陳希琦，張曉雙，周永坤，朱 勇

纖維化屬炎癥變質(zhì)、滲出、增生三階段中增生階段的主要組分；纖維化疾病是各種損傷因素如炎癥、創(chuàng)傷、出血、藥物、放射線等導致的細胞外基質(zhì)生成與降解失衡，造成膠原在組織內(nèi)異常沉積，出現(xiàn)器質(zhì)結(jié)構改變，廣泛的纖維化后的結(jié)構重塑會致使臟器功能的障礙，最終可導致死亡[1]。纖維化進程幾乎涵蓋所有的臟器和組織，主要有肺及支氣管、肝臟、心肌、腎臟、腹膜和皮膚等。不同的組織的纖維化往往具有相類似的病理學特征。目前公認的最重要的致纖維化因子是轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)，Smads蛋白家族是其下游激活蛋白，TGF-β1/Smads信號轉(zhuǎn)導通路參與了纖維化的進程。

1 TGF-β1/Smads的組成及通路傳導

在調(diào)控組織器官纖維化機制中，TGF-β1/Smads是最主要的信號通路。它由TGF-β1、TGF-β受體蛋白(TβR)、Smads蛋白家族及相關調(diào)控基因等組成。TGF-β1是一種多功能的細胞因子，在細胞的增殖、遷移、凋亡和組織的損傷修復、免疫功能的調(diào)節(jié)等方面起到重要的作用[2-4]，TGF-β 超家族中分為四種亞型 (TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β1β2)，在未激活前以前體 LTGF-β 形式存在于細胞內(nèi)[5]，在組織纖維化中TGF-β1的表達量遠超過其他幾類亞型，是誘導纖維化的最強細胞因子[6]。

TGF-β1/Smads信號通路的受體有3類，信號的轉(zhuǎn)導應答主要依賴I型(TβRⅠ)和Ⅱ型(TβRⅡ)兩種受體，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)人類基因可以編碼7種TβRI和5種TβRⅡ[7]。TβRⅢ型受體是指由內(nèi)皮糖蛋白和β蛋白聚糖等組成的輔助性受體[8]。Ⅰ型及Ⅱ型受體均只有一個跨膜結(jié)構域，同時具有絲/蘇氨酸激酶活性，配體與受體相結(jié)合，形成穩(wěn)定的異源四聚體復合物介導下游信號傳遞。

按照各Smads蛋白不同的構成與功能，Smads家族可分成三種類型，第一種是受體活化型R-Smads，是TβRI的直接效應分子，成員組成有Smad1、2、3、5、8，其中Smad2、3可作為轉(zhuǎn)錄因子介導了TGF-β類信號轉(zhuǎn)導，目前研究比較深入。第2類是通用型Co-Smads，只包括Smad4，其本身不具有轉(zhuǎn)錄活性，但它作為R-Smads的轉(zhuǎn)錄共同子介入對下游靶基因的調(diào)控，是R-Smads行使轉(zhuǎn)錄功能所不可缺失的。第3類受體抑制型I-Smads，包括Smad6、Smad7，是通路的負反饋調(diào)節(jié)因子，能夠減弱信號轉(zhuǎn)導強度，同時也能被別的信號通路誘導表達，如STAT3也可以來調(diào)控其表達[9]，因而可成為TGF-β1/Smads與其他信號通路聯(lián)通的節(jié)點。

TGF-β1/Smads信號通路的傳導過程經(jīng)歷3個階段:(1)跨膜，配體與受體結(jié)合，將信號轉(zhuǎn)導進胞內(nèi)；(2)胞內(nèi)轉(zhuǎn)導，Smads蛋白參與，將信號轉(zhuǎn)入核內(nèi)；(3)核內(nèi)調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄，合成蛋白，調(diào)節(jié)生物學行為。具體過程是TGF-β1首先與細胞膜上的TβRII受體結(jié)合并使之磷酸化，TβRⅠ被磷酸化的TβRⅡ募集，結(jié)合成多聚體而活化，活化的TβRI在細胞內(nèi)磷酸化R-Smads中的Smad2/3，組成p-Smad2/3，其與受體分離后與Smad4形成復合物進入細胞核內(nèi)，在核內(nèi)調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生生物學效應，同時Smad6、7能夠拮抗R-Smads/Co-Smad的信號，起到負反饋調(diào)節(jié)作用[10]。

