转化生长因子-β和肝细胞生长因子在肺纤维中的研究进展(1)
【摘要】 特发性肺纤维化( idiopathic pulmonary fibrosis, IPF)是一种原因不明的间质性肺疾病,其临床治疗效果欠佳。近年来,随着对本病发病机制和病理生理变化的深入研究和分子生物学技术的应用,了解到多种细胞及细胞因子都参与了肺纤维化的发生发展过程。特别是转化生长因子β(TGF-β)及肝细胞生长因子(HGF)在肺纤维化的发病过程中具有重要的作用,治疗上有了新的突破。本文就TGF-β和HGF细胞因子分子机构、功能及在肺纤维化中的治疗作用做一综述。
【关键词】 肺纤维化;细胞因子;转化生长因子-β,肝细胞生长因子
特发性肺纤维化(pulmonary fibrosisI PF)是一种弥漫性肺部炎性疾病,病变主要累及肺间质,也可累及肺泡上皮细胞及血管。其病理特征是肺泡上皮损伤、成纤维细胞灶的形成以及细胞外基质的过度沉积,最终导致了肺组织结构的异常重塑。涉及到细胞、细胞因子、细胞外基质(ECM)等因素间的相互作用,是多种因素、多个环节参与的过程。随着分子生物学技术的发展,多种细胞因子的发现和认识为治疗肺纤维化提供了新的道路、对于传统的抗肺纤维化是一种革新。因此抗细胞因子的生物学作用的细胞因子拮抗剂和阻止肺成纤维细胞增生及过度分泌胶原的抗纤维化药物均可干预肺纤维化的形成及发展,成为抗肺纤维研究的两大热点[1]。本文对转化生长因子-β(TGF-β)和肝细胞生长因子(HGF)的分子结构和功能以及其在肝纤维化中的研究进展做一综述。
, 百拇医药
1 TGF-β和HGF的分子结构和功能
1.1 TGF-β和HGF的分子结构
1.1.1 TGF-β是1983年Assoian等自人血小板中成功提取出来的一组调节细胞生长和分化的超家族分子。是研究最深入作用最重要的细胞因子。TGF-β分子量是25KD,是有两个分子量为12.5KD亚基通过二硫键连接而成的同源二聚体。二聚体形式的TGF-β才具有生物学活性。哺乳动物主要有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3三种形式,它们的生物学特性基本相同,其中以TGF-β1最重要。这些TGF-β在其氨基酸顺序上具有64%～82%的同源性,在整个进化中TGF-β高度保守[2]。TGF-β在合成初期是一个分子量较大的无活性的前体分子(潜活TGF-β),后者受到创伤、炎症以及酸、碱、蛋白酶等刺激后其分子在二元位点或RXXR位点裂解、释放出一个112个氨基酸组成的成熟多肽,从而转化为有活性的TGF-β,后者是由两个1215KD的单体通过二硫键相连的同质二聚体多肽,分子量为25KD。这种二聚体结构是维持TGF-β三维空间构型及生物学活性的分子基础。
, 百拇医药
1.1.2 HGF是最初于1984由大阪大学Nakamura教授[3]等发现,并于1989年成功进行了cDNA克隆的肝细胞最强有力的生长因子[4],HGF是由一个69KD的大亚基(重链)和一个34KD的小亚基(轻链)通过一对二硫键相连组成的糖蛋白,其来源广泛,全身胰、小肠、甲状腺、脑、颌下唾液腺、肝、脾、肾等组织均有分布[5,8],内质细胞、成纤维细胞、肝内储脂细胞、肺内皮细胞、HL-60骨髓单核细胞、肺和胰腺癌细胞均可产生、分泌,并通过血循环参与肝细胞生长调控[9]。
1.2 TGF-β和HGF的功能
