宋寧靜 周晶 曹必偉 趙焰 余韻揚 雷函莉 羅昱君

1湖北中醫(yī)藥大學(xué)針灸骨傷學(xué)院（武漢 430065）；2湖北省中醫(yī)院（武漢 430061）；3湖北中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院（武漢 430061）；4湖北省中醫(yī)藥研究院（武漢 430074）

人的骨骼肌約占體重的40%，對維持人體穩(wěn)定、完成運動、促進(jìn)血液循環(huán)至關(guān)重要［1-2］。骨骼肌由肌纖維束（多核、橫紋收縮肌肉細(xì)胞）、結(jié)締組織、細(xì)胞外基質(zhì)以及供應(yīng)肌肉的毛細(xì)血管和神經(jīng)組成（圖1），再生肌纖維的形成和成熟是骨骼肌功能修復(fù)的關(guān)鍵［3］。肌源性干細(xì)胞是骨骼肌中一組特定的細(xì)胞，能通過對稱增殖和分裂產(chǎn)生新的干細(xì)胞和成肌細(xì)胞，重建肌肉纖維，促進(jìn)骨骼肌再生［4］。骨骼肌損傷和修復(fù)過程涉及復(fù)雜的生物學(xué)機(jī)制。無論是由于創(chuàng)傷、手術(shù)還是慢性疾病引起的骨骼肌損傷，都會對患者的生存質(zhì)量和運動功能產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。因此，對于骨骼肌損傷修復(fù)機(jī)制的深入研究成為當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一個重要議題。在這一領(lǐng)域中，轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）引起了廣泛關(guān)注，TGF-β在人體各種細(xì)胞中都有表達(dá)，可以影響肌源性干細(xì)胞的增殖和分化。在細(xì)胞信號傳導(dǎo)、基因表達(dá)和組織再生中發(fā)揮關(guān)鍵作用，也因此，TGF-β對于骨骼肌的生長發(fā)育、損傷再生以及病理生理均具有重要的調(diào)節(jié)作用［5］。本文將對TGF-β在骨骼肌損傷修復(fù)中的作用機(jī)制進(jìn)行全面而深入的探討。通過回顧TGF-β的基本特征和功能，詳細(xì)解析其在骨骼肌損傷不同階段的作用，重點關(guān)注其在炎癥調(diào)節(jié)、肌肉干細(xì)胞活動、膠原合成和纖維化過程中的調(diào)控。并以此展望TGF-β在骨骼肌損傷修復(fù)中的潛在臨床應(yīng)用前景，旨在深化我們對這一生物學(xué)過程的理解，為未來開發(fā)更有效的治療方法提供理論基礎(chǔ)。

圖1 骨骼肌結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of skeletal muscle

1 骨骼肌損傷機(jī)制及其修復(fù)進(jìn)程

骨骼肌損傷后自我修復(fù)過程可劃分為3個階段，即損傷階段，修復(fù)階段以及組織重塑階段。在損傷期，組織處于壞死與炎癥狀態(tài)，眾多炎癥因子聚集到受損處啟動促炎反應(yīng)，吸引單核細(xì)胞及巨噬細(xì)胞，機(jī)體應(yīng)激反應(yīng)激活。修復(fù)期主要涉及衛(wèi)星細(xì)胞（satellite cells，SCs），活化的SCs可增殖分化并遷移游走到受損組織部位，融合成為新的肌纖維或者與殘存肌纖維蔓延融合［6-7］。重塑期為肌肉纖維的成熟和瘢痕組織纖維化階段。成纖維細(xì)胞會被激活并向受損組織遷移，并合成和分泌膠原蛋白，通過膠原沉積，成纖維細(xì)胞幫助修復(fù)受損組織并取代結(jié)締組織。除此之外，神經(jīng)突起和血管形成亦是該階段的一個重要部分，血管形成是肌肉再生的關(guān)鍵［8］。

