石永偉 畢宏生 蔣文君

轉(zhuǎn)化生長因子-β2(TGF-β2)屬于轉(zhuǎn)化生長因子家族,通過與其受體結(jié)合,在體內(nèi)外具有誘導細胞增殖、分化和轉(zhuǎn)移等多種生物學功能。研究發(fā)現(xiàn),TGF-β2可通過調(diào)控Smad2/3、PI3K/AKT等信號通路的基因表達,促進晶狀體上皮細胞和視網(wǎng)膜色素上皮細胞的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)和細胞外基質(zhì)(ECM)的重塑,誘導眼組織纖維化,參與纖維化白內(nèi)障、青光眼、增生性玻璃體視網(wǎng)膜病變等多種眼科疾病的發(fā)病進程[1-3]。本文就TGF-β2的結(jié)構(gòu)和功能及其與眼科疾病發(fā)生的關(guān)系進行綜述。

1 TGF-β2的結(jié)構(gòu)與功能

1987年,De Martin等[4]首次從人類膠質(zhì)母細胞瘤細胞中鑒定出一種細胞因子,稱之為膠質(zhì)母細胞瘤衍生的T細胞抑制因子(G-TSF),Cheifetz等[5]在豬血小板中分離出該轉(zhuǎn)化因子,結(jié)果發(fā)現(xiàn),其與TGF-β1具有高度的同源性,并將其正式命名為TGF-β2。TGF-β2定位于1q41,由兩個含112個氨基酸的亞單位經(jīng)二硫鍵組成二聚體結(jié)構(gòu),每個亞單位分子量為12 720。TGF-β2編碼的前體蛋白由成熟肽同源二聚體、潛在相關(guān)肽同源二聚體和潛伏期TGF-β結(jié)合蛋白組成,其前體蛋白經(jīng)蛋白水解處理后產(chǎn)生一個潛在相關(guān)肽和一個成熟肽,成熟肽可由二硫鍵連接組成同源二聚體,轉(zhuǎn)化為活性形式。

TGF-β受體(TGFBR)有Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型三種形式,其中Ⅰ型、Ⅱ型受體均為糖蛋白,是絲氨酸/蘇氨酸激酶受體,Ⅲ型受體是一種蛋白聚糖,TGFBR3由于胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域缺乏激酶活性,被認為僅通過向TGFBR2呈遞TGF-β配體來發(fā)揮作用。有研究發(fā)現(xiàn),TGFBR3能通過其胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域選擇性地結(jié)合磷酸化的TGFBR2來促進TGFBR2和TGFBR1復合物的形成和活化,隨后從該復合物中解離出來[6]。TGF-β2配體通過與靶細胞胞膜上的TGFBR2結(jié)合促進TGFBR1細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域中的GS區(qū)磷酸化激活TGFBR1激酶活性,使TGFBR1下游R-SMAD蛋白C末端SXS基序與CO-SMAD結(jié)合形成R-SMAD/CO-SMAD復合體轉(zhuǎn)移并進入細胞核,從而啟動經(jīng)典Smad信號通路影響細胞增殖、遷移[7]。同時,TGF-β2還能通過參與PI3K/AKT、 PI3K/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、Akt/mTOR、Jagged-1/Notch等信號通路,參與多種細胞氧化應(yīng)激、EMT、ECM重塑,與青光眼、纖維化白內(nèi)障、增生性玻璃體視網(wǎng)膜病變等疾病的纖維化發(fā)生密切相關(guān)。

