成肌纖維細(xì)胞在纖維化過(guò)程中的作用及其調(diào)控

1、成肌纖維細(xì)胞在纖維化過(guò)程中的作用及其調(diào)控3高緒霞黃海長(zhǎng)李曉玫(北京大學(xué)第一醫(yī)院腎內(nèi)科暨腎臟病研究所, 北京100034摘要成肌纖維細(xì)胞(myofibr oblast 是傷口愈合和各種組織纖維化中起主要作用的細(xì)胞, 成肌纖維細(xì)胞不能及時(shí)從病變處退出, 使細(xì)胞外基質(zhì)持續(xù)過(guò)量分泌, 并發(fā)生重塑是組織纖維化的主要特征, 這一病理過(guò)程受諸多因素的調(diào)控, 研究成肌纖維細(xì)胞的分化增殖及凋亡的調(diào)控機(jī)制有助于尋找干預(yù)組織纖維化過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié), 從而為延緩或逆轉(zhuǎn)組織纖維化提供理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞成肌纖維細(xì)胞; 纖維化; 分化; 增殖; 凋亡中圖分類號(hào)R361. 3成肌纖維細(xì)胞(myofibr oblast 最早見于傷

2、口的肉芽組織, 其特征界于成纖維細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞之間, 屬于間充質(zhì)來(lái)源細(xì)胞肌肌動(dòng)蛋白(2s , 特性, 例如, 波形蛋白(vi m entin , 合成分泌細(xì)胞外基質(zhì)(EC M :膠原和、纖粘連蛋白(fibr onectin, F N 等。但成肌纖維細(xì)胞合成EC M 的能力遠(yuǎn)大于成纖維細(xì)胞, 是組織纖維化過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)量EC M 的主要來(lái)源細(xì)胞。對(duì)于成肌纖維細(xì)胞的認(rèn)識(shí)雖然已有三十多年, 但有關(guān)成肌纖維細(xì)胞在纖維化中作用及其分化、增殖、凋亡的調(diào)控機(jī)制研究仍然方興未艾, 本文對(duì)此作一綜述。一、成肌纖維細(xì)胞在纖維化過(guò)程中的作用成肌纖維細(xì)胞被認(rèn)為是傷口愈合和各種組織纖維化過(guò)程中起核心作用的細(xì)胞。正常的傷

3、口修復(fù)過(guò)程中, 成肌纖維細(xì)胞短暫存在, 促使傷口收縮, 結(jié)締組織修復(fù)。但在纖維化病變的組織中, 成肌纖維細(xì)胞持續(xù)存在, 細(xì)胞外基質(zhì)過(guò)量積聚, 組織結(jié)構(gòu)發(fā)生重塑, 正常的組織結(jié)構(gòu)和功能遭到破壞, 最終發(fā)生功能衰竭。成肌纖維細(xì)胞在纖維化過(guò)程中的作用主要表現(xiàn)在:(1 成肌纖維細(xì)胞表達(dá)2S MA, 具備收縮遷移的功能, 能夠從分化及轉(zhuǎn)分化部位到達(dá)它發(fā)揮作用的間質(zhì)部位, 并使細(xì)胞外基質(zhì)收縮變形; (2 成肌纖維細(xì)胞合成細(xì)胞外基質(zhì)的能力明顯增強(qiáng), 合成膠原的量是成纖維細(xì)胞的45倍, 最先合成的糖蛋白F N 成為其它細(xì)胞外基質(zhì)沉積的“腳手架”和成纖維細(xì)胞的趨化劑, 進(jìn)一步放大纖維化反應(yīng)1; (3 成肌纖維細(xì)

