纤维化相关信号通路调控研究

纤维化相关信号通路调控研究演讲人CONTENTS纤维化相关信号通路调控研究引言：纤维化疾病的临床挑战与研究意义纤维化相关信号通路的核心网络纤维化信号通路的调控策略：从基础研究到临床转化总结与展望：纤维化信号通路调控研究的未来方向目录01纤维化相关信号通路调控研究02引言：纤维化疾病的临床挑战与研究意义引言：纤维化疾病的临床挑战与研究意义作为一名长期从事纤维化机制研究的工作者，我深刻体会到纤维化对人类健康的严重威胁。从肝硬化的门脉高压、肺纤维化的呼吸困难，到肾纤维化的终末期肾病，纤维化相关疾病已成为全球发病和死亡的重要原因。其核心病理特征是细胞外基质（ECM）过度沉积，正常组织结构被瘢痕组织替代，最终导致器官功能衰竭。尽管临床治疗手段不断进步，但针对纤维化的特异性药物仍十分匮乏，这背后关键的科学瓶颈在于我们对纤维化发生发展的信号调控网络尚未完全阐明。纤维化并非单一因素导致的疾病，而是多细胞、多因子、多通路共同作用的结果。其中，信号通路的异常激活是驱动成纤维细胞活化、ECM合成与降解失衡的核心环节。因此，系统梳理纤维化相关信号通路的分子机制、探索其调控策略，不仅有助于深化对纤维化病理生理过程的理解，更为开发靶向治疗药物提供了理论依据。本文将从纤维化信号通路的核心网络、调控节点及干预策略三个维度，结合本领域最新研究进展与个人研究体会，对纤维化相关信号通路的调控研究进行全面阐述。03纤维化相关信号通路的核心网络纤维化相关信号通路的核心网络纤维化过程中，多种信号通路形成复杂的调控网络，通过交叉对话协同促进纤维化的发生与发展。根据其作用机制和核心分子，可将这些通路分为经典促纤维化通路、炎症与免疫调控通路、氧化应激与代谢重编程通路三大类，每类通路均包含多个关键调控节点。经典促纤维化信号通路1.1TGF-β/Smad信号通路：纤维化调控的“中枢轴”TGF-β1（转化生长因子-β1）是目前公认的最强的促纤维化细胞因子，其介导的TGF-β/Smad通路是纤维化研究的核心与热点。在我的实验室早期研究中，我们通过肝纤维化小鼠模型发现，肝星状细胞（HSCs）在TGF-β1刺激下24小时内即出现显著活化，表现为α-SMA表达升高、胶原分泌增加，而这一过程可被Smad3特异性抑制剂完全阻断，这直观体现了该通路的核心地位。经典促纤维化信号通路1.1通路分子机制TGF-β1以潜伏复合体（含TGF-β1、潜伏相关肽LAP、潜伏TGF-β结合蛋白LTBP）形式分泌，需经整合素、蛋白酶等激活后与细胞膜II型TGF-β受体（TβRII）结合，随后招募并磷酸化I型TGF-β受体（TβRI）。活化的TβRI磷酸化受体调控型Smad（R-Smad，包括Smad2/3），磷酸化Smad2/3与共同介导型Smad（Co-Smad，Smad4）形成复合物，转位至细胞核内，与靶基因启动子中的Smad结合元件（SBE）结合，调控下游基因转录。经典促纤维化信号通路1.2在纤维化中的关键作用TGF-β/Smad通路通过调控成纤维细胞活化、ECM合成与降解平衡、上皮-间质转化（EMT）等多重机制促进纤维化。在肾脏纤维化中，TGF-β1可诱导肾小管上皮细胞发生EMT，转化为具有分泌胶原能力的肌成纤维细胞；同时，它可抑制基质金属蛋白酶（MMPs）的表达，促进组织金属蛋白酶抑制剂（TIMPs）的释放，导致ECM降解受阻。值得注意的是，Smad7作为该通路的负反馈调控分子，在纤维化组织中常表达下调，我们通过腺病毒过表达Smad7发现，可显著抑制肝纤维化小鼠的胶原沉积，这为靶向Smad7的干预提供了思路。经典促纤维化信号通路1.3研究进展与争议尽管TGF-β/Smad通路被认为是“促纤维化黄金通路”，但其调控网络远比想象中复杂。近年来，非Smad依赖性通路（如TGF-β激活MAPK、PI3K/Akt等通路）在纤维化中的作用逐渐受到关注。例如，在肺纤维化中，TGF-β1可通过激活ERK通路促进成纤维细胞增殖，而这一过程不依赖于Smad蛋白。此外，不同器官纤维化中TGF-β亚基的作用是否存在差异？