EndMT及其与纤维化疾病关系的研究进展

张丹丹，梅峰

(1青海大学，西宁810000；2青海大学附属医院)

目前世界范围内缺乏纤维化疾病的有效治疗方法，西方发达国家纤维化疾病造成的病死率高达总病死率的45%[1，2]。Karasek[3]提出内皮细胞向肌成纤维细胞转分化(EndMT)在纤维化疾病的发生过程中具有重要作用，其特征为内皮细胞黏附性消失和极性改变，内皮细胞纺锤体形成，细胞增殖和迁移能力增强，导致细胞骨架修饰和细胞连接重排，同时内皮细胞标志物表达降低，间充质细胞标记物表达升高，最终丧失内皮细胞的特性而转化为肌成纤维细胞，持续的细胞特征改变积累后导致病理学特征改变，最终发生器官纤维化。本研究对EndMT的分子信号活性分子及EndMT与纤维化疾病的关系作一综述。

1　EndMT的分子信号活性分子

导致EndMT发生、发展的分子信号活性分子可由损伤组织或免疫细胞产生，以响应炎症引起的损伤，包括转化生长因子β(TGF-β)、血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)、微小RNA(miRNA)、螺旋-环-螺旋转录因子(如Twist)和锌指转录因子(如Snail和Slug)等。

1.1转化生长因子β(TGF-β)目前研究普遍认为，刺激EndMT发生的最常见细胞因子是TGF-β超家族蛋白[4]，TGF-β/Smad信号通路是EndMT发生过程中的重要信号通路[5]。EndMT与TGF-β/Smad信号传导的变化是一致的。TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3三个亚型均可刺激EndMT的发生，其中以TGF-β1的作用最为显著。TGF-β1主要通过诱导内皮细胞增殖促进EndMT，生理过程如内皮细胞凋亡也可通过增加在凋亡细胞和相邻活细胞中TGF-β1表达而引起EndMT[6]。TGF-β受体2(TGF-βR2)在αSMA阳性细胞中的表达减少，可导致纤维化区域招募的肌成纤维细胞数量显著下降， TGF-β2可通过Smad、MEK、PI3K和p38MAPK信号通路促进EndMT发生[7]。

1.2AngⅡAngⅡ可刺激血管紧张素Ⅰ受体、活性氧簇(ROS)，导致TGF-β激活，后者通过Smad依赖或不依赖途径激活纤维化基因程序，从而促进成纤维细胞增殖、白细胞浸润、基质降解、胶原沉积和肌成纤维细胞转分化。Stawski等[8]研究发现，AngⅡ可激活TGF-β途径，通过促进肌成纤维细胞增殖来增强EndMT及随后发生的炎症反应，该过程可在老鼠皮肤中引起胶原蛋白合成和沉积。

1.3miRNA研究表明，miR-9是由TNF-α调节的miRNA分子信号之一，可诱导淋巴管内皮细胞发生EndMT[9]。miR-21可靶向调控磷酸酶和张力素同源物(PTEN)，从而负反馈调节TGF-β信号转导的EndMT[10]。miR-31是诱导间充质基因(包括α-平滑肌肌动蛋白、重组肌动蛋白和肌钙蛋白相关转录因子α激活剂)的必要条件。miR-31可靶向调控重组肌动蛋白和肌钙蛋白相关转录因子α基因，以控制肌动蛋白重塑并促进各种炎性细胞因子的分泌，从而促进EndMT[11]。miR-155可以通过促进TGF-β1分泌来刺激EndMT的发生[12]。

1.4其他EndMT受螺旋-环-螺旋转录因子(如Twist)和锌指转录因子(如Snail、Slug)调控，其中锌指转录因子可以在发育、纤维化和癌症发生过程中激活EndMT[13]。Cooley等[14]研究发现，内皮衍生细胞可通过EndMT促进新内膜形成，该过程涉及Smad2/3-Slug信号通路，其他信号通路如Wnt/β-连环蛋白、Notch和各种受体酪氨酸激酶也均被证明具有激活EndMT的作用。EndMT正调节剂博来霉素可通过激活mTOR信号通路而促进EndMT的发生[15]，Safrole氧化物可通过启动ATF4/p75NTR/IL-8途径诱导EndMT[16]，甲状旁腺激素(PTH)通过增强连环蛋白(β-catenin)的核定位而刺激EndMT发生[17]。以上途径诱导转录因子如Snail、Slug、Twist表达升高均可引起EndMT。