2 TGF-β1/Smads與肝纖維化

肝纖維化(liver fibrosis，LF)是因為各種致病因素造成肝臟長期慢性的損傷，如病毒、異常代謝、大量飲酒和過度的免疫反應等，造成肝細胞外基質(zhì)過度沉積的一種初期可逆的修復過程[11]。肝硬化如得不到抑制可導致肝硬化和肝癌的發(fā)生。TGF-β1是調(diào)控肝纖維化的重要細胞因子，在肝細胞受到損傷等因素后會大量分泌，參與炎癥的免疫調(diào)節(jié)，誘導細胞分化，是肝纖維化進一步加重的原因之一[12]。肝星形細胞(hepaticstellatecell，HSC)是肝纖維化的主要效應細胞，HSC在外界因素作用下通過TGF-β1/Smads通路可被誘導為肌成纖維細胞(myofibroblasts，MBs)[13]，MBs分泌的膠原、纖連蛋白等組成了細胞外基質(zhì)，過多的細胞外基質(zhì)形成及降解失衡，導致了細胞外基質(zhì)沉積，從而發(fā)展為肝纖維化。通過藥物抑制此調(diào)節(jié)通路可抑制人肝星狀細胞的纖維化作用，王國泰等發(fā)現(xiàn)姜黃素可通過抑制TGF-β1/Smad2，從而有效抑制LX-2人肝星狀細胞Smad2的磷酸化，減少α-SMA蛋白分泌，并且可抑制LX-2細胞的增殖和轉(zhuǎn)化，從而抑制肝纖維化進程[14]。

3 TGF-β1/Smads與肺纖維化

肺纖維化是一種間質(zhì)性肺病，具有進行性、不可逆的特點，其主要病理變化是成纖維細胞增殖、活化導致細胞外基質(zhì)過度積累，并伴有炎癥和損傷所致肺組織結(jié)構破壞和功能喪失，最終出現(xiàn)呼吸衰竭而死亡。TGF-β1是控制肺纖維化發(fā)生、發(fā)展的關鍵調(diào)控因子[15]，廣泛表達于氣管上皮、血管內(nèi)皮、肺泡巨噬細胞等細胞中，其功能的發(fā)揮依賴于Smads蛋白的信號轉(zhuǎn)導及調(diào)控[16]。在肺纖維化大鼠模型中，TGF-β1、Smad3蛋白的表達顯著上調(diào)，使用高選擇性的Smad3特異性抑制劑可有效抑制TGF-β1誘導的p-Smad3，并可減弱TGF-β1轉(zhuǎn)錄活性，抑制TGF-β1誘導的成纖維細胞分化，減少Ⅰ型及Ⅱ型膠原在細胞外基質(zhì)中的產(chǎn)生和沉積，從而抑制肺纖維化的發(fā)展[17]。

4 TGF-β1/Smads與腎纖維化

各類腎臟疾病進展到終末期，其共同的病理學基礎是腎纖維化。其病理學特征是腎小球硬化、腎內(nèi)血管硬化和間質(zhì)纖維化等，是由多種致病因素驅(qū)動的病理過程。其中涉及到了炎癥、缺氧、成纖維細胞的增殖與活化、上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化、多種細胞因子的作用及信號級聯(lián)反應等過程。在受到炎癥、損傷、缺氧、高糖等因素作用后，腎臟內(nèi)相關組織及細胞產(chǎn)生TGF-β1，通過調(diào)控細胞內(nèi)下游Smads蛋白，可誘導發(fā)生上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，成纖維細胞分化活化，促進細胞外基質(zhì)的合成和沉積。TGF-β1/Smads可促進2型上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)的發(fā)生[18]，使腎上皮細胞喪失極性和黏附特征，部分轉(zhuǎn)化為成纖維細胞，最終導致ECM合成與沉積[19]。而EMT轉(zhuǎn)化來的成纖維細胞也會產(chǎn)生TGF-β1，進一步加速腎纖維化進程。另外TGF-β1/Smads還可以通過上調(diào)成纖維細胞生長因子(FGF-2)和PDGF受體等促纖維化因子來發(fā)揮作用[20]。汪國敏發(fā)現(xiàn)清化固腎排毒顆粒具有一定的抗腎纖維化的作用，證實藥物可通過降低TGF-β1和α-SMA的表達來抑制EMT和細胞外基質(zhì)的過度沉積，改善腎纖維化的作用[21]。吉晶在研究抗纖靈方對腎纖維化大鼠干預作用時發(fā)現(xiàn)，抗纖靈方可改善腎功能，減少腎纖維化面積，降低腎臟損傷，下調(diào)TGF-β1、Smad2、Smad3mRNA及蛋白水平，上調(diào)Samd7mRNA及蛋白的表達，證實抗纖靈方可通過調(diào)控TGF-β1/Smads來干預腎纖維化進程[22]。