例如，TGF-β2在心肌纤维化中的作用是否特异性强于TGF-β1？这些问题仍需进一步研究阐明。1.2Wnt/β-catenin信号通路：纤维化进程中的“启动者”Wnt/β-catenin通路在胚胎发育、组织修复中发挥重要作用，其异常激活与多种纤维化疾病密切相关。在临床工作中，我曾遇到一位因慢性胆管炎导致胆汁性肝硬化的患者，其肝脏活检组织显示β-catenin核表达显著增强，这一现象促使我们深入探究Wnt通路在肝纤维化中的作用。经典促纤维化信号通路2.1通路分子机制经典Wnt通路中，Wnt蛋白与Frizzled受体及LRP5/6共受体结合，抑制糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）的活性，从而阻止β-catenin的磷酸化降解。胞质内β-catenin积累后转位至细胞核，与T细胞因子/淋巴增强因子（TCF/LEF）结合，激活下游靶基因（如c-Myc、cyclinD1）的转录。经典促纤维化信号通路2.2在纤维化中的关键作用Wnt/β-catenin通路主要通过激活HSCs、促进EMT和ECM合成参与纤维化。在肾纤维化模型中，抑制β-catenin可显著减少肌成纤维细胞的数量和胶原沉积；在肺纤维化中，Wnt配体（如Wnt3a、Wnt7b）的表达水平与纤维化程度呈正相关。特别值得一提的是，Wnt通路与TGF-β通路存在密切的交叉调控：TGF-β1可上调Wnt配体的表达，而β-catenin又能增强TGF-β受体敏感性，形成“正反馈环路”，放大促纤维化效应。经典促纤维化信号通路2.3调控节点与干预策略目前，针对Wnt/β-catenin通路的干预主要集中在配体-受体结合环节（如DKK1抗体）、β-catenin降解环节（如GSK-3β激活剂）及核转位环节（如β-catenin/TCF抑制剂）。然而，由于Wnt通路在正常组织修复中的重要作用，全身性抑制可能带来副作用。因此，开发组织特异性递送系统（如靶向肝脏的纳米粒）是未来研究的重点方向。经典促纤维化信号通路3Notch信号通路：细胞命运决定的“调控者”Notch通路通过细胞间直接接触调控细胞增殖、分化与凋亡，在纤维化中参与肌成纤维细胞的分化和组织修复失衡。在研究皮肤纤维化时，我们观察到Notch1受体在瘢痕成纤维细胞中高表达，而抑制Notch1可显著减少胶原合成，这提示Notch通路可能在皮肤纤维化中发挥关键作用。经典促纤维化信号通路3.1通路分子机制Notch受体（Notch1-4）与配体（Jagged1、Delta-like1-4）结合后，经ADAM蛋白酶和γ-分泌酶酶切释放Notch胞内结构域（NICD），NICD转位至细胞核，与CSL蛋白（RBP-Jκ）结合，激活下游靶基因（如Hes、Hey家族）的转录。经典促纤维化信号通路3.2在纤维化中的关键作用Notch通路主要通过调控成纤维细胞向肌成纤维细胞的分化参与纤维化。在肝纤维化中，Notch1与Jagged1的相互作用可促进HSCs活化；在肺纤维化中，Notch信号可诱导肺泡上皮细胞表达α-SMA，促进EMT。此外，Notch通路与TGF-β通路存在协同作用：TGF-β1可上调Notch配体的表达，而Notch信号又能增强TGF-β1的促纤维化效应。经典促纤维化信号通路3.3研究进展与挑战γ-分泌酶抑制剂（GSIs）是常用的Notch通路抑制剂，但在临床前研究中发现其可导致胃肠道副作用（如goblet细胞增生），这与其抑制Notch在肠道细胞中的作用有关。为解决这一问题，研究者正开发靶向Notch特定亚型（如Notch1）的小分子抗体或siRNA，以提高干预的特异性。1.4Hedgehog（Hh）信号通路：组织修复与纤维化的“双刃剑”Hh通路在胚胎发育中调控细胞分化与组织模式形成，成年后其异常激活与器官纤维化密切相关。在研究先天性肺纤维化时，我们发现肺发育不良患儿常伴有Hh信号过度激活，这提示Hh通路可能在肺纤维化的发生中具有“启动”作用。