点击显示 收起
【摘要】 转化生长因子-β（TGF-β）是一种多功能的细胞因子，它通过受体信号传导刺激多种细胞因子的合成和分泌，参与调节细胞的增殖和分化等多种生物学效应。它有多个亚型，TGF-β1是TGF-β家族研究最热的成员，与心血管疾病的发生关系密切。本文就TGF-β与高血压心肌肥厚关系做一综述。
【关键词】 转化生长因子-β;高血压;心肌肥厚
心肌肥厚是心脏对于增加的负荷如高血压、瓣膜工作紊乱等的适应过程，且成为心血管疾病发生发展过程中重要危险因子及共有的病理过程。其机制认为，由于心脏压力容量负荷过重，一方面刺激细胞生长，另一方面刺激心肌产生分泌因子调节负荷过重引起的适应性反应。这些分泌因子包括血管紧张素Ⅱ（AngⅡ） 、内皮素（ET）、儿茶酚胺、胰岛素样因子-1(IGF-1)、转化生长因子-β、白介素-1(IL-1)等，他们作为胞外刺激信号诱导了核内基因表达的改变［1］，从而导致心肌细胞肥大。 TGF-β是体内普遍存在的生长因子，早期研究认为与心肌细胞外基质形成密切相关。但随着认识的深入,发现了TGF-β与高血压心肌细胞肥大关系也密切，在高血压心肌肥大时可能发挥重要的调控作用［2］。
1 TGF-β及其受体
1.1 TGF-β TGF-β是由两个氨基酸多肽链单体组成的二聚体，属于TGF-β超家族［3］。TGF-β有6个亚单位 TGF-β1～6，哺乳动物中存在最多的是β1、β2、β3三种亚单位，体内许多正常或恶性组织及体外培养的细胞株都可检测到。其中 TGF-β1在体细胞中所占比例最高，活性最强，既可由心肌细胞产生，也可由非心肌细胞如内皮细胞、血管平滑肌细胞、外周血单核细胞等产生［4］ 。TGF-β1最初以无活性的前体蛋白形式出现，经酵解形成有活性 TGF-β1，广泛存在于正常组织细胞中。
1．2 TGF-β的受体 大多数细胞表面存在三种TGF-β受体蛋白。依据其电泳迁移率，分别命名为TGF-βRI， TGF-βRⅡ， TGF-βRⅢ［5］。Ⅲ型受体是跨膜的蛋白多糖，不能介导TGF-β的生物活性，与TGF-β的储存有关。Ⅱ型是跨膜的丝氨酸/苏氨酸激酶，TGF-βRⅡ是调节信号转导的受体。Ⅰ型也是跨膜蛋白的激酶，与Ⅱ型受体相结合产生一系列的激酶反应而完成TGF-β的生物活性。
2 TGF-β的生物学效应
TGF-β这种具有激素样活性的多肽，参与调节广泛的生物学过程，包括细胞增殖、凋亡、分化、细胞外基质产生及降解等，在免疫反应、血管发生、伤口愈合、骨形成等过程中具有重要作用。
首先 ，TGF-β刺激细胞外基质（ECM）的产生，并抑制其降解，促进ECM的沉积，可导致心肌组织纤维化及多种器官组织纤维化疾病。其次，TGF-β对各种类型软组织损伤的修复有促进作用，通过作用于造血细胞和破骨细胞系统，影响了骨和软骨代谢，在骨吸收和骨形成动力学过程中维持平衡［6］。另外，TGF-β是一有效免疫调节剂，抑制大多数T细胞、B细胞系在体外的增殖与分化；拮抗IL-1β、TNF-α、IFN-γ等细胞因子的效应；抑制IL-1β和IL-2受体的表达，阻止巨噬细胞产生过氧化物、一氧化氮；抑制中性粒细胞和T细胞粘附于内皮细胞，从而限制了炎症细胞补充到损伤位。
3 TGF-β信号转导
随着分子生物学技术的发展和应用，TGF-β生物学作用的信号通路传导机制的研究有了很大进展，Smad家族的发现为TGF-β信号通路的认识和作用机制的阐明提供了重要的理论依据，同时研究发现TGF-β/Smad信号系统与酪蛋白激酶（CK2）、丝裂原激活蛋白激酶（MAPK）、3-磷脂酰肌醇（PI3K）等信号通路之间存在相互联系。
