劉晨晨，王　　靚，施　　慧，余　　爽（安徽中醫(yī)藥大學，安徽 合肥　230038）

TGF-β1/Smad信號通路在心室重構中的調控機制研究進展

劉晨晨，王靚，施慧，余爽
（安徽中醫(yī)藥大學，安徽 合肥230038）

TGF-β1/Smad信號通路；心室重構；慢性心力衰竭；綜述

心血管疾病一直是人類健康的殺手，我國每年有百萬余人死于慢性心力衰竭（HF）。雖然近年來溶栓及介入治療技術發(fā)展迅速，可以有效地改善心?；颊邽l臨死亡的心肌，但仍有一些患者由于各種原因未能及時重建血運，造成心肌不可逆死亡，引起心室重構（VR），繼而形成心力衰竭。心室重構是指心室形狀、體積、重量的改變，主要特征包括心肌肥大，心肌細胞凋亡、自噬，心肌纖維化以及電生理的改變，是導致心血管疾病的重要危險因素。心室重構使心肌僵硬是心力衰竭發(fā)生的主要生理病理基礎。近年來，隨著研究的深入，越來越多的證據(jù)表明心室重構作為心臟疾病的獨立危險因素［1-2］，促使心血管疾病的發(fā)生，導致心臟病患者的病死率升高。

從細胞水平上來說心室重構主要包括3個環(huán)節(jié)：分別為胞外信號刺激、胞內信號轉導及核內基因轉錄的活化［3］。這些環(huán)節(jié)與TGF-β/Smads信號通路密切相關。TGF-β是一類由多種細胞分泌的具有多種生物學效應的生長因子，Smads蛋白是TGF-β的下游信號分子，介導TGF-β的信號轉導。近年來，心肌組織局部的TGF-β1/Smad信號通路日益受到人們的重視。心臟中的TGF-β1主要由心臟成纖維細胞（CFs）和肌成纖維細胞產(chǎn)生，TGF-β1及其受體在心臟的心肌細胞和非心肌細胞中都有表達。在心臟胚胎發(fā)育期，TGF-β1能誘導一系列肌原蛋白合成，導致心室重構，當TGF-β1缺陷時，合成發(fā)生障礙，抑制了心室重構，繼而延緩了心衰的發(fā)生和發(fā)展。通過對TGF-β1/Smads信號通路調控機制的深入研究，不僅使心室重構的發(fā)病機制得到進一步的闡明，也給心室重構的防治研究提供了新的方法。

1　TGF-β/Sm ad信號通路轉導機制

TGF-β超家族是一類由多種細胞分泌的具有多重生物學效應的多肽生長因子，包括TGF-βs（狹義的TGF-β）、BMPs（骨形成蛋白）、Activins（活化素）、Inhibins（抑制素）及Mullerian（繆勒抑制物）等。TGF-βs是該家族中最重要的成員，有六種異構體，分為TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β4、TGF-β5和TGF-β6，其中TGF-β1在體細胞中含量最多、活性最高、功能最強，分布最廣泛［4］。TGF-β將信號作用于受體，再通過細胞內的多種蛋白轉導其信號。TGF-β可以激活多個信號通路，其中Smad蛋白是TGF-β受體激酶信號傳導的唯一底物蛋白。Smad蛋白是TβRⅠ（Ⅰ型轉化生長因子-β受體）的直接底物，是將信號由胞漿傳導到胞核的中介分子。哺乳動物的Smads蛋白有8種，用Smad1-Smad8表示。Smads蛋白按照結構和功能分為三類，R-Smads（限制性Smads）、Co-Smad（共有型Smads）、I-Smads（抑制型Smads）。在信號轉導中，TβR-Ⅱ（Ⅱ型轉化生長因子-β受體）激酶的活性是可以持續(xù)活化的，而TβR-Ⅰ在沒有配體的時候激酶是沒有活性的，因此活化的TGF-β首先與TβR-Ⅱ結合，形成異源二聚體復合物，TβR-Ⅰ激酶的前段GS結構域的絲氨酸/蘇氨酸被TβR-Ⅱ磷酸化而激活，能夠識別并結合該異源二聚體復合物，同時R-Smads蛋白被激活的TβR-Ⅰ進一步磷酸化，之后與Co-Smads結合成為異源的轉錄復合物，進入細胞核內，結合DNA上面的Smads結合元件，激活特定的靶基因，完成整個信號轉導的過程。另一方面I-Smads通過阻止R-Smads的磷酸化及Smads異源轉錄復合物的生成來抑制TGF-β信號的轉導過程。由此可見，TGF-β/Smads信號通路中Smads類型不同其作用亦不同，如Smad3對心室重構有促進作用，Smad7對心室重構有抑制作用［5］，而Smad4對心臟發(fā)育相關組蛋白有調節(jié)作用［6］。各類型Smads蛋白之間相輔相成，共同協(xié)調完成TGF-β正常的生理狀態(tài)表達和紊亂的病理狀態(tài)表達。深入研究各狀態(tài)下TGF-β發(fā)揮其生物學效應的分子機制，對探討如何防治與該信號通路相關的心血管疾病具有重要意義。

