TGF-β1 在腹膜纤维化中的相关研究进展

薛丹丹，张宜明通信作者，李相

（1.济宁医学院临床医学院，山东 济宁 272067；2.济宁医学院附属医院肾内二科，山东 济宁 272067）

0 引言

腹膜透析是终末期肾病患者的一种替代疗法，与血液透析相比，腹膜透析对晚期肾衰竭患者具有广泛的治疗优势，包括早期生存益处、居家治疗的便利性和较低的医疗费用[1]。然而，长期的腹膜透析会导致腹膜功能和结构的改变，即腹膜纤维化，间皮细胞层的剥脱、皮下细胞层的增厚、血管病变被认为是腹膜纤维化的主要特征[2-3]。引起腹膜纤维化的因素有很多，例如：非生理腹膜透析液（高级糖基化终末产物AGEs、葡萄糖降解产物GDPs、高浓度葡萄糖、低PH 值、高渗透压）、氧化应激、低氧、肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）、腹膜炎症等因素[4]。腹膜纤维化与血管生成和EMT 密切相关，并且这些过程相互影响，按照这些思路，腹膜纤维化可被视为最终破坏性变化的标志，这些改变可能在腹膜纤维化改变的同时或之前发生。

1 腹膜纤维化、EMT 与TGF-β1

腹膜纤维化被解释为间皮细胞（MC）转变为成纤维细胞的结果，即上皮间充质转化（EMT）。在胚胎发育过程中，腹膜间皮细胞（MC）起源于原始的中胚层，在那里它们具有上皮细胞和间充质细胞的特性，腹膜间皮细胞的起源可能表明间皮细胞具有上皮表型和间充质表型转化的潜能。在腹膜的“活动区”，已经鉴定出一组具有立方体形态的柱状MC[5]。与鳞状MC 相比，这些细胞处于更活跃的代谢状态，这些活跃的MC 似乎倾向于获得间质表型，并在器官损伤和纤维化形成过程中转化为成纤维细胞[6,7]。然而，在健康或疾病的条件下，MC 如何在不同的刺激下完成上皮和间质表型转换仍然是未知的。

EMT 是一个生物学过程，它允许上皮细胞经历多种生物学变化，最终成为间充质细胞表型。其中包括增强的迁移能力、侵袭力，增强的抗凋亡能力，干细胞特性，免疫抑制及增加细胞外基质的产生[8]。这两种细胞表型之间的转换受到关键转录因子的精细调控，其中TGF-β1 家族起主导作用[9-11]。

TGF-β1 是一种多功能细胞因子，参与多种创伤愈合过程：成纤维细胞激活、胶原沉积、纤溶酶原激活物抑制剂-1 抑制纤溶作用、金属蛋白酶组织抑制剂(TIMP)-1 的胶原酶溶解与血管生成。TGF-β1 的激活是一个重要的早期事件，它通过葡萄糖、葡萄糖降解产物和高级糖基化终末产物在生物不相容的腹膜透析液中介导纤维化形成[12]。TGF-β1 可以通过smad 依赖和非smad 依赖途径发挥作用，但大多数促纤维化作用通过smad 依赖信号通路发生转导[13-15]。在内皮细胞中，Smad2/3信号通路抑制细胞的增殖和迁移。相反，Smad1、Smad5 和Smad8 信号促进了这些细胞过程[16-18]。

Ⅰ型激活素受体样激酶5(ALK5)是上皮细胞表达的主要ALK，通常被称为T-βRI[19]。TGF-β/激活素通路通常通过Smad2、Smad3 发出信号，在被激活之前，smad 锚将Smads 锚定在细胞膜上以激活受体，从而使Smads 接近TGF 受体激酶[20]。TGF-β1 首先与T 细胞受体-Ⅱ(TβR-Ⅱ)结合，然后被T 细胞受体-Ⅰ(TβR-I)募集。这两种受体形成TβR 异构体复合物，其中TβR-Ⅱ磷酸化并 激 活TβR- Ⅰ[21,22]。活 性TβR- Ⅰ然 后 磷 酸 化Smad2/3(R-Smads)。这导致p-Smad2/3 滞留在细胞质中，并与Smad4(co-SMAD)结合。由此产生的异寡聚复合物被移位到细胞核中，并激活Smad 依赖的转录活性[23,24]。

