TGF-β/Smad信號通路在肝硬化中的作用及其機制的研究進展

黃娜 周喜漢

[摘要]?肝硬化是一種或多種原因引起的慢性肝病發展到肝細胞彌漫性變性壞死、纖維組織增生和肝細胞結節狀再生的病理階段。肝纖維化是肝硬化的必然歷經階段和重要步驟，通過破壞正常的肝臟組織和細胞功能進而導致肝硬化。轉化生長因子-β（transforming?growth?factor?beta，TGF-β）是一種分泌性多肽信號分子，具有調節細胞生長和分化、修復損傷組織、調節免疫功能等作用，可影響肝纖維化、肝硬化的生物學過程。而TGF-β/果蠅母本抗生存因子蛋白（small?mother?against?decapentaplegic，Smad）信號通路在肝硬化的發生、發展及靶向治療中尤為關鍵。探討TGF-β/Smad信號通路在肝硬化中的作用及其機制的研究進展對預防、治療肝硬化具有重要現實意義。本文對TGF-β/Smad信號通路在肝硬化中的作用及其機制的研究進展作一綜述。

[關鍵詞]?TGF-β/Smad信號通路；肝硬化；發生發展；靶向治療；機制

[中圖分類號]?R34；R575????[文獻標識碼]?A ????[DOI]?10.3969/j.issn.1673-9701.2024.03.027

肝硬化是一種或多種原因引起的各種慢性肝病進展至肝細胞彌漫性變性壞死、纖維組織增生和肝細胞結節狀再生的病理階段。肝硬化是消化系統的主要疾病，可引起消化道出血、肝性腦病、肝腎綜合征等并發癥，導致患者生活質量受損，嚴重威脅患者的生命安全。據統計，現全世界肝硬化的發病率較前有所升高[1-3]。目前肝硬化臨床上常用藥物作用靶點單一，且某些藥物的作用機制和有效成分尚不明確，產生較多不良反應并缺乏統一的診療標準。目前最佳的治療方法是肝移植，但其臨床應用受供體稀缺和免疫排斥反應的限制。因此，迫切需要有效的治療策略來阻礙甚至逆轉肝硬化。肝硬化涉及大量信號轉導通路，其中轉化生長因子-β（transforming?growth?factor?beta，TGF-β）/果蠅母本抗生存因子蛋白（small?mother?against?decapentaplegic，Smad）信號通路在肝硬化發生、發展和靶向治療中尤為重要，且成為近年的研究熱點。因此，研究其相關作用及機制對預防、治療肝硬化具有重要現實意義。

1??肝硬化的發生、發展

肝纖維化是肝硬化的必然歷經階段和重要步驟，通過破壞正常的肝臟組織和細胞功能進而導致肝硬化。肝星狀細胞（hepatic?stellate?cell，HSC）的激活是引起肝臟纖維化的觸發機制和重要靶點，且是膠原蛋白沉積（特別是Ⅰ型）的重要因素[4-5]。被激活的HSC使正常細胞外基質（extracellular?matrix，ECM）不能充分裂解而堆積，進而纖維化瘢痕組織堆積、血管變形及肝實質和非肝實質細胞釋放和分泌細胞因子[6]。肌成纖維細胞（myofibroblast，MFB）在匯合區增生，增生的膠原纖維連接成間隔將肝小葉分隔成許多假小葉，破壞肝內網狀纖維骨架；在肝內形成結節，導致肝小葉結構改變和血液循環途徑改建引起肝纖維化。肝纖維化對肝臟的正常結構和細胞功能造成破壞，如果長時間的肝纖維化得不到有效治療，就會發展成肝硬化甚至是肝癌，嚴重威脅患者的生命[7]。