2　TGF-β1/Smad信號通路在心室重構中的調控機制

2.1對心肌細胞的調控正常的心肌組織由心肌細胞和非心肌細胞兩種成分組成，心肌細胞具有心臟泵功能，占據(jù)心肌結構的2/3。心肌細胞是一種分裂后期的細胞，其再生能力有限，所以心肌細胞的丟失引起心臟收縮功能下降，是心臟疾病發(fā)生的另一個重要原因。心肌細胞丟失的方式有很多種，如壞死、凋亡和自噬性細胞死亡。在急性心肌梗死（AMI）早期，細胞凋亡是心肌細胞死亡的主要形式，在早期心室重構中起非常重要的作用［7］。細胞凋亡引發(fā)心室重構，此過程與TGF-β1及TGF-β1/Smad信號通路的異常激活有著十分密切的關系。研究發(fā)現(xiàn)，Smads通過誘導心肌細胞的凋亡，可以增加TGF-β1對心臟的副作用。目前已知的與心臟功能的發(fā)揮有著密切關系的Smads包括Smad2、Smad3、Smad4和Smad7。研究表明，通過刺激AngⅡ（血管緊張素Ⅱ）激活一系列的轉錄因子，使得心肌細胞中TGF-β1的表達增強，再由TGF-β1通過Smads信號途徑和自分泌方式誘導心肌細胞的凋亡。因此，TGF-β1和Smads之間通過血管緊張素Ⅱ誘導預凋亡信號途徑影響心臟病的發(fā)生發(fā)展［8］。心衰模型中心肌細胞死亡另一個重要機制是細胞通過自噬死亡［9］，在心梗模型中，心肌細胞的自噬可以抑制心肌細胞肥大、增加內質網(wǎng)應激、恢復細胞內能量供應，進而發(fā)揮保護心肌細胞作用［10］。機體通過細胞自噬的方式將錯誤異常的蛋白質和受損老化的細胞器除去，促進物質新陳代謝及細胞自我更新，為細胞提供物質和能量，增強心肌活力、保護心臟功能。心肌細胞自噬對其心臟的功能具有雙面性［11］，任何破壞心肌細胞正常的自噬功能的因素，都會引起心肌細胞功能的異常。如在心衰患者心臟中，心肌細胞自噬的程度會有不同，可出現(xiàn)上調和下調兩種情況。適度的自噬上調可以幫助心肌細胞適應環(huán)境變化來抵抗外界的干擾破壞，保護心肌細胞；但過度上調則會誘導細胞主動死亡，加劇疾病的發(fā)展。相反如果自噬下調，會使大量有害物質聚集在細胞中，最終導致細胞損傷和死亡，也會加重疾病的發(fā)展。目前還沒有更多證據(jù)證明在心肌中自噬上調和下調這兩種機制是通過TGF-β1/Smads信號通路進行調控，但對心肌細胞凋亡的調控機制研究較多，也證實了TGF-β1/Smads信號通路對心肌細胞的調控與心室重構的發(fā)生有關。王越等［12］通過結扎冠狀動脈左前降支建立大鼠心肌梗死模型，采用生物學技術檢測心肌組織中TGF-β1的表達，得到心梗后TGF-β1表達明顯上調，證實心肌細胞凋亡增加，是心室重構發(fā)生的重要機制。吳晨方［13］通過代謝綜合征大鼠模型，證實患者心室重構的存在與TGF-β1等重構相關因子表達增加有關，通過使TGF-β1明顯減少，借助TGF-β/Smads通路發(fā)揮作用，對心室重構改善有明顯的意義。通過下調TGF-β1的表達，可抑制心肌細胞凋亡，進而延緩心室重構進程。陳章煒［14］通過構建豬冠狀動脈微栓塞模型，采用分子生物學技術檢測心肌組織的TGF-β1和Smad表達以及心肌中 TGF-β1、Smad3的mRNA水平，得到微栓塞的心肌TGF-β1及Smad3 mRNA表達增強，證實心室重構在冠脈微栓塞術后早期即已開始發(fā)生，機制與TGF-β1/Smad3信號通路中TGF-β1和Smad3表達增強有關。韓素霞等［15］通過結扎冠狀動脈前降支建立心肌梗死模型，證實AngII通過與AT1受體結合后可增加大鼠心肌梗死后心室肌組織TGF-β1的蛋白表達，通過抑制心肌梗死后TGF-β1的表達，可以改善梗死心肌細胞重構。