研究发现，长期暴露于高糖腹膜透析液会诱导显著的腹膜损伤，而腹膜中Smad2 基因缺失加剧了腹膜纤维化和功能障碍。Smad3 在腹膜纤维化过程中起关键作用，smad2 则起保护作用[25-27]。

Smad6 和Smad7 是 抑 制 性Smad，对TGF-β1家族信号活性提供负反馈控制。Smad6 优先阻断BMP 信号。Smad7 首先竞争与TβR-I 结合，抑制Smad2 或Smad3 的磷酸化[28]，其次可通过诱导受体降解降低了TβR-I 的稳定性和活性，同时Smad7与Smad4 竞争与R-SMADs 结合，进行多泛素化和蛋白体降解，Smad7 还阻断了异源寡聚Smad 复合物与其核靶的相互作用。在慢性纤维化条件下(包括EPS) 中Smad7 的表达存在缺陷，从而促进了TGF-β1 诱导的E-钙粘蛋白的抑制和波形蛋白的上调，从而促进了EMT[29]。

2 血管形成与TGF-β1

腹膜毛细血管嵌入内皮下松散的脂肪层，腹膜新生血管和高血管通透性导致小的溶质转运增加，并伴随着葡萄糖驱动的渗透压的迅速降低，这是导致超滤衰竭的原因之一。膜功能衰竭患者的腹膜可见高血管密度和血管内皮下玻璃化。

VEGF-A 是血管生成和血管通透性改变的中央调节因子[30]。葡萄糖降解产物诱导腹膜间皮细胞产生VEGF-A，高级糖基化终末产物通过诱导微血管内皮中的自分泌信号VEGF-A 诱导血管生成。发生EMT 的腹膜间皮细胞比正常的上皮分化间皮细胞产生更多的VEGF-A[31]。

在利用人体组织进行的研究中，已经证实腹膜转运速率与PD 流出物中VEGF-A 或TGF-β1 浓度存在相关性。重要的是，PD 流出物中的VEGF-A 浓度与TGF-β1 浓度相关[32,33]。Tetsuyoshi Kariya 等通过在洗必泰诱导的大鼠腹膜损伤(CG)模型中，用TGF-β1 受体抑制剂腹腔注射，以探讨VEGF-A 与体内新生血管形成的调控机制。在CG 模型中应用TGF-β1 受体抑制剂可降低腹膜厚度、血管数和VEGF-A 水平。TGF-β1 增加人间皮细胞系和成纤维细胞系中VEGF-A 的产生，以及TGF-β1 诱导的VEGF-A 可以被TGF-β I型受体（TGFβR-I）抑制剂抑制。这些结果表明，在间皮细胞和成纤维细胞中，新生血管生成通过TGF-β-VEGF-A 途径与纤维化有关[34-36]。

TGF-β 已被证明可在多重器官纤维化及癌症中诱导VEGF 的表达[37-40]。TGF-β 可以与Ⅰ型激活素受体样激酶1(ALK-1)结合，激活下游涉及细胞内和核蛋白的信号(Smads 和ID1)，并导致促血管生成反应[41]。此外，TGF-β1 和缺氧是细胞表达血管内皮生长因子的有效诱导剂。研究表明，TGF-β 显著上调血管内皮生长因子/血管内皮生长因子受体的表达，对血管内皮细胞的形成和迁移有很强的作用，从而促进细胞的血管生成[42]。TGF-β 通过促进结缔组织生长因子和血管生成调节酶如基质金属蛋白酶(MMP2、MMP9、MMP10 等)介导新生血管的形成[43]。转分化的MC是PD患者VEGF的重要来源，MC 上调VEGF 的潜在机制是这些细胞的间质转化。研究表明，来自成纤维细胞样表型的MC 体外产生的VEGF 远远多于上皮表型的MC[44,45]。