2 TGF-β的基本特征與功能

TGF-β由一個信號肽、一個拉鏈結(jié)構(gòu)和一個活性區(qū)域組成。這一活性區(qū)域包括一個左手螺旋結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在TGF-β的生物學(xué)功能中起著至關(guān)重要的作用［9-10］。透過其活性區(qū)域，TGF-β與相應(yīng)受體發(fā)生結(jié)合，啟動復(fù)雜的信號傳導(dǎo)路徑，對下游基因表達(dá)施加調(diào)控影響。在哺乳動物中存在3個TGF-β亞型，分別為TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3。TGF-β1在骨骼肌纖維化中起著關(guān)鍵的作用，它能夠誘導(dǎo)肌細(xì)胞在橫向上轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞［11］；TGF-β2的缺失可能影響上皮-間充質(zhì)的相互作用、細(xì)胞生長、細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生，并導(dǎo)致組織重塑障礙，導(dǎo)致四肢脊柱、心肺等方面的缺陷［12］。TGF-β3具有參與上皮-間充質(zhì)的相互作用［13］。TGF-β有3個受體，即TGF-βⅠ型、Ⅱ型、Ⅲ型受體（TβRⅠ、TβRⅡ、TβRⅢ）。TβR含有一個保守的富含絲氨酸/甘氨酸的序列（TTSGSGLP，也稱為GS區(qū)），在TβRI的激活過程中起著關(guān)鍵作用［14-15］。根據(jù)配體分子激活的下游特異性通路不同，可以將TGF-β家族分為2個家族通路：TGF-β/Activin/Nodal和BMP/GDF/MIS（表1）［16］，TGF-β的信號傳導(dǎo)主要通過Smad依賴和非依賴兩個主要通路，這些通路在多種細(xì)胞層面上調(diào)控增殖、分化、凋亡、附著和遷移，從而促進(jìn)各器官發(fā)育和生物整體生長［17］。

表1 TGF-β家族成員及相關(guān)受體信號分子Tab.1 TGF-β family members and related receptor signaling molecules

3 TGF-β與骨骼肌再生

3.1 炎癥階段TGF-β在炎癥階段的最初階段發(fā)揮著抗炎作用，通過調(diào)節(jié)炎癥介質(zhì)的釋放，降低炎癥的強(qiáng)度，有助于維持適度的炎癥反應(yīng)，避免過度損傷，并為后續(xù)修復(fù)階段創(chuàng)造適宜的環(huán)境。TGF-β與多種免疫細(xì)胞之間建立了復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)［18］。它能夠調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的活化狀態(tài)，抑制炎癥性巨噬細(xì)胞的活性，減少炎癥介質(zhì)的釋放［19］。同時，TGF-β也能夠影響其他免疫細(xì)胞，如T細(xì)胞和B細(xì)胞，調(diào)控它們在炎癥階段的功能，形成一個平衡的免疫環(huán)境。

3.2 SCs的激活SCs在骨骼肌損傷后被激活并增殖，能分化融合產(chǎn)生新的成肌細(xì)胞，而TGF-β可抑制SCs的增殖分化參與肌肉質(zhì)量的調(diào)節(jié)［20］。且TGF-β可幫助優(yōu)化SCs的激活，影響成肌細(xì)胞的融合和肌管形成，而成肌調(diào)節(jié)因子（myogenicregulatory factors，MRFs）可誘導(dǎo)與控制SCs的增殖和分化，MRFs包括Myf5、MyoD、MRF4和myogenin 4種基因，Myf5和MyoD的激活增殖使其向具備組織特異性的成肌細(xì)胞演變，是SCs進(jìn)入肌肉分化過程中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因。myogenin和MRF4則在成肌細(xì)胞進(jìn)一步分化為肌纖維和肌管時發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控功能。這些MRFs通過不同的調(diào)控機(jī)制促進(jìn)肌肉的形成和發(fā)育［21］。TGF-β則主要通過調(diào)節(jié)MRFs來影響SCs的分階段繁殖，減弱其基因轉(zhuǎn)錄的活躍度，從而抑制骨骼肌特異性表達(dá)。然而SCs的過早增殖、分化和融合會中斷肌肉的再生，并可能導(dǎo)致肌肉纖維結(jié)構(gòu)再生不全。因此，TGF-β和SCs的及時激活也被認(rèn)為是肌肉正常和最大限度恢復(fù)的關(guān)鍵。

3.3 細(xì)胞外基質(zhì)的重塑MMPs是一類酶，能夠分解細(xì)胞外基質(zhì)分子并參與細(xì)胞外基質(zhì)的重塑過程，MMP2和MMP9是TGF-β靶點的兩種MMPs，已被證明參與了再生過程中細(xì)胞外基質(zhì)的重組［22］。Smad3、Smad4是參與TGF-β1影響骨骼肌再生的重要蛋白，在細(xì)胞外基質(zhì)的重建中發(fā)揮無可替代的作用。Smad3能夠與MyoD的bHLH區(qū)域結(jié)合，阻止MyoD與E蛋白結(jié)合，從而抑制肌肉特異基因的表達(dá)，降低肌肉細(xì)胞分化能力。研究［23］發(fā)現(xiàn)，Smad4的下調(diào)可促進(jìn)肌源性分化，并且在受損的小鼠骨骼肌中Smad4的基因沉默與對照組而言可更多的促進(jìn)再生肌肉纖維的形成，有利于再生的過程。

