成肌纤维细胞在纤维化过程中的作用及其调控

1、成肌纤维细胞在纤维化过程中的作用及其调控3高绪霞黄海长李晓玫(北京大学第一医院肾内科暨肾脏病研究所, 北京100034摘要成肌纤维细胞(myofibr oblast 是伤口愈合和各种组织纤维化中起主要作用的细胞, 成肌纤维细胞不能及时从病变处退出, 使细胞外基质持续过量分泌, 并发生重塑是组织纤维化的主要特征, 这一病理过程受诸多因素的调控, 研究成肌纤维细胞的分化增殖及凋亡的调控机制有助于寻找干预组织纤维化过程的关键环节, 从而为延缓或逆转组织纤维化提供理论基础。关键词成肌纤维细胞; 纤维化; 分化; 增殖; 凋亡中图分类号R361. 3成肌纤维细胞(myofibr oblast 最早见于伤

2、口的肉芽组织, 其特征界于成纤维细胞和平滑肌细胞之间, 属于间充质来源细胞肌肌动蛋白(2s , 特性, 例如, 波形蛋白(vi m entin , 合成分泌细胞外基质(EC M :胶原和、纤粘连蛋白(fibr onectin, F N 等。但成肌纤维细胞合成EC M 的能力远大于成纤维细胞, 是组织纤维化过程中产生过量EC M 的主要来源细胞。对于成肌纤维细胞的认识虽然已有三十多年, 但有关成肌纤维细胞在纤维化中作用及其分化、增殖、凋亡的调控机制研究仍然方兴未艾, 本文对此作一综述。一、成肌纤维细胞在纤维化过程中的作用成肌纤维细胞被认为是伤口愈合和各种组织纤维化过程中起核心作用的细胞。正常的伤

3、口修复过程中, 成肌纤维细胞短暂存在, 促使伤口收缩, 结缔组织修复。但在纤维化病变的组织中, 成肌纤维细胞持续存在, 细胞外基质过量积聚, 组织结构发生重塑, 正常的组织结构和功能遭到破坏, 最终发生功能衰竭。成肌纤维细胞在纤维化过程中的作用主要表现在:(1 成肌纤维细胞表达2S MA, 具备收缩迁移的功能, 能够从分化及转分化部位到达它发挥作用的间质部位, 并使细胞外基质收缩变形; (2 成肌纤维细胞合成细胞外基质的能力明显增强, 合成胶原的量是成纤维细胞的45倍, 最先合成的糖蛋白F N 成为其它细胞外基质沉积的“脚手架”和成纤维细胞的趋化剂, 进一步放大纤维化反应1; (3 成肌纤维细

4、胞表达整合素增加, 与EC M 黏附增强2, ( 、TGF 2(I L , 。二、成肌纤维细胞的分化调控成肌纤维细胞主要来自于组织中成纤维细胞的活化, 又称为分化, 此外组织中其它细胞也可转分化为成肌纤维细胞, 如肝脏和胰腺的星状细胞, 肾脏中的肾小管上皮细胞和肾小球系膜细胞。成肌纤维细胞的分化和转分化是一个复杂的过程, 受诸多细胞因子及信号蛋白的调控。但无论它的来源是什么, 分化和转分化过程中一个共同的重要变化是新表达2S MA, 因此2S MA 被认为是成肌纤维细胞特异的标志蛋白, 是研究成肌纤维细胞分化和转分化的关键蛋白。(一 促使2S MA 蛋白表达的因素及机制2S MA 主要在正常成

5、人平滑肌细胞上表达, 心肌和骨骼肌的发育过程中也有2S MA 的短暂表达。成纤维细胞在应力、细胞因子等作用下被激活, 发生分化, 合成2S MA 蛋白。刺激2S MA 表达的细胞因子有P DGF 、I L 、TGF 21等, 其中TGF 2是最重要的细胞因子, TGF 2通过与细胞表面含丝/苏氨酸激酶的TGF 2型和型受体结合, 激活胞浆中的S mad2/3,使之发生磷酸化, 并与S mad4结合形成复合物, 转移进入胞核内, 作为转录因子与基因序列结合3, 同时核内的转录共激活因子如CBP /P300和转录共抑制因子Ski /SnoN 家族、TGI F 与P 2S mad3/3国家自然科学基

6、金资助课题(3057085187S mad22S mad4复合物竞争结合, 共同调节基因转录。TGF 21刺激后, Sno N 表达迅速下调, 在30分钟内表达量达到最低, 从而使TGF 2反应的基因转录增强, 随后SnoN 表达在2小时回升, 反馈抑制TGF 2的作用(Str oschein 等. 1999 。SnoN 短时间内迅速下降的原因不是因为其蛋白合成减少, 而是TGF 2诱导泛素连接酶家族成员S murf2与磷酸化S mad2形成复合体, 很快使SnoN 泛素化而被降解(Bonni等. 2001 。2actin 基因的TGF 2反应元件包括TCE 、CarG A 和CarG B 三