经典促纤维化信号通路4.1通路分子机制Hh配体（Shh、Ihh、Dhh）与Patched（Ptch）受体结合后，解除对Smoothened（Smo）的抑制，激活下游转录因子Gli（Gli1、Gli2、Gli3），调控靶基因（如Ptch1、Gli1）的转录。经典促纤维化信号通路4.2在纤维化中的关键作用Hh通路主要通过激活HSCs、肌成纤维细胞分化及炎症反应促进纤维化。在肝纤维化中，Shh由肝细胞和胆管上皮细胞分泌，通过激活HSCs的Hh信号促进其转化为肌成纤维细胞；在肾纤维化中，Hh信号可促进间质成纤维细胞的增殖和活化。经典促纤维化信号通路4.3干预策略与局限性Smo抑制剂（如vismodegib、sonidegib）已用于治疗基底细胞癌，但在纤维化研究中，其疗效存在争议。例如，sonidegib可减轻博来霉素诱导的肺纤维化，但在肝纤维化模型中效果有限，这可能与不同器官中Hh通路的激活程度或与其他通路的交叉调控差异有关。此外，长期抑制Hh信号可能影响组织修复能力，如何平衡抗纤维化与组织再生是未来研究的难点。炎症与免疫调控通路：纤维化微环境的“驱动者”纤维化并非单纯的“瘢痕形成”过程，而是炎症反应失控的结果。炎症细胞（如巨噬细胞、T淋巴细胞）及其分泌的细胞因子在纤维化微环境的形成中发挥关键作用，其中NF-κB、JAK/STAT等通路是炎症与纤维化交叉对话的核心桥梁。炎症与免疫调控通路：纤维化微环境的“驱动者”1NF-κB信号通路：炎症反应的“总开关”NF-κB通路是调控炎症因子、趋化因子表达的关键通路，其持续激活是慢性炎症向纤维化转化的重要推手。在临床肝穿刺标本中，我们观察到肝硬化患者的肝组织中NF-κBp65亚基核表达显著升高，且与炎症细胞浸润程度呈正相关，这直观体现了NF-κB在炎症驱动纤维化中的作用。炎症与免疫调控通路：纤维化微环境的“驱动者”1.1通路分子机制静息状态下，NF-κB二聚体（如p65/p50）与IκBα结合存在于胞质中。在炎症刺激（如TNF-α、IL-1β）下，IκB激酶（IKK）被激活，磷酸化IκBα并促使其降解，NF-κB转位至细胞核，激活靶基因（如TNF-α、IL-6、MCP-1）的转录。炎症与免疫调控通路：纤维化微环境的“驱动者”1.2在纤维化中的关键作用NF-κB通路通过促进炎症细胞浸润、激活HSCs及诱导EMT参与纤维化。在肺纤维化中，NF-κB可促进巨噬细胞分泌TGF-β1和PDGF，进而激活成纤维细胞；在肝纤维化中，NF-κB可增强肝细胞对炎症因子的敏感性，促进HSCs活化。炎症与免疫调控通路：纤维化微环境的“驱动者”1.3干预策略与临床转化IKK抑制剂（如BMS-345541）可阻断NF-κB激活，在动物模型中显示抗纤维化作用，但其临床应用受限于免疫抑制副作用。近年来，研究者发现靶向NF-κB信号的非编码RNA（如miR-146a）具有组织特异性和低毒性，我们通过腺病毒过表达miR-146a发现，可显著抑制肝纤维化小鼠的炎症反应和胶原沉积，这为靶向NF-κB的干预提供了新思路。2.2JAK/STAT信号通路：细胞因子信号的“传导者”JAK/STAT通路是多种细胞因子（如IL-6、IFN-γ）下游的关键信号通路，在纤维化中调控免疫细胞极化和成纤维细胞活化。在研究肾纤维化时，我们检测到患者血清中IL-6水平升高，且肾组织中JAK2/STAT3磷酸化水平显著增加，这提示JAK/STAT3通路可能参与肾纤维化的进程。炎症与免疫调控通路：纤维化微环境的“驱动者”2.1通路分子机制细胞因子与受体结合后，激活JAK激酶，磷酸化STAT蛋白（如STAT1、STAT3、STAT6）。磷酸化STAT形成二聚体转位至细胞核，激活靶基因（如SOCS3、MMPs）的转录。炎症与免疫调控通路：纤维化微环境的“驱动者”2.2在纤维化中的关键作用JAK/STAT3通路是促纤维化的关键分支：IL-6通过JAK2/STAT3信号促进HSCs活化；在肺纤维化中，STAT3可诱导Th17细胞分化，分泌IL-17，进一步促进炎症和纤维化。