转化生长因子-β1(TGF-β1)与肺纤维化研究的进展

转化生长因子-β1(TGF-β1)与肺纤维化研究的进展

陈刚;余民浙

【摘 要】转化生长因子-β1（Transformating Growth Factorbetal，TGF-β1）是一种多功能的细胞因子，是由2条分子量为11Kd有112个氨基酸构成的单链通过二硫键结合而成的分子量为25Kd的多肽。它在细胞的生长、分化、免疫调节、调节细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）合成及损伤后的修复方面发挥着重要的作用。在哺乳动物中。TGF—β家族有3个亚型TGF—β1、TGF-β2、TGF—β3，它们通过与相应的受体结合而发挥生物作用。活化的TGF—β过度表达对肺、

【期刊名称】《中国疗养医学》

【年(卷),期】2007(016)001

【总页数】3页(P3-5)

【关键词】转化生长因子-β1;TGF-β2;肺纤维化;细胞因子;免疫调节;细胞外基质;哺乳动物

【作 者】陈刚;余民浙

【作者单位】066104,国家煤矿安全监察局尘肺病康复中心;066000,秦皇岛市海港医院

【正文语种】中 文

【中图分类】R5 转化生长因子－β1（Transformating Growth Factor beta1,TGF-β1）是一种多功能的细胞因子，是由 2条分子量为 11Kd有 112个氨基酸构成的单链通过二硫键结合而成的分子量为 25Kd的多肽。它在细胞的生长、分化、免疫调节、调节细胞外基质（Extracellular matrix,ECM）合成及损伤后的修复方面发挥着重要的作用 [1，2]。在哺乳动物中，TGF-β 家族有 3个亚型TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3，它们通过与相应的受体结合而发挥生物作用。活化的 TGF-β 过度表达对肺、肝、肾等组织病理改变的影响非常显著，特别是致纤维化方面。在体内试验中，TGF-β1对纤维化的作用明确、TGF-β2作用不明确、TGF-β3无作用；然而体外试验发现 TGF-β 的 3个亚型都有促进纤维化的作用。本文从 TGF-β1的生物学特性、作用机制、以及TGF-β1与肺纤维化的关系这三个方面做一阐述。

1985年，Assoian等首次在人血小板中分离出TGF-β1。研究发现，纯化具有活性的 TGF-β1分子是分子量为 25Kd的多肽，由 2条分子量为 11Kd有 112个氨基酸构成的单链通过二硫键结合而成 [3]。单链TGF-β1分子有一个糖肽末端（NH2）和 COOH端，糖肽末端具有糖基和巯基结合位点，COOH端含有巯基结合位点，这些结合位点有助于 TGF-β1分子的成熟。目前研究表明，血小板、上皮细胞、巨噬细胞和间质细胞都能合成和分泌 TGF-β1。其中血小板在肌体正常时是主要的存储细胞，在肌体受到损伤后，则释放 TGF-β1，促进肌体的修复；静止的巨噬细胞保持较高浓度的 TGF-β1mRNA水平，而且在受到刺激后分泌 TGF-β1。肺部的 TGF-β1主要来自 AM、支气管上皮和皮下基质以及与修复和胶原合成相关的细胞间质。

TGF-β1在其发挥作用过程中要经过激活、与受体结合才能发挥生物学作用。TGF-β1在发挥调节作用之前，必须经过一定的激活过程，使之从没有活性的复合物分离出来。单体 TGF-β1的前体原（Pre-Pro-TGF-β1）含有 29个氨基酸信号序列，这个序列在甘、亮氨酸结合处断裂，变成 TGF-β1的前体，随后在糖基结合位点处结合糖基，然后磷酸化、水解后成为成熟的 TGF-β1单体。最后，单体通过二硫键结合成为 TGF-β1分子[4]。因此，凡是能够影响该过程的因素都可影响TGF-β1的作用。另外，TGF-β1必须与其受体结合才能发挥生物学作用，有资料表明大多数细胞都通过膜受体与 TGF-β1紧密结合，而受体数量也直接影响TGF-β1的产生和合成。已有资料证明 T－淋巴细胞 TGF-β1受体增加伴随 TGF-β1表达和产生的增加。同时，TGF-β1也可诱导自身的表达[5]。活化后的 TGF-β1通过以下三种途径在肺纤维化中发生作用。