4、胞表達(dá)整合素增加, 與EC M 黏附增強(qiáng)2, ( 、TGF 2(I L , 。二、成肌纖維細(xì)胞的分化調(diào)控成肌纖維細(xì)胞主要來(lái)自于組織中成纖維細(xì)胞的活化, 又稱為分化, 此外組織中其它細(xì)胞也可轉(zhuǎn)分化為成肌纖維細(xì)胞, 如肝臟和胰腺的星狀細(xì)胞, 腎臟中的腎小管上皮細(xì)胞和腎小球系膜細(xì)胞。成肌纖維細(xì)胞的分化和轉(zhuǎn)分化是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程, 受諸多細(xì)胞因子及信號(hào)蛋白的調(diào)控。但無(wú)論它的來(lái)源是什么, 分化和轉(zhuǎn)分化過(guò)程中一個(gè)共同的重要變化是新表達(dá)2S MA, 因此2S MA 被認(rèn)為是成肌纖維細(xì)胞特異的標(biāo)志蛋白, 是研究成肌纖維細(xì)胞分化和轉(zhuǎn)分化的關(guān)鍵蛋白。(一 促使2S MA 蛋白表達(dá)的因素及機(jī)制2S MA 主要在正常成

5、人平滑肌細(xì)胞上表達(dá), 心肌和骨骼肌的發(fā)育過(guò)程中也有2S MA 的短暫表達(dá)。成纖維細(xì)胞在應(yīng)力、細(xì)胞因子等作用下被激活, 發(fā)生分化, 合成2S MA 蛋白。刺激2S MA 表達(dá)的細(xì)胞因子有P DGF 、I L 、TGF 21等, 其中TGF 2是最重要的細(xì)胞因子, TGF 2通過(guò)與細(xì)胞表面含絲/蘇氨酸激酶的TGF 2型和型受體結(jié)合, 激活胞漿中的S mad2/3,使之發(fā)生磷酸化, 并與S mad4結(jié)合形成復(fù)合物, 轉(zhuǎn)移進(jìn)入胞核內(nèi), 作為轉(zhuǎn)錄因子與基因序列結(jié)合3, 同時(shí)核內(nèi)的轉(zhuǎn)錄共激活因子如CBP /P300和轉(zhuǎn)錄共抑制因子Ski /SnoN 家族、TGI F 與P 2S mad3/3國(guó)家自然科學(xué)基

6、金資助課題(3057085187S mad22S mad4復(fù)合物競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合, 共同調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。TGF 21刺激后, Sno N 表達(dá)迅速下調(diào), 在30分鐘內(nèi)表達(dá)量達(dá)到最低, 從而使TGF 2反應(yīng)的基因轉(zhuǎn)錄增強(qiáng), 隨后SnoN 表達(dá)在2小時(shí)回升, 反饋抑制TGF 2的作用(Str oschein 等. 1999 。SnoN 短時(shí)間內(nèi)迅速下降的原因不是因?yàn)槠涞鞍缀铣蓽p少, 而是TGF 2誘導(dǎo)泛素連接酶家族成員S murf2與磷酸化S mad2形成復(fù)合體, 很快使SnoN 泛素化而被降解(Bonni等. 2001 。2actin 基因的TGF 2反應(yīng)元件包括TCE 、CarG A 和CarG B 三

7、種, Roy 等(2001 將各種長(zhǎng)度的2S MA 啟動(dòng)子構(gòu)件轉(zhuǎn)染入大鼠肺原代培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞中, 對(duì)受TGF 2調(diào)節(jié)的啟動(dòng)子區(qū)域進(jìn)行定位, 證明在TGF 2誘導(dǎo)2S MA 表達(dá)過(guò)程中需要TCE 元件而不是CarG A 或CarG B 元件, 表明TCE是TGF 2誘導(dǎo)成肌纖維細(xì)胞分化的關(guān)鍵元件。TGF 2誘導(dǎo)成肌纖維細(xì)胞的分化過(guò)程受很多因素調(diào)節(jié), TGF 2分泌增多及TGF 2受體蛋白、S mad , 均產(chǎn)生; UUO TGF 2的mRNA 表達(dá)增加; 尿路梗阻大鼠, 糖尿病小鼠, 特發(fā)性肺纖維化等動(dòng)物模型的纖維化病變器官的TGF 2受體表達(dá)上調(diào); 而來(lái)自于遺傳性慢性腎間質(zhì)纖維化大鼠模型的腎