（1）依赖Smad的信号转导。Smads被证明在TGF-β超家族成员信号传导中能够发挥中心作用。目前发现哺乳动物Smads有8种，根据其结构和功能的不同分为3类：第一类为受体调节（R）-Smads，包括Smad1-3，Smad5、8；第二类为普通调节（Co）-Smads包括Smad4；第三类为抑制调节（I）-Smads包括Smad6、7。R-Smads分子C末端含有特征性的丝氨酸序列，该序列两个丝氨酸可被活化的Ⅰ型受体磷酸化，而Co-Smads和I-Smads无此序列，不能被Ⅰ型受体磷酸化。其中Smad2～4、Smad7参与TGF-β的信号传导，Smad6、7可与活化的TGF-β受体牢固结合，阻止R-Smads的磷酸化，从而对超家族信号传递起负调控作用［7］。在信号传导中， TGF-β首先与TGF-βRⅢ结合，后者将TGF-β分子转移给TGF-βRⅡ。TGF-β也可直接和TGF-βRⅡ结合。活化的TGF-βRⅡ会募集和结合TGF-βRⅠ，并使之磷酸化，从而激活 TGF-βRⅠ的蛋白激酶活化，这种磷酸化是细胞内信号转导的第一步。活化 TGF-βRⅠ分子使Smad2、Smad3磷酸化。然后与Smad4结合成Smad复合物，该复合物随即转移至核内，与各种转录因子相互作用，以调节相关基因的转录。而抑制性Smad6、Smad7则可抑制Smad2、Smad3的磷酸化，起负反馈调节作用。
（2）不依赖Smad的信号转导［8］。许多体外细胞模型证明TGF-β/Smad与CK2、MAPK、PI3K旁路也能参与TGF-β诱导的一系列反应，具体机制正在研究。2003年国外研究表明TGF-β1能使ERK MAPK活性增强，从而增强Smad活性致胶原的沉积［9］。2004年Runyan等［10］研究表明：在TGF-β1刺激系膜细胞Col-Ⅰ表达机制过程中，PI3K-PDK1-AKt通路起着重要作用，但其单独不能发挥作用，而是通过刺激Smad3丝氨酸残基的磷酸化致TGF-β1的纤维化作用，揭示Smad与PI3K通路之间的相互作用。IL-β1、TNF-α、LPS可通过NF-KB途径，IFN-γ可通过Jakl/Statl途径诱导Smad7表达的增加，进而抑制TGF-β的信号传导。随着这些作用机制的深入研究，对TGF-β的作用过程有了更明确的认识［11，12］。
4 TGF-β与高血压、心肌肥厚
4.1 TGF-β与高血压 Li等于1999年首次证明高血压患者血清TGF-β1浓度与血压水平呈正相关［13］ 。后来又有报道，原发性高血压病患者的血浆TGF-β1水平明显增高。Michael M. Hirschl博士及其同事对85例伴有或不伴有靶器官损伤的高血压患者及30例血压正常的志愿者测定了活性TGF-β1和总TGF-β1的血浆浓度。试验前病人没有接受治疗或治疗暂停2周。研究人员发现，原发性高血压患者的活性TGF-β1和总TGF-β1血浆浓度分别较血压正常者高出3.2倍(P<0.05)和7.5倍(P<0.01)，但是活性TGF-β1和总TGF-β1浓度均与收缩压或舒张压无关。该研究还显示，存在靶器官损伤的高血压病人的活性TGF-β1和总TGF-β1浓度接近于无靶器官损伤患者的两倍［14］ 。汪祥海等通过对120名轻中度原发性高血压患者进行检测，发现血清TGF-β1水平与原发性高血压靶器官损害的相关性可能独立于血压水平。
临床资料证实，TGF-β1与高血压患者心脏和肾脏等器官损害有关。TGF-β1导致高血压靶器官损害，首先是刺激血管平滑肌细胞中ET-1的mRNA表达，而ET-1是体内最强的血管收缩因子和血管平滑肌细胞有丝分裂原。其次TGF-β1还能刺激肾小球旁细胞释放肾素，而肾素使AngⅡ形成和血压升高。有研究证明：TGF-β1和肾素血管紧张素系统，在高血压发病和心、肾纤维化中存在相互调节作用 。TGF-β1能刺激肾小球旁细胞释放肾素,后者使AngⅡ形成增加和血压升高。Brand等报道：在腹主动脉狭窄高血压大鼠中，TGF-β1的基因表达在左室肥大中增加2倍，AngⅡ在调节TGF-β1基因表达中起到特殊作用。而AngⅡ受体Ⅰ型拮抗剂能抑制AngⅡ的上述作用,说明AngⅡ通过Ⅰ型受体调控TGF-β1 表达而诱导心肌肥厚及纤维化 。在TGF-β1转基因大鼠中，给予高水平的TGF-β1，结果发生肾纤维化并引起肾功能进一步下降，表明这种因子对肾损害有直接作用。最后，TGF-β1能直接刺激细胞外基质的合成并能抑制其降解，通过增加基质金属蛋白酶抑制剂（TIMPs）的合成，降低产生和分泌基质金属蛋白酶（MMPs），结果导致肾小球硬化和肾间质纤维化［15］ 。TGF-β1还通过刺激ECM合成并诱导血管平滑肌肥大，调节NADPH氧化酶4（Nox4）、活性氧核素（ROS）产生平滑肌α-肌动蛋白，使成纤维细胞增生和成纤维细胞向肌成纤维细胞转化，使受损的血管重塑，管腔狭窄，导致高血压等一系列血管病变［16］。有报道TGF-β1基因的多态性与中国人慢性阻塞性肺疾病有关，重要原因就是TGF-β1诱导成纤维细胞的转变，引起肺动脉高压，导致肺组织缺氧和血管重建［17］。