2　EndMT与纤维化疾病的关系

2.1EndMT与心肌纤维化心肌纤维化患者的心脏结构及功能与细胞外基质(ECM)蛋白过量生成及沉积于心肌组织有关，ECM和胶原过度积聚可导致左心室硬度增加，并通过各种分子信号通路引起左心室舒张功能受损，最终导致心输出量降低。ECM也可损害心肌细胞的机械电耦合，从而增加心律失常的风险。心脏成纤维细胞(FBs)被称为心肌纤维化的主要效应细胞，在各种心血管疾病的发生与发展中具有核心作用。心肌发生损伤时，FBs增殖并迁移到损伤部位，转化为肌成纤维细胞(MFBS)，同时主动分泌ECM，抑制基质金属蛋白酶(MMPs)活性，导致ECM降解减少，并最终形成心肌纤维化。EndMT是FBs的一个重要来源，EndMT现象首先在胚胎心血管系统的发育过程中被发现，在胚胎发育过程中心脏最先形成，心房内细胞表现为内皮细胞的表型特点，如表达血管内皮钙黏蛋白(VE-cadherin)、CD31，并通过EndMT作用形成室间隔、房间隔和瓣膜的间质部分，EndMT还有助于心内膜形成以及心脏平滑肌细胞的分化。病理条件下，以上心肌细胞转化为活化的成纤维细胞并迁移到间质，击穿基底膜，在心脏积聚而最终引起心肌纤维化。Zeisberg等[18]使用命运测绘法识别心脏成纤维细胞的起源，证实成纤维细胞中27%～35%为内皮细胞起源，并首先证实主动脉夹层高血压大鼠模型中压力超负荷可引起EndMT并促进心肌纤维化的发生。此后，有学者陆续从糖尿病性心肌病、心肌梗死和心肌炎动物模型中发现EndMT的存在[19]。

EndMT在心肌纤维化的发展中具有重要作用。Widyantoro等[19]研究显示，内皮细胞来源的内皮素1(ET-1)可刺激EndMT，从而促进糖尿病患者继发心肌纤维化。高葡萄糖诱导的EndMT主要由AngⅡ介导，厄贝沙坦可以抑制这一过程。Montorfano等[20]研究发现，氧化应激可通过TGF-β信号通路诱导EndMT的发生。Zhang等[21]研究发现，三氧化二砷(As2O3)可通过AKT/GSK-3β/Snail途径诱导人羊膜上皮细胞发生EndMT，并且EndMT可能参与了As2O3诱导的心肌纤维化过程。以上研究均提示，EndMT在心肌纤维化的发生发展中具有重要作用，抑制EndMT可能成为心肌纤维化的治疗策略之一。

2.2EndMT与移植动脉硬化、动脉粥样硬化在移植动脉硬化和动脉粥样硬化两种疾病的发生过程中均发现EndMT的参与。一项对急性移植排斥小鼠模型的研究显示，小鼠移植2周后约10%的新生内膜平滑肌细胞来自于内皮细胞，约80%的新生内膜及约60%的管腔内皮细胞可表达EndMT间质标记物[22]。Chen等[22]研究显示，心脏移植排斥反应患者中约80%的冠状动脉管腔内皮细胞和新生内膜细胞正在经历EndMT。