8、小管間質(zhì)成纖維細(xì)胞中雖然成肌纖維細(xì)胞明顯多于對(duì)照大鼠, 但Got o 等(2004 未發(fā)現(xiàn)該細(xì)胞TGF 2及TGF 2受體表達(dá)異常, 卻發(fā)現(xiàn)胞漿中的S mad4表達(dá)增加。內(nèi)皮素(endothelin, ET 是另一個(gè)重要的促成纖維細(xì)胞分化為成肌纖維細(xì)胞的因子, 肝臟損傷后, 肝臟星狀細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞合成ET 21能力增強(qiáng), 循環(huán)血液中ET 21水平升高, 且肝星狀細(xì)胞表面的ET 受體增加, 體外研究發(fā)現(xiàn), ET 21可直接刺激肝臟星狀細(xì)胞表達(dá)2S MA , 分化成成肌纖維細(xì)胞, 而ET 受體拮抗劑可阻斷這種作用。對(duì)肺成纖維細(xì)胞的研究有同樣的發(fā)現(xiàn)。除了TGF 2和ET 21外, 尚有許多因子共同參

9、與細(xì)胞分化的調(diào)節(jié), Gr otendorst 等4研究發(fā)現(xiàn), 在胰島素樣生長(zhǎng)因子22(I GF 22 存在的情況下,成纖維細(xì)胞受TGF 2刺激后, 表達(dá)2S MA 的細(xì)胞明顯增加, I GF 22單獨(dú)不能刺激成肌纖維細(xì)胞的形成,但在結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(CTGF 存在時(shí), 2ng/ml 濃度的I GF 22就可誘導(dǎo)成肌纖維細(xì)胞的形成。CTGF是TGF 2下游的細(xì)胞因子, 由TGF 2誘導(dǎo)產(chǎn)生, 很多研究發(fā)現(xiàn)它與TGF 2具有協(xié)同作用, 可使TGF 2誘導(dǎo)2S MA 表達(dá)作用增強(qiáng)5。但是有關(guān)這些協(xié)同調(diào)節(jié)因子的作用機(jī)制尚無(wú)清楚的認(rèn)識(shí)。(二 抑制2S MA 蛋白表達(dá)的因素及機(jī)制由于成肌纖維細(xì)胞與過(guò)量的細(xì)

10、胞外基質(zhì)沉積密切相關(guān), 表達(dá)2S MA 是成肌纖維細(xì)胞的重要特征。因此, 研究和尋找抑制2S MA 表達(dá)的細(xì)胞因子和藥物具有重要意義。2I F N 是較早認(rèn)識(shí)的抑制2S MA 表達(dá)的細(xì)胞因子, 由Th 淋巴細(xì)胞產(chǎn)生, 可降低培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞2S MA 的mRNA 水平和蛋白表達(dá)。堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(basic fibr oblast gr owthfact or, bFGF 也可以抑制TGF 2誘導(dǎo)的成肌纖維細(xì)胞2S MA 的表達(dá)。近年來(lái)對(duì)于肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF 抑制腎臟纖維化的研究較多, 發(fā)現(xiàn)HGF 在不同的細(xì)胞通過(guò)不同的機(jī)制抑制TGF 2的作用, HGF 對(duì)于TGF 2的受體表達(dá)、抑

11、制性S 和S mad7的S mad2/3與TGF 2信的降解, 增加TGI F 的穩(wěn)(TGI F 的蛋白增加, 但mRNA 水平穩(wěn)定不變 , 從而使成肌纖維細(xì)胞的分化減少6。而在腎小管上皮細(xì)胞向成肌纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化過(guò)程中, HGF 則通過(guò)增加轉(zhuǎn)錄共抑制因子SnoN 的量抑制腎小管上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化7。上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化(ep ithelial 2t o 2mesenchy mal transiti on, E MT 被認(rèn)為是組織纖維化過(guò)程中成肌纖維細(xì)胞的重要來(lái)源, 腎臟纖維化中成肌纖維細(xì)胞有三分之一來(lái)自腎小管上皮細(xì)胞, 腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化包括其表型蛋白E 2鈣粘素(E 2cadherin