3 针对TGF-β1 靶点的抑制改善腹膜纤维化

MicroRNA(MiRNA) 是通过促进mRNA 降解或抑制蛋白翻译来调节靶基因表达的ncRNA 之一[46-48]。越来越多的证据表明，依赖于TGF-β/Smads 的miRNAs 也可以调节腹膜纤维化，如miR-30a，miR-29 家 族，miR-589,miR-200a。MiR-29 家族成员是TGF-β1 介导的器官纤维化相关的最具特征性的miRNAs，据预测，它以一系列细胞外基质基因为靶点，如ELN、FBN1、COL1A1、COL1A2 和COL3A1[49]。在腹膜透析动物模型中，miR29、miR-30a、miR-200a、miR-589 等 在 进 行性纤维化和腹膜功能受损的腹膜组织中表达显著下调[50-53]，MiR-21 和miR-34 在长期持续非卧床腹膜透析患者流出液中的表达增加[54-57]，靶向上述miRNA 可对腹膜纤维化起保护和预防作用。

最近实验证明，在小鼠腹膜纤维化模型中，高糖腹膜透析液可引起腹膜糖酵解途径加剧，在人类MET-5A 中证实糖酵解途径中关键酶的表达可被TGF-β1 上调。在这些代谢变化之后，TGF-β1 处理的细胞中纤维蛋白的表达上调，E-cadherin 的表达显著下调，提示TGF-β1 可诱导这些细胞发生内皮细胞转化。TargetScan 收集了差异表达miRNAs的预测靶基因,将miR-21a、miR26a 和miR-200a作为潜在的治疗靶点，将这三个miRNA 组合成miRNA 三联体，其显著抑制了TGF-β1 刺激的细胞能量代谢（ECAR）的诱导。TGF-β1 诱导的糖酵解和糖酵解能力都被三联体大大削弱。伴随着这些糖酵解代谢的改变，即使在TGF-β1 的刺激下，纤维化蛋白(FN1、COL1A1 和α-SMA)的表达也被miRNA 三联体降低。miRNA 三联体的抗纤维化作用大于任何单独的miRNA 模拟物或抑制剂[58]。

最近的研究表明，细胞质中的CircRNAs 具有许多miRNAs 结合位点，这些结合位点与miRNAs呈负相关，并通过充当miRNAs 的ceRNAs 而抑制miRNAs 的活性。CircRNA 被证明参与多种器官纤维化，在EMT 过程中，CircRNAs 可以作为miRNA抑制剂，减弱miRNA 对EMT 相关基因的抑制作用。结果，上皮细胞失去了它们的特性，如细胞间的粘附和细胞极性。取而代之的是，当细胞获得运动性、迁移性和侵袭性时，它们会成为间充质干细胞。虽然我们没有检索到任何研究，但CircRNAs 也可能通过EMT 参与PF[59,60]。

TGF-β1 是介导腹膜损伤、腹膜纤维化的关键分子，但已有的证据显示在小鼠模型中，PD 液中加入两种TGF-β1 抑制肽可以保护腹膜免受损伤[61,62]。然而，该办法在临床实践中应用非常困难，因为TGF-β1 有着非常重要的在生理功能，可以调节免疫和炎症反应，如果阻断了TGF-β1 的作用，可能带来不可预知的不良反应[63]。

4 终结

腹膜透析领域在过去几年里在提高腹膜透析质量和患者安全性方面取得了重大飞跃，包括开发分离系统和双腔袋，认识到腹膜炎发作和GDPs 对腹膜的有害影响。自从实施了pH 中性、GDPs 含量低的更具生物相容性的解决方案以来，腹膜纤维化发生比率减低[64,65]。

我们仍需要通过更多的努力来更好地阐明腹膜间皮细胞对纤维化信号的分子反应。在TGF 和TLR/IL-1 引发的级联反应中，抑制主要的细胞外介质以及特定的参与者可能是同时影响多个靶基因的治疗方法。此外，对特定miRNA 水平的可能控制，例如，通过简单的无性系方法，可以为更有针对性的治疗保证基因表达的特异性调节。

此外，利用特定细胞类型的信息(如条件性基因敲除实验)和单细胞水平的信息(如转录研究)，将进一步增强我们对纤维化发生和发展过程中细胞串扰的了解。未来的研究将进一步解决腹膜纤维化计划本身与其他促成过程之间的复杂相互作用，这将有必要提高开发延长腹膜存活的新治疗方案的潜力，并将其转化为腹膜透析患者的临床益处。