2.2對心肌纖維化的調控非心肌細胞相較于心肌細胞，在心肌組織中占大多數(shù)，其中九成多是成纖維細胞。成纖維細胞在心肌中所合成的膠原等細胞外基質蛋白成分的重塑是心室重構存在的生理病理基礎。心肌纖維化（MF）為心梗后心室重構的主要表現(xiàn)，是最具特征性的結構改變之一，可促使心肌收縮和舒張功能失調。心肌成纖維細胞（CFs）在心肌細胞外基質沉積中發(fā)揮非常重要的作用，CFs是心室重構的主要效應細胞，其增殖的特性以及功能的變化是心肌發(fā)生結構改變的決定因素，CFs長期激活可導致心肌纖維化。TGF-β1是非常重要的促纖維化生長因子，是各種原因所致MF的共同通路，在心肌纖維化時表達呈顯著性的升高。在心肌受到外界不良刺激產(chǎn)生損傷進行自我修復的過程中，TGF-β1/Smads信號通路被激活，調節(jié)纖維化反應和炎癥反應，參與結構性心室重構的過程。已有研究表明［16］，TGF-β1高表達與CFs的增多密切相關，直接以不同濃度的TGF-β1作用于體外培養(yǎng)的心肌成纖維細胞，可誘導心肌成纖維細胞增殖及膠原合成。而心肌梗死后，心室組織TGF-β1的表達明顯升高，用抗TGF-β1抗體去中和TGF-β1可以抑制細胞外基質蛋白的表達，從而阻斷心肌纖維化的發(fā)生［17］。目前較多的實驗證實，抑制TGF-β1/Smads信號通路可以抑制心肌纖維化，也使得TGF-β1成為目前抗纖維化治療的主要標靶之一。羅經(jīng)宏等［18］通過結扎冠狀動脈構建心肌梗死后心衰模型，證實改善心肌梗死后心衰大鼠的心肌纖維化，作用機制是通過阻斷TGF-β1及R-Smads分子的表達。張友恩等［19］通過實驗發(fā)現(xiàn)抑制TGF-β1/Smad3信號通路、抑制TGF-β1及活化Smad3蛋白表達水平，可顯著抑制心成纖維細胞細胞增殖與遷移以及肌成纖維細胞的表型轉化，而這些細胞均由TGF-β1所誘導，有調節(jié)細胞生長、減少膠原合成、阻斷心肌纖維化的作用，研究結果為臨床治療心室重構提供了較強的理論依據(jù)。毛帥［20］通過實驗表明抑制TβR-Ⅰ和 Smad2的磷酸化以及Smad4的核轉位，即抑制與心肌纖維化相關的TGF-β1/Smad信號通路，可延緩心肌梗死大鼠心室重構的進展。梁逸強等［21］通過壓力超負荷大鼠模型，采用多種生物學技術證實部分下調壓力超負荷大鼠心肌TGF-β1、Smad3mRNA的表達，上調Smad7mRNA的表達，抑制TGF-β1、Smad3蛋白的表達，即抑制TGF-β1/Smads信號轉導通路的活化，在一定程度上能夠延緩或逆轉壓力超負荷大鼠心肌肥厚、心肌纖維化，從而起到抗心室重構的作用。喻正科等［22］通過心衰大鼠模型檢測大鼠心臟組織TGF-β1基因表達情況，證實TGF-β1參與心衰大鼠心肌纖維化的發(fā)病，降低心肌TGF-β1的表達，可產(chǎn)生抗纖維化作用，改善心室重構。