7、种, Roy 等(2001 将各种长度的2S MA 启动子构件转染入大鼠肺原代培养的成纤维细胞中, 对受TGF 2调节的启动子区域进行定位, 证明在TGF 2诱导2S MA 表达过程中需要TCE 元件而不是CarG A 或CarG B 元件, 表明TCE是TGF 2诱导成肌纤维细胞分化的关键元件。TGF 2诱导成肌纤维细胞的分化过程受很多因素调节, TGF 2分泌增多及TGF 2受体蛋白、S mad , 均产生; UUO TGF 2的mRNA 表达增加; 尿路梗阻大鼠, 糖尿病小鼠, 特发性肺纤维化等动物模型的纤维化病变器官的TGF 2受体表达上调; 而来自于遗传性慢性肾间质纤维化大鼠模型的肾

8、小管间质成纤维细胞中虽然成肌纤维细胞明显多于对照大鼠, 但Got o 等(2004 未发现该细胞TGF 2及TGF 2受体表达异常, 却发现胞浆中的S mad4表达增加。内皮素(endothelin, ET 是另一个重要的促成纤维细胞分化为成肌纤维细胞的因子, 肝脏损伤后, 肝脏星状细胞和内皮细胞合成ET 21能力增强, 循环血液中ET 21水平升高, 且肝星状细胞表面的ET 受体增加, 体外研究发现, ET 21可直接刺激肝脏星状细胞表达2S MA , 分化成成肌纤维细胞, 而ET 受体拮抗剂可阻断这种作用。对肺成纤维细胞的研究有同样的发现。除了TGF 2和ET 21外, 尚有许多因子共同参

9、与细胞分化的调节, Gr otendorst 等4研究发现, 在胰岛素样生长因子22(I GF 22 存在的情况下,成纤维细胞受TGF 2刺激后, 表达2S MA 的细胞明显增加, I GF 22单独不能刺激成肌纤维细胞的形成,但在结缔组织生长因子(CTGF 存在时, 2ng/ml 浓度的I GF 22就可诱导成肌纤维细胞的形成。CTGF是TGF 2下游的细胞因子, 由TGF 2诱导产生, 很多研究发现它与TGF 2具有协同作用, 可使TGF 2诱导2S MA 表达作用增强5。但是有关这些协同调节因子的作用机制尚无清楚的认识。(二 抑制2S MA 蛋白表达的因素及机制由于成肌纤维细胞与过量的细

10、胞外基质沉积密切相关, 表达2S MA 是成肌纤维细胞的重要特征。因此, 研究和寻找抑制2S MA 表达的细胞因子和药物具有重要意义。2I F N 是较早认识的抑制2S MA 表达的细胞因子, 由Th 淋巴细胞产生, 可降低培养的成纤维细胞2S MA 的mRNA 水平和蛋白表达。碱性成纤维细胞生长因子(basic fibr oblast gr owthfact or, bFGF 也可以抑制TGF 2诱导的成肌纤维细胞2S MA 的表达。近年来对于肝细胞生长因子(HGF 抑制肾脏纤维化的研究较多, 发现HGF 在不同的细胞通过不同的机制抑制TGF 2的作用, HGF 对于TGF 2的受体表达、抑

11、制性S 和S mad7的S mad2/3与TGF 2信的降解, 增加TGI F 的稳(TGI F 的蛋白增加, 但mRNA 水平稳定不变 , 从而使成肌纤维细胞的分化减少6。而在肾小管上皮细胞向成肌纤维细胞转分化过程中, HGF 则通过增加转录共抑制因子SnoN 的量抑制肾小管上皮细胞的转分化7。上皮细胞向间充质细胞转化(ep ithelial 2t o 2mesenchy mal transiti on, E MT 被认为是组织纤维化过程中成肌纤维细胞的重要来源, 肾脏纤维化中成肌纤维细胞有三分之一来自肾小管上皮细胞, 肾小管上皮细胞转分化包括其表型蛋白E 2钙粘素(E 2cadherin

