張 娜 張 琦, 張雅娟 劉 靜

1 甘肅中醫(yī)藥大學(xué),甘肅省蘭州市 730000; 2 甘肅省人民醫(yī)院老年病科

骨形態(tài)發(fā)生蛋白(Bone morphogenetic proteins, BMP)是轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β超家族成員之一,是胚胎發(fā)生和出生后人體穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)劑,它們的嚴(yán)格調(diào)控對胚胎發(fā)育的成功以及成體組織的內(nèi)穩(wěn)態(tài)十分重要。目前已經(jīng)知道的就有18種不同的BMP同源分子,根據(jù)序列同源性和功能多樣性,BMP/生長分化因子(GDF)亞家族可進一步細分為BMP2/4、BMP5/6/7/8、BMP9/BMP10、GDF1/3、GDF5/6/7、GDF8/11、GDF9/BMP15和GDF10/BMP3[1]。雖然,它們與TGF-β超家族的其他一些成員有著基本的相似之處,但BMP功能的多樣性導(dǎo)致了它信號功能調(diào)節(jié)水平的復(fù)雜。BMP作為一種分泌蛋白,與多條信號通路有關(guān),BMP通路或其調(diào)節(jié)出現(xiàn)問題是不同器官許多疾病的基礎(chǔ)。包括肥胖、糖尿病、各種血管疾病、癌癥以及相關(guān)的并發(fā)癥。它功能的多樣性遠遠超過TGF家族的其他成員[2]。

1 骨形態(tài)發(fā)生蛋白9 (BMP-9)

BMP-9是BMP家族中的一員,最初從小鼠肝臟cDNA文庫中克隆而來,在大鼠肝臟中主要由非實質(zhì)細胞表達[3]。它是一種強大的骨形成促進劑。新的證據(jù)表明,BMP-9可能在代謝綜合征中發(fā)揮關(guān)鍵作用[4]。BMP通過與跨膜絲氨酸/蘇氨酸激酶受體結(jié)合來傳遞信號,該受體由兩種亞型組成:亞型Ⅰ(ALK1、ALK2、ALK3或ALK6)和亞型Ⅱ(BMPRⅡ、ActRⅡA或ActRⅡB)[5]。BMP-9與ALK1的結(jié)合具有比與ALK2高得多的親和力。這些BMP-9受體復(fù)合物激活下游典型信號通路R-Smads(Smad1、5或8)和非典型通路(MAPKs、 Wnt等)來調(diào)節(jié)BMP -9靶基因的表達[6]。綜上所述,BMP-9通過這些通路調(diào)控著機體的許多過程。但是,BMP-9在小鼠肝臟中的總體代謝調(diào)節(jié)是如何通過這些復(fù)雜的信號通路發(fā)揮作用的尚不完全清楚。

2 非酒精性脂肪肝

非酒精性脂肪性肝病(Non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)是世界上最常見的慢性肝病。隨著糖尿病的流行,其患病率也在逐步上升。流行病學(xué)顯示,70%的2型糖尿病患者存在NAFLD。NAFLD和2型糖尿病(T2DM)之間的相互損害關(guān)系已經(jīng)得到了充分的證實[7]。最近的證據(jù)表明,T2DM是NAFLD的獨立危險因素[8]。脂肪肝可發(fā)展為非酒精性脂肪性肝炎(Non-alcoholic steatohepatitis,NASH),有時可導(dǎo)致肝硬化及其并發(fā)癥,包括肝細胞癌(Hepatocellular carcinoma,HCC)[9]。這種多因素疾病可由不健康的生活方式、肥胖、血脂異常、2型糖尿病和(或)其他代謝綜合征引起[8]。

BMP-9已經(jīng)被證明可以改善糖尿病小鼠的葡萄糖穩(wěn)態(tài)[10]。BMP-9可通過抑制肝臟糖異生,增加肌肉組織對葡萄糖的攝取和利用。已經(jīng)證實BMP-9與胰島素一樣,可以改善糖尿病小鼠的血糖,并調(diào)節(jié)肝細胞的定向糖代謝[2]。我們推測BMP-9可能對糖脂代謝有有益的影響。

