TGFβ/ Smads信号通路与慢性肾脏疾病

【摘要】  在与慢性肾脏疾病(CKD)相关的众多影响细胞因子中，转化生长因子β1(TGFβ1)被认为是最重要的因子之一。它具有强大的促纤维化作用，能增加肾细胞外基质(ECM)的合成，抑制其分解，从而引发肾小球硬化。故TGFβ1及TGFβ1/Smad信号转导通路在慢性肾脏疾病的发生、发展过程中有着重要作用。本文主要对TGFβ1及TGFβ1/Smad信号转导通路与慢性肾脏疾病间的关系进行一定程度的探讨，对近年来的相关文献进行简要综述。

【关键词】  TGFβ1;Smad蛋白;慢性肾病

　慢性肾脏病(CKD)是严重危害人类健康和生命的常见病，发病率为7%～10%[1]左右，且起病较为隐匿，因此早期就诊率较低，不超过30%。而该病一旦进入终末期肾病(ESRD)阶段，患者的治疗费用(血液、腹膜透析，血液净化等)昂贵，严重并发症较多，死亡率也偏高[2]。据调查，我国CKD患者数量可能为1亿以上，每年因ESRD死亡的患者在40万左右。因此，CKD和各种慢性非传染病(心血管病、肿瘤、糖尿病、慢性阻塞性肺疾病等)一样，已经成为不可忽视的全球公共卫生问题[3]。转化生长因子β1(TGFβ1)是一个促纤维化因子，能增加细胞外基质(ECM)合成，抑制其降解，导致肾小球硬化，从而引起肾功能的逐步下降，最终发展成ESRD。

　　1 TGFβ及其受体

　　1.1 TGFβ TGFβ属于

　　一组调节细胞生长和分化的多肽。脊椎动物的TGFβ超家族至少包括5种同分异构体(TGFβ1-5)，TGFβ1-3主要见于哺乳动物，其中又以TGFβ1的研究最为广泛。TGFβ1 是一种同质二聚体,每条肽链由390个a.a的非活性前体编码而成的,该前体主要由一个较短的Ν端信号序列、一个较长的隐性相关肽(LAP) 和一个С端活性二聚体三部分组成,巨噬细胞、肌成纤维细胞和血小板合成的TGFβ1 主要是无活性的TGFβ1 ,可能需要经内皮细胞的纤维蛋白溶解作用，将其结构中的LAP 裂解，使其转为由二硫键相连的两条各含112 个相同a.a亚单位、分子量为25 KD的活性TGFβ1。活性TGFβ1与相应受体结合，发挥生理功能。对于肾脏来说，其主要的功能有:抑制免疫活性细胞的增殖,调节细胞的表型,抑制淋巴细胞的分化,抑制细胞因子产生,促进肾脏细胞外基质(ECM) 如胶原蛋白、纤粘连蛋白的表达和抑制其降解等[4]

　　1.2 TGFβ受体

　　TGFβR有I型、II型和Ⅲ型三种，均为胞膜蛋白。其中只有I、II型分子结构相似，分子量分别是55KD和75KD左右，是TGFβ信号通路所必需的，具有膜结合丝氨酸/苏氨酸活性。目前认为II型受体可直接结合配体，随后于I型受体结合，并使上述丝氨酸/苏氨酸结构域磷酸化，从而传递信号。III型受体亦称β聚糖，分子量在300KD左右，主要是传递TGFβ至信号受体激酶亚单位，增强细胞对TGFβ的敏感性[5]。

　　2 Smad分子

　　Smad分子是介导TGFβ信号转导的蛋白，按照相应的结构特点可以分为3类，均属于Smad信号蛋白家族，但作用有所不同。(1)膜受体激活型Smad(R-Smad)，主要包括Smadl、Smad2、Smad3、Smad5、Smad8和果蝇Mad等。它的C端的SSXS特异序列能被I型受体磷酸化(3个丝氨酸中有2个被磷酸化)。(2)通用型Smad(CO-Smad)，它能与磷酸化的R-Smad结合形成复合体，从而进入细胞核，调控基因表达。CO-Smad主要包括脊椎动物Smad4和果蝇Medea等。(3)抑制型(I-Smad)，是由TGFβ家族成员诱导的，能够竞争性地与TGFβ信号受体结合，从而对Smad介导的信号转导起反馈调节的作用。I-Smad主要包括Smad6、Smad7和果蝇Dad等[6，7]。