2.1 TGF-β1是很强的 FB和多形核中性粒细胞（PMN）以及单核巨噬细胞的趋化因子，肺组织发生损伤与单核巨噬细胞在肺组织损伤位点的聚集过程有关；同时，它还能促进未成熟的 FB进行分裂增殖，而 FB是结缔组织蛋白的主要细胞来源，在肺纤维化进程中具有显而易见的重要性。有研究表明，PMN在肺纤维化的患者肺内大大增加。

2.2 TGF-β1可以诱导 P53、P21WAFI/PiCI及增殖细胞核抗原（PCAN）的高表达：前者是一种 DNA损伤诱导蛋白，后两种蛋白参与DNA的复制和修复。免疫组化染色证明在纤维化区域存在于包括上皮细胞在内的多种细胞内，而在非纤维化区域内这种蛋白染色无明显增加。双重免疫组化染色证明Ⅱ型肺泡上皮细胞高表达以上所有蛋白。

2.3 TGF-β1的一个潜在功能是诱导上皮细胞程序性死亡（凋亡）：最近研究表明

FAS和 FASL（对细胞凋亡非常重要的一对因子） 缺陷小鼠气管内滴注博来霉素后与野生型相比肺纤维化轻。这种对肺纤维化的保护作用同时伴随有上皮细胞凋亡的减轻。另一研究证明可溶性 FASL是一种潜在的 PMN化学趋化剂。TGF-β1通过诱导 P53的表达，依次引起 FAS受体的聚集和 caspase-8的激活，导致细胞凋亡。P53也可以通过转录激活 P21WAFI/PiCI及 PCAN基因而促进它们的表达。因为

P21阻断了 PCAN对 DNA聚合酶的作用，因此导致细胞生长停止和凋亡。 肺纤维化是许多肺损伤的共同病理过程。其病理过程中都有结缔组织增生 ECM合成增加和病理性蓄积，最终以 ECM的数量和组成成分变化为特征。FB是 ECM的主要来源[6]，ECM是引起细胞黏附、迁移、增生、分化的共同物质基础[7]。在纤维化发生和ECM产生过程中，TGF-β1起到重要的调节作用，这在运用 TGF-β1抗体减弱博来霉素诱导的肺纤维化试验和特异性纤维性肺疾病的病人检测到 TGF-β1的合成增加的事实中得到证实[8]。

3.1 TGF-β1对巨噬细胞和 FB的作用

TGF-β1对巨噬细胞产生化学趋化性，使之聚集于损伤区域；同时 TGF-β1刺激巨噬细胞分泌其他细胞因子，如白细胞介素－1（IL-1）、血小板生长因子(PDGF)、肿瘤坏死因子(TNF-α)和 TGF-β1等，而 IL-1是FB的促细胞分裂剂[9]。Khalil等认为 TGF-β1通过诱导产生PDGF和 TNF-α来调节炎症和纤维化过程[10]。

TGF-β1对 FB也是一种强有力的趋化因子，且TGF-β1本身又是一种强烈的促细胞分裂剂，能够促进 FB产生结缔组织蛋白 [11]。这种作用可能是TGF-β1直接作用与靶细胞的 DNA，促进结缔组织蛋白基因表达所致。同时，FB也可以调节 IL-1、PDGF、TNF-α 和 TGF-β1等生物因子的产生，而这些因子反过来又可以使FB增加合成ECM。

