成肌纖維細胞在纖維化過程中的作用及其調(diào)控

1、成肌纖維細胞在纖維化過程中的作用及其調(diào)控3高緒霞黃海長李曉玫(北京大學第一醫(yī)院腎內(nèi)科暨腎臟病研究所, 北京100034摘要成肌纖維細胞(myofibr oblast 是傷口愈合和各種組織纖維化中起主要作用的細胞, 成肌纖維細胞不能及時從病變處退出, 使細胞外基質(zhì)持續(xù)過量分泌, 并發(fā)生重塑是組織纖維化的主要特征, 這一病理過程受諸多因素的調(diào)控, 研究成肌纖維細胞的分化增殖及凋亡的調(diào)控機制有助于尋找干預組織纖維化過程的關(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)鍵詞成肌纖維細胞; 纖維化; 分化; 增殖; 凋亡中圖分類號R361. 3成肌纖維細胞(myofibr oblast 最早見于傷

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

3、口修復過程中, 成肌纖維細胞短暫存在, 促使傷口收縮, 結(jié)締組織修復。但在纖維化病變的組織中, 成肌纖維細胞持續(xù)存在, 細胞外基質(zhì)過量積聚, 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。成肌纖維細胞在纖維化過程中的作用主要表現(xiàn)在:(1 成肌纖維細胞表達2S MA, 具備收縮遷移的功能, 能夠從分化及轉(zhuǎn)分化部位到達它發(fā)揮作用的間質(zhì)部位, 并使細胞外基質(zhì)收縮變形; (2 成肌纖維細胞合成細胞外基質(zhì)的能力明顯增強, 合成膠原的量是成纖維細胞的45倍, 最先合成的糖蛋白F N 成為其它細胞外基質(zhì)沉積的“腳手架”和成纖維細胞的趨化劑, 進一步放大纖維化反應(yīng)1; (3 成肌纖維細

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

5、人平滑肌細胞上表達, 心肌和骨骼肌的發(fā)育過程中也有2S MA 的短暫表達。成纖維細胞在應(yīng)力、細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 表達的細胞因子有P DGF 、I L 、TGF 21等, 其中TGF 2是最重要的細胞因子, TGF 2通過與細胞表面含絲/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)合形成復合物, 轉(zhuǎn)移進入胞核內(nèi), 作為轉(zhuǎn)錄因子與基因序列結(jié)合3, 同時核內(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國家自然科學基

6、金資助課題(3057085187S mad22S mad4復合物競爭結(jié)合, 共同調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。TGF 21刺激后, Sno N 表達迅速下調(diào), 在30分鐘內(nèi)表達量達到最低, 從而使TGF 2反應(yīng)的基因轉(zhuǎn)錄增強, 隨后SnoN 表達在2小時回升, 反饋抑制TGF 2的作用(Str oschein 等. 1999 。SnoN 短時間內(nèi)迅速下降的原因不是因為其蛋白合成減少, 而是TGF 2誘導泛素連接酶家族成員S murf2與磷酸化S mad2形成復合體, 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 將各種長度的2S MA 啟動子構(gòu)件轉(zhuǎn)染入大鼠肺原代培養(yǎng)的成纖維細胞中, 對受TGF 2調(diào)節(jié)的啟動子區(qū)域進行定位, 證明在TGF 2誘導2S MA 表達過程中需要TCE 元件而不是CarG A 或CarG B 元件, 表明TCE是TGF 2誘導成肌纖維細胞分化的關(guān)鍵元件。TGF 2誘導成肌纖維細胞的分化過程受很多因素調(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 表達增加; 尿路梗阻大鼠, 糖尿病小鼠, 特發(fā)性肺纖維化等動物模型的纖維化病變器官的TGF 2受體表達上調(diào); 而來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)成纖維細胞中雖然成肌纖維細胞明顯多于對照大鼠, 但Got o 等(2004 未發(fā)現(xiàn)該細胞TGF 2及TGF 2受體表達異常, 卻發(fā)現(xiàn)胞漿中的S mad4表達增加。內(nèi)皮素(endothelin, ET 是另一個重要的促成纖維細胞分化為成肌纖維細胞的因子, 肝臟損傷后, 肝臟星狀細胞和內(nèi)皮細胞合成ET 21能力增強, 循環(huán)血液中ET 21水平升高, 且肝星狀細胞表面的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胞表達2S MA , 分化成成肌纖維細胞, 而ET 受體拮抗劑可阻斷這種作用。對肺成纖維細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), 在胰島素樣生長因子22(I GF 22 存在的情況下,成纖維細胞受TGF 2刺激后, 表達2S MA 的細胞明顯增加, I GF 22單獨不能刺激成肌纖維細胞的形成,但在結(jié)締組織生長因子(CTGF 存在時, 2ng/ml 濃度的I GF 22就可誘導成肌纖維細胞的形成。CTGF是TGF 2下游的細胞因子, 由TGF 2誘導產(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2S MA 表達作用增強5。但是有關(guān)這些協(xié)同調(diào)節(jié)因子的作用機制尚無清楚的認識。(二 抑制2S MA 蛋白表達的因素及機制由于成肌纖維細胞與過量的細