12、的丟失和新表達(dá)2S MA 。近年來(lái)認(rèn)為E MT 過(guò)程是可逆的, 起重要作用的細(xì)胞因子是TGF 2和骨形成蛋白7(BMP7 , TGF 2通過(guò)S mad3途徑促使上皮細(xì)胞向成肌纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化,而BMP7是TGF 2超家族成員之一, 它通過(guò)與TGF 2受體結(jié)合激活S mad5增強(qiáng)E 2鈣粘素的表達(dá), 恢復(fù)腎小管上皮細(xì)胞表型, 逆轉(zhuǎn)腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化(Zeisberg 等. 2004 。許多外源性藥物可在體外或動(dòng)物體內(nèi)減輕組織局部的2S MA 表達(dá), 但是否能直接起到阻斷或逆轉(zhuǎn)成肌纖維細(xì)胞分化的作用尚在研究中。三、成肌纖維細(xì)胞的增殖調(diào)控成肌纖維細(xì)胞分化后還可以在細(xì)胞因子作用下發(fā)生增殖, 成肌纖維細(xì)

13、胞的增殖無(wú)疑會(huì)使細(xì)胞外基質(zhì)分泌增多, 加重纖維化病變。TGF 2是個(gè)多效性細(xì)胞因子, 很多研究已經(jīng)證實(shí), TGF 2對(duì)成纖維細(xì)胞的增殖起著抑制作用, 但是Reisdorf 等(2001 比較97了自纖維化組織培養(yǎng)的成肌纖維細(xì)胞和正常皮膚的成纖維細(xì)胞, 發(fā)現(xiàn)與成纖維細(xì)胞不同, TGF 2不能抑制成肌纖維細(xì)胞的增殖, 進(jìn)一步對(duì)其機(jī)制進(jìn)行研究,作者檢測(cè)了兩種序列結(jié)合元件, P A I 21啟動(dòng)子的S mad 結(jié)合元件(PA I 21S BE 和SMAD 7S BE, 因?yàn)镻A I 21S BE 對(duì)TGF 2刺激后S mad32S mad4復(fù)合體產(chǎn)生特異反應(yīng), 而SMAD 7S BE 對(duì)S mad22

14、S mad4和S mad32S mad4均產(chǎn)生反應(yīng), 檢測(cè)結(jié)果顯示TGF 2刺激后, 成纖維細(xì)胞的PA I 21S BE 高度激活, 而成肌纖維細(xì)胞卻下降了80%, SMAD 7S BE 在兩種細(xì)胞沒有明顯差別, 說(shuō)明兩種細(xì)胞對(duì)TGF 2產(chǎn)生不同反應(yīng)的原因在S mad 信號(hào)通路上, 繼續(xù)沿著S mad 信號(hào)通路尋找, 發(fā)現(xiàn)兩種細(xì)胞上TGF 2受體的兩個(gè)亞單位表達(dá)沒有差別, 過(guò)表達(dá)這些受體對(duì)成肌纖維細(xì)胞的PA I 21S BE 的活化沒有影響, 而且, TGF 2處理后成肌纖維細(xì)胞上S mad2的磷酸化及S mad2/Smad3與S mad4相結(jié)合形成異聚體的過(guò)程也無(wú)異常, 通過(guò)核蛋白分析發(fā)現(xiàn),

15、 TGF 212S 信號(hào)下調(diào)。此外, CTGF 是重要的促進(jìn)成肌纖維細(xì)胞增殖的細(xì)胞因子。Yang 等研究發(fā)現(xiàn), 大鼠成纖維細(xì)胞(NRK 249F 在TGF 2刺激24小時(shí)后, 很多細(xì)胞活化成成肌纖維細(xì)胞, 在隨后的24小時(shí)內(nèi), 細(xì)胞再分別與TGF 2, CTGF 或TGF 2+CTGF 共孵育, 結(jié)果顯示, CTGF 可以明顯促進(jìn)成肌纖維細(xì)胞增殖。進(jìn)一步通過(guò)信號(hào)阻斷實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CTGF 通過(guò)受體LRP 和ERK1/2信號(hào)通路發(fā)揮促增殖作用5。L i 等(2004 研究發(fā)現(xiàn), 152脫氧2前列腺素J2(152d 2PGJ2 具有抑制肝成肌纖維細(xì)胞增殖的作用, 其作用機(jī)制是通過(guò)p38MAPK 信號(hào)通路