另外，TGF-β亦被證實會減弱肌肉干細(xì)胞再生功能，阻斷TGF-β信號可減少中性粒細(xì)胞聚集和纖維化，并提高肌肉比力［9］。在容積性肌肉損失（volumetric muscle loss，VML）損傷中，中性粒細(xì)胞的持續(xù)浸潤是肌肉干細(xì)胞再生功能受損的原因之一，為了評估TGF-β信號對再生的影響，LAROUCHE等［24］通過肌肉注射用TGF-β受體Ⅱ抑制劑（ITD1）局部阻斷了退行性VML損傷后的TGF-β信號軸，證實了在退行性VML損傷后阻斷TGF-β信號可減少膠原沉積并幫助恢復(fù)肌肉力量。這可能與TGF-β在骨骼肌損傷修復(fù)中的雙重作用有關(guān)。

綜上所述，TGF-β可能通過典型信號通路的因子來調(diào)節(jié)SCs的活化、增殖、分化或凋亡來調(diào)控骨骼肌再生過程。TGF-β在骨骼肌損傷修復(fù)中的發(fā)揮著雙重作用，多層次、多方向的調(diào)節(jié)不同細(xì)胞類型的功能，形成一個協(xié)調(diào)的信號網(wǎng)絡(luò)，推動骨骼肌損傷的完整修復(fù)。深入了解TGF-β在骨骼肌損傷修復(fù)中的精準(zhǔn)調(diào)控機(jī)制，將有助于制定更有效的治療策略和干預(yù)手段。

4 TGF-β與骨骼肌纖維化

4.1 TGF-β的激活纖維化是由細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的沉淀與積累所形成的，是組織損傷修復(fù)功能失調(diào)的結(jié)果［25］。TGF-β是被廣泛報道的促纖維化細(xì)胞因子之一［26］，激活的TGF-β能夠介導(dǎo)SMAD信號通路，并激活PI3K-AKT-mTOR信號通路，促進(jìn)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化并引發(fā)細(xì)胞外基質(zhì)的聚集［27］，這保證了TGF-β信號通路的精準(zhǔn)調(diào)控和控制，因此，TGF-β的激活是其誘導(dǎo)纖維化的第一步。TGF-β前體被胞內(nèi)蛋白水解酶呋喃裂解，產(chǎn)生2種蛋白質(zhì)，通過非共價結(jié)合組裝成LAP-TGF-β二聚體，亦稱為潛伏TGF-β，研究［10］表明，潛伏TGF-β的激活是其信號和功能調(diào)控的重要生物檢驗點，可被整合素、凝血酶敏感蛋白、糖蛋白A重復(fù)優(yōu)勢蛋白（GARP）和其他TGF-β結(jié)合蛋白激活，激活的TGF-β可與TβR復(fù)合物或其他細(xì)胞因子相互作用以發(fā)揮其生物學(xué)功能。

4.2 纖維化在纖維化過程中（圖2），肌成纖維細(xì)胞是關(guān)鍵的效應(yīng)細(xì)胞，其活化受到TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的影響，激活的Smad復(fù)合體可以誘導(dǎo)細(xì)胞核內(nèi)多種轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，從而促進(jìn)成纖維細(xì)胞的激活［28］。同時，整合素介導(dǎo)的TGF-β激活會促進(jìn)IL-17A的表達(dá)，從而增加成纖維細(xì)胞TGF-β受體的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)成纖維細(xì)胞對TGF-β信號的反應(yīng)。成纖維細(xì)胞還可合成許多細(xì)胞外基質(zhì)分子，這有助于填補(bǔ)損傷區(qū)域，為后續(xù)肌肉再生提供支持。據(jù)報道［29］，肌成纖維細(xì)胞可以通過上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）產(chǎn)生。在EMT過程中，上皮細(xì)胞標(biāo)志物表達(dá)下調(diào)，而間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)則上調(diào)，這些變化使得細(xì)胞能夠執(zhí)行與肌成纖維細(xì)胞相似的功能。

