转化生长因子β对动脉粥样硬化中血管平滑肌细胞的作用及其影响

1、转化生长因子对动脉粥样硬化中血管平滑肌细胞的作用及其影响         【关键词】 生长转化因子 血管平滑肌细胞 动脉粥样硬化 血管平滑肌细胞（VSMCs）的活化、增殖和迁移是动脉粥样硬化病变发展的必要条件1。在生理状态下，VSMCs合成并分泌胶原等细胞外基质维持血管的正常的正常结构和功能。但是，粥样斑块形成早期，VSMCs从血管中        【关键词】  生长转化因子 血管平滑肌细胞 动脉粥样硬化血管平滑肌细胞（VSM

2、Cs）的活化、增殖和迁移是动脉粥样硬化病变发展的必要条件1。在生理状态下，VSMCs合成并分泌胶原等细胞外基质维持血管的正常的正常结构和功能。但是，粥样斑块形成早期，VSMCs从血管中膜迁移至内膜，进而增殖并发生表型变化，合成并分泌细胞外基质、释放多种生长因子、细胞因子，还可摄取脂质成为肌源性泡沫细胞。经过几十年的发展，VSMCs最终和其他细胞一起形成阻碍血流的巨大粥样斑块。    转化生长因子(Transforming Growth Factor,TGF-)是一类多功能的多肽类生长因子，参与调节胚胎发育、细胞生长和分化、细胞外基质合成、炎症、创伤修复和免疫等许多

3、生物学过程2。近年研究表明，TGF-可通过其抗炎、免疫调节以及促进细胞外基质（EMC）的作用，限制动脉粥样硬化（AS）的发展。特别是TGF-对VSMCs增殖、迁移以及表型转化产生作用，从而影响着粥样斑块的形成、发展以及斑块的稳定，对减少急性冠脉事件的发生起着不可忽视的作用。1  转化生长因子及其受体的生物学特性    现已发现TGF-有5种异构体，即TGF-1TGF-5，而在人体只存在有TGF-1，TGF-2，TGF-3 3种。其中以TGF-1所占比例最高，活性最强，功能最重要。一些分泌性蛋白在结构和功能方面与TGF-相似，它们同属于TGF-超家族，例如

4、激活素（activins）、抑制素（inhibins)、骨形态形成蛋白（bone morphogeneticproteins,BMP)、苗勒氏抑制物（mullerian inhibitory substance)等3。    转化生长因子(Transforming Growth Factor,TGF-)来源广泛，几乎所有的细胞都能产生，新合成的TGF-均以无活性的二聚体形式分泌。这种前体蛋白包括前体TGF-潜在相关蛋白（TGF-Latency Associated Protein ,LAP）和TGF-活性部分。在分泌过程中，二者以非共价键结合，称为小型潜在活性复合

5、物。此复合物中的LAP可通过二硫键连接一类称为潜在的TGF-结合蛋白（Latent TGF-TGF- binding portein,LTBP）的蛋白，最终二者与TGF-形成三分子复合物，称为大型潜在活性复合物4。关于TGF-的活化现有两种机制：第一，可以通过蛋白酶，如纤溶酶（Plasmin）、凝血酶（Thrombin）、血浆转谷氨酰胺酶（Plasma Transglutaminase）等裂解LAP；第二，可以借助LAP与其他蛋白，如：血小板反应蛋白-1（Thrombospondin-1）的相互作用发生构型改变，进而释放活性TGF-5。目前，Rifkin6认为潜在复合物中的LAP犹如TGF-的

6、感觉器（sensor）整合环境中活化TGF-的多种因素，控制启动器（effector）TGF-量的释放，这对于抑制TGF-活性的过度表达以及TGF-在细胞外基质的贮存有重要意义。LTBP可能相当TGF-的定位器，调节TGF-在组织器官中的分布，但这点还未明确。    活化的TGF-通过细胞受体系统介导而发挥作用。TGF-受体是存在于细胞表面上的跨膜糖蛋白。目前公认的TGF-受体主要有3种（TR ，）。型和型均属于丝氨酸/苏氨酸受体激酶家族。型受体即蛋白聚糖（-glycan），本身无信号转导功能，主要参与调节TGF-进入细胞内，还可能促进TGF-与型受体结合1。TG