2 TGF-β2與眼病的關(guān)系

2.1 TGF-β2與青光眼青光眼作為一種慢性進行性視神經(jīng)病變,是世界范圍內(nèi)致盲的主要原因之一[8]。根據(jù)病因?qū)W,青光眼分為原發(fā)性青光眼、繼發(fā)性青光眼和發(fā)育性青光眼。其中,原發(fā)性青光眼又按照房角的開放狀態(tài)分為原發(fā)性開角型青光眼(POAG)和原發(fā)性閉角型青光眼,兩者的發(fā)病機制不完全相同。在閉角型青光眼中,房水外流受阻多由虹膜向前彎曲致使房角狹窄或關(guān)閉引起,小梁網(wǎng)多為正常狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn),閉角型青光眼患者房水中的TGF-β2水平無明顯差異[9]。POAG是全球青光眼最常見的類型,約占所有青光眼病例的74%[10]。目前,對POAG與TGF-β2的研究較為深入,相關(guān)機制研究已成為研究熱點。有研究發(fā)現(xiàn),在POAG患者中,由于小梁網(wǎng)發(fā)生病理性纖維化改變,致使通過小梁網(wǎng)渠道的房水外流困難,導致高眼壓。房水中的TGF-β2在POAG中高表達,與小梁網(wǎng)病理性纖維化進程密切相關(guān)。青光眼類型中POAG的發(fā)病率最高,且發(fā)病相關(guān)機制研究較為透徹,TGF-β2與POAG的關(guān)系受到較多關(guān)注。POAG是最常見的青光眼類型。Derakhshan等[11]通過對伊朗112名正常對照者和112例POAG患者的TGF-β2 rs991967多態(tài)性進行分型發(fā)現(xiàn),攜帶TGF-β2 rs991967多態(tài)性的個體發(fā)生POAG的風險高于正常對照組,TGF-β2 rs991967多態(tài)性與POAG有顯著相關(guān)性。有研究發(fā)現(xiàn),房水和小梁網(wǎng)中的TGF-β2能夠通過影響小梁網(wǎng)miRNAs的表達、氧化應(yīng)激水平、ECM的降解和Schlemm管內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EndMT)增加房水流出阻力,加劇小梁網(wǎng)組織纖維化,升高眼壓來誘導POAG的發(fā)生,還可以通過促進視盤的重塑來加重視神經(jīng)損傷[12],其主要的生物學途徑包括以下5個方面:(1) ECM的降解:TGF-β2可上調(diào)小梁網(wǎng)細胞中血小板反應(yīng)蛋白-2(TSP-2)和纖維連接蛋白的表達,抑制MMP-2活性[13],同時誘導Src支架蛋白CASL上調(diào),激活小梁網(wǎng)細胞中Src激酶活性,抑制組織纖溶酶原激活物的表達和ECM的降解[14];(2) 氧化應(yīng)激反應(yīng):TGF-β2通過Smad3通路促進小梁網(wǎng)細胞內(nèi)源性NADPH氧化酶4(NOX4)表達上調(diào),增強小梁網(wǎng)細胞的氧化應(yīng)激反應(yīng),促進小梁網(wǎng)細胞合成和分泌纖維連接蛋白,增加小梁網(wǎng)組織中ECM的沉積,導致小梁網(wǎng)孔變小,使得房水流出阻力上升[15];(3) 調(diào)節(jié)miRNAs的表達:Zhang等[16]研究發(fā)現(xiàn),房水中的miRNAs被認為是青光眼的生物學標志物,TGF-β2能夠上調(diào)小梁網(wǎng)細胞外囊泡(Evs)中Hsa-miR-6087、Hsa-miR663a和Hsa-miR-6821-5p的表達,下調(diào)Hsa-miR-6800-3p、Hsa-miR-67163p和Hsa-let-7i-5p的表達,miRNAs相互作用影響ECM的代謝,但具體機制尚不清楚,經(jīng)TGF-β2處理的視盤篩板(LC)細胞中miR-29c-3p等多種miRNAs的表達下調(diào), I型膠原蛋白和IV型膠原蛋白合成增加[17],提示TGF-β2可能通過調(diào)控miRNAs表達影響ECM的產(chǎn)生,進而影響房水排出;(4) EMT:TGF-β2能夠誘導Schlemm管內(nèi)皮細胞發(fā)生EMT,纖維標志物α-平滑肌肌動蛋白、I型膠原蛋白α1和纖維連接蛋白的表達水平顯著增加,細胞硬度增強,孔隙形成減少,房水外流困難[18];(5)視盤的重塑:研究發(fā)現(xiàn),TGF-β2在POAG患者視盤中表達水平升高,通過結(jié)締組織生長因子(CTGF/CCN2)促進星形膠質(zhì)細胞中ECM蛋白表達水平及合成增加,并促進視盤的重塑進而加重視神經(jīng)損傷[12]。此外,Igarashi等[19]研究發(fā)現(xiàn),TGF-β2可促進PI3K的磷酸化,激活下游PI3K/哺乳動物mTOR信號通路,上調(diào)mTOR蛋白表達,mTOR能夠促進纖維化,增強小梁網(wǎng)細胞纖維化水平,使用mTOR抑制劑雷帕霉素或Torin1能夠明顯抑制TGF-β2誘導的小梁網(wǎng)細胞纖維化反應(yīng),減少房水流出阻力,緩解青光眼的癥狀;核心蛋白聚糖可通過激活pAKT/AKT 通路負調(diào)控TGF-β2和CTGF/CCN2,降低人視盤和小鼠視神經(jīng)星形膠質(zhì)細胞中的纖維連接蛋白和IV型膠原蛋白等ECM成分的表達,保護視盤星形膠質(zhì)細胞,進而保護視神經(jīng)[12],提示抑制TGF-β2可能成為治療POAG的重要靶點。