5 TGF-β1/Smads與心肌纖維化

大多數(shù)心血管疾病的發(fā)生均伴隨著心肌細胞纖維化，可導致心室壁僵硬，心室的舒張功能異常，冠狀動脈儲備能力下降，最終可致心律失常、心力衰竭甚至心源性猝死。纖維化的心肌病理學檢查發(fā)現(xiàn)，細胞外基質(zhì)的合成-降解失調(diào)，間質(zhì)中膠原大量聚集，并且排列紊亂[23]。因此抑制心肌成纖維細胞過度增殖及細胞外基質(zhì)的異常沉積，糾正膠原的合成與降解失衡是預防心肌纖維化重要措施[24]。TGF-β1/Smads在心肌纖維化的進程中起著關鍵性的作用[25]，是公認的心肌纖維化信號通路[26]。研究發(fā)現(xiàn)，當心室壁機械壓力增大，心肌組織及血液循環(huán)中AngⅡ、內(nèi)皮素水平上升，可活化TGF-β1，進而激活TGF-β1/Smads信號轉(zhuǎn)導途徑，調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄，誘導成纖維細胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞，分泌膠原，細胞外基質(zhì)的沉積增加，同時活化的TGF-β1也可直接上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑(tissue inhibitorof metalloproteinase，TIMPs)、下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)的水平，引起細胞外基質(zhì)沉積和降解失衡，從而促進纖維化的形成[27]。在心肌梗死大鼠模型中，參附注射液能夠抑制TGF-β1/Smads信號通路的活化，下調(diào)Smad2、Smad3，增加Smad7，抑制心肌纖維化和心肌重構的進程[28]。由此可見，TGF-β1/Smads信號通路是治療心肌纖維化的重要靶點。

6 TGF-β1/Smads與腹膜纖維化

在腎臟替代療法中，血液透析與腹膜透析相比，后者對血流動力學的影響更小，更接近于正常的生理代謝，并且操作相對簡單，能夠保護殘余腎臟功能。但長期的腹膜透析，在透析液的作用下易出現(xiàn)腹膜纖維化，最終導致腹膜的超濾功能衰竭，制約著長期腹膜透析的發(fā)展[29]。間皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(mesothelial-to-mesenchymal transition,MMT)屬于上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的一種，即腹膜間皮細胞在炎癥、損傷等因素作用下發(fā)生表型轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞。越來越多的證據(jù)揭示MMT可能是腹膜纖維化的始動和可逆的關鍵環(huán)節(jié)，對MMT的逆轉(zhuǎn)可能成為預防腹膜纖維化的新靶點。而誘導MMT的關鍵細胞因子就是TGF-β1，通過經(jīng)典Smads和非Smads信號通路誘導腹膜纖維化的產(chǎn)生。史偉文[30]等通過大鼠實驗研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素可通過TGF-β1/Smads信號通路拮抗腹膜透析相關的腹膜纖維化，藥物干預組大鼠腹膜組織中轉(zhuǎn)化生長因子-β1、MCP-1、α-SMA較模型對照組明顯降低。

7 TGF-β1/Smads與瘢痕

皮膚瘢痕增生是以成纖維細胞(fibroblast，F(xiàn)b)過度增殖，膠原等細胞外基質(zhì)過量沉積為病理特征的修復過程，其病因包括外傷、燒傷、手術后或無明顯誘因等。主要表現(xiàn)在超過原創(chuàng)口界限，成增生性、瘤樣生長，同時伴奇癢、疼痛或灼熱。瘢痕不僅破壞美觀，嚴重增生的瘢痕疙瘩會影響周圍組織的功能，甚至出現(xiàn)畸形，嚴重影響身心健康。盡管瘢痕增生發(fā)病率較高，但對其有效的治療方法尚未明確。由于此過程中的效應細胞為肌成纖維細胞，因此抑制TGF-β1介導的成纖維細胞向肌成纖維細胞活化就成為預防增生性瘢痕的重要靶點[31]。動物實驗研究證明[32]，皮損內(nèi)注射曲安奈德能有效抑制兔耳增生性瘢痕的形成，其機制在于通過抑制TGF-β1的表達、NF-kB炎癥信號通路的過度激活，從而減輕瘢痕組織的過度纖維化。楊逸璇等[33]針對燙傷大鼠應用石榴皮多酚軟膏抑制增生性瘢痕形成的研究證實，藥物通過降低TGF-β1、Smads4表達抑制增生性瘢痕的形成。