7、F-活化后，首先在细胞外与TR结合形成复合物，TGF-被传递给处于自动磷酸化的TR或TGF-直接与TR结合，再结合形成复合物，此时TGF-构象改变，被TR识别并结合形成三元/二元复合物，复合物中的型受体被型受体磷酸化，磷酸化的型受体从而激活TR的蛋白激酶活性，继而主要由Smads蛋白家族介导胞内信号转导8。Smads蛋白按功能分为3类：（1）通路限制型（R-Smads），包括Smad1Smad3，Smad5，Smad8；（2）共同介导型或辅助型（Co-Smads），主要是Smad4，介导磷酸化的R-Smad转移至细胞核并与靶基因结合的过程；（3）抑制型或拮抗型（-Smads），包括Smad6，

8、Smad7，主要通过竞争性地与型受体结合而抑制R-Smad的磷酸化过程。其中Smad2Smad4,Smad6,Smad7与TGF的信号调控最为密切。Smad2和Smad3是TR胞内激酶的关键作用底物，经受体激酶磷酸化后与Smad4结合形成异源性多聚体并转位细胞核内，与DNA结合，激活DNA转录，调控目的的基因表达，在TGF-1胞内信号转导中起着关键作用9，10。2  转化生长因子对动脉硬粥样硬化（AS）中血管平滑肌细胞（VSMCs）的作用2.1  TGF-影响AS中VSMCs的增殖、迁移以及表型转化动脉粥样硬化过程是动脉壁对多种损伤因素的慢性炎症反应过程，其特点的炎症组织来

9、源于平滑肌细胞。TGF-对平滑肌细胞自分泌血小板衍化生（platelet-derived grouth factot ,PDGF）实现的，而PDGF是平滑肌细胞向内膜迁移和增殖的最重要的调节生长因子。低水平的TGF-可促使PDGF-A的表达，介导平滑肌细胞的迁移和增殖11。当TGF-水平较高时，平滑肌细胞表面的PDFG受体亚单位的表达受抑制，通过延长细胞周期中DNA合成期从而抑制平滑肌细胞的增殖12。    TGF-不仅能调节平滑肌细胞的迁移与增殖，而且能调节平滑肌细胞表型的转变。根据细胞结构和功能的不同，我们人为地将VSMCs分为收缩型（分化型）和合成型（未分化

10、型或去分化型）两种表型。收缩表型是其中的成熟类型，分化程度高，正常成人动脉血管内的VSMCs以收缩型为主,主要功能是维持血管的弹性和收缩血管。合成表型属于不成熟类型，分化程度低或未分化，合成和分泌基质蛋白能力强，主要功能是增殖、迁移入内膜和和合成基质，主要位于胚胎中期血管或颊骨理血管中13。VSMCs的表型转化主要表现为其从收缩型转变成合成型，并获得增殖、迁移和合成、分泌大量细胞外基质（ECM）的能力，严重时会引发血管重构（vascular remodeling），这是动脉粥样硬化等血管病变发生发展的根本原因14。    David. J15等研究发现当正常血管来

11、源的VSMCs进行原代培养时，刚开始细胞高表达TGF-的型受体，这型受体被激活后可增加VSMCs收缩蛋白的表达，但是无细胞外基质（ECM）生成。当在缺少TGF-的刺激的情况下，经过多个细胞周期后，VSMCs表面表达的TR：TR的比率将下降，并且细胞对TGF-的应答也完全发生转化，这时VSMCs在接受TGF-后会分泌EMC，而不表达收缩蛋白。更有趣的是，在细胞培养时，如果从开始就维持给予TGF-刺激，那么VSCMs可能绝大部分会维持TR的高表达，同时相应地它们会保持低EMC分泌的分化型。其他研究也表明，TGF-能够提高VSMCs分化，增加平滑肌-肌动蛋白（-SMA）、平滑肌肌球蛋白重链（SM-M

