转化生长因子β对动脉粥样硬化中血管平滑肌细胞的作用及其影响

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【关键词】  生长转化因子β 血管平滑肌细胞 动脉粥样硬化

　　血管平滑肌细胞（VSMCs）的活化、增殖和迁移是动脉粥样硬化病变发展的必要条件［1］。在生理状态下，VSMCs合成并分泌胶原等细胞外基质维持血管的正常的正常结构和功能。但是，粥样斑块形成早期，VSMCs从血管中膜迁移至内膜，进而增殖并发生表型变化，合成并分泌细胞外基质、释放多种生长因子、细胞因子，还可摄取脂质成为肌源性泡沫细胞。经过几十年的发展，VSMCs最终和其他细胞一起形成阻碍血流的巨大粥样斑块。
   
　　转化生长因子β(Transforming Growth Factor,TGF-β)是一类多功能的多肽类生长因子，参与调节胚胎发育、细胞生长和分化、细胞外基质合成、炎症、创伤修复和免疫等许多生物学过程［2］。近年研究表明，TGF-β可通过其抗炎、免疫调节以及促进细胞外基质（EMC）的作用，限制动脉粥样硬化（AS）的发展。特别是TGF-β对VSMCs增殖、迁移以及表型转化产生作用，从而影响着粥样斑块的形成、发展以及斑块的稳定，对减少急性冠脉事件的发生起着不可忽视的作用。

　　1  转化生长因子β及其受体的生物学特性
   
　　现已发现TGF-β有5种异构体，即TGF-β1～TGF-β5，而在人体只存在有TGF-β1，TGF-β2，TGF-β3 3种。其中以TGF-β1所占比例最高，活性最强，功能最重要。一些分泌性蛋白在结构和功能方面与TGF-β相似，它们同属于TGF-β超家族，例如激活素（activins）、抑制素（inhibins)、骨形态形成蛋白（bone morphogeneticproteins,BMP)、苗勒氏抑制物（mullerian inhibitory substance)等［3］。
   
　　转化生长因子β(Transforming Growth Factor,TGF-β)来源广泛，几乎所有的细胞都能产生，新合成的TGF-β均以无活性的二聚体形式分泌。这种前体蛋白包括前体TGF-β潜在相关蛋白（TGF-βLatency Associated Protein ,LAP）和TGF-β活性部分。在分泌过程中，二者以非共价键结合，称为小型潜在活性复合物。此复合物中的LAP可通过二硫键连接一类称为潜在的TGF-β结合蛋白（Latent TGF-TGF-β binding portein,LTBP）的蛋白，最终二者与TGF-β形成三分子复合物，称为大型潜在活性复合物［4］。关于TGF-β的活化现有两种机制：第一，可以通过蛋白酶，如纤溶酶（Plasmin）、凝血酶（Thrombin）、血浆转谷氨酰胺酶（Plasma Transglutaminase）等裂解LAP；第二，可以借助LAP与其他蛋白，如：血小板反应蛋白-1（Thrombospondin-1）的相互作用发生构型改变，进而释放活性TGF-β［5］。目前，Rifkin［6］认为潜在复合物中的LAP犹如TGF-β的感觉器（sensor）——整合环境中活化TGF-β的多种因素，控制启动器（effector）TGF-β量的释放，这对于抑制TGF-β活性的过度表达以及TGF-β在细胞外基质的贮存有重要意义。LTBP可能相当TGF-β的定位器，调节TGF-β在组织器官中的分布，但这点还未明确。
   
　　活化的TGF-β通过细胞受体系统介导而发挥作用。TGF-β受体是存在于细胞表面上的跨膜糖蛋白。目前公认的TGF-β受体主要有3种（TβR Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ）。Ⅰ型和Ⅱ型均属于丝氨酸/苏氨酸受体激酶家族。Ⅲ型受体即β蛋白聚糖（β-glycan），本身无信号转导功能，主要参与调节TGF-β进入细胞内，还可能促进TGF-β与Ⅱ型受体结合［1］。TGF-β活化后，首先在细胞外与TβRⅢ结合形成复合物，TGF-β被传递给处于自动磷酸化的TβRⅡ或TGF-β直接与TβRⅡ结合，再结合形成复合物，此时TGF-β构象改变，被TβRⅠ识别并结合形成三元/二元复合物，复合物中的Ⅰ型受体被Ⅱ型受体磷酸化，磷酸化的Ⅰ型受体从而激活TβRⅠ的蛋白激酶活性，继而主要由Smads蛋白家族介导胞内信号转导［8］。Smads蛋白按功能分为3类：（1）通路限制型（R-Smads），包括Smad1～Smad3，Smad5，Smad8；（2）共同介导型或辅助型（Co-Smads），主要是Smad4，介导磷酸化的R-Smad转移至细胞核并与靶基因结合的过程；（3）抑制型或拮抗型（Ⅰ-Smads），包括Smad6，Smad7，主要通过竞争性地与Ⅰ型受体结合而抑制R-Smad的磷酸化过程。其中Smad2～Smad4,Smad6,Smad7与TGFβ的信号调控最为密切。Smad2和Smad3是TβRⅠ胞内激酶的关键作用底物，经受体激酶磷酸化后与Smad4结合形成异源性多聚体并转位细胞核内，与DNA结合，激活DNA转录，调控目的的基因表达，在TGF-β1胞内信号转导中起着关键作用［9，10］。