　　3 TGFβ1/Smad信号通路的转导过程

　　TGFβ首先与II型受体结合，形成复合物，随后I型受体也与上述复合物中的TGFβ结合，并使其GS区域被II型受体磷酸化，活化的I型受体与下游底物相互作用，使得信号得以下传。Smad家族蛋白在TGFβ信号由细胞表面受体传入细胞核的过程中起到重要作用。活化的TGFβRI磷酸化激活R-Smad(Smad2/3)蛋白，吸引通用型Smad(Smad4)形成低聚体复合物，转移到细胞核内，调节转录活动，从而调节了细胞的增殖、分化、移行、凋亡。这一复合物又可引起Smad7蛋白启动子转录增加，表达上调，Smad7竞争性结合TGFβRI，反馈性抑制Smad2/3磷酸化，起到调节作用[8] 。

　　4 TGFβ/Smad信号通路与肾脏疾病

　　4.1 原发性肾小球肾炎

　　肾细胞外基质的沉积导致肾小球硬化，是多种肾脏病发展的最终结局。大量实验已证实，TGFβ1可以通过增加ECM蛋白合成，减少ECM降解，增强细胞表面ECM受体-整合素的表达，提高细胞与基质间的黏附力以及自我诱生等四个方面的作用，强烈刺激ECM的合成与沉积[9]。Xiao-Zhao Li[10]等研究表明，Arkadia(一种E3泛素化连接酶类药物)可以通过调节Smads蛋白的降解来增加TGFβ/Smad信号通路，对IgA肾病的发病有促进作用。何朝生、史伟[11,12]等研究TGFβ及Smad7对原发性肾小球肾炎的影响，发现在人活检肾小球疾病各组的肾小球内，TGFβ及Smad7的表达都明显高于对照组,并指出虽然Smad7的表达增强，但由于TGFβ对内源性Smad7的刺激不足以克服其对纤维的刺激，故不足以阻止肾小球硬化的发生。而Lan[13]等早已发现，转染了Smad7基因的模型大鼠肾脏能将该基因的表达提高5倍，从而抑制Smad2/3及ECM的表达，肾小管纤维化的水平也明显减轻，提示上调Smad7对于抑制TGF/Smad通路，防止肾小球硬化的作用。而张玉侠等[14]研究TGFβ及其Ⅰ、Ⅱ型受体与凝血纤溶因子关系发现，TGFβ1及TGFβRI、Ⅱ与凝血纤溶因子FRA、FN、PLG等的表达呈正相关，它们在肾组织中的共同表达及协同作用是导致肾小球硬化进行性发展的重要因素。

　　4.2 糖尿病肾病

　　糖尿病肾病(DN)是糖尿病主要的慢性并发症之一，也是继发性慢性肾脏疾病重要的一类。Hong等[15]研究发现，2型自发性糖尿病模型db/db小鼠与无糖尿病的db/dm小鼠比较，TGFβ1、TGFβRIImRNA和蛋白水平在肾小球及小管中表达明显增加，Smad3在核内的表达量也明显增高，可见糖尿病小鼠肾脏中的存在着TGFβ/Smads信号通路的激活。DN中，血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)与TGFβ密切相关。AngII高表达的同时，TGFβmRNA及纤维粘连蛋白的表达也随之增高。Weigert[16]等发现，AngⅡ可以通过增强TGFβ启动子的活性上调TGFβmRNA的表达。但Yuko Okazaki[17]等研究TGF/Smad信号通路与早期糖尿病肾病关系时发现，TGFβRI、Ⅱ及其mRNA的表达与AngII受体AT1a并无密切关系。同原发性肾小球肾炎类似，DN发病时，ECM中Smad7mRNA的表达上调，且呈现时间依赖性。高糖通过多种机制引起TGFβ表达的同时或稍后，Smad7的表达也增加，引起负反馈环路激活[18,19]。 此外，实验研究表明，糖尿病小鼠肾组织TGFβ/Smads信号通路的活化，可能通过诱导α-SMA的上调表达参与糖尿病肾病肾纤维化的过程[20]。

　　5 总结

　　TGFβ/Smads 信号转导通路与慢性肾脏疾病的发生发展有着密切关系，TGFβ家族较为较为复杂，功能多样，是组织损伤、修复的必要成分，同时又促使ECM沉积，导致肾脏纤维化，肾小球硬化。通过对TGFβ/Smad信号通路的研究，有助于对慢性肾脏疾病的治疗途径及相关用药进行探索。

【参考文献】
  　1 Zoccli C. Traditional and emerging cardiovascular and renal risk factors：An epidemiologic perspective. Kidney Int, 2006, 70: 26-33.