2??TGF-β/Smad信號通路在肝硬化發生、發展中的作用及其機制的研究進展

2.1??肝硬化中TGF-β/Smad信號通路組成及信號傳導

2.1.1??TGF-β??TGF-β是一種分泌性多肽信號分子，有TGF-β1～TGF-β5?5個亞型，主要是由肝細胞、HSC、內皮細胞等細胞分泌。人體內僅有TGF-β1～TGF-β3亞型，其中以TGF-β1最為關鍵。TGF-β家族有33個成員，包括TGF-β、激活素、抑制素和骨形態發生蛋白等。TGF-β具有調節細胞生長、胚胎分化發育、修復損傷組織、調節免疫功能、維持成人體內平衡、血管生成、腫瘤發生及發展等作用，可影響肝纖維化、肝硬化有關的生物學過程。但TGF-β在肝纖維化、肝硬化中的作用較復雜，有時甚至是矛盾的，根據疾病的階段表現出抑制或促進作用。在病理條件下，過度表達的TGF-β可導致上皮間質轉化（epithelial-?mesenchymal?transition，EMT）、ECM沉積[8]。Gressner等[9]發現TGF-β1是一種最強的促進肝纖維化的細胞因子，也是目前研究最多的細胞因子。受損肝細胞分泌的TGF-β1能活化HSC，促使其向MFB轉變。

2.1.2??TGF-β受體??TGF-β受體分為Ⅰ型受體（typeⅠTGF-β?receptor，TβR-Ⅰ）、Ⅱ型受體（type?Ⅱ?TGF-β?receptor，TβR-Ⅱ）、Ⅲ型受體（type?Ⅲ?TGF-β?receptor，TβR-Ⅲ）。Smad是TGF-β下游的一種激活的Ⅰ型受體磷酸酯胞質蛋白質，由Smad1～Smad8組成，為TGF-β的作用底物，介導TGF-β信號由細胞膜傳導至細胞核內。Smad一般可分成3種：受體型Smad（R-Smad）、抑制性Smad（I-Smad）和通用型?Smad（CO-Smad）。R-Smad分為Smad1、Smad2、Smad3、Smad5、Smad8，I-Smad包含Smad6、Smad7，CO-Smad僅包含Smad4。通常情況下，這3類分子的表達都是被精確調控的，它們相互協作，共同完成信號的傳遞過程。R-Smad、I-Smad可和co-Smad競爭性結合。R-Smad通過其C末端磷酸化激活后即為pSmad2和pSmad3，并與Smad4形成復合物，后者易位到細胞核中調節基因表達。大部分TGF-β轉錄是通過Smad3、Smad4促纖維化來實現的。Smad3對于誘導HSC激活和促纖維化至關重要。肝細胞中Smad3依賴性TGF-β信號的激活也被證明有助于纖維化的發展。與Smad3相比，Smad2無DNA結合能力。Smad6、Smad7可視為有拮抗纖維化、負反饋作用。Smad7可與TGF-Ⅰ結合阻止Smad2和Smad3的磷酸化，阻止信號后續傳導。

2.1.3??TGF-β/Smad信號通路??TGF-β通路是一個非常重要的信號傳遞途徑，它由受體介導轉錄因子活化從而實現信號從細胞膜到細胞核的傳遞。TGF-β通路包含Smad介導的TGF-β/Smad典型通路及非Smad介導的非典型通路[10]。TGF-β超家族、TGF-β超家族受體、Smad蛋白家族組成TGF-β/Smad信號通路，是TGF-β的重要通路。非典型通路包括絲裂原活化蛋白激酶?（mitogen-activated?protein?kinase，MAPK）等途徑。TGF-β/Smad信號通路存在基礎與激活狀態。在激活狀態中，絲氨酸/蘇氨酸受體Ⅱ在細胞表面結合TGF-β配體，激活TβR-Ⅰ磷酸化，進而使R-Smad活化并與co-Smad結合成復合物；復合物結合細胞核核中DNA的特定受體，調節基因轉錄，完成信號傳遞。肝組織受損害或刺激后，TGF-β與HSC表面的高親合性TβR結合，使Smad磷酸化，抑制性的Smad表達水平降低；并將信號導入細胞內，啟動HSC的活化并促進ECM的產生。通過阻礙TGF-β/Smad信號通路有效改善肝纖維化、肝硬化。