TGF-β2還與小梁網(wǎng)術(shù)后濾過泡瘢痕化密切相關(guān)。Zhu等[20]研究發(fā)現(xiàn),原發(fā)性閉角型青光眼患者小梁網(wǎng)切除術(shù)失敗組房水中TGF-β2和TSP-1水平明顯升高,導致術(shù)后濾過泡纖維化和結(jié)膜瘢痕形成,增加了手術(shù)失敗的風險。進一步研究發(fā)現(xiàn),房水中TGF-β2通過促進結(jié)膜成纖維細胞中I型膠原蛋白、纖維連接蛋白的遷移、增殖和表達以及促進結(jié)膜成纖維細胞向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化,加劇術(shù)后濾過通道瘢痕化,房水外流困難,致使手術(shù)失敗[21]?；谝陨显戆l(fā)現(xiàn),應(yīng)用TGF-β2靶向反義寡核苷酸(ISTH0036)[22]和蘿卜硫素[21]均可以抑制TGF-β2水平,減輕患者術(shù)后濾過通道瘢痕化。動物實驗研究顯示,TGF-β2抗體(CAT-152)可以有效改善患者小梁切除術(shù)后的纖維化進展,但III期臨床試驗結(jié)果表明,青光眼患者濾過術(shù)后應(yīng)用CAT-152對預(yù)防濾過術(shù)失敗患者無明顯作用[23],提示TGF-β2抗體臨床應(yīng)用還需進一步臨床研究與實驗驗證。

2.2 TGF-β2與纖維化白內(nèi)障白內(nèi)障作為第一位致盲性眼病,與年齡增長、代謝障礙、氧化應(yīng)激以及晶狀體摘除術(shù)后晶狀體上皮細胞增殖等密切相關(guān)[24]。纖維化白內(nèi)障,包括后囊膜混濁(PCO) 和前囊下白內(nèi)障(ASC)是造成患者視力損害的重要類型[25]。TGF-β2是促進晶狀體上皮細胞生長、遷移、纖維化及EMT的重要因子,對PCO和ASC的形成有重要作用。研究發(fā)現(xiàn),TGF-β2可誘導長鏈非編碼RNA核富集轉(zhuǎn)錄體1(NEAT1)的表達,呈劑量和時間依賴性,TGF-β2通過NEAT1/miR-34a/Snail1和NEAT1/miR-204/ZEB1 E盒結(jié)合鋅指蛋白1(ZEB1)通路[26]上調(diào)間質(zhì)細胞標志物纖維連接蛋白的表達來抑制上皮分化標記物E-鈣黏蛋白表達,促進晶狀體上皮細胞的EMT。此外,體內(nèi)外實驗發(fā)現(xiàn),TGF-β2通過Smad2/3信號在晶狀體上皮細胞中激活Jagged-1/Notch通路、AKT/MTOR/p70S6K信號通路促進晶狀體上皮細胞增殖和遷移[27-28]。miR-30a、辣椒素、柚皮苷等通過直接或間接抑制Smad2/3蛋白的磷酸化均能減少TGF-β2介導的晶狀體上皮細胞遷移和EMT,提示TGF-β2可能成為治療PCO的重要靶點[29-31]。CAT-152作為TGF-β2單克隆抗體可以抑制TGF-β2的纖維化作用,然而還需進一步臨床研究與實驗驗證。

2.3 TGF-β2與角膜損傷角膜是一種高度特化的透明組織,在維持視功能和保護眼球方面起重要作用。目前,促進眼外傷、屈光手術(shù)和角膜移植術(shù)等導致的角膜損傷的修復已成為研究熱點[32]。TGF-β2對角膜EMT及內(nèi)皮細胞的增殖、遷移具有重要調(diào)控作用,在受損的角膜組織中,TGF-β2的上調(diào)可促進靜止的角膜上皮細胞向肌成纖維細胞的轉(zhuǎn)化,從而促進角膜傷口愈合,但同時也促進了隨后的瘢痕形成。有研究發(fā)現(xiàn),角膜損傷后基底膜破裂,TGF-β2由角膜上皮細胞釋放到角膜基質(zhì)中,通過smad2/3蛋白誘導角膜基質(zhì)細胞亞群轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞,增強ECM沉積、抑制ECM降解,在促進角膜愈合過程中形成可直接導致患者視力損害的纖維性瘢痕[33]。在角膜內(nèi)皮傷口愈合過程中,受損的角膜內(nèi)皮細胞是通過剩余角膜內(nèi)皮細胞的擴大或遷移而不是通過增殖來修復的,角膜內(nèi)皮細胞損傷中TGF-β2可能通過阻斷p27kip1的磷酸化以及誘導p27kip1核積聚來阻斷內(nèi)皮細胞G1期到S期的轉(zhuǎn)變,抑制角膜內(nèi)皮細胞增殖,并通過激活p38/ MAPK和PI3K/Akt通路,促進角膜內(nèi)皮細胞遷移誘導傷口愈合[34-35]。TGF-β2如何促進角膜傷口愈合又不引起瘢痕將是未來研究的重點。