4.2 TGF-β与心肌肥厚 随着对TGF-β认识的深入,发现TGF-β与心肌细胞肥大有密切的关系。应用免疫荧光和原位杂交技术，发现在超高压负荷大鼠左心室的冰冻切片中，TGF-β1表达增加且染色从胞浆及肌纤维膜转移至胞核，TGF-β2表达无变化，TGF-β3在T管、胞浆、胞核中的表达显著下降。TGF-β1及TGF-β3的重新表达及TGF-β1、β2、β3在胞内不同分布，推测TGF-β1促进左室肥厚的发展，TGF-β3抑制左室肥厚［18］。大量动物模型和人手术后的病理标本检测结果提示：各种原因导致的心肌肥厚均同时伴随TGF-β1表达的上调。
Nobuyuki和他的同事证明：压力负荷过重诱导TGF-β1mRNA在心肌梗死时表达增加，但对非心肌梗死却没有影响。当今研究也表明，改变TGF-β1基因表达致高血压心肌肥厚与腹主动脉致左室肥厚是一致的。在高血压心肌TGF-β1基因表达的增加，表明TGF-β1在调节高血压心肌肥厚中的重要作用。为了更进一步证明：用［3H］-亮氨酸掺入方法显示心肌细胞蛋白合成功能，检测TGF-β1对培养新生大鼠心肌细胞［3H］-亮氨酸掺入量的影响，结果证明:TGF-β1能诱导剂量依赖增加的［3H］-亮氨酸结合于心肌细胞［19］。TGF-β1介导心肌细胞肥大的机制，是诱导了27KIP1基因的表达，后者再抑制细胞周期蛋白及周期依赖性激酶来调节细胞周期，使细胞不能从G1期进入S期、导致DNA增殖停止，而RNA细胞将合成却增加，表现为细胞增殖受抑制，但发生肥大。还有研究者证明：压力超负荷刺激心脏产生血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)，使TGF-β1在心肌细胞表达增加，一方面诱导c-fos、jun、ras等原癌基因表达，致心脏收缩蛋白表达；另一方面通过与膜受体结合，激活细胞生长信息传递的第二信使如蛋白激酶C、有丝分裂蛋白激酶，从而诱导RNA和蛋白质合成，导致心肌肥厚。
最近表明Smad家族信号转导蛋白参与其发生机制，根据Carl等［20］的研究，与TGF-β1刺激相关的smads信量蛋白有Smad2、3、4、7。在黄俊等的实验中证明，当细胞受到TGF-β1刺激时，细胞骨架改变，Smad2、3与β微管蛋白分离而与SARA蛋白结合，被呈递给TGF-β1受体复合物转导TGF-β1刺激信号。Smad7与2，3竞争结合已激活的激酶受体，干扰2，3磷酸化，抑制信号转导。罗惠兰等对心肌肥厚时转化生长因子-β1表达的意义及与细胞关系研究推测，TGF-β1致高血压心肌肥厚病理过程发生顺序是在压力或容量负荷心肌细胞内第二信号系统（CAMP-PKA系统），激活TGF-β1的表达，通过旁分泌途径，导致细胞内蛋白合成增加，细胞肥厚及心肌纤维化。
综上所述，TGF-β与高血压心肌肥厚的发生发展密切相关，临床上期望它能成为预测疾病严重性变化的指标。但通过用TGF-β拮抗剂或基因治疗拮抗TGF-β来治疗心血管疾病以及了解其具体机制及其他亚型的作用还未清楚，有待于今后深入研究。
【参考文献】
1 Allen D , Alda T, Ariel F , et al. Angiotensin receptor regulates cardiac hypertrophy and transforming growth factor -β1 exprssion . Hypertension , 1994 , 23(5) : 587-592.