12、HC）、h1-calponin和-SMA表达，它们是分化型VSMCs表型的重要标志16，17。另外，McCaffrey等18证实VSMCs（产生血管壁的所有的ECM）在动脉粥样硬化性损害同在正常的血管壁比较，具有不同的TGF-受体表达类型。在病变的血管壁细胞主要表达型TGF-受体，而在正常的血管壁细胞主要是型TGF-受体，这种变化至少在体外有功能性的影响。型受体占优势的VSMCs对于TGF-的反应不同于型受体占优势的VSMCs，前者可极大地提高ECM的生成；相反型受体占优势的VSMCs几乎不能增加ECM的生成。    综合这些研究结果David.J15提出一套分子

13、假说，说明了TGF-对VSMCs作用如何影响AS的发生发展：当TGF-维持高水平反馈环路时，VSMCs的TR则一直高水平表达，从而维持血管中VSMCs为分化型VSMCs生成大量的收缩蛋白而分泌相对少的ECM。如果TGF-受到一些能使其活性减少的外部因素干涉，并且这些外部因素在某种特殊区域干涉充分，那么这些区域的VSMCs不仅会分化、增殖和迁移 到血管内膜，而且也会减少型受体的表达。这时TGF-活性减少为“第一击”（ first hit），它能促进AS早期脂质条纹病灶的形成。然而VSMCs上TR表型转换是不可逆的，相应地所引起的血管结构的改变也就不可逆了，因为即使TGF-活性恢复正常，那些已经去

14、分化的内膜VSMCs在接受TGF-刺激时也只产生ECM而不会返回为收缩状态的表型。这次“打击”将导致含基质丰富的稳定动脉粥样硬化性斑块产生。然而，如果TGF-活性仍然被抑制或者进一步的降低，那么这时发生的TGF-活性仍然被抑制或者进一步的降低，那么这时发生的TGF-活性减少为“第二击”（Second, hit）。结果斑块中募集的白细胞增加，而残存的VSMCs产生的ECM减少，形成不稳定斑块，如果典型的不稳定斑块继续发展会最终发生心肌梗塞和死亡等临床事件。2.2  TGF-对血管平滑肌的作用影响粥样斑块稳定性粥样斑块为发展成熟的粥样硬化病变19，其表面有一层纤维帽。纤维帽中成分的改变影

15、响着斑块的稳定。纤维帽的细胞成分主要是VSMCs，分泌EMC是其主要功能之一。EMC的数量及质量决定了粥样斑块纤维帽的机械强度及粥样斑块的稳定性。同稳定的斑块相比，不稳定斑块的平滑肌细胞数量及细胞外基质的量减少，纤维帽更薄。另外，影响斑块不稳定的因素就是斑块中存在的大量炎性细胞，例如巨噬细胞、激活的T淋巴细胞及肥大细胞，这些细胞会分泌大量细胞因子和基质金属蛋白酶等活性物质，增加了EMC的分解，抑制EMC的合成。这种炎性反应会打破了VSMCs所分泌的EMC合成与分解的动态平衡，导致纤维帽变薄发生斑块破裂。因此，斑块中炎症反应与EMC的沉淀之间的平衡被认为是维持人体粥样斑块稳定的重要原因20，21

16、。TGF-作为免疫调节剂和致纤维化调节剂和致纤维化调节剂，对维持粥样斑块的稳定起着关键作用。    考虑到TGF-的信号对ECM产生的影响，白细胞和平滑肌细胞之间的相互作用可能特别重要。在进展期动脉粥样硬化斑块中白细胞和平滑肌细胞总体之间的平衡是斑块稳定性的一个主要决定因素22。TGF-可能在调节这种“稳定性平衡”中起到了中枢作用，这至少有两种方式：（1）通过它的免疫调节作用抑制白细胞的募集；（2）它是目前最强的致纤维化细胞因子之一。Mallat等23在ApoE-/-大鼠体内运用抗-TGF-1，2，3中和抗体抑制了TGF-信号传导途径，9周后发现病变部位炎性细胞成分增加而胶原减少，利于斑块向不稳定方向变化。Esther Lutgens等24应用不同的方法得到相似结果，将大鼠TGF-R 融合蛋白（TGF-R :Fc）作为TGF-信号传