　　2  转化生长因子β对动脉硬粥样硬化（AS）中血管平滑肌细胞（VSMCs）的作用

　　2.1  TGF-β影响AS中VSMCs的增殖、迁移以及表型转化动脉粥样硬化过程是动脉壁对多种损伤因素的慢性炎症反应过程，其特点的炎症组织来源于平滑肌细胞。TGF-β对平滑肌细胞自分泌血小板衍化生（platelet-derived grouth factot ,PDGF）实现的，而PDGF是平滑肌细胞向内膜迁移和增殖的最重要的调节生长因子。低水平的TGF-β可促使PDGF-A的表达，介导平滑肌细胞的迁移和增殖［11］。当TGF-β水平较高时，平滑肌细胞表面的PDFG受体α亚单位的表达受抑制，通过延长细胞周期中DNA合成期从而抑制平滑肌细胞的增殖［12］。
    TGF-β不仅能调节平滑肌细胞的迁移与增殖，而且能调节平滑肌细胞表型的转变。根据细胞结构和功能的不同，我们人为地将VSMCs分为收缩型（分化型）和合成型（未分化型或去分化型）两种表型。收缩表型是其中的成熟类型，分化程度高，正常成人动脉血管内的VSMCs以收缩型为主,主要功能是维持血管的弹性和收缩血管。合成表型属于不成熟类型，分化程度低或未分化，合成和分泌基质蛋白能力强，主要功能是增殖、迁移入内膜和和合成基质，主要位于胚胎中期血管或颊骨理血管中［13］。VSMCs的表型转化主要表现为其从收缩型转变成合成型，并获得增殖、迁移和合成、分泌大量细胞外基质（ECM）的能力，严重时会引发血管重构（vascular remodeling），这是动脉粥样硬化等血管病变发生发展的根本原因［14］。
   
　　David. J［15］等研究发现当正常血管来源的VSMCs进行原代培养时，刚开始细胞高表达TGF-β的Ⅱ型受体，这型受体被激活后可增加VSMCs收缩蛋白的表达，但是无细胞外基质（ECM）生成。当在缺少TGF-β的刺激的情况下，经过多个细胞周期后，VSMCs表面表达的TβRⅡ：TβRⅠ的比率将下降，并且细胞对TGF-β的应答也完全发生转化，这时VSMCs在接受TGF-β后会分泌EMC，而不表达收缩蛋白。更有趣的是，在细胞培养时，如果从开始就维持给予TGF-β刺激，那么VSCMs可能绝大部分会维持TβRⅡ的高表达，同时相应地它们会保持低EMC分泌的分化型。其他研究也表明，TGF-β能够提高VSMCs分化，增加平滑肌α-肌动蛋白（α-SMA）、平滑肌肌球蛋白重链（SM-MHC）、h1-calponin和α-SMA表达，它们是分化型VSMCs表型的重要标志［16，17］。另外，McCaffrey等［18］证实VSMCs（产生血管壁的所有的ECM）在动脉粥样硬化性损害同在正常的血管壁比较，具有不同的TGF-β受体表达类型。在病变的血管壁细胞主要表达Ⅰ型TGF-β受体，而在正常的血管壁细胞主要是Ⅱ型TGF-β受体，这种变化至少在体外有功能性的影响。Ⅰ型受体占优势的VSMCs对于TGF-β的反应不同于Ⅱ型受体占优势的VSMCs，前者可极大地提高ECM的生成；相反Ⅱ型受体占优势的VSMCs几乎不能增加ECM的生成。
   
　　综合这些研究结果David.J［15］提出一套分子假说，说明了TGF-β对VSMCs作用如何影响AS的发生发展：当TGF-β维持高水平反馈环路时，VSMCs的TⅡR则一直高水平表达，从而维持血管中VSMCs为分化型——VSMCs生成大量的收缩蛋白而分泌相对少的ECM。如果TGF-β受到一些能使其活性减少的外部因素干涉，并且这些外部因素在某种特殊区域干涉充分，那么这些区域的VSMCs不仅会分化、增殖和迁移 到血管内膜，而且也会减少Ⅱ型受体的表达。这时TGF-β活性减少为“第一击”（ first hit），它能促进AS早期脂质条纹病灶的形成。然而VSMCs上TβR表型转换是不可逆的，相应地所引起的血管结构的改变也就不可逆了，因为即使TGF-β活性恢复正常，那些已经去分化的内膜VSMCs在接受TGF-β刺激时也只产生ECM而不会返回为收缩状态的表型。这次“打击”将导致含基质丰富的稳定动脉粥样硬化性斑块产生。然而，如果TGF-β活性仍然被抑制或者进一步的降低，那么这时发生的TGF-β活性仍然被抑制或者进一步的降低，那么这时发生的TGF-β活性减少为“第二击”（Second, hit）。结果斑块中募集的白细胞增加，而残存的VSMCs产生的ECM减少，形成不稳定斑块，如果典型的不稳定斑块继续发展会最终发生心肌梗塞和死亡等临床事件。

