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波西亚时光switch配音:TGF-β1與腱病關系的研究進展

文章出處: 作者: 人氣: 發表時間:2019-05-27 09:17:03

波西亚时光盖斯特结婚 www.pnnsi.icu 來源:中國骨傷2019年4月第32卷第4期

 

轉化生長因子-β(TGF-β)家族是一組對血管發生、細胞調節、凋亡誘導、胚胎發育、創傷愈合及瘢痕形成起關鍵作用的功能蛋白。20世紀70年代末,有學者第1次將TGF-β家族的多肽分離出來。至今為止,共發現5種TGF-β亞型,其中有3種亞型存在于人體中,分別為TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3,在大多數組織中幾乎都存在這些亞型。編碼TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3位的基因分別位于染色體19的長鏈(19q13.1)、染色體1的長鏈(1q41)和染色體14的長鏈(14q24)。TGF-β家族的多肽結構相似性很高,其中TGF-β1和TGF-β2中71.4%的氨基酸具有同源性,TGF-β1、TGF-β2分別與TGF-β3有76%和80%的同源性。TGF-β1為人體中最常見的亞型,在3種亞型中占90%以上,且活性最強。TGF-β1是由2個多肽鏈通過二硫鍵連接的復合物,總分子量為25kDa,可由多種細胞分泌和合成。TGF-β1是促進組織纖維化的關鍵細胞因子。大量研究發現,TGF-β與機體多種臟器的纖維化疾病和皮膚瘢痕形成等致病因素密切相關。由此可以推測,在肌腱纖維化過程中TGF-β1可能也起著重要作用。由于腱病最顯著的病理學特點之一正是肌腱組織的纖維化改變,因此,在腱病發病機制的研究中,應將TGF-β1作為研究重點。本文就TGF-β1與腱病關系進行綜述,以期為進一步了解腱病的發病機制提供參考。

 

TGF-β1在肌腱損傷與修復中的表達

 

TGF-β1在腱病組織中的表達    目前有研究表明,在腱病組織中,TGF-β1的表達并不一致,仍存在爭議。J等選擇了30例慢性跟腱疼痛的患者,在納入研究之前6個月內不允許使用非甾體抗炎藥或皮質類固醇注射。在超聲引導下于跟腱病變區域取活檢,并在同一跟腱病變區域近端4CM處再次取活檢作為正常對照,隨后進行PCR檢測,結果顯示與正常區域跟腱組織相比,跟腱病區域組織中TGF-β1表達顯著升高。Fu等對比髕腱腱病組織和正常髕腱組織中TGF-β1的表達情況,選取了11例經保守治療無效的髕腱腱病患者進行手術治療,并取得腱病組織;12例采用自體髕腱行前交叉韌帶重建手術且無髕腱腱病史的患者,在術中獲得的正常髕腱組織作為對照組;將獲取的組織進行免疫組化檢測、Western-blot檢測、細胞培養及免疫細胞化學檢測等。免疫組化和Western-blot檢測均表明髕腱腱病患者組織中TGF-β1的表達明顯高于對照組,免疫細胞化學檢測顯示TGF-β1在腱病的成纖維細胞中的表達與在正常肌腱組織成纖維細胞中相似,但腱病細胞在培養基中培養所分泌的TGF-β1顯著高于正常肌腱成纖維細胞,認為腱病組織成纖維細胞具有獨特的激活TGF-β1分泌的機制,應更進一步對TGF-β1活化調控進行研究,來明確TGF-β1在腱病中充當的角色。除了TGF-β1在損傷肌腱中高表達的報道外,也存在TGF-β1降低的研究報道。


Goodier等對人體撕裂的肩袖組織、正常腘繩肌腱、腱病肩袖組織和正常肩袖組織中的TGF-β的進行檢測,結果顯示在病變組織中TGF-β1、TGF-β受體1(TGF-βR1)和TGF-β受體2(TGF-βR2)蛋白的表達較正常組織顯著減少,病變組織中TGF-βR1的mRNA水平顯著低于正常組織,然而TGF-βR2則較正常組織高認為病變組織中這種TGF-β通路的下調可能是限制疾病相關纖維化的一種?;ば苑從?,TGF-β通路可能在維持肌腱穩態中扮演著重要的角色。也有研究顯示,TGF-β1在腱病組織中表達并無異常,Fenwick等對TGF-β1的3種亞型和2種受體在跟腱腱病中的作用進行研究,發現在細胞外基質中并沒有TGF-β1的表達。雖然不同研究中結果有所不同,但絕大多數研顯示TGF-β1有異常表達,且以升高為主,這說明TGF-β1在腱病發病過程中起重要作用,這種結果的差異或許跟檢測發生在疾病的不同階段有關,仍需要進行更多更深入的相關研究來證實。

 