2.2??TGF-β/Smad信號通路在肝硬化中的生物學效應

TGF-β/Smad信號通路具有調節細胞生長和分化的作用，可影響纖維化和腫瘤微環境中存在的其他細胞類型，如上皮細胞、內皮細胞或巨噬細胞[11]。該通路被認為是驅動HSC活化的關鍵通路并誘導ECM的生成，是ECM重塑的主要調節劑。在各種原因導致的慢性肝損傷的過程中，Kupffer細胞釋放各種激活HSC的炎癥細胞因子[如血小板衍生生長因子（platelet?derived?growth?factor，PDGF）、TGF-β]，導致HSC轉分化為MFB[12]。Kupffer細胞還通過釋放趨化因子配體2、趨化因子配體5刺激骨髓來源的免疫細胞流入肝臟，在肝臟中發育成Ly-6C（+）巨噬細胞，促進炎癥、血管生成和纖維化，推動纖維化發展。炎性細胞因子誘導HSC加速從靜止型激活向增殖、遷移和纖維化表型（MFB）的轉化，調節基因的表達；導致大量ECM的產生、沉積及α-平滑肌肌動蛋白的表達，產生基質金屬蛋白酶的組織抑制劑，干擾、下調基質金屬蛋白酶（matrix?metalloproteinase，MMP），以防止MMP對ECM的降解并維持ECM的完整性；從而引起纖維瘢痕的增生、肝纖維化，最終引起肝硬化[13-14]。TGF-β是刺激HSC轉分化和EMT信號的主要細胞因子。TGF-β/Smad信號通路可通過上調纖維連接蛋白、膠原蛋白、整合素和基底膜蛋白等表達促進HSC增殖活化、促進ECM的產生并抑制ECM的降解；同時可作用于β-連環蛋白等其他因子，從而加速肝硬化的進程[15-16]。眾所周知，肝硬化經積極的干預及治療是可逆的，通過調節TGF-β/Smad信號通路可阻礙、延緩甚至逆轉肝硬化的發展。

TGF-β/Smad信號通路還可與一種或多種細胞內外信號通路發生相互作用、廣泛串聯，因此具有復雜性。近年來，隨著對肝硬化發生、發展機理的進一步探討，越來越多的證據顯示，TGF-β/Smad信號通路調節涉及多種通路，如MAPK通路、Hedgehog/Gli通路、整合素（integrin）通路、Hippo/Yes相關蛋白（Yes-associated?protein，YAP）通路、蛋白激酶B（protein?kinase?B，PKB）通路、胞外信號調節激酶（extracellular?regulated?protein?kinases，ERK）通路等。其中，Hedgehog/Gli通路中活化的Gli可激活TGF-β/Smad信號途徑，從而促進HSC活化、促進肝硬化；Integrin通路可增強細胞黏附、傳導信號并調控TGF-β的釋放和激活，通過阻礙Integrin通路可抑制TGF-β激活、HSC活化及肝硬化。Lee等[17]通過小鼠實驗也發現甘草素可通過Hippo/YAP通路抑制TGF-β1/Smad信號通路和肝纖維化。

3??TGF-β/Smad信號通路在肝硬化靶向治療中的作用及其機制的研究進展

TGF-β/Smad信號通路是一個非常重要的信號通路，其具有調控多種細胞功能和增殖、分化等作用。因此，利用TGF-β/Smad信號通路中的TGF-β、Smad及所涉及干細胞基因的任一環節的調控均可作為肝硬化在臨床應用中的靶向療法。目前已提出大量基于靶向TGF-β/Smad信號通路的肝硬化治療策略。

3.1??通過TGF-β調控TGF-β/Smad信號通路治療肝硬化

目前最流行、研究較多的肝硬化治療策略有TGF-β靶向藥物（抗TGF-β抗體即腺病毒組成的反義mRNA、TβR-Ⅰ抑制劑和TβR-Ⅱ抑制劑、重組蛋白）與其他抗原[程序性細胞死亡配體1、M7824、SHR-1701、JS201、TST005和COX-2（STP705）][18]。以上藥物及抗原均可通過調控TGF-β阻礙TGF-β/?Smad信號通路，進而抑制肝纖維化。其中，抗TGF-β方法在肝硬化疾病療效的臨床數據僅限于早期試驗，且有部分結果相互矛盾。

有研究表明，Galunisertib是一種TβR-Ⅰ的小分子選擇性抑制劑，與索拉非尼聯合使用可延長肝硬化患者總生存期。另有研究表明梔子苷、酸漿苦味素D、羥硝酮、益生菌、左旋四氫巴馬汀、芒果苷、阿魏酸、溫郁金、茵陳蒿湯等物質均可通過阻礙TGF-β誘導的TGF-β/Smad信號相關蛋白的表達從而抑制肝纖維化[19-22]。Xiao等[23]在小鼠實驗中發現苦杏仁可抑制TGF-β誘導的TGF-β/Smad信號通路，從而阻止HSC活化和肝竇內皮細胞去分化、促進血管生成、抑制肝纖維化。