动脉粥样硬化的病理特点为腔内斑块逐渐积累，斑块表面覆盖着具有间充质细胞特征的内皮细胞，导致远端组织灌注减少，证实EndMT可能有助于动脉粥样硬化的进展。有研究使用命运映射监测小鼠内皮细胞载脂蛋白E(ApoE-/-)，结果显示小鼠经过4个月的高脂肪饮食，约30%的腔内主动脉内皮细胞发生EndMT，而正常饮食小鼠中没有检测到EndMT，同时该研究证实在冠状动脉粥样硬化和颈动脉斑块中存在EndMT的频繁发生[23]。Evrard等[24]报道，内皮细胞TGF-β信号通路可以直接促进动脉粥样硬化斑块生长，导致形成具有较大坏死核心和以小纤维帽为特征的更不稳定病变。此外，血液流动可产生壁剪切力，低剪切应力也能促进EndMT。低剪切应力可以通过EndMT使动脉分支和弯曲部位内皮细胞损伤和增殖，导致特殊细胞形态消失并改变其生理功能，增加脂蛋白胆固醇渗透性，最终导致动脉粥样硬化的发生，而高剪切应力可以对内皮细胞产生一个静止的保护作用[25]。

2.3EndMT与放射性肺纤维化肺纤维化是肺癌放射治疗过程中的一种严重并发症，其特征与其他器官纤维化一致，即ECM积累导致广泛的肺部血管重塑，包括肺动脉平滑肌细胞(PASMC)增殖，最终造成肺部血管腔狭窄和闭塞。最近研究表明，放射损伤的肺内皮细胞可以通过EndMT形成成纤维细胞，最终引起胶原蛋白的过度生成和沉积，导致肺纤维化病理改变[26]。

2.4EndMT与肾脏纤维化肾脏纤维化是各种慢性肾脏疾病进展到终末期肾病(ESRD)的最终共同通路和病理过程，主要是指由各种原因引起的ECM在肾间质内过度沉积、肾小球硬化和肾小管间质纤维化形成。研究发现，单侧梗阻性肾病、糖尿病肾病和Alport综合征大鼠模型中有30%～50%的肌成纤维细胞(MFb)来自EndMT，提示EndMT是肾组织MFb的主要来源[27]。但肾小球内皮细胞EndMT的发生机制和信号调节机制仍有待进一步研究。

综上所述，EndMT与心脏纤维化、移植动脉硬化及动脉粥样硬化、放射性肺纤维化、肾脏纤维化等疾病的发生均密切相关。目前EndMT的发生机制尚不十分清楚，需进一步研究EndMT所涉及的信号传导通路以及因子，以期为预防和治疗纤维化及其相关疾病提供依据。

参考文献：

[1] Wynn TA. Common and unique mechanisms regulate fibrosis in various fibroproliferative diseases[J]. J Clin Invest, 2007,117(3):524-529.

[2] Markwald RR, Fitzharris TP, Smith WN. Structural analysis of endocardial cytodifferentiation[J]. Dev Biol, 1975,42(1):160-180.

[3] Karasek MA. Does transformation of microvascular endothelial cells into myofibroblasts play a key role in the etiology and pathology of fibrotic disease[J]. Med Hypotheses, 2007,68(3):650-655.

[4] Maring JA, van Meeteren LA, Goumans MJ, et al. Interrogating TGF-β function and regulation in endothelial cells[J]. Methods Mol Biol, 2016(1344):193-203.

[5] Xu J, Lamouille S, Derynck R. TGF-beta-induced epithelial to mesenchymal transition[J]. Cell Res, 2009,19(2):156-172.

[6] Li J, Xiong J, Yang B, et al. Endothelial cell apoptosis induces TGF-β signaling-dependent host endothelial-mesenchymal transition to promote transplant arteriosclerosis[J]. Am J Transplant, 2015,15(12):3095-3111.

[7] Medici D, Potenta S, Kalluri R. Transforming growth factor-β2promotes Snail-mediated endothelial-mesenchymal transition through convergence of Smad-dependent and Smad-independent signalling[J]. Biochem J, 2011,437(3):515-520.

[8] Stawski L, Han R, Bujor AM, et al. Angiotensin Ⅱ induces skin fibrosis: a novel mouse model of dermal fibrosis[J]. Arthritis Res Ther, 2012,14(4):194.

[9] Chakraborty S, Zawieja DC, Davis MJ, et al. MicroRNA signature of inflamed lymphatic endothelium and role of miR-9 in lymphangiogenesis and inflammation[J]. Am J Physiol Physiol, 2015,309(10):680-692.