8 TGF-β1/Smads腹腔粘連

腹腔粘連(abdominal adhesion,Ad)是腹腔內(nèi)腸管與腸管、腹膜、腹內(nèi)器官表面之間出現(xiàn)的異常黏附[34]，常見的原因為腹部手術創(chuàng)傷繼發(fā)引起，另外也可由腹腔內(nèi)感染、創(chuàng)傷、臟器缺血、出血、異物甚至腫瘤等原因?qū)е?，也有極少是先天異常導致。腹腔粘連是盆、腹腔手術無法避免的并發(fā)癥，可出現(xiàn)慢性盆腹腔的疼痛，嚴重者出現(xiàn)粘連性腸梗阻，如非手術治療無法緩解，再次行手術探查解除梗阻又可造成新的粘連形成，形成惡性循環(huán)。腹腔粘連的本質(zhì)也是一種纖維化疾病，目前研究涉及到凝血與纖溶系統(tǒng)的失衡、炎癥免疫、腹膜間皮細胞、成纖維細胞、上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化、細胞外基質(zhì)的沉積、血管的生成等方面。其中TGF-β1/Smads介導間皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化在粘連帶形成中至關重要，可誘導腹膜間皮細胞向成纖維細胞分化，進而分泌大量膠原及細胞外基質(zhì)，導致粘連的發(fā)生[35]。有研究指出[36]通過對于腹腔粘連大鼠應用穿心蓮內(nèi)酯，證實通過調(diào)控Smads通路及抑制炎癥反應可以抑制大鼠腹腔粘連的發(fā)生發(fā)展。鉤藤堿[37]可以降低腹膜液中的TGF-β1及結(jié)締組織生長因子，即該藥理活動的潛在機制與抑制TGF-β1/Smads信號通路相關。

9 TGF-β1/Smads與宮腔粘連

宮腔粘連(intrauterine adhesion,IUA)是宮腔在手術、炎癥、放射損傷、異物等導致子宮內(nèi)膜纖維化，造成宮腔及宮頸管壁不同程度的閉塞。主要癥狀是月經(jīng)量少、閉經(jīng)、繼發(fā)性不孕或習慣性流產(chǎn)、慢性盆腔疼痛等，宮腔粘連和腹腔粘連均屬于損傷后修復障礙的結(jié)果，都是纖維化疾病的一種，子宮內(nèi)膜過度的纖維化改變和細胞外基質(zhì)沉積是其最主要的病理特征，TGF-β1是目前發(fā)現(xiàn)的最重要的致纖維化因子，可激活其下游Smads蛋白家族，調(diào)控相關基因表達，誘導EMT，使成纖維細胞分泌大量膠原并減少對細胞外基質(zhì)的降解，是纖維化形成的重要啟動因素。在探討含激酶受體KDR在宮腔粘連中的作用機制時發(fā)現(xiàn)[38]，IUA大鼠內(nèi)膜組織KDR的mRNA和蛋白表達明顯增高，KDR的表達也與IUA成正相關，注射si-KDA可以增加子宮內(nèi)膜腺體數(shù)量，減少纖維化的面積，抑制KDA可能通過TGF-β1/Smads信號通路和上調(diào)MMP-9的表達來阻止IUA的發(fā)生和發(fā)展。Ning等[39]發(fā)現(xiàn)IUA患者子宮內(nèi)膜組織miR-326下調(diào)，miR-326水平與TGF-β1、α-SMA、COL1N1等表達呈負相關，且miR-326的過表達通過下調(diào)促纖維化基因?qū)τ谧訉m內(nèi)膜纖維化進行抑制。故TGF-β1/Smads是宮腔粘連過程中的重要通路，也是抑制其進程、改善臨床癥狀的主要靶點。

10 總結(jié)與展望

纖維化疾病的治療目前尚無特效藥物，臨床治療非常棘手，往往是由多種細胞、基因、傳導通路共同作用的結(jié)果，發(fā)病機制尚不完全明確。目前來看TGF-β1/Smads是影響纖維化進程的經(jīng)典信號傳導途徑，在多種組織器官纖維化的發(fā)生、發(fā)展中起到關鍵的調(diào)控作用，針對此通路的研究也越來越多，抗TGF-β1抗體及其它通路抑制劑能有效阻止組織纖維化的進展，但也帶來其他的嚴重的副作用，目前無法應用于臨床。故有效、安全的抗纖維化治療策略有待于進一步的探究。