1.2.1 TGF-β是一类具有双向调节功能的生长因子,它具有多种生物学效应。TGF-β在多种正常及转化细胞中都有表达,如活化T细胞、巨噬细胞、星形胶质细胞等,而血小板中含量尤多,它调控细胞生长、分化、ECM合成,在个体发育、免疫、炎症过程都有重要作用。其主要表现在:①促进细胞肥大。TGF-β能诱导P27基因的表达,后者能抑制Cyclin-cdk4复合物的活性,继而抑制cdk2的活性,最后导致Rb在C1中期不能及时被磷酸化,细胞不能从G1期过渡到S期,而RNA蛋白质合成增加,表现为增殖受抑,细胞肥大[10];②使ECM含量增高。能促进多种ECM成分(如Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型胶原)和多种蛋白多精(如biglycan)的合成,抑制ECM的降解,包括抑制ECM成分的酶类如胶原酶、transin/serine蛋白酶和纤溶酶原激活因子(PA),并促进诸如纤溶酶原激活物抑制因子(PAI)和金属蛋白酶组织抑制因子(TIMP)等蛋白酶抑制因子的表达,促进integrin表达而增强细胞一基质相互作用;③其他功能。促进损伤修复、胚胎发育、免疫调节及肿瘤发生等[11]。
, http://www.100md.com
1.2.2 HGF是一种具有多种功能的多肽,在人体内分布广泛。体内主要产生HGF的细胞为各种基质细胞,包括:成纤维细胞、巨噬细胞、内质细胞、平滑肌细胞、白细胞、内皮细胞,这些细胞分泌HGF,通过内分泌或是旁分泌方式参与细胞生长,增生,迁移,分化等生理过程。HGF主要生理功能有:①促进肝细胞再生。动物实验显示:切除了2/3肝脏或给予肝毒性药物如四氯化碳的大鼠外周血中,其血浆水平高于对照组15～25倍。同样,有不少近期的研究也发现HGF能有效促进大鼠肝细胞的再生[12,13]。上述发现都提示HGF能通过内分泌或是旁分泌机制来调节肝细胞生长;②促进上皮细胞的迁移与再生。原位杂交和免疫组化显示HGF mRNA 和HGF 在间质细胞、上皮细胞及巨噬细胞上表达增加,且与损伤呈正相关,提示HGF 能刺激管状上皮细胞增生[14]。不仅如此,作为一种再生促进因子,HGF 也能有效地促进其他脏器组织如肝、肺等的上皮细胞增生,以保持其结构的完整性;③促进血管新生。由于血管内皮细胞上c-met 受体的存在, HGF可与其结合,既而促进损伤血管的修复及新生血管的再生,最终亦有助于受损组织结构与功能的恢复[15]。
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2 HGF和TGF-β在肺纤维化中的研究
2.1 TGF-β在肺纤维化中的研究 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。ECM是引起细胞黏附、迁移、增生、分化的共同物质基础[16]。在纤维化发生和ECM产生过程中,TGF-β起到重要的调节作用,在动物研究中有人证实TGF-β抗体和TGF-β可溶性受体能够部分抑制博莱霉素模型纤维化[17]。TGF-β在肺纤维化中的作用主要体现在:①刺激ECM产生细胞合成大量ECM:有研究[18]发现samd7可以拮抗TGF-β,samd7的过度表达可以拮抗BL大鼠模型FB内TGF-β的信号传导,减轻肺纤维化。可见TGF-β表达于肺FB并在肺纤维化的发病机制中担任了重要角色;②通过抑制ECM降解酶(如MMPS)的活性,增强这些降解酶抑制物的活性,从而减少ECM的降解:TGF-β的抑制物核心蛋白聚糖通过核心蛋白与TGF-β结合,抑制TGF-β的活性,可减轻BL诱导的大鼠肺纤维化程度[19];③TGF-β刺激成纤维细胞α-SMA基因表达,改变成纤维细胞收缩表型,调节肺炎症细胞和上皮细胞功能转变,发生表型转变的成纤维细胞能合成和分泌大量胶原等ECM成分:Keerthisingam研究证实:在肺纤维化患者中前列腺素E2(PGE2)水平降低,而PGE2有抑制FB增值和胶原合成,其原因是由于TGF-β诱导FB的大量增殖,而FB不能上调COX-2的表达所致[20];④TGF-β能增加ECM受体的表达,促进ECM与细胞粘附。蔡后荣等[21]的研究结果显示,在BL处理大鼠的支气管、细支气管、粘膜上皮细胞、TGF-β1表达明显和广泛,注入BL3~7 d肺泡腔内出现大量TGF-β1阳性表达肺泡巨噬细胞,肺组织TGF-β1 mRNA先于前胶原1和前胶原IIImRNA的表达和达到峰值水平。国外有关实验研究表明:气管内注入BL大鼠早期肺组织TGF-β1 mRNA的表达先于FN和前胶原mRNA的表达。, 百拇医药(肖 霞 何振华)