3.2??通過Smad調控TGF-β/Smad信號通路治療肝硬化

通過調整TGF-β/Smad通路中Smad的表達可治療肝硬化。如Smad2、Smad3對TGF-β/Smad信號通路有促進作用，通過阻止Smad2及基因敲除Smad3可抑制肝纖維化[24]。Smad6、Smad7對TGF-β/Smad信號通路有抑制作用。目前發現苦參堿、檸檬苦素、吡喹酮、F-box蛋白31（FBXO31）等物質可通過上調Smad7的表達抑制肝纖維化，而基因敲除Smad7等可提高膠原蛋白的表達、促進肝纖維化[25-27]。

3.3??通過干細胞基因調控TGF-β/Smad信號通路治療肝硬化

近年來，國內外學者對TGF-β/Smad信號通路相關的干細胞生物學技術及基因修飾進行了新的研究。他們采用多種實驗技術探索干細胞在TGF-β/Smad通路中的作用及其與基因表達的關系，及如何通過干細胞生物學技術及基因修飾來影響肝纖維化[28-32]。

毛囊間充質干細胞（hair?follicle?mesenchymal?stem?cells，HF-MSCs）是一類具有分化潛能的多潛能干細胞。利用生物信息學工具對HF-MSCs進行基因修飾的技術廣泛應用于皮膚傷口愈合和整形手術，且有望用于再生醫學[28-29]。HF-MSCs因其增殖和多向分化能力使之在肝硬化的治療中有著較好的前景。目前發現HF-MSCs可通過阻斷TGF-β/Smad信號通路、抑制HSC病理活化，從而發揮抗肝硬化作用，其分泌蛋白對TGF-β/Smad信號通路有著相同的作用，為臨床上HF-MSCs用于肝硬化的臨床應用奠定基礎[30]。除HF-MSCs技術外，人胎盤間充質干細胞技術也可用于阻止TGF-β/Smad信號通路。人胎盤間充質干細胞技術主要是通過降低Smad2的磷酸化，從而抑制活化的HSC，進而抑制肝硬化[31]。此外，某些藥物可與間充質干細胞協同作用，如辛伐他汀與骨髓間充質干細胞聯合，通過抑制TGF-β/Smad信號通路對肝纖維化發揮強大的保護作用[32]。

然而，目前基于TGF-β/Smad信號通路的肝硬化治療藥物和策略大多還處于動物和臨床試驗階段，尚無明確療效，且有較多不良反應，難以得到大范圍推廣使用。因此，未來需要開展更深入的研究和探索。

4??結論與展望

近年來，TGF-β/Smad信號通路在肝硬化中的作用及其機制的研究進展成為研究熱點之一。國內外學者已從多個角度進行了大量的研究，取得了較好的進展，為臨床工作奠定了堅實的理論依據。盡管目前TGF-β/Smad信號通路在肝硬化中的作用及其機制方面已經取得了一定的認識，但很多作用及機制尚不明確，且許多相關藥物仍處在動物實驗或臨床試驗階段。這些問題是目前臨床醫師需要迫切解決的難題，有待進一步研究和探討。因此，未來需進一步研究和探討上述內容，明確TGF-β/Smad信號通路在肝硬化中的作用及其機制，并提出基于此通路的高效、理想的靶向治療藥物與策略，并將其轉化為臨床療效。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

[參考文獻]

[1] GINES?P，?KRAG?A，?ABRALDES?J?G，?et?al.?Liver?cirrhosis[J].?Lancet，?2021，?398（10308）：?1359–1376.

[2] 楊明，?黃緣，?魏來.?肝硬化終末期患者的治療和管理[J].?臨床肝膽病雜志，?2021，?37（1）：?31–35.

[3] LIU?Y?B，?;CHEN?M?K.?Epidemiology?of?liver?cirrhosis?and?associated?complications：?Current?knowledge?and?future?directions[J].?World?J?Gastroenterol，?2022，?28（41）：?5910–5930.