BMP-9在多種組織中均有表達,但主要在肝臟中表達。因此,筆者首先檢測了胰島素抵抗(Insulin resistance,IR)小鼠和人的肝臟中BMP-9的表達,發(fā)現(xiàn)在IR小鼠和T2DM患者的肝臟中BMP-9的表達明顯降低。與之前的報道一致,T2DM患者的循環(huán)BMP-9水平及其在肌肉和脂肪組織中的表達明顯降低[11]。筆者推測BMP-9可能參與糖脂代謝,以及IR。然而,BMP-9在IR中的作用仍不清楚。一項研究表明[10],用抗BMP-9抗體治療空腹大鼠可誘導(dǎo)葡萄糖耐受不良和IR。研究人員還發(fā)現(xiàn),在喂食高脂肪飲食(HFD)的小鼠中,肝臟BMP-9的過表達改善了葡萄糖耐量和IR。腺病毒BMP-9處理的小鼠肝臟和葡萄糖胺處理的肝細胞中,糖異生基因表達下調(diào),而胰島素信號分子磷酸化水平升高。BMP-9除抑制糖異生外,有研究[12]還通過改變關(guān)鍵酶——蘋果酸酶(ME)和脂肪酸合酶(FAS)的表達,證實BMP-9對脂類代謝有影響。動物研究表明[2],BMP-9通過增加成纖維細胞生長因子21 (FGF21)的表達降低血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)和膽固醇水平。FGF21主要由肝細胞釋放,可誘導(dǎo)白色脂肪組織中的脂肪酸氧化,抑制肝臟中的成脂基因,減少甘油三酯的積累?？偟膩碚f,研究已經(jīng)證明了BMP-9在葡萄糖穩(wěn)態(tài)中的積極的作用,有望成為治療NAFLD的新靶點。

3 肝臟纖維化

肝纖維化是指各種致病因素引起的肝臟炎癥和損傷的代償性反應(yīng),與肝臟疾病的進展有關(guān)[14]。在世界范圍內(nèi),肝纖維化的發(fā)病率和死亡率較高,其特點是細胞外基質(zhì)(Extracellular matrix,ECM)的漸進性積累,破壞了肝臟的生理結(jié)構(gòu)。在肝纖維化過程中肝星狀細胞(Hepatic stellate cells, HSCs)的活化起著至關(guān)重要的作用[14]。病理情況下,被激活的肝星狀細胞向著肌成纖維細胞轉(zhuǎn)分化,肌成纖維細胞生成大量的膠原導(dǎo)致纖維化形成。嚴(yán)重的纖維化可導(dǎo)致肝硬化、門脈高壓,甚至癌變。迄今為止,多項研究證明肝纖維化的進展受多種信號通路的調(diào)節(jié),包括TGFβ、BMP和Smad[15]。

BMP-9是肝纖維化發(fā)生過程中重要的細胞因子,肝纖維形成過程中的第一個事件是LSECs失去其特定的表型。它們關(guān)閉細胞間隙,失去窗口進而導(dǎo)致肝竇毛細管化。研究發(fā)現(xiàn),人LSECs中BMP-9通過下調(diào)lyve-1和上調(diào)基膜蛋白誘導(dǎo)肝竇毛細血管化[6]。研究小組還發(fā)現(xiàn),健康的大鼠LSECs能保持星狀細胞靜止表型,而毛細血管化的LSECs失去了這種作用。與這發(fā)現(xiàn)一致的是,有學(xué)者對肝纖維化患者的活檢進行分析,結(jié)果顯示,較高的BMP-9水平伴隨著晚期肝纖維化。同樣,在小鼠模型中,重組BMP-9過表達加速了肝纖維化,腺病毒介導(dǎo)的BMP-9敲除減弱了肝纖維化[16]。ALK1是肝臟非實質(zhì)細胞中主要的BMP-9受體,配體激活的ALK1通過Smad1通路激活靶基因Id1,從而誘導(dǎo)造血干細胞分化為成纖維細胞,成纖維細胞產(chǎn)生ECM蛋白。ECM的過度產(chǎn)生沉積導(dǎo)致肝臟纖維化[17]?？咕?hepcidin),BMP-9肝臟中另一個重要的靶基因,是一種富含半胱氨酸的抗菌多肽。hepcidin的一個顯著作用是抑制鐵的吸收和循環(huán)。在臨床中,鐵沉積伴隨著各種晚期疾病引起的肝纖維化和肝硬化。一項研究[18]采用血卟啉Hjv- /-小鼠模型研究鐵超載對肝纖維化的影響,發(fā)現(xiàn)Hjv基因的缺失會導(dǎo)致鐵離子沉積,從而促進肝纖維化。我們推測,肝臟中的鐵沉積可能是由于hepcidin的減少而發(fā)生的,而BMP9可上調(diào)hepcidin表達。這與BMP-9在肝纖維化中的作用相反。此外,有研究表明[19],BMP-9不能直接激活星狀細胞。BMP-9介導(dǎo)的星狀細胞活化可能是不同非實質(zhì)肝細胞類型(LSEC、KC、星狀細胞和其他成纖維細胞亞型)之間相互作用的結(jié)果。綜上所述,BMP-9既可以是促纖維生成因子,也可以是抗纖維生成因子。筆者推測,肝臟微環(huán)境的不同可能導(dǎo)致BMP-9所發(fā)揮的功能不同。BMP-9可以作為一個有效的生物標(biāo)志物和潛在治療肝細胞纖維化藥物的靶點。