【关键词】 肺纤维化;细胞因子;转化生长因子-β,肝细胞生长因子
特发性肺纤维化(pulmonary fibrosisI PF)是一种弥漫性肺部炎性疾病,病变主要累及肺间质,也可累及肺泡上皮细胞及血管。其病理特征是肺泡上皮损伤、成纤维细胞灶的形成以及细胞外基质的过度沉积,最终导致了肺组织结构的异常重塑。涉及到细胞、细胞因子、细胞外基质(ECM)等因素间的相互作用,是多种因素、多个环节参与的过程。随着分子生物学技术的发展,多种细胞因子的发现和认识为治疗肺纤维化提供了新的道路、对于传统的抗肺纤维化是一种革新。因此抗细胞因子的生物学作用的细胞因子拮抗剂和阻止肺成纤维细胞增生及过度分泌胶原的抗纤维化药物均可干预肺纤维化的形成及发展,成为抗肺纤维研究的两大热点[1]。本文对转化生长因子-β(TGF-β)和肝细胞生长因子(HGF)的分子结构和功能以及其在肝纤维化中的研究进展做一综述。
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1 TGF-β和HGF的分子结构和功能
1.1 TGF-β和HGF的分子结构
1.1.1 TGF-β是1983年Assoian等自人血小板中成功提取出来的一组调节细胞生长和分化的超家族分子。是研究最深入作用最重要的细胞因子。TGF-β分子量是25KD,是有两个分子量为12.5KD亚基通过二硫键连接而成的同源二聚体。二聚体形式的TGF-β才具有生物学活性。哺乳动物主要有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3三种形式,它们的生物学特性基本相同,其中以TGF-β1最重要。这些TGF-β在其氨基酸顺序上具有64%～82%的同源性,在整个进化中TGF-β高度保守[2]。TGF-β在合成初期是一个分子量较大的无活性的前体分子(潜活TGF-β),后者受到创伤、炎症以及酸、碱、蛋白酶等刺激后其分子在二元位点或RXXR位点裂解、释放出一个112个氨基酸组成的成熟多肽,从而转化为有活性的TGF-β,后者是由两个1215KD的单体通过二硫键相连的同质二聚体多肽,分子量为25KD。这种二聚体结构是维持TGF-β三维空间构型及生物学活性的分子基础。
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1.1.2 HGF是最初于1984由大阪大学Nakamura教授[3]等发现,并于1989年成功进行了cDNA克隆的肝细胞最强有力的生长因子[4],HGF是由一个69KD的大亚基(重链)和一个34KD的小亚基(轻链)通过一对二硫键相连组成的糖蛋白,其来源广泛,全身胰、小肠、甲状腺、脑、颌下唾液腺、肝、脾、肾等组织均有分布[5,8],内质细胞、成纤维细胞、肝内储脂细胞、肺内皮细胞、HL-60骨髓单核细胞、肺和胰腺癌细胞均可产生、分泌,并通过血循环参与肝细胞生长调控[9]。
1.2 TGF-β和HGF的功能
1.2.1 TGF-β是一类具有双向调节功能的生长因子,它具有多种生物学效应。TGF-β在多种正常及转化细胞中都有表达,如活化T细胞、巨噬细胞、星形胶质细胞等,而血小板中含量尤多,它调控细胞生长、分化、ECM合成,在个体发育、免疫、炎症过程都有重要作用。其主要表现在:①促进细胞肥大。TGF-β能诱导P27基因的表达,后者能抑制Cyclin-cdk4复合物的活性,继而抑制cdk2的活性,最后导致Rb在C1中期不能及时被磷酸化,细胞不能从G1期过渡到S期,而RNA蛋白质合成增加,表现为增殖受抑,细胞肥大[10];②使ECM含量增高。能促进多种ECM成分(如Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型胶原)和多种蛋白多精(如biglycan)的合成,抑制ECM的降解,包括抑制ECM成分的酶类如胶原酶、transin/serine蛋白酶和纤溶酶原激活因子(PA),并促进诸如纤溶酶原激活物抑制因子(PAI)和金属蛋白酶组织抑制因子(TIMP)等蛋白酶抑制因子的表达,促进integrin表达而增强细胞一基质相互作用;③其他功能。促进损伤修复、胚胎发育、免疫调节及肿瘤发生等[11]。
