮細(xì)胞凋亡指數(shù)下降。說明肺纖維化過程中，有細(xì)胞凋亡的參與，而其可能的信號通路之一是TGF-β1/Smad。有報道TGF-β通過Smad3通路使得細(xì)胞內(nèi)死亡相關(guān)蛋白激酶的表達上調(diào)，其與TGF-BRⅡ結(jié)合，激活了JNK/MAPK通路，誘導(dǎo)Fas受體相關(guān)蛋白TIEG和Daxx的表達，引起細(xì)胞凋亡[36]。有研究通過剔除小鼠細(xì)胞TGF-BRⅡ基因，減輕了肺泡上皮細(xì)胞的炎癥和細(xì)胞的凋亡[37]，但仍需多中心大樣本研究進一步證實。最近發(fā)現(xiàn)BPD小鼠的超氧化物歧化酶（SOD）活性隨著丙二醛（MDA）水平的提高而降低，孟魯司特作為一種有效的半胱氨酸白三烯（cysLT）受體拮抗劑可以降低炎癥因子TNF-α、IL-6、IL-1b表達及增強SOD活性，降低MDA表達，使得炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激對肺的損傷減輕[38]。通過增加SOD活性可以治療BPD患者的肺損傷[39]。Kim等[40]經(jīng)過多中心前瞻性隨機研究發(fā)現(xiàn)孟魯司特?zé)o預(yù)防BPD的作用，有待于進一步實驗研究證明。TGF-β已證實在高氧引起的慢性肺疾病（CLD）新生大鼠肺組織中周期蛋白依賴性激酶-2（CDK-2）表達增加，而細(xì)胞周期蛋白依賴激酶抑制因子（P27）降低，且隨著用氧時間的延長，CDK-2的表達呈上升趨勢，而P27的表達呈下降趨勢[41]。說明細(xì)胞周期蛋白的異常表達引起了肺成纖維細(xì)胞的增殖。甚至有研究表明TGF-β1通過下調(diào)P27及上調(diào)CDK2促進細(xì)胞進入分裂周期，刺激肺成纖維細(xì)胞的增殖，引起B(yǎng)PD的形成[42]，故提示CKD2及P27可能為治療BPD的靶點。TGF-β1誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生活性氧（ROS），ROS是體內(nèi)細(xì)胞在氧化系統(tǒng)中產(chǎn)生的一類衍生物，包括氧自由基、過氧化物及激發(fā)態(tài)氧。正常情況下ROS水平較低，低水平ROS對機體有保護作用，參與機體的修復(fù)、免疫及凋亡。ROS生成增多，可直接引起組織損傷，同時ROS作為TGF-β1的第二信使，進一步調(diào)節(jié)TGF-β1激活的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑如JIK、P38等[43，44]。硫氧環(huán)蛋白過氧化物酶-2（Peroxiredoxin-2，Prx-2）是一種新型過氧化物酶，通過降低ROS水平調(diào)控細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，從而影響細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移、蛋白合成及凋亡等生物學(xué)行為[44]。Prx-2過表達可能通過抑制ROS和JNK、P38通路激活，抑制TGF-β1促成纖維細(xì)胞增殖和膠原合成的作用，從而抑制纖維化[45]。

2.2.3 TGF-β1與上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）在胚胎發(fā)育和組織重塑中發(fā)揮重要作用[46]。在正常肺情況下，肺泡Ⅱ型細(xì)胞可分化成肺泡Ⅰ型細(xì)胞，促進肺泡的形成。王思思等[47]通過新生大鼠持續(xù)吸入高濃度氧氣制備的BPD模型中發(fā)現(xiàn)高氧可引起Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞（AEC1）上AQP5蛋白表達下降，且隨著吸氧時間的延長AQP5持續(xù)下降，同時也可以導(dǎo)致Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞（AEC2）上SP-C蛋白表達下降，說明在高氧的刺激下，肺泡上皮細(xì)胞增殖及分化受到抑制，導(dǎo)致肺泡化功能障礙。楊海萍等[46]研究發(fā)現(xiàn)在BPD模型肺組織中，增殖的Ⅱ型肺泡細(xì)胞可能更多的發(fā)生了EMT，因為代表間充質(zhì)細(xì)胞生物標(biāo)記物N鈣黏蛋白（N-cad）、α平滑肌肌動蛋白（α-SMA）均增高，影響了AEC2向AEC1的分化，進而影響肺泡的發(fā)育，但其分子機制不明確。有研究表明TGF-β是EMT的中樞誘導(dǎo)劑，通過下調(diào)上皮標(biāo)記物E-鈣黏蛋白（E-cad）的表達和上調(diào)間充質(zhì)標(biāo)志物N-鈣粘蛋白表達，而TNF樣弱細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)劑（TWEAK）與TGF-β起協(xié)同作用，發(fā)揮著修復(fù)重塑作用[48]。目前研究中發(fā)現(xiàn)在人肺上皮細(xì)胞中TGF-β誘導(dǎo)的EMT中需要轉(zhuǎn)錄因子YY1過表達，YY1的敲低消除了TGF-β的EMT和促纖維誘導(dǎo)，同時發(fā)現(xiàn)NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可能在調(diào)節(jié)TGF-β/YY1過程中起著重要作用，但調(diào)控機制仍需進一步探索[49]。目前研究證明YY1是TGF-β誘導(dǎo)肺上皮細(xì)胞EMT和促纖維化的關(guān)鍵介質(zhì)，為單獨靶向抑制YY1或與TGF-β或NF-κB抑制劑聯(lián)合治療肺纖維化提供了依據(jù)。有學(xué)者在高氧誘導(dǎo)的大鼠BPD模型中發(fā)現(xiàn)應(yīng)用孟魯司特可使TGF-β1/Smads信號通路失活，下調(diào)TGF-β1的表達水平，抑制上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，減輕肺纖維化，改善BPD[50]。TGF-β1可通過激活Smad2引起肺泡上皮細(xì)胞在體外和體內(nèi)進行EMT[49]。最新研究表明通過沉默的長鏈非編碼 RNA（lncRNA）X非活性特異性轉(zhuǎn)錄本（Xist）競爭性結(jié)合miR-1013p以抑制高遷移率族蛋白B3（HMGB3）并下調(diào)TGF-β1/Smad3軸，減輕BPD肺損傷[51]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)沉默的Xist抑制TGF-β調(diào)節(jié)的EMT和NSCLC細(xì)胞的生長[52]。這一發(fā)現(xiàn)為BPD的預(yù)防和治療提供新線索。

3 小結(jié)

結(jié)合目前研究可以發(fā)現(xiàn)，TGF-β1在早期促進遠(yuǎn)端肺發(fā)育過程中對肺泡化及肺血管形成至關(guān)重要，充分說明TGF-β1的正確數(shù)量和正確位置都是支持血管生長所必需的，但在肺損傷修復(fù)過程中過度的表達，導(dǎo)致肺纖維化，引起B(yǎng)PD的發(fā)生，進一步說明了TGF-β1在肺發(fā)育和損傷過程中的雙重作用。雖然臨床上有針對特發(fā)性肺間質(zhì)纖維化的藥物是通過抑制TGF-β而抑制ECM的沉積，抑制肌成纖維細(xì)胞生成達到治療效果，但由于TGF-β1作用于機體的信號通路復(fù)雜，同時由于新生兒群體的特殊性，使得TGF-β1在BPD研究較局限，仍需進一步研究TGF-β1各信號通路之間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，選擇針對性干預(yù)措施，其有望成為預(yù)防和治療BPD的新靶點。