因此，TGF-β1是通过对巨噬细胞和 FB产生化学趋化性、增加细胞因子合成和促进细胞增生共同控制 ECM蛋白的合成、从而导致纤维化的发生。

3.2 TGF-β1对ECM的作用

ECM包含多种成分，如蛋白多糖、胶原、糖蛋白、fibronectin等，在正常情况下

ECM处于合成和降解的动态平衡状态。

研究认为应用博来霉素后肺泡间质细胞、肺泡和毛细血管的内皮细胞过度表达

TGF-β1基因导致肺泡间质 ECM的集聚。TGF-β1是极强的潜在促进ECM的集聚和作用的促动因子[12]。RobertAB等[13]认为 TGF-β1促进 ECM的增加有三种途径：①通过刺激基因转录来增加，包括糖蛋白在内的不同 ECM蛋白成分合成和分泌的增加，包括刺激成人肺 FBⅠ、Ⅲ、Ⅴ胶原蛋白、纤维连接蛋白、凝血酶应答蛋白。骨桥蛋白、弹性蛋白、透明质酸、骨连蛋白以及硫酸软骨素、硫酸皮肤蛋白等蛋白聚糖分子的合成和分泌；②阻止蛋白激酶分泌，如丝氨酸蛋白酶、血纤维蛋白溶酶原激活剂、金属蛋白酶类、胶原酶以及弹性蛋白酶等，减少 ECM降解，并且促进蛋白激酶抑制剂的分泌，如金属蛋白酶的组织型抑制剂以及血纤维蛋白溶酶原抑制剂等；③增加 ECM细胞受体合成的转录、翻译过程，增加它们在细胞膜的数量使之能与 ECM黏附。TGF-β1不但直接调节 ECM的合成，而且调节ECM受体的的合成和改变受体在细白膜的数量[14]。细胞和 ECM之间的信号传导是通过一种被称为integrin的特异细胞表面受体调节。已经证明 TGF-β1能够增加ECM的细胞受体mRNA水平和细胞产生受体亚单位的速度。integrin调节胶原、fibronectin和Vitronctin等结合，TGF-β 向上调节其亚单位 αβ1、 αβ3，而且在不同细胞内选择调节不同的 α 和 β亚单位 [15]。表明 TGF-β1不仅是通过调节

ECM的合成，而且通过调节细胞和ECM的受体成分、数量以及与细胞的结合能力来调节细胞的移行和分化[16]。Rihs等[17]认为 TGF-β1对 integrin的复合物的调节是肺病理性纤维化的重要病因。

TGF-β1通过自分泌或旁分泌作用，协调与其他细胞因子的作用，促进细胞增殖和

ECM沉积，在肺纤维化发生过程中起着关键作用。TGF-β1可以趋化单核细胞、中性粒细胞、淋巴细胞等，从而促使 IL-1、PDGF、TNF-α等细胞因子合成增加。TGF-β1与胰岛素样生长因子（IGF）在刺激间质 FB增殖与新生胶原在肺内沉积方面可能存在互补作用。又有研究发现TGF-β1与PDGF、TGF-β1与TNF-α间在肺纤维化发生中彼此密切相关，可能存在级联反应，协同促进纤维化进行性进展。另外，TGF-β1还可通过 Thy1FB显著下调 IL-1Ⅰ型受体，使 Thy1FB对由 IL-1Ⅰ介导的 IL-6诱导蛋白合成作用几乎丧失反应[18]。在上述诸因子中，IL-1、TNF-α 等主要参与组织局部损伤与炎症反应，而 TGF-β1、IGF、PDGF等主要参与肺组织损伤愈合与纤维化过程。

综上所述，TGF-β1的确在肺纤维化过程中起到举足轻重的作用。研究其作用的机理对肺纤维化疾病的治疗具有重要的意义。

【相关文献】

1 Robert AB,Flanders KC,Heine UI,et al.Transformating Growth factor-β：multifunctional

regulator of differentiation and development.Philos Trans R Soc Lond,1990,327(1)：145

2 Robert AB,Mcune BK,Sporn MB.TGF-β：Regulation of extracellular matrix.Kidney

Int,1992,41(3)：557

3 Lyons RM,Moses Hl.Transformating Growth factors and the regulation of cell

proliferation.Eur J Biochem,1990,187(3)：467

4 Pelton RW,Moses HL.The Beta-type Transformating Growth factor：mediaters of cell

regulation in the lung.Am Rev Respir Dis,1990,142(2)：331

5 Zhang K,Flanders KC,Phan SH.Cellular Localization of transforming growth factor-β