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1.2.2 HGF是一种具有多种功能的多肽,在人体内分布广泛。体内主要产生HGF的细胞为各种基质细胞,包括:成纤维细胞、巨噬细胞、内质细胞、平滑肌细胞、白细胞、内皮细胞,这些细胞分泌HGF,通过内分泌或是旁分泌方式参与细胞生长,增生,迁移,分化等生理过程。HGF主要生理功能有:①促进肝细胞再生。动物实验显示:切除了2/3肝脏或给予肝毒性药物如四氯化碳的大鼠外周血中,其血浆水平高于对照组15～25倍。同样,有不少近期的研究也发现HGF能有效促进大鼠肝细胞的再生[12,13]。上述发现都提示HGF能通过内分泌或是旁分泌机制来调节肝细胞生长;②促进上皮细胞的迁移与再生。原位杂交和免疫组化显示HGF mRNA 和HGF 在间质细胞、上皮细胞及巨噬细胞上表达增加,且与损伤呈正相关,提示HGF 能刺激管状上皮细胞增生[14]。不仅如此,作为一种再生促进因子,HGF 也能有效地促进其他脏器组织如肝、肺等的上皮细胞增生,以保持其结构的完整性;③促进血管新生。由于血管内皮细胞上c-met 受体的存在, HGF可与其结合,既而促进损伤血管的修复及新生血管的再生,最终亦有助于受损组织结构与功能的恢复[15]。
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2 HGF和TGF-β在肺纤维化中的研究
2.1 TGF-β在肺纤维化中的研究 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。ECM是引起细胞黏附、迁移、增生、分化的共同物质基础[16]。在纤维化发生和ECM产生过程中,TGF-β起到重要的调节作用,在动物研究中有人证实TGF-β抗体和TGF-β可溶性受体能够部分抑制博莱霉素模型纤维化[17]。TGF-β在肺纤维化中的作用主要体现在:①刺激ECM产生细胞合成大量ECM:有研究[18]发现samd7可以拮抗TGF-β,samd7的过度表达可以拮抗BL大鼠模型FB内TGF-β的信号传导,减轻肺纤维化。可见TGF-β表达于肺FB并在肺纤维化的发病机制中担任了重要角色;②通过抑制ECM降解酶(如MMPS)的活性,增强这些降解酶抑制物的活性,从而减少ECM的降解:TGF-β的抑制物核心蛋白聚糖通过核心蛋白与TGF-β结合,抑制TGF-β的活性,可减轻BL诱导的大鼠肺纤维化程度[19];③TGF-β刺激成纤维细胞α-SMA基因表达,改变成纤维细胞收缩表型,调节肺炎症细胞和上皮细胞功能转变,发生表型转变的成纤维细胞能合成和分泌大量胶原等ECM成分:Keerthisingam研究证实:在肺纤维化患者中前列腺素E2(PGE2)水平降低,而PGE2有抑制FB增值和胶原合成,其原因是由于TGF-β诱导FB的大量增殖,而FB不能上调COX-2的表达所致[20];④TGF-β能增加ECM受体的表达,促进ECM与细胞粘附。蔡后荣等[21]的研究结果显示,在BL处理大鼠的支气管、细支气管、粘膜上皮细胞、TGF-β1表达明显和广泛,注入BL3~7 d肺泡腔内出现大量TGF-β1阳性表达肺泡巨噬细胞,肺组织TGF-β1 mRNA先于前胶原1和前胶原IIImRNA的表达和达到峰值水平。国外有关实验研究表明:气管内注入BL大鼠早期肺组织TGF-β1 mRNA的表达先于FN和前胶原mRNA的表达。, 百拇医药(肖 霞 何振华)