成肌纤维细胞在纤维化过程中的作用及其调控解读

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（myofibroblast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（myofibroblast最早见于伤口的肉芽组织，其特征界于成纤维细

2、胞和平滑肌细胞之间，属于问充质来源细胞肌肌动蛋白（2s,特性，例如，波形蛋白（vimentin,合成分泌细胞外基质（ECM:胶原I和田、纤粘连蛋白（fibronectin,FN等。但成肌纤维细胞合成ECM的能力远大于成纤维细胞，是组织纤维化过程中产生过量ECM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

3、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a2sMA,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FN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成肌纤维细胞表达整合素增加,与ECM黏附增强2,（、TGF2B（IL,。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

4、纤维细胞的活化，又称为分化，此外组织中具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a2sMA,因此a2sMA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a2SMA蛋白表达的因素及机制a2SMA主要在正常成人平滑肌细胞上表达，心肌和骨骼肌的发育过程中也有a2SMA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a2sMA蛋白。刺激a2sMA表

5、达的细胞因子有PDGF、IL、TGF2B你,其中TGF20是最重要的细胞因子，TGF2B通过与细胞表面含丝酸氨酸?酶的TGF2网型和I型受体结合,激活胞浆中的Smad2/3使之发生磷酸化,并与Smad4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、TGIF与P2Smad3/3国家自然科学基金资助课题（30570851?87?Smad22Smad4l（合物竞争结合，共同调节基因转录。TGF2B喇激后，SnoN表达迅速下调，在30分钟内表达量达到最低，从而使TGF2B反应的基因转录增强，随后SnoN表达

6、在2小时回升，反馈抑制TGF2B的作用（Stroschein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TGF20诱导泛素连接酶家族成员Smurf2与磷酸化Smad2形成复合体，很快使SnoN泛素化而被降解（Bonni等.2001。a2actinS因的TGF2B反应元件包括TCE、CarGA和CarGB三种，Roy等（2001将各种长度的a2SMA启动子构件转染入大鼠肺原代培养的成纤维细胞中，对受TGF2B调节的启动子区域进行定位,证明在TGF2B诱导a2SMAS达过程中需要TCE元件而不是CarGA或CarGB元件,表明TCE是TGF2B诱导成肌纤维细胞分化的关键

7、元件。TGF2B诱导成肌纤维细胞的分化过程受很多因素调节，TGF2份泌增多及TGF20受体蛋白、Smad，均产生；UUOTGF2B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白纤维化病变器官的TGF20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Goto等（2004未发现该细胞TGF2B及TGF2B受体表达异常，却发现胞浆中的Smad4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ET21能力增强，循环血液中ET2

8、1水平升高，且肝星状细胞表面的ET受体增加，体外研究发现，ET21可直接刺激肝脏星状细胞表达a2SMA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TGF20和ET21外，尚有许多因子共同参与细胞分化的调节，Grotendorst等4研究发现，在胰岛素样生长因子22（1GF22存在的情况下成纤维细胞受TGF20刺激后，表达a2sMA的细胞明显增加，IGF22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IGF22就可诱导成肌纤维细胞的形成。CTGF是TGF2B下游的细胞因子，由TGF2B诱导产生，很多研究发现

9、它与TGF2B具有协同作用，可使TGF2B诱导a2sMAS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a2SMA蛋白表达的因素及机制由于成肌纤维细胞与过量的细胞外基质沉积密切相关，表达a2sMA是成肌纤维细胞的重要特征。因此，研究和寻找抑制a2sMAS达的细胞因子和药物具有重要意义。丫21F戏较早认识的抑制a2sMA表达的细胞因子，由Th淋巴细月fi产生，可降低培养的成纤维细胞a2sMA勺mRNA水平和蛋白表达。碱性成纤维细胞生长因子（basicfibroblastgrowthfactor,bFGF也可以抑制TGF2B诱导的成肌纤维细胞a2SMA勺表达。近年来对于肝

10、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TGF2B的作用，HGF对于TGF20的受体表达、抑制性s和smad7的smad2/3与TGF2B信的降解，增加TGIF的稳（TGIF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(epithelial2to2mesenchymaltransition,EMT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

11、管上皮细胞，肾小管上皮细胞转分化包括其表型蛋白E2钙粘素(E2cadherin的丢失和新表达a2SMA。近年来认为EMT过程是可逆的，起重要作用的细胞因子是TGF2B和骨形成蛋白7(BMP7,TGF2版过Smad3途径促使上皮细胞向成肌纤维细胞的转化，而BMP7是TGF2B超家族成员之一，它通过与TGF2B受体结合激活Smad5增强E2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a2SMA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

12、可以在细胞因子作用下发生增殖，成肌纤维细胞的增殖无疑会使细胞外基质分泌增多，加重纤维化病变。TGF2B是个多效性细胞因子，很多研究已经证实，TGF2B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，TGF2环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,PAI21启动子的Smad结合元件（PAI21SBE和SMAD7SBE,因为PAI21SBE对TGF2B刺激后Smad32Smad4a合体产生特异反应，而SMAD7SBE对Smad22Smad4和Smad32S

13、mad4匀产生反应，检测结果显示TGF20刺激后,成纤维细胞的PAI21SBE高度激活，而成肌纤维细胞却下降了80%,SMAD7SBE在两种细胞没有明显差别，说明两种细胞对TGF2B产生不同反应的原因在Smad信号通路上，继续沿着Smad信号通路寻找，发现两种细胞上TGF2B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PAI21SBE的活化没有影响，而且，TGF2B处理后成肌纤维细胞上Smad2的磷酸化及Smad2/Smad3WSmad4相结合形成异聚体的过程也无异常，通过核蛋白分析发现,TGF2B12S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

14、研究发现,大鼠成纤维细胞(NRK249F在TGF2B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，细胞再分与TGF2B,CTG域TGF2B+CTGFW?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50Li等(2004研究发现，152脱氧2前列腺素J2(152d2PGJ2具有抑制肝成肌纤维细胞增殖的作用，具作用机制是通过p38MAPK信号通路诱导血红素加氧酶21(HO21的产生。韩国的一项研究8发现，韩国草药ZedoariaeRhizoma(ZR可以抑制肝成肌纤维细胞的增殖，进一步研究其

15、机制发现，ZR是通过快速增加前列腺素E2和cAMP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。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。Li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

16、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,PoronnikP,etal.Therenalcorticalfibro2blastinrenaltubulointerstitialfibrosis.IJ

17、BCB,2006,38?12 BouzeghraneF,MercureC,ReudelhuberTL,etal.Alpha8beta1integrinisupregulatedinmyofibroblastsoffi2broticandscarringmyocardium.JMolCellCardiol,2004,36?343353.3 LeaskA,AbrahamDJ.TGF2betasignalingandthefibroticresponse.FASEB,2004,18816827.4 GrotendorstGR,RahmanieH,DuncanMR.Combinatorialsigna

18、lingpathwaysdeterminefibroblastproliferationandmyofibroblastdifferentiation.FASEB,2004,187469-479.5YangM,HuangH,LiJ,etal.TyrosinephosphorylationoftheLDLreceptor2relatedprotein(LRPandactivationoftheERKpathwayarerequiredforconnectivetissuegrowthfactortopotentiatemyofibroblastdifferentiation.FASEB,20046 DaiC,LiuY.Hepatocytegrowthfactorantagonizesthepro2fibroticactionofTGF2beta1inmesangialcellsbystabilizingSmadtranscriptionalcorepressorTGIF.JAmSocNephrol,2004,1574021412.7 Ya