16、誘導(dǎo)血紅素加氧酶21(HO 21 的產(chǎn)生。韓國(guó)的一項(xiàng)研究8發(fā)現(xiàn), 韓國(guó)草藥Zedoariae Rhiz oma (Z R 可以抑制肝成肌纖維細(xì)胞的增殖, 進(jìn)一步研究其機(jī)制發(fā)現(xiàn), ZR 是通過(guò)快速增加前列腺素E2和c AMP 的生成來(lái)發(fā)揮抗增殖作用。從上述研究可見, 前列腺素系統(tǒng)具有重要的控制成肌纖維細(xì)胞增殖作用。四、成肌纖維細(xì)胞的凋亡調(diào)控在傷口愈合過(guò)程中, 成肌纖維細(xì)胞的及時(shí)凋亡有著重要的意義, 可使傷口愈合良好, 不留疤痕。bFGF 是潛在的促進(jìn)傷口愈合的細(xì)胞因子, Funat o 等研究發(fā)現(xiàn)bFGF 可以誘導(dǎo)上腭黏膜的成肌纖維細(xì)胞的凋亡, 上腭黏膜成肌纖維細(xì)胞的FGF 受體表達(dá)較成纖維細(xì)胞

17、明顯升高, 受bFGF 刺激后, 成肌纖維細(xì)胞FGF 受體的酪氨酸磷酸化較成纖維細(xì)胞明顯增加。L i 等(2004, 2003 的研究發(fā)現(xiàn), 高濃度的前列腺素可誘導(dǎo)肝臟成肌纖維細(xì)胞的凋亡。五、結(jié)語(yǔ)與展望成肌纖維細(xì)胞不能及時(shí)從損傷組織中凋亡退出或重新轉(zhuǎn)回成纖維細(xì)胞表型是組織纖維化的重要原因, 成肌纖維細(xì)胞不斷的分化、增殖, 保持旺盛的分泌細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞因子的功能, 形成一種惡性循環(huán), 加重組織纖維化病變, 導(dǎo)致器官功能的衰竭, 研究成肌纖維細(xì)胞的分化、增殖及凋亡的調(diào)控機(jī)制將有重要意義。隨著研究的深入, 有望通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)阻斷其分化、增殖的信號(hào)通路及基因轉(zhuǎn)錄, 通過(guò)藥物或重組細(xì)胞因子促進(jìn)其凋

18、亡, 抑制其分化和增殖, 促其恢復(fù)轉(zhuǎn)化前細(xì)胞表型, 從而阻斷纖維化進(jìn)程, 參1, X, Por onnik P, et al . The renal cortical fibr o 2blast in renal tubul ointerstitial fibr osis . I JBCB, 2006, 38¬15.2Bouzeghrane F, M ercure C, Reudelhuber T L, et al .A l pha8beta1integrin is up regulated in myofibr oblasts of fi 2br otic and scarring

19、 myocardiu m. J Mol Cell Cardi ol, 2004, 36¬343353.3Leask A, Abraha m DJ. TGF 2beta signaling and the fibr oticres ponse . F ASE B, 2004, 18¬816827.4Gr otendorst GR, Rah manie H, Duncan MR. Combinat orialsignaling path ways deter m ine fibr oblast p r oliferati on and myofibr oblast differentiati on . F ASE B, 2004, 18¬469479. 5YangM , Huang H, L i J, et al . Tyr osine phos phorylati on ofthe LDL recep t or 2related p r otein (LRP and activati on of the ERK path way are required f or connective tissue gr owth fact or t o potentiate myofibr