12、的丢失和新表达2S MA 。近年来认为E MT 过程是可逆的, 起重要作用的细胞因子是TGF 2和骨形成蛋白7(BMP7 , TGF 2通过S mad3途径促使上皮细胞向成肌纤维细胞的转化,而BMP7是TGF 2超家族成员之一, 它通过与TGF 2受体结合激活S mad5增强E 2钙粘素的表达, 恢复肾小管上皮细胞表型, 逆转肾小管上皮细胞转分化(Zeisberg 等. 2004 。许多外源性药物可在体外或动物体内减轻组织局部的2S MA 表达, 但是否能直接起到阻断或逆转成肌纤维细胞分化的作用尚在研究中。三、成肌纤维细胞的增殖调控成肌纤维细胞分化后还可以在细胞因子作用下发生增殖, 成肌纤维细

13、胞的增殖无疑会使细胞外基质分泌增多, 加重纤维化病变。TGF 2是个多效性细胞因子, 很多研究已经证实, TGF 2对成纤维细胞的增殖起着抑制作用, 但是Reisdorf 等(2001 比较97了自纤维化组织培养的成肌纤维细胞和正常皮肤的成纤维细胞, 发现与成纤维细胞不同, TGF 2不能抑制成肌纤维细胞的增殖, 进一步对其机制进行研究,作者检测了两种序列结合元件, P A I 21启动子的S mad 结合元件(PA I 21S BE 和SMAD 7S BE, 因为PA I 21S BE 对TGF 2刺激后S mad32S mad4复合体产生特异反应, 而SMAD 7S BE 对S mad22

14、S mad4和S mad32S mad4均产生反应, 检测结果显示TGF 2刺激后, 成纤维细胞的PA I 21S BE 高度激活, 而成肌纤维细胞却下降了80%, SMAD 7S BE 在两种细胞没有明显差别, 说明两种细胞对TGF 2产生不同反应的原因在S mad 信号通路上, 继续沿着S mad 信号通路寻找, 发现两种细胞上TGF 2受体的两个亚单位表达没有差别, 过表达这些受体对成肌纤维细胞的PA I 21S BE 的活化没有影响, 而且, TGF 2处理后成肌纤维细胞上S mad2的磷酸化及S mad2/Smad3与S mad4相结合形成异聚体的过程也无异常, 通过核蛋白分析发现,

15、 TGF 212S 信号下调。此外, CTGF 是重要的促进成肌纤维细胞增殖的细胞因子。Yang 等研究发现, 大鼠成纤维细胞(NRK 249F 在TGF 2刺激24小时后, 很多细胞活化成成肌纤维细胞, 在随后的24小时内, 细胞再分别与TGF 2, CTGF 或TGF 2+CTGF 共孵育, 结果显示, CTGF 可以明显促进成肌纤维细胞增殖。进一步通过信号阻断实验发现CTGF 通过受体LRP 和ERK1/2信号通路发挥促增殖作用5。L i 等(2004 研究发现, 152脱氧2前列腺素J2(152d 2PGJ2 具有抑制肝成肌纤维细胞增殖的作用, 其作用机制是通过p38MAPK 信号通路

16、诱导血红素加氧酶21(HO 21 的产生。韩国的一项研究8发现, 韩国草药Zedoariae Rhiz oma (Z R 可以抑制肝成肌纤维细胞的增殖, 进一步研究其机制发现, ZR 是通过快速增加前列腺素E2和c AMP 的生成来发挥抗增殖作用。从上述研究可见, 前列腺素系统具有重要的控制成肌纤维细胞增殖作用。四、成肌纤维细胞的凋亡调控在伤口愈合过程中, 成肌纤维细胞的及时凋亡有着重要的意义, 可使伤口愈合良好, 不留疤痕。bFGF 是潜在的促进伤口愈合的细胞因子, Funat o 等研究发现bFGF 可以诱导上腭黏膜的成肌纤维细胞的凋亡, 上腭黏膜成肌纤维细胞的FGF 受体表达较成纤维细胞

17、明显升高, 受bFGF 刺激后, 成肌纤维细胞FGF 受体的酪氨酸磷酸化较成纤维细胞明显增加。L i 等(2004, 2003 的研究发现, 高浓度的前列腺素可诱导肝脏成肌纤维细胞的凋亡。五、结语与展望成肌纤维细胞不能及时从损伤组织中凋亡退出或重新转回成纤维细胞表型是组织纤维化的重要原因, 成肌纤维细胞不断的分化、增殖, 保持旺盛的分泌细胞外基质和细胞因子的功能, 形成一种恶性循环, 加重组织纤维化病变, 导致器官功能的衰竭, 研究成肌纤维细胞的分化、增殖及凋亡的调控机制将有重要意义。随着研究的深入, 有望通过分子生物学技术阻断其分化、增殖的信号通路及基因转录, 通过药物或重组细胞因子促进其凋

18、亡, 抑制其分化和增殖, 促其恢复转化前细胞表型, 从而阻断纤维化进程, 参1, 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