而STAT6则主要参与Th2细胞介导的纤维化，如肝纤维化和肺纤维化中，IL-4/IL-13通过JAK1/STAT6信号促进M2型巨噬细胞极化，分泌TGF-β1。炎症与免疫调控通路：纤维化微环境的“驱动者”2.3抑制剂研究进展JAK抑制剂（如tofacitinib、ruxolitinib）已用于治疗类风湿关节炎等自身免疫性疾病，其在纤维化中的应用也显示出潜力。例如，ruxolitinib可减轻博来霉素诱导的肺纤维化，其机制与抑制STAT3磷酸化和Th17细胞分化有关。然而，JAK抑制剂可能引起血液系统副作用（如中性粒细胞减少），如何优化给药方案（如局部递送）是其临床转化的关键。氧化应激与代谢重编程通路：纤维化细胞的“能量重排”氧化应激是纤维化微环境的重要特征，活性氧（ROS）的过度积累可激活多种促纤维化通路；同时，成纤维细胞的代谢重编程（如糖酵解增强、线粒体功能障碍）为其活化提供能量和生物合成前体，这两者共同构成纤维化调控的重要维度。氧化应激与代谢重编程通路：纤维化细胞的“能量重排”1氧化应激通路：ROS的“双刃剑”作用ROS（如超氧阴离子、羟自由基）在生理浓度下参与细胞信号转导，但病理水平下可导致细胞损伤和纤维化。在研究酒精性肝纤维化时，我们发现肝细胞中NADPH氧化酶（NOX）表达升高，ROS生成增加，而抗氧化剂（如NAC）可减轻肝纤维化程度，这证实了氧化应激在肝纤维化中的驱动作用。氧化应激与代谢重编程通路：纤维化细胞的“能量重排”1.1ROS的主要来源与调控纤维化中ROS的主要来源包括NOX家族（NOX1、NOX4）、线粒体电子传递链（ETC）和黄嘌呤氧化酶（XO）。其中，NOX4是肝、肺、肾纤维化中ROS的主要来源，其催化产生的H₂O₂可激活TGF-β1和MAPK通路，促进HSCs活化。氧化应激与代谢重编程通路：纤维化细胞的“能量重排”1.2氧化应激与信号通路的交叉调控ROS可通过氧化修饰关键蛋白（如磷atase、转录因子）激活促纤维化通路。例如，ROS可抑制PTEN活性，激活PI3K/Akt通路；可氧化IκBα，促进NF-κB激活；可直接激活TGF-β1的潜伏复合体，增强其生物活性。氧化应激与代谢重编程通路：纤维化细胞的“能量重排”1.3抗氧化干预策略靶向NOX4的小分子抑制剂（如GKT137831）在动物模型中显示抗纤维化作用，目前已进入II期临床研究。此外，激活内源性抗氧化系统（如Nrf2通路）也是重要策略。我们通过激活Nrf2（如用bardoxolonemethyl）发现，可显著增加肝组织中谷胱甘肽（GSH）含量，抑制ROS生成，减轻肝纤维化，这为抗氧化治疗提供了新途径。氧化应激与代谢重编程通路：纤维化细胞的“能量重排”2代谢重编程：成纤维细胞的“能量适应”静息态成纤维细胞主要依赖氧化磷酸化（OXPHOS）产生能量，而活化后的肌成纤维细胞则表现为“Warburg效应”（糖酵解增强、线粒体代谢重编程），这一代谢转变为纤维化提供能量和生物合成前体（如葡萄糖-6-磷酸、丙酮酸）。氧化应激与代谢重编程通路：纤维化细胞的“能量重排”2.1糖酵解通路的激活在TGF-β1刺激下，成纤维细胞中糖酵解关键酶（如HK2、PKM2、LDHA）表达上调，糖酵解速率增加。例如，HK2可将葡萄糖-6-磷酸转化为葡萄糖-6-磷酸，为胶原合成提供前体；LDHA催化丙酮酸转化为乳酸，维持胞质内NAD⁺/NADH平衡，支持糖酵解持续进行。氧化应激与代谢重编程通路：纤维化细胞的“能量重排”2.2线粒体功能障碍活化成纤维细胞的线粒体表现为呼吸链复合体活性降低、ROS生成增加、线粒体动力学失衡（融合-分裂失衡）。在肺纤维化模型中，我们观察到成纤维细胞中线粒体分裂蛋白Drp1表达升高，融合蛋白Mfn1表达降低，而抑制Drp1可减少线粒体fragmentation和ROS生成，减轻纤维化。氧化应激与代谢重编程通路：纤维化细胞的“能量重排”2.3代谢干预的潜力靶向糖酵解的关键酶（如HK2抑制剂2-DG、LDHA抑制剂FX11）或线粒体功能（如Drp1抑制剂Mdivi-1）在动物模型中显示出抗纤维化作用。