[4] LI?H，?LAN?J，?HAN?C，?et?al.?Brg1?promotes?liver?fibrosis?via?activation?of?hepatic?stellate?cells[J].?Exp?Cell?Res，?2018，?364（2）：?191–197.

[5] DAWOOD?R?M，?EL-MEGUID?M?A，?SALUM?G?M，?et?al.?Key?players?of?hepatic?fibrosis[J].?J?Interferon?Cytokine?Res，?2020，?40（10）：?472–489.

[6] 徐小元，?丁惠國，?李文剛，?等.?肝硬化診治指南[J].?實用肝臟病雜志，?2019，?22（6）：?770–786.

[7] MOON?A?M，?SINGAL?A?G，?TAPPER?E?B.?Contemporary?epidemiology?of?chronic?liver?disease?and?cirrhosis[J].?Clin?Gastroenterol?Hepatol，?2020，?18（12）：?2650–2666.

[8] PENG?D，?FU?M，?WANG?M，?et?al.?Targeting?TGF-beta?signal?transduction?for?fibrosis?and?cancer?therapy[J].?Mol?Cancer，?2022，?21（1）：?104.

[9] GRESSNER?A?M，?WEISKIRCHEN?R，?BREITKOPF?K，?et?al.?Roles?of?TGF-beta?in?hepatic?fibrosis[J].?Front?Biosci，?2002，?7：?793–807.

[10] 范美玲，?應苗法，?趙蕊，?等.?TGF-β信號通路在纖維化疾病中的作用研究進展[J].?解放軍醫學雜志，?2020，?45（11）：?1171–1177.

[11] YANG?R，?GAO?N，?CHANG?Q，?et?al.?The?role?of?IDO，?IL-10，?and?TGF-beta?in?the?HCV-associated?chronic?hepatitis，?liver?cirrhosis，and?hepatocellular?carcinoma[J].?J?Med?Virol，?2019，?91（2）：?265–271.

[12] YIN?F，?WANG?W?Y，?JIANG?W?H.?Human?umbilical?cord?mesenchymal?stem?cells?ameliorate?liver?fibrosis?in?vitro?and?in?vivo：?From?biological?characteristics?to?therapeutic?mechanisms[J].?World?J?Stem?Cells，?2019，?11（8）：?548–564.

[13] SU?D?N，?WU?S?P，?XU?S?Z.?Mesenchymal?stem?cell-based?Smad7?gene?therapy?for?experimental?liver?cirrhosis[J].?Stem?Cell?Res?Ther，?2020，?11（1）：?395.

[14] HALDAR?D，?HENDERSON?N?C，?HIRSCHFIELD?G，?et?al.?Mesenchymal?stromal?cells?and?liver?fibrosis：?A?complicated?relationship[J].?FASEB?J，?2016，?30（12）：?3905–3928.

[15] 于洋，?史嘉翊，?黃珍，?等.?肝纖維化中TGF-β/Smad信號通路研究進展[J].?牡丹江醫學院學報，?2019，?40（5）：?121–123.

[16] SU?J，?MORGANI?S?M，?DAVID?C?J，?et?al.?TGF-beta?orchestrates?fibrogenic?and?developmental?EMTs?via?the?RAS?effector?RREB1[J].?Nature，?2020，?577（7791）：?566–571.

[17] LEE?E?H，?PARK?K?I，?KIM?K?Y，?et?al.?Liquiritigenin?inhibits?hepatic?fibrogenesis?and?TGF-beta1/Smad?with?Hippo/YAP?signal[J].?Phytomedicine，?2019，?62：?152780.

[18] 韓道寧，?蘇秀蘭.?TGF-β/Smad信號通路在肝纖維化中的研究進展[J].?生物醫學轉化，?2021，?2（3）：?49–56.

[19] YU?Q，?CHENG?P，?WU?J，?et?al.?PPARgamma/NF-kappaB?and?TGF-beta1/Smad?pathway?are?involved?in?the?anti-fibrotic?effects?of?levo-tetrahydropalmatine?on?liver?fibrosis[J].?J?Cell?Mol?Med，?2021，?25（3）：?1645–1660.