2.3對心室電重構的調控離子通道是心室電生理的基礎，離子通道的重構對心室電重構有很大的影響。心肌細胞動作電位的主要來源就是細胞膜上各種離子通道。心室電重構所涉及到的離子通道主要包括：瞬間外向K+電流、內向整流性K+電流、延遲整流性K+電流、ATP（三磷酸腺苷）敏感性K+通道電流、Na+通道電流、Ca+通道電流，除此之外，還有Na+/Ca+交換體重構以及縫隙連接重構。心衰患者的心室肌細胞具有動作電位時程延長的特點，研究發(fā)現(xiàn)，可能與心室肌細胞的慢性暴露、TGF-β1能夠增加其自主節(jié)律、TGF-β1可以刺激肌漿網(wǎng)使得Ca+含量增加等因素有關。近年來TGF-β1影響成人心室肌細胞的研究很多，但對于電生理的機制研究非常少，根據(jù)有關文獻的記載論述可知目前為止只有一項研究致力于發(fā)現(xiàn)TGF-β1及整個信號通路對心室重構電生理的調控機制。研究者通過實驗發(fā)現(xiàn)，將心肌細胞暴露于TGF-β1中，四個小時可引起心肌細胞收縮功能障礙，具體表現(xiàn)為心肌細胞的伸展、收縮速度的嚴重減慢，此外，TGF-β1可減慢一過性Ca+流到達峰值的時間和衰減的速度［23］，從而達到通過影響心室電生理的作用來延緩心室重構。

3　結語

轉化生長因子β1作為一種多功能的細胞因子，在心梗后的心肌修復過程中，TGF-β1/Smad信號通路激活，能誘導心肌肥厚、細胞凋亡、細胞自噬、心肌纖維化以及對心肌離子通道的調控，在心室重構發(fā)病學中起著非常重要的作用。目前研究表明可以通過調控TGF-β1/Smad信號通路來延緩心室重構引起的心衰的發(fā)生和發(fā)展，也能夠通過調控TGF-β1/ Smad信號通路干預心房重構進程和治療房顫［24］，并且可以通過靶向性阻斷Smad2、Smad3信號和（或）加強由于疾病而減弱了的Smad7信號，有助于心室重構的基因治療［25］。這些都是未來心室重構防治的研究方向，為諸多心血管系統(tǒng)疾病提出新思路，提供更多理論依據(jù)，在不久的將來為臨床治療開辟新的有效治療途徑。

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（編輯弓艷玲）

R541.6

A

2095-4441（2016）02－0087－04

2016-02-02

國家自然科學基金青年項目（編號：81202631）；安徽省自然科學基金青年項目（編號：1508085QH192；1608085QH222）

劉晨晨（1986-），女，在讀碩士研究生，研究方向：中藥防治心血管疾病的作用及機制

王靚，E-mail：38142201@qq.com