然而，代谢干预的特异性是关键挑战，因为正常组织细胞也依赖代谢过程，如何选择性靶向活化成纤维细胞的代谢重编程是未来研究的重点。04纤维化信号通路的调控策略：从基础研究到临床转化纤维化信号通路的调控策略：从基础研究到临床转化基于对纤维化信号通路核心网络的深入理解，研究者们已探索出多种调控策略，包括靶向单一通路、多通路协同调控、天然产物干预及基因治疗等。这些策略为纤维化治疗提供了多样化的选择，但同时也面临递送效率、特异性及安全性等挑战。靶向单一通路的干预策略1小分子抑制剂：精准阻断关键节点小分子抑制剂因其口服生物利用度高、易于合成等优点，成为纤维化药物研发的主流方向。针对TGF-β/Smad通路，Galunisertib（LY2157299）是一种口服TβRI激酶抑制剂，在晚期肝癌肝纤维化患者的II期临床试验中，可显著降低血清TGF-β1水平和肝纤维化标志物（如PⅢP、HA），但其疗效与安全性仍需进一步验证。针对Wnt/β-catenin通路，PRI-724是一种β-catenin/TCF抑制剂，在胰腺纤维化模型中可减少胶原沉积；针对Notch通路，GSIs（如semagacestat）虽在肿瘤治疗中失败，但在肺纤维化动物模型中显示出潜力，提示其可能被“老药新用”于纤维化治疗。靶向单一通路的干预策略1小分子抑制剂：精准阻断关键节点1.2中和抗体与可溶性受体：阻断配体-受体相互作用中和抗体通过结合配体或受体阻断信号传导，具有高特异性和低毒性的特点。fresolimumab是一种抗TGF-β1全人源抗体，在系统性硬化症（皮肤纤维化）的II期临床试验中，可改善皮肤硬化评分和肺功能，但其可能因抑制TGF-β1的抗炎作用而增加感染风险。可溶性受体（如sTβRII-Fc）通过结合TGF-β1阻止其与膜受体结合，在动物模型中显示抗纤维化作用，且半衰期较长，具有较好的开发前景。多通路协同调控策略纤维化是多通路共同作用的结果，单一通路干预往往难以完全阻断纤维化进程，甚至可能因通路代偿而失效。因此，多通路协同调控成为提高疗效的重要策略。多通路协同调控策略1联合用药：针对不同通路的“组合拳”在肝纤维化模型中，联合使用TGF-β抑制剂（Galunisertib）和Wnt抑制剂（IWP-2）可显著优于单药治疗，其机制同时抑制了HSCs的活化和ECM合成。在肺纤维化中，JAK抑制剂（ruxolitinib）联合抗氧化剂（NAC）可协同抑制炎症和氧化应激，减轻纤维化。然而，联合用药可能增加药物相互作用和副作用风险，需通过药代动力学和药效学优化给药方案。多通路协同调控策略2天然产物：多通路调控的“天然宝库”天然产物具有多成分、多靶点的特点，可同时调控多条促纤维化通路，成为纤维化治疗的重要资源。例如，黄芪甲苷可抑制TGF-β/Smad和Wnt/β-catenin通路，减轻肝纤维化；姜黄素可抑制NF-κB和JAK/STAT通路，减轻肺纤维化；丹参酮ⅡA可抑制氧化应激和TGF-β通路，改善肾纤维化。我们团队从传统中药“丹参”中分离的丹酚酸B，通过同时抑制TGF-β1/Smad3和NOX4/ROS通路，在酒精性肝纤维化模型中显示出显著的抗纤维化作用，且无明显毒性，目前已完成临床前研究，准备进入临床试验。基因治疗与靶向递送系统：精准干预的新方向传统小分子药物和抗体的全身递送可能导致脱靶效应，而基因治疗通过靶向递送特定基因（如siRNA、shRNA、基因编辑工具）可实现组织特异性和长期调控。3.1siRNA/shRNA：沉默关键促纤维化基因siRNA可特异性降解目标mRNA，shRNA可通过载体整合到基因组中实现持续表达。针对TGF-β1的siRNA纳米粒在肝纤维化模型中可显著降低TGF-β1表达，减轻胶原沉积；针对NOX4的shRNA在肺纤维化中可减少ROS生成，改善肺功能。然而，siRNA的体内稳定性差、递送效率低是主要挑战，需通过纳米载体（如脂质体、高分子聚合物）进行保护。我们开发的靶向肝脏的GalNAc修饰siRNA，可特异性递送至肝细胞，沉默TGF-β1表