TGF-β的阴和阳——关键在于时间

Ronglih Liao Circulation 2005; 111: 2416

前言

心肌梗死后，出现一种颇具特征的重塑。在结构和分子水平上均出现不良变化：心室扩张、梗死室壁变薄，梗死部位为纤维化取代，相应的收缩功能进行性衰减。最近研究提示，用外源性骨髓-产生的干细胞补充心肌细胞有可能使丢失的心肌细胞再生和延缓(甚至逆转)重塑过程（Orlic D etal. Bonc marrow cell regenerate infarcted myocardium. Nature 2001; 410: 701）。虽然不少人己普遍认识到损伤后心脏重塑和再生的重要性，但造成它们的机制尚不清楚。随着对心肌受损和功能低下的生物学了解日多，应激-激活的细胞因子的作用尤为凸出（Mann DL. Stress-activated cytokines and the heart: from adaptation to maladaptation. Annu ResPhysiol 2003; 68: 81）。Okada 和Li （本刊昨日已译出发表）两篇报告介绍了应激-激活细胞因子TGF-β在介导心脏重塑和再生复杂过程中的作用。

TGF-β信号转导

TGF-β分离出于>.20年前。它能够强化上皮生长因子对非肿瘤成纤维细胞的增殖和转变作用，因从肉瘤中识别出来。此后TGF-β家族很快壮大，至今已包括了>30个结构相关的成员，包括TGF-β。这个不同细胞因子组成的家族曾根据序列的近似和特异的下游信号通路进一步分为TGF-β/activin/nodal family和bone morphogenic protein/growth和differentiation factor/ mucllerian inhibiting substance家族（Shi Y Mechanisms of TGF-βsignaling from cell membrane to the nucleus Cell 2003; 113: 685）。研究反映，TGF-β与许多不同的生物过程有关：包括细胞增殖，生长、分化和凋亡。据报道，TGF-β还与心血管的多种不同疾病有关。心肌细胞在血动力学负荷及缺血等应激下，生成并释放TGF-β1，后者的信号转导经配体刺激的I、II型细胞受体的相互作用。这些丝氨酸/theonine kinase随后磷酸化通路-限制Smads（Smad 2/3），使与几种抑制蛋白的亲和力降低，与Smad4寡聚体化。这样形成的复合物移位到细胞核，同时还有DNA结合辅因子和多种coactivators/corepressors，形成了经调节的靶基因。TGF-β还可能通过Smad-不依赖和转录-不依赖机制进行信号转导。

TGF-β和心肌重塑

昨日译出Okada等（Circulation 2005; 111：2430）进一步阐明心肌TGF-β信号转导在MI后心室重塑中的重要性。他们用一个结扎冠脉的小鼠模型，通过腺病毒载体sTβRII受体过度表达，抑制循环中的TGF-β。梗死后的纤维化和梗死壁的变薄均减轻。心室腔扩张减少，收缩功能改善，死亡率减低。虽然抑制取代心肌细胞的纤维化和人们见到梗死扩张似有反向的意义，但作者们提示sTβRII处理动物的梗死心肌性成纤维细胞浸润可以防止梗死扩大。作者进一步提示，梗死区肌性成纤维细胞增加是继发于愈合后细胞凋亡的相对减少。基于心肌组织中几种应激-激活的细胞因子的适应与适应不良状态互有起伏波动，该文最令人瞩目的观察之一是梗死后TGF-β1拮抗剂的“治疗时间窗”。梗死3天后用表达STβRII的腺病毒治疗，结果是对重塑过程产生有利影响，而4周时开始治疗，则无效。以前在此时间窗方面开展的研究提示MI时拮抗TGF-β1事实上可能在结构和功能方面均适应不良（Ikeuchi M etal. Cyclic stretch induces the release of growth promoting factors from cultured neoonatel cardiomyocytes and cardiac fibroblasts. Mol Cell Biochem 2000; 208; 89），此观察提示，心肌缺血时TGF-β1可能起保护作用，但此后很快就因为急性重塑而起不利作用。此外，它还提示TGF-β1与其他心肌应激-激活细胞因子（主要TNF-α等）不同，它对慢性重塑无效，介导受损心肌对TGF-β1的多种不同时间、不同调节回应尚未完全清楚，但可以提出下述假说：起重要作用的是它所刺激的细胞型不同（心肌细胞或成纤维细胞）和它所活的下游信号转导级联反应不同激。

TGF-β和心肌再生

除了参与成年动物心肌的重塑外，TGF-β超家族中的许多成员还在心脏发育过程中起必不可少的作用。（Azher H etal TGF-β in cardiovascular denlopment and function. CytokinesGrowth Factor Res 2003; 14: 391）。此外，TGF-β家族的成员，包括TGF-β1，介导胚胎干细胞向心肌分化。研究还报道，它们对诸种心脏-特异的标志的表达起关键性作用（Sachinidis A etal Cardiac Specific differentiation of mouse embryonic stem cell. Cardiovase. Res 2003; 58; 278; Behfor A etal. Stem cell differentiation requires a paracrine pathary in the heart FASEB J 2002; 16: 1558）。Li的报告使我们进一步了解TGF-β对心肌细胞分化的调节，表明足量的TGF-β1在促进成年小鼠造血干细胞分化为心肌细胞中的意义。作者提出假说：成年干细胞植入心肌以前，间接体内先期分化，可望提高这种细胞治疗的疗效。他们体外发现从小鼠骨髓抽出的CD117+成年干细胞，TGF-β1治疗者呈心肌表型，其标志为心肌-特异转录因子GATA4和NKx-2.5的表达和随后几种肌原纤维蛋白的表达。用TGF-β1先期处理成年造血干细胞24小时，梗死后心肌注射，心肌横向分化较好，同时超声心动图示收缩功能改善；3月时死亡率降低。但植入细胞的存活与细胞治疗时出现的血管生成与TGF-β1先期治疗无关。

值得注意的是，只需要在植入前预处理24小时，TGF-β1对成人干细胞植入后发生明显影响。以前曾观察到梗死后TGF-β拮抗剂治疗，加重早期的功能不良但防止梗死后的重塑。这一观察可能有助于这一研究结果的解释。可能是心肌损伤后头24-72小时，局部释放的TGF-β1，通过刺激内源性成年干细胞群而促进内源性再生（虽然不足）。这一机制可能解释为什么梗死之时抑制TGF-β1有害。在此十分急性阶段之后，大部分干细胞“落户”于心肌，可望完全修复。果若如此，内源性干细胞的分化可能不需要TGF-β1，而且如Okada等所提示，在此阶段还可能起不良作用。

结论和展望