圖2 TGF-β誘導(dǎo)骨骼肌纖維化機(jī)制圖Fig.2 The mechanism of skeletal muscle fibrosis induced by TGF-β

以纖維脂肪前體細(xì)胞（FAPs）為媒介的纖維及脂肪組織的沉積，對肌肉纖維的成熟和重塑具有促進(jìn)作用［30-31］。在慢性損傷條件下，巨噬細(xì)胞表達(dá)TGF-β，從而避免了FAPs的凋亡，并誘導(dǎo)其向激活的成纖維細(xì)胞分化［32］。在TGF-β信號通路中，Smads蛋白可以直接與TGF-β相互作用［33］。TGF-β介導(dǎo)的最典型的信號軸是基于Smad-2/3，Smad3的激活，在促纖維化和抑制細(xì)胞增殖進(jìn)展中起核心作用，有研究［34］證實，MDX小鼠經(jīng)TGF-β誘導(dǎo)的Smad3磷酸化的抑制劑常青藤酮治療8周后可以防止肌肉中纖維化的積累。而作為TGF-β非Smads信號通路的一種，PI3K/Akt信號通路的激活可以調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)合成和細(xì)胞外基質(zhì)-細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而影響肌肉的修復(fù)和再生過程。

TGF-β還可以抑制骨骼肌特異性基因表達(dá)，骨骼肌特異miRNAs與骨骼肌發(fā)育及肌源性分化相關(guān)［35-36］，TGF-β1是骨骼肌纖維化的核心調(diào)控因子，與其相關(guān)的纖維化與miRNA介導(dǎo)的表觀遺傳學(xué)機(jī)制有關(guān)［37-38］，如miR-21的表達(dá)主要通過TGF-β1誘導(dǎo)的Smad/DROSHA依賴機(jī)制在成纖維細(xì)胞中誘導(dǎo)，以促進(jìn)受損骨骼肌的纖維化形成［39］，ARDITE［40］表示，一方面，使用miR-21可以增加纖維化反應(yīng)，沉默miR-21可以防止或減少肌肉中的纖維化。另一方面，TGF-β1可下調(diào)miR-29（一種誘導(dǎo)肌肉生成的miRNA），并促進(jìn)成肌細(xì)胞轉(zhuǎn)化介導(dǎo)的纖維化發(fā)展。NELSON等［41］發(fā)現(xiàn)經(jīng)泛TGF-β抗體（1D11）長期治療可以明顯改善MDX小鼠的呼吸功能，并將橫隔膜纖維化減少20%，這無疑為一些纖維化疾病的治療提供了新的干預(yù)思路。

綜上所述，TGF-β可以通過激活成纖維細(xì)胞、促纖維化因子的表達(dá)、細(xì)胞外基質(zhì)沉積、激活典型和非典型通路來誘導(dǎo)骨骼肌纖維化。而TGF-β的過度活化也可能導(dǎo)致異常的纖維組織形成和瘢痕組織生成，因此在治療和干預(yù)中需要精確控制其水平，以確保最佳的修復(fù)效果。

5 討論

5.1 TGF-β在骨骼肌損傷修復(fù)中的潛在臨床應(yīng)用TGF-β作為治療靶點的可能性在骨骼肌損傷修復(fù)過程中，TGF-β作為中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的潛在趨化因子，通過調(diào)控炎癥反應(yīng)，TGF-β可能成為治療靶點［42］，通過調(diào)節(jié)TGF-β的表達(dá)水平或增強(qiáng)其信號傳導(dǎo)，以實現(xiàn)對炎癥過程的精準(zhǔn)調(diào)控。利用TGF-β的促進(jìn)細(xì)胞轉(zhuǎn)化和膠原合成的能力，可將其作為治療手段，這可能包括局部應(yīng)用TGF-β或其模擬劑。對于一些難治性骨骼肌疾病例如VML，臨床上并沒有可用的抗纖維化治療能夠促進(jìn)VML損傷后的形態(tài)和功能的完全恢復(fù)。功能性纖維化（functional fibrosis，F(xiàn)F）可以作為一種替代方法來促進(jìn)VML損傷后功能結(jié)果的改善，DOLAN等［43］通過聚丙烯網(wǎng)片聯(lián)合TGF-β的遞送誘導(dǎo)超生理性纖維化反應(yīng)以模擬FF，結(jié)果顯示，F(xiàn)F治療誘導(dǎo)增強(qiáng)的纖維化組織沉積在VML缺損內(nèi)，其組織學(xué)和分子分析證明：與未治療的對照組動物相比，F(xiàn)F治療的動物在損傷后8周表現(xiàn)出更好的體內(nèi)肌肉功能。這在一定程度上推翻了之前的認(rèn)知，在動物實驗水平上證實了TGF-β亦可正向調(diào)節(jié)骨骼肌功能恢復(fù)，無疑為TGF-β在今后骨骼肌損傷中的應(yīng)用提供了新的治療思路。