　　2 张晓光，汪年松，薛勤,等.慢性肾脏病进展危险因素的探讨，临床肾脏病杂志，2009，9(9)：406-408.

　　3 郑法雷.慢性肾脏病的危险因素与防治对策，临床肾脏病杂志，2009，9(4)：185-187.

　　4 沈莲莉，邓跃毅.转化生长因子-β1 与IgA 肾病，中国中西医结合肾病杂志，2006,7(3)：180-181.

　　5 秦晓华，涂卫平.TGF-β/Smad信号通路与肾脏疾病.江西医学院学报，2005，45(6)：191-193.

　　6 姜云志，沈以红，代方银. Smad介导TGF-β信号转导.蚕学通讯，2008,28(3)：20-25.

　　7 王凯旋，洪小苏.转化生长因子-β与Smad7在肾脏疾病中的作用.国外医学·内科学分册，2004,31(12)：535-537.

　　8 肖炜，马云，魏连波，TGFβ/Smad信号通路与糖尿病肾病.国外医学·泌尿系统分册，2005，25(5)：676-679.

　　9 俞娅芬，董吉祥.TGF-β1在慢性肾脏病中的作用.国外医学·泌尿系统分册，2005，25(1)：132-134.

　　10 Xiao-Zhao Li, Jun-Tao Feng, Cheng-Ping Hu, et al. Does Arkadia contribute to TGF-b1-induced IgA expression through up-regulation of Smad signaling in IgA nephropathy, Int Urol Nephrol,2009,41:973-976.

　　11 何朝生，史伟，刘双信，等.转化生长因子β及Smad7在原发性肾小球疾病中的作用.中华肾脏病杂志，2006，22(12)：774-776.

　　12 史伟，何朝生，刘双信，等.转化生长因子β及Smads信号通路在肾小球硬化作用机制中的研究.中华肾脏病杂志，2005，21(5)：270-273.

　　13 Lan HY, Mu W, Tomita N, et al. Inhibition of renal fibrosis by gene transfer of inducible Smad7 using ultrasoundmicrobubble system in rat UUO model. J Am Soc Nephrol, 2003,14: 1126-1128.

　　14 张玉侠，戚其学，周希静，等.转化生长因子β及其Ⅰ、Ⅱ型受体与凝血纤溶因子的相关研究及其促使肾小球硬化的机制探讨.中国血液流变学杂志，2004，14(2)：153-156.

　　15 Hong SW, Isono M, Chen S, et al. Increased glomerular and tubular expression of Transforming growth factor-β1,its type II recepter and activation of the Smad signaling pathway in the db/db mouse. Am J Pathol. 2001, 158(5):1653-1663.

　　16 Weigert C, Brodbeck K, Klopfer K, et al. Angiothensin II induces human TGF-beta1 promoter activation:similarity to hyperglycaemia, Diabetolodia, 2002, 45(6): 2137-2147.

　　17 Yuko Okazaki, Yasushi Yamasaki, Haruhito A, et al. Enhanced TGF-β/Smad signaling in the early stage of diabetic nephropathy is independent of the AT1a receptor, Clin Exp Nephrol, 2007, 11:77-87.

　　18 王迎昌，叶真.TGF-β/Smad信号与糖尿病肾病，云南中医药杂志，2008,29(9)：60-61.

　　19 Fuad N. Ziyadeh, Motohide Isono, Sheldon Chen. Involvement of the transforming growth factor-βsystem in the pathogenesis of diabetic nephropathy, Clin Exp Nephrol, 2002, 6:125-129.

　　20 祝胜郎，陈结慧，蒋莹，等.糖尿病肾组织TGF-β/Smads信号通路的活化和α-SMA上调表达.中国医药导报，2009，6(13)：16-18.