　　2.2  TGF-β对血管平滑肌的作用影响粥样斑块稳定性粥样斑块为发展成熟的粥样硬化病变［19］，其表面有一层纤维帽。纤维帽中成分的改变影响着斑块的稳定。纤维帽的细胞成分主要是VSMCs，分泌EMC是其主要功能之一。EMC的数量及质量决定了粥样斑块纤维帽的机械强度及粥样斑块的稳定性。同稳定的斑块相比，不稳定斑块的平滑肌细胞数量及细胞外基质的量减少，纤维帽更薄。另外，影响斑块不稳定的因素就是斑块中存在的大量炎性细胞，例如巨噬细胞、激活的T淋巴细胞及肥大细胞，这些细胞会分泌大量细胞因子和基质金属蛋白酶等活性物质，增加了EMC的分解，抑制EMC的合成。这种炎性反应会打破了VSMCs所分泌的EMC合成与分解的动态平衡，导致纤维帽变薄发生斑块破裂。因此，斑块中炎症反应与EMC的沉淀之间的平衡被认为是维持人体粥样斑块稳定的重要原因［20，21］。TGF-β作为免疫调节剂和致纤维化调节剂和致纤维化调节剂，对维持粥样斑块的稳定起着关键作用。
   
　　考虑到TGF-β的信号对ECM产生的影响，白细胞和平滑肌细胞之间的相互作用可能特别重要。在进展期动脉粥样硬化斑块中白细胞和平滑肌细胞总体之间的平衡是斑块稳定性的一个主要决定因素［22］。TGF-β可能在调节这种“稳定性平衡”中起到了中枢作用，这至少有两种方式：（1）通过它的免疫调节作用抑制白细胞的募集；（2）它是目前最强的致纤维化细胞因子之一。Mallat等［23］在ApoE-/-大鼠体内运用抗-TGF-β1，2，3中和抗体抑制了TGF-β信号传导途径，9周后发现病变部位炎性细胞成分增加而胶原减少，利于斑块向不稳定方向变化。Esther Lutgens等［24］应用不同的方法得到相似结果，将大鼠TGF-βR Ⅱ融合蛋白（TGF-βR Ⅱ:Fc）作为TGF-β信号传导途径的抑制剂注入A poE-/-大鼠体内，用药后初始和进展的粥样硬化斑块内炎性细胞和炎性因子增加同时纤维化减少，而新近和陈旧的斑块内出血、纤维蛋白和离子沉积以及斑块上覆盖的内皮表面出现破溃等事件的发生率明显增加。上述研究提供了在体实验证据，说明了抑制TGF-β信号传导途径在大鼠体内引起斑块不稳定的特点，确定了TGF-β在粥样硬化病变中通过对抗炎症反应所发挥的积极作用，以及TGF-β作 重要的致纤维化因子对胶原的分泌和胶质的重塑有重要作用。可见，TGF-β可以通过促进纤维帽的平滑肌细胞产生基质来防止不稳定损害的发展。　3  展望
   
　　VSMCs增殖、迁移是动脉粥样硬化的核心病理过程，同时内膜VSMCs对于AS斑块的稳定是必不可少的，对预防和减少急性冠脉综合征是必需的。TGF-β作为重要的抗炎、促纤维化因子在调节VSMCs迁移与增殖以及表型转化方面起着重要作用，影响AS发展及粥样斑块的稳定。因此激活的TGF-β信号传导途径可能为粥样硬化病变治疗提供了新的靶点。然而在研究过程中，还有许多问题尚待解决，例如，现在对TGF-β的在体研究主要集中在动物上，那么TGF-β对人类血管生物学的作用是否与动物中的相似；TGF-β可拮抗动脉粥样硬化发展，这与其他促动脉粥样的因素（如血栓形成、脂代谢紊乱）相比，到底孰重孰轻；VSMCs分泌EMC，可以促进斑块稳定，同时也是影响AS中血管重构及狭窄的重要因素，而TGF-β是EMC分泌的调节因子，我们如何通过定量的方法控制TGF-β活性，让它的信号传导向有利于延缓AS发展的方面进行。以上问题均需进一步研究。
   
　　随着各种新型研究手段的发展，对TGF-β、VSMCs和动脉粥样硬化之间错综复杂的关系及其相互影响的研究和探讨将会逐渐深入。相信各种关于它们之间关系的分子机制的提出会为临床工作提供有利的理论基础，增加治疗的选择性以及为临床药物实验提供科学依据。

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