10、胞外基質(zhì)沉積密切相關(guān), 表達2S MA 是成肌纖維細胞的重要特征。因此, 研究和尋找抑制2S MA 表達的細胞因子和藥物具有重要意義。2I F N 是較早認識的抑制2S MA 表達的細胞因子, 由Th 淋巴細胞產(chǎn)生, 可降低培養(yǎng)的成纖維細胞2S MA 的mRNA 水平和蛋白表達。堿性成纖維細胞生長因子(basic fibr oblast gr owthfact or, bFGF 也可以抑制TGF 2誘導的成肌纖維細胞2S MA 的表達。近年來對于肝細胞生長因子(HGF 抑制腎臟纖維化的研究較多, 發(fā)現(xiàn)HGF 在不同的細胞通過不同的機制抑制TGF 2的作用, HGF 對于TGF 2的受體表達、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 , 從而使成肌纖維細胞的分化減少6。而在腎小管上皮細胞向成肌纖維細胞轉(zhuǎn)分化過程中, HGF 則通過增加轉(zhuǎn)錄共抑制因子SnoN 的量抑制腎小管上皮細胞的轉(zhuǎn)分化7。上皮細胞向間充質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化(ep ithelial 2t o 2mesenchy mal transiti on, E MT 被認為是組織纖維化過程中成肌纖維細胞的重要來源, 腎臟纖維化中成肌纖維細胞有三分之一來自腎小管上皮細胞, 腎小管上皮細胞轉(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2S MA 。近年來認為E MT 過程是可逆的, 起重要作用的細胞因子是TGF 2和骨形成蛋白7(BMP7 , TGF 2通過S mad3途徑促使上皮細胞向成肌纖維細胞的轉(zhuǎn)化,而BMP7是TGF 2超家族成員之一, 它通過與TGF 2受體結(jié)合激活S mad5增強E 2鈣粘素的表達, 恢復腎小管上皮細胞表型, 逆轉(zhuǎn)腎小管上皮細胞轉(zhuǎn)分化(Zeisberg 等. 2004 。許多外源性藥物可在體外或動物體內(nèi)減輕組織局部的2S MA 表達, 但是否能直接起到阻斷或逆轉(zhuǎn)成肌纖維細胞分化的作用尚在研究中。三、成肌纖維細胞的增殖調(diào)控成肌纖維細胞分化后還可以在細胞因子作用下發(fā)生增殖, 成肌纖維細

13、胞的增殖無疑會使細胞外基質(zhì)分泌增多, 加重纖維化病變。TGF 2是個多效性細胞因子, 很多研究已經(jīng)證實, TGF 2對成纖維細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)的成肌纖維細胞和正常皮膚的成纖維細胞, 發(fā)現(xiàn)與成纖維細胞不同, TGF 2不能抑制成肌纖維細胞的增殖, 進一步對其機制進行研究,作者檢測了兩種序列結(jié)合元件, P A I 21啟動子的S mad 結(jié)合元件(PA I 21S BE 和SMAD 7S BE, 因為PA I 21S BE 對TGF 2刺激后S mad32S mad4復合體產(chǎn)生特異反應(yīng), 而SMAD 7S BE 對S mad22

14、S mad4和S mad32S mad4均產(chǎn)生反應(yīng), 檢測結(jié)果顯示TGF 2刺激后, 成纖維細胞的PA I 21S BE 高度激活, 而成肌纖維細胞卻下降了80%, SMAD 7S BE 在兩種細胞沒有明顯差別, 說明兩種細胞對TGF 2產(chǎn)生不同反應(yīng)的原因在S mad 信號通路上, 繼續(xù)沿著S mad 信號通路尋找, 發(fā)現(xiàn)兩種細胞上TGF 2受體的兩個亞單位表達沒有差別, 過表達這些受體對成肌纖維細胞的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)合形成異聚體的過程也無異常, 通過核蛋白分析發(fā)現(xiàn),

15、 TGF 212S 信號下調(diào)。此外, CTGF 是重要的促進成肌纖維細胞增殖的細胞因子。Yang 等研究發(fā)現(xiàn), 大鼠成纖維細胞(NRK 249F 在TGF 2刺激24小時后, 很多細胞活化成成肌纖維細胞, 在隨后的24小時內(nèi), 細胞再分別與TGF 2, CTGF 或TGF 2+CTGF 共孵育, 結(jié)果顯示, CTGF 可以明顯促進成肌纖維細胞增殖。進一步通過信號阻斷實驗發(fā)現(xiàn)CTGF 通過受體LRP 和ERK1/2信號通路發(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胞增殖的作用, 其作用機制是通過p38MAPK 信號通路

16、誘導血紅素加氧酶21(HO 21 的產(chǎn)生。韓國的一項研究8發(fā)現(xiàn), 韓國草藥Zedoariae Rhiz oma (Z R 可以抑制肝成肌纖維細胞的增殖, 進一步研究其機制發(fā)現(xiàn), ZR 是通過快速增加前列腺素E2和c AMP 的生成來發(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胞增殖作用。四、成肌纖維細胞的凋亡調(diào)控在傷口愈合過程中, 成肌纖維細胞的及時凋亡有著重要的意義, 可使傷口愈合良好, 不留疤痕。bFGF 是潛在的促進傷口愈合的細胞因子, Funat o 等研究發(fā)現(xiàn)bFGF 可以誘導上腭黏膜的成肌纖維細胞的凋亡, 上腭黏膜成肌纖維細胞的FGF 受體表達較成纖維細胞

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

18、亡, 抑制其分化和增殖, 促其恢復轉(zhuǎn)化前細胞表型, 從而阻斷纖維化進程, 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