2.4 TGF-β2與增生性玻璃體視網(wǎng)膜病變增生性玻璃體視網(wǎng)膜病變是一種纖維化改變過程,可導致繼發(fā)性視網(wǎng)膜脫離,嚴重影響患者視力。研究發(fā)現(xiàn),TGF-β2能夠通過氧化應(yīng)激、促進纖維化基因翻譯、轉(zhuǎn)錄、增強自噬,誘導視網(wǎng)膜色素上皮細胞增生和遷移以及EMT,在玻璃體和視網(wǎng)膜表面形成纖維化膜,最終導致牽拉性視網(wǎng)膜脫離并阻止視網(wǎng)膜復位[36],誘導增生性玻璃體視網(wǎng)膜病變的發(fā)生。進一步研究發(fā)現(xiàn),TGF-β2能夠促進視網(wǎng)膜色素上皮細胞中轉(zhuǎn)錄因子Snail和Slug的表達,上調(diào)纖維連接蛋白,α-平滑肌肌動蛋白等EMT標志物的表達,該作用可以被氧化應(yīng)激反應(yīng)中趨化因子CXCL1通過與受體CXCR2結(jié)合所增強[37];TGF-β2還可通過上調(diào)YAP蛋白的表達,增加YAP蛋白下游纖維化基因CTGF和CYR61的翻譯和轉(zhuǎn)錄,并誘導視網(wǎng)膜色素上皮細胞角蛋白8(KRT8)的磷酸化增強,促進自噬小體-溶酶體的融合,增強視網(wǎng)膜色素上皮細胞的自噬進程,促進了EMT,進而促進視網(wǎng)膜色素上皮細胞纖維化,誘導增生性玻璃體視網(wǎng)膜病變發(fā)生[38-39]。此外,有研究發(fā)現(xiàn),青蒿琥酯和維替泊芬可通過抑制TGF-β2/Smad信號通路干預(yù)TGF-β2誘導的視網(wǎng)膜色素上皮細胞遷移以及EMT[38,40-41],這表明TGF-β2可以作為治療增生性玻璃體視網(wǎng)膜病變的一個重要靶點。

2.5 TGF-β2與近視近視作為全球最常見的眼病之一,高度近視將增加其他眼病的患病風險,如近視黃斑病、視網(wǎng)膜脫離、白內(nèi)障和青光眼等[42]。上述并發(fā)癥可導致患者不可逆的視力喪失。研究發(fā)現(xiàn),在高度近視患者房水中TGF-β2水平升高,且與眼軸長度呈正相關(guān),提示TGF-β2可能是眼軸增長的關(guān)鍵因子[43]。Jia等[44]研究發(fā)現(xiàn),高度近視患者房水中基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制因子1(TIMP-1)和TIMP-3的升高與TGF-β2水平的升高呈正相關(guān),提示TGF-β2增強了TIMP的細胞代償反應(yīng),抑制基質(zhì)金屬蛋白酶可抑制ECM的強烈降解并延緩鞏膜重塑。此外,還有研究發(fā)現(xiàn),TGF-β2在透鏡誘導性近視豚鼠后極部鞏膜中表達增加[45],能促進鞏膜成纖維細胞膠原合成增加[46],然而也有研究發(fā)現(xiàn),TGF-β2對鞏膜成纖維細胞具有抑制作用,可能通過減少ECM的合成參與近視鞏膜重塑[47]。因此,作為影響膠原合成與分解繼而調(diào)控鞏膜ECM代謝的重要因子,TGF-β2的深入研究將有助于開發(fā)相關(guān)靶向藥物,這將會為近視防控與治療提供新途徑。

3 小結(jié)與展望

綜上所述,TGF-β2作為一種轉(zhuǎn)化生長因子,可通過促進小梁網(wǎng)細胞、晶狀體上皮細胞、視網(wǎng)膜色素上皮細胞等細胞增殖以及EMT來促進纖維組織異常增生,并調(diào)控ECM合成進程進而導致多種眼病發(fā)生。上述研究對TGF-β2與開角型青光眼、纖維化白內(nèi)障、角膜損傷、增生性玻璃體視網(wǎng)膜病變等眼病的認識,并為開發(fā)相關(guān)靶向藥物奠定了基礎(chǔ)。然而眼病發(fā)生機制復雜,TGF-β2在各種眼病中的具體機制研究尚未十分完善,還需進一步研究。