研究［44］表明，TGF-β過度表達(dá)會導(dǎo)致程度不一的功能障礙，并促使上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化及細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積，在一定程度上影響肢體運動功能。鑒于TGF-β在過度炎癥和纖維化中的作用，開發(fā)可選擇性抑制TGF-β活性的藥物可能有助于防止這些不良反應(yīng)［45］，此外，TGF-β調(diào)控劑可能與其他治療策略結(jié)合使用，以實現(xiàn)更全面的治療效果。例如，與抗炎藥物或生長因子聯(lián)合使用，以平衡炎癥和促進(jìn)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的效果。

盡管TGF-β在骨骼肌損傷修復(fù)中的應(yīng)用前景十分可觀，但由于其復(fù)雜的生物學(xué)功能可能導(dǎo)致不良的副作用。因此，確保治療的安全性和有效性是開發(fā)TGF-β調(diào)控劑時需要解決的重要問題。

5.2 挑戰(zhàn)與展望目前研究中的爭議與不足：TGF-β在骨骼肌損傷修復(fù)中的雙重作用可能導(dǎo)致爭議。其既有促進(jìn)修復(fù)的作用，又可能引起過度炎癥和纖維化。需要更深入的分子機(jī)制研究，以確定在何種條件下TGF-β發(fā)揮正面效應(yīng)，以及如何避免其負(fù)面作用。此外，TGF-β信號通路的復(fù)雜性和與其他細(xì)胞信號途徑的交叉可能使得精確調(diào)控成為挑戰(zhàn)。需要更全面地理解TGF-β信號傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，并開發(fā)針對性的調(diào)控方法。而不同個體對TGF-β的反應(yīng)可能存在差異，這在臨床應(yīng)用中可能引發(fā)不同的治療效果。且目前對于TGF-β的研究仍主要集中于細(xì)胞實驗領(lǐng)域，其臨床應(yīng)用仍需不斷探索與完善，對于TGF-β誘導(dǎo)纖維化的具體機(jī)制亦有待進(jìn)一步考究。

未來研究方向與潛在突破點：近年來，越來越多的下游效應(yīng)因子被發(fā)現(xiàn)可由TGF-β誘導(dǎo)并參與到纖維化中［45］，其研究價值及研究熱度亦在逐年高漲。對TGF-β信號通路更為深入的理解是未來研究的重要方向。研究人員可以探索信號通路中的關(guān)鍵節(jié)點，發(fā)現(xiàn)新的調(diào)控因子，并深入研究TGF-β與其他細(xì)胞信號通路的交互作用，以揭示更為精細(xì)的調(diào)控機(jī)制。另外，尋找與TGF-β活性相關(guān)的生物標(biāo)志物有助于評估患者的治療反應(yīng)和預(yù)測治療結(jié)果。未來的研究可以致力于發(fā)現(xiàn)在骨骼肌損傷修復(fù)過程中與TGF-β相關(guān)的生物標(biāo)志物，以便更有效地指導(dǎo)治療決策。

綜上所述，TGF-β在骨骼肌中扮演著一個多樣化的角色，它涉及到骨骼肌生長發(fā)育、病理生理學(xué)和運動功能調(diào)節(jié)等多個方面。進(jìn)一步剖析TGF-β在骨骼肌中的作用及調(diào)控機(jī)制，不僅對機(jī)體骨骼肌的功能性演變和穩(wěn)態(tài)維持具有重要的理論和實際意義，而且對于研發(fā)針對難治性臨床骨骼肌疾病的治療新方法也是至關(guān)重要的。未來的研究將有望為TGF-β在骨骼肌損傷修復(fù)中的潛在臨床應(yīng)用提供更深入的理解和更有效的治療策略。這可能在臨床實踐中開啟新的突破點，有助于開發(fā)更加個體化、精準(zhǔn)的治療方案，幫助那些飽受骨骼肌疾病折磨的患者重獲健康。