[10] Kumarswamy R, Volkmann I, Jazbutyte V, et al. Transforming growth factor-β-induced endothelial-to-mesenchymal transition is partly mediated by MicroRNA-21[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2012,32(2):361-369.

[11] Katsura A, Suzuki HI, Ueno T, et al. MicroRNA-31 is a positive modulator of endothelial-mesenchymal transition and associated secretory phenotype induced by TGF-β[J]. Genes Cells, 2016,21(1):99-116.

[12] Chen Y, Siegel F, Kipschull S, et al. MiR-155 regulates differentiation of brown and beige adipocytes via a bistable circuit[J]. Nat Commun, 2013(4):1769.

[13] Barrallo-Gimeno A, Nieto MA. The Snail genes as inducers of cell movement and survival: implications in development and cancer[J]. Development, 2005,132(14):128-130.

[14] Cooley BC, Nevado J, Mellad J, et al. TGF-β signaling mediates endothelial-to-mesenchymal transition (EndMT) during vein graft remodeling[J]. Sci Transl Med, 2014,6(227):234.

[15] Zhang W, Chen G, Ren JG, et al. Bleomycin induces endothelial mesenchymal transition through activation of mTOR pathway: a possible mechanism contributing to the sclerotherapy of venous malformations[J]. Br J Pharmaco, 2013,170(6):1210-1220.

[16] Ge D, Jing Q, Zhao W, et al. Finding ATF4/p75NTR/IL-8 signal pathway in endothelial-mesenchymal transition by safrole oxide[J]. PLoS One, 2014,9(6):99378.

[17] Wu M, Tang RN, Liu H, et al. Nuclear translocation of β-catenin mediates the parathyroid hormone-induced endothelial-to-mesenchymal transition in human renal glomerular endothelial cells[J]. J Cell Biochem, 2014,115(10):1692-1701.

[18] Zeisberg EM, Tarnavski O, Zeisberg M, et al. Endothelial-to-mesenchymal transition contributes to cardiac fibrosis[J]. Nat Med, 2007,13(8):952-961.

[19] Widyantoro B, Emoto N, Nakayama K, et al. Endothelial cell-derived endothelin-1 promotes cardiac fibrosis in diabetic hearts through stimulation of endothelial-to-mesenchymal transition[J]. Circulation, 2010,121(22):2407-2418.

[20] Montorfano I, Becerra A, Cerro R, et al. Oxidative stress mediates the conversion of endothelial cells into myofibroblasts via a TGF-beta1 and TGF-beta2-dependent pathway[J]. Lab Invest, 2014,94(10):1068-1082.

[21] Zhang Y, Wu X, Li Y, et al. Endothelial to mesenchymal transition contributes to arsenic-trioxide-induced cardiac fibrosis[J]. Sci Rep, 2016,27(6):33787.

[22] Chen PY, Qin L, Tellides G, et al. Fibroblast growth factor receptor 1 is a key inhibitor of TGFbeta signaling in the endothelium[J]. Sci Signal, 2014,7(344):90.

[23] Chen PY, Qin L, Baeyens N, et al. Endothelial-to-mesenchymal transition drives atherosclerosis progression[J]. J Clin Invest, 2015,125(12):4529-4543.

[24] Evrard SM, Lecce L, Michelis KC, et al. Endothelial to mesenchymal transition is common in atherosclerotic lesions and is associated with plaque instability[J]. Nat Commun, 2016,24(7):11853.

[25] Serbanovic-Canic J, de Luca A, Warboys C, et al. A zebrafish model for functional screening of mechanosensitive genes[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2017,37(1):130-143.

[26] Ding NH, Li JJ, Sun LQ. Molecular mechanisms and treatment of radiation-induced lung fibrosis[J]. Curr Drug Targets, 2013,14(11):1347-1356.

[27] Zeisberg EM, Potenta SE, Sugimoto H, et al. Fibroblasts in kidney fibrosis emerge via endothelial-to-mesenchymal transition[J]. J Am Soc Nephrol, 2008,19(12):2282-2287.