4 肝細胞癌

肝細胞癌,是最常見的肝臟癌癥,侵襲性強,是一種高血管性的實體腫瘤,慢性肝病或肝硬化的患者是肝癌的高發(fā)人群[20]。在世界范圍內(nèi),HCC發(fā)病率較高,是癌癥死亡的第三大原因。目前的治療方法包括化療、射頻消融和手術(shù)切除,栓塞僅在肝癌的早期應(yīng)用,療效有限[21]。盡管有大量的科學(xué)研究,但肝癌的復(fù)發(fā)率仍然很高,經(jīng)常規(guī)治療后還是有大約70%的患者會復(fù)發(fā)[22]。肝癌除了可以在肝臟外轉(zhuǎn)移它還能夠在肝內(nèi)轉(zhuǎn)移,導(dǎo)致肝癌的預(yù)后較差。上皮—間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-mesenchymal transition, EMT)的特征是上皮細胞的分化特征消失,在疾病進展的不同階段發(fā)揮著核心作用[23]。TGF-β被認(rèn)為是癌細胞中EMT表型的關(guān)鍵誘導(dǎo)因子,在癌癥發(fā)生過程中有著雙重作用:一方面,在正常和惡性前細胞中,TGF-β是一種細胞抑制因子、促凋亡因子。另一方面,在癌細胞中,TGF-β導(dǎo)致細胞去分化,EMT和轉(zhuǎn)移[24]。

BMP-9在不同腫瘤的進展中發(fā)揮著不同的作用,但其在HCC中的作用尚不清楚。研究人員對人HCC組織樣本的表達進行分析,結(jié)果顯示,BMP-9表達水平與腫瘤分期呈正相關(guān);此外,體外實驗證明,在HCC細胞中BMP-9可以增強細胞遷移并誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化[25]。因此,筆者確定BMP-9是HCC中一個新的EMT誘導(dǎo)因子。與之相反的是,有研究表明[26],從正常肝臟到各種癌前病變和在HCC中BMP-9的表達呈線性下降趨勢,其主要下游靶點ID1的表達也減少,因此研究人員推測,BMP-9在HCC中可能具有腫瘤抑制作用。因為HCC是典型的高血管性惡性腫瘤,血管新生被認(rèn)為是HCC發(fā)展過程中腫瘤微環(huán)境形成的關(guān)鍵因素。在血管生成刺激因子中,VEGFA是中心,而VEGFA是HIF-1α的直接靶點。Chen H等[27]發(fā)現(xiàn),在肝細胞癌組織標(biāo)本的分析中,HIF-1α表達與BMP-9表達呈正相關(guān)。此外,他們還證實了重組BMP-9過表達,誘導(dǎo)了肝癌細胞ID1和HIF-1α/VEGFA的表達。這些結(jié)果提示BMP-9參與了HCC血管生成。靶向BMP-9信號的治療或許可以為HCC提供一種新的治療選擇。盡管關(guān)于BMP與腫瘤的科學(xué)研究數(shù)不勝數(shù),但我們目前對BMP在癌癥中的作用機制了解還遠遠不清楚。還沒有足夠的體外和體內(nèi)數(shù)據(jù)來得出確切的結(jié)論[28]。

5 小結(jié)

BMP-9是一個多功能調(diào)節(jié)因子,迄今已被證明可以控制鐵穩(wěn)態(tài),調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞血管生成。BMP-9主要在肝臟中表達,因此,BMP-9可能參與肝臟疾病的發(fā)生發(fā)展,本文中筆者總結(jié)了BMP-9及其信號通路在非酒精性脂肪肝、肝纖維化和肝細胞癌中的作用,發(fā)現(xiàn)BMP-9在不同條件下發(fā)揮著不同的作用,推測BMP-9的作用可能跟微環(huán)境有關(guān)。但目前對BMP在肝臟疾病中的作用機制了解還不夠清楚,沒有足夠數(shù)據(jù)來得出準(zhǔn)確的結(jié)論,需要進一步的實驗來研究BMP-9在肝臟疾病中的作用。