[20] CAI?F?F，?WU?R，?SONG?Y?N，?et?al.?Yinchenhao?decoction?alleviates?liver?fibrosis?by?regulating?bile?acid?metabolism?and?TGF-beta/Smad/ERK?signalling?pathway[J].?Sci?Rep，?2018，?8（1）：?15367.

[21] ZHOU?L?H，?CHEN?X.?Geniposide?inhibits?hepatic?fibrosis?and?hepatic?stellate?cell?activation??through?blocking?the?TGF-beta1/Smad?signaling?pathway[J].?Sheng?Li?Xue?Bao，?2022，?74（2）：?217–224.

[22] ZHAO?Z，?DONG?H，?LI?B，?et?al.?Hydroxynitone?suppresses?hepatic?stellate?cell?activation?by?inhibiting?TGF-beta1?phosphorylation?to?alleviate?CCl（4）-induced?liver?fibrosis?in?rats[J].?Nan?Fang?Yi?Ke?Da?Xue?Xue?Bao，?2022，?42（10）：?1511–1516.

[23] XIAO?Z，?JI?Q，?FU?Y?D，?et?al.?Amygdalin?ameliorates?liver?fibrosis?through?inhibiting?activation?of?TGF-beta/?Smad?signaling[J].?Chin?J?Integr?Med，?2023，?29（4）：?316–324.

[24] Du?C，?TIAN?Y，?DUAN?W，?et?al.?Curcumin?Enhances?the?radiosensitivity?of?human?urethral?scar?fibroblasts?by?apoptosis，?cell?cycle?arrest?and?downregulation?of?Smad4?via?autophagy[J].?Radiat?Res，?2021，?195（5）：?452–462.

[25] YANG?Y，?SUN?M，?LI?W，?et?al.?Rebalancing?TGF-beta/?Smad7?signaling?via?compound?kushen?injection?in?hepatic?stellate?cells?protects?against?liver?fibrosis?and?hepatocarcinogenesis[J].?Clin?Transl?Med，?2021，?11（7）：?e410.

[26] LIU?J，?KONG?D，?QIU?J，?et?al.?Praziquantel?ameliorates?CCl（4）?-induced?liver?fibrosis?in?mice?by?inhibiting?TGF-beta/Smad?signalling?via?up-regulating?Smad7?in?hepatic?stellate?cells[J].?Br?J?Pharmacol，?2019，?176（24）：?4666–4680.

[27] HE?H，?DAI?J，?FENG?J，?et?al.?FBXO31?modulates?activation?of?hepatic?stellate?cells?and?liver?fibrogenesis?by?promoting?ubiquitination?of?Smad7[J].?J?Cell?Biochem，?2020，?121（8）：?3711–3719.

[28] LI?J，?LI?Z，?WANG?S，?et?al.?Exosomes?from?human?adipose-derived?mesenchymal?stem?cells?inhibit?production?of??extracellular?matrix?in?keloid?fibroblasts?via?downregulating?transforming?growth?factor-beta2?and?Notch-1?expression[J].?Bioengineered，?2022，?13（4）：?8515–8525.

[29] LIU?Q，?LV?C，?HUANG?Q，?et?al.?ECM1?modified?HF-MSCs?targeting?HSC?attenuate?liver?cirrhosis?by?inhibiting?the?TGF-beta/Smad?signaling?pathway[J].?Cell?Death?Discov，?2022，?8（1）：?51.

[30] YAO?X，?WANG?J，?ZHU?J，?et?al.?The?anti-fibrotic?effect?of?human?fetal?skin-derived?stem?cell?secretome?on?the?liver?fibrosis[J].?Stem?Cell?Res?Ther，?2020，?11（1）：?379.

[31] YAO?Y，?XIA?Z，?CHENG?F，?et?al.?Human?placental?mesenchymal?stem?cells?ameliorate?liver?fibrosis?in?mice?by?upregulation?of?Caveolin1?in?hepatic?stellate?cells[J].?Stem?Cell?Res?Ther，?2021，?12（1）：?294.

[32] JANG?Y?O，?KIM?S?H，?CHO?M?Y，?et?al.?Synergistic?effects?of?simvastatinand?bone?marrow-derived?mesenchymal?stem?cells?on?hepatic?fibrosis[J].?Biochem?Biophys?Res?Commun，?2018，?497（1）：?264–271.

（收稿日期：2023–07–23）

（修回日期：2024–01–08）