2 Lijnen PJ , Petrov VV , Fagard RH. Association between transforming growth factor - beta and hypertension . Am J Hypertens , 2003, 16(7) : 604 - 611.
3 Atfisano L, Wrana JL. Signal transduction by theTGF-β superfamily. Science, 2002, 296 (5573): 1646-1647.
4 Crawford SE,Stellmach V,Murphy Ullrich JE,et al.Thrombospondin-1 is a major activator of TGF-beta 1 in vivo. Cell，1998,93(3):1159.
5 Massague J.TGF-β1signaling: Receptors transducers,and mad protein .Cell,1996,85:947-950.
6Katrien Janssens.Transforming growth factor-β1to the bone.Endocrine Reviews， 2005,26(6)：743-774.
7 Lan HY,Mu W ,Tomita N, et a1. Inhibition of renal fibrosisby gene transferofinducible Smad7 using ultrasound-microbubble systeminrat UUO mode1. Jam Soc Nephro1,2003, 14(6): 1535-1548.
8 Aristidis Moustakas Carl-Henrik Heldin Non-Smad TGF-β signals.Journal of Cell Science ,2005, 118: 3573-3584.
9 Hayashida T, Decaestecker M, Schnaper HW. Cross-talk between ERK MAP kinase and Smad signaling pathways enhances TGF-beta-dependent responses in human mesangial cells. FASEB J, 2003 ,17(11):1576-1578.
10 Runyan CE, Schnaper HW, Poncelet AC. The phosphatidylinositol 3-kinase/Akt pathway enhances Smad3-stimulated mesangial cell collagen I expression in response to transforming growth factor-beta1. J Biol Chem, 2004,23,279(4):2632-2639.
11 Zdunek M, Silbiger S, Lei J, et al. Protein kinase CK2 mediates TGF-beta1-stimulated type IV collagen gene transcription and its reversal by estradiol. Kidney Int, 2001,60(6):2097-2108.
12 Negulescu O, Bognar I, Lei J, et al. Estradiol reverses TGF-beta1-induced mesangial cell apoptosis by a casein kinase 2-dependent mechanism. Kidney Int, 2002,62(6):1989-1998.
13 Li JM, Brook G.Differential protein expression and subcellular distribution of TGF-beta1,beta2,beta3 in cardiomyocytes during pressure overload induced hypertrophy .J Moll Cell Cardiol,1997,229:2213-2224.
14 Am J Hypertens. TGF-β1 increased in hypertension.Hypertension Journal of AM,2002，15:207-211.
15 A new ATP-sensitive potassium channel opener protects the kidney from hypertensive damage in spontaneously hypertensive rats.J Pharmacol Exp Ther,2005,315(2):501-509.
16 Ioan Cucoranu, Roza Clempus. NAD(P)H Oxidase 4 mediates transforming growth factor-β1-induced differentiation of cardiac fibroblasts into myofibroblasts.Circulation Research,2005,10:1161.
17 Jiang Y,Dai A,Li Q,et al,hypoxia induces transforming growth factor-beta1 gene expression in pulmonary artery of rats via hypoxia-inducible factor-1 alpha .Acta Biochim biophys Sin(shanghai),2007，39(1)：73-80.
18 Li JM, Brook G. Differential protein expression and subcellular distribution of TGF-beta1,beta2,beta3 in cardiomyocytes during pressure overload induced hypertrophy .J Moll Cell Cardiol,1997,229:2213-2224.
19 Huangjun. Effects of transforming growth factor-β1 and signal protein Smad3 on rat cardiomyocyte hypertrophy.Chinese Medical Journal, 2004, 117(10):1471-1475.
20 Carl Henrik H, Kohei M, Peter T, et al. TGF2β signalling from cell membrane to nucleus through SMAD proteins. Nature, 1997, 390 (4) : 465-471.
作者单位：010059 内蒙古呼和浩特，内蒙古医学院生理学教研室（△通讯作者）