TGF-β1在肌腱修復中的表達     在肌腱的損傷和修復過程中,TGF-β1增高的時間點并不一致。Dahlgren等將膠原酶注射到馬前肢的趾淺屈肌腱中來誘導肌腱損傷,對14匹馬進行了24周的觀察,發現TGF-β1在修復階段開始的第1周即達到峰值。Würgler-Hauri等]對20只SD大鼠進行造模,切斷其雙側的岡上肌腱,并在造模后的第1、2、4、8、16周對岡上肌腱的修復情況進行觀察,結果顯示在第1~2周TGF-β1開始升高,一直保持到第8周,8周后無法測出。王淑春等將60只成年新西蘭兔的左前中趾屈趾深肌腱切斷并采用標準Kessler縫合法進行手術修復,同一只兔的右前肢正常肌腱和腱鞘作為對照,分別于術后第1、7、14、21、28及56天獲取肌腱及腱鞘進行觀察,結果顯示在術后第1天TGF-β1的表達增加,14~21d達高峰,直至第56天仍保持在較高的水平,對照組也存在TGF-β1的表達,但水平較低。Heisterbach等將大鼠跟腱切斷并進行手術縫合,結果顯示TGF-β1的表達在術后第8周顯著增高。TGF-β1在肌腱損傷及修復過程中,變化的時間點不同可能與肌腱損傷的類型、實驗動物的種類以及肌腱修復的方式不同有關。TGF-β1在肌腱修復中發揮作用的時間目前尚無定論,應作為日后的研究的一個重要方向。

 

機械負荷引起的肌腱疲勞性損傷中TGF-β1表達增加。有研究表明健康男性進行運動后,跟腱中TGF-β表達水平升高。Heinemeier等在受試者進行不同類型的運動4d以后,于末次訓練后24h對跟腱TGF-β1進行檢測,發現其mRNA水平顯著升高,而且這種升高與膠原表達的上調一致。有學者取人髕腱成纖維細胞進行體外培養,并進行循環拉伸試驗,發現在外源性添加抗TGF-β1抗體或對TGF-β1進行基因沉默后Ⅰ型膠原纖維產生減少,凋亡蛋白酶活性減弱,表明在腱病發展的過程中TGF-β1可能參與促進Ⅰ型膠原纖維的生成和細胞凋亡。

 

到目前為止,共有5項研究顯示與人類正常肌腱組織相比,在慢性肌腱病和肌腱斷裂的組織中TGF-β1表達異常。有9項動物實驗結果顯示,與健康對照組相比,肌腱損傷或過度使用性損傷模型中,肌腱的TGF-β1表達增加并隨時間變化,但是不同的動物模型間上調模式并不一致。通過這些研究報道可以看出,盡管研究的結果并不完全一致,但大多數研究顯示出TGF-β1在肌腱損傷和修復中升高。由于TGF-β1在肌腱腱病和肌腱修復這兩個看似相反的過程中都有異常表達,所以推測它并非一種單向調節的因子,而是具有多效性的。也曾有學者提出TGF-β1有正反兩方面作用,既可使肌腱中膠原表達上調從而促進肌腱再生,也可破壞細胞外基質的平衡性,產生瘢痕和粘連,導致肌腱纖維化。從目前的研究情況可以看出,TGF-β1在肌腱各種類型損傷和修復中起著重要作用,因此,想要深入研究腱病的發病機制,應當把TGF-β1作為一條重要的線索。

 

TGF-β1在腱病發生發展中的作用途徑

 

TGF-β1的受體     TGF-β1從細胞外基質(ECM)中釋放出來后,與受體異四聚體復合物相結合,將信號傳入細胞。異四聚體包括2個Ⅰ類(TβRⅠ、TGFBR1)受體亞單位和2個Ⅱ類(TβRⅡ、TGFBR2)受體亞單位。這2種受體均為跨膜糖蛋白,可穿越細胞膜,胞外部分有配體結合部,胞內部分包含絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性域。TβRⅠ的編碼基因位于染色體9的長鏈上(9q22),由503個氨基酸殘基所構成,總分子量為53kDa。TβRⅡ的編碼基因位于染色體3的短鏈(3p22)上,由567個氨基酸殘基所構成,總分子量為75kDa。除了這2種受體外,還有1種位于細胞膜上的Ⅲ類受體(TβRⅢ、TGFBR3、betaglycan),它是高度糖基化的蛋白聚糖,總分子量在250~350kDa之間。TβRⅢ雖然不含有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性域,但它具有共受體功能,可將TGF-β呈遞給含有TβRⅠ和TβRⅡ亞單位的復合體,在細胞外隙間接地對其活性進行修飾,是一類非典型的可以傳遞信號的受體。

 

TGF-β1的信號傳導通路     TGF-β1在細胞內信號傳導的經典通路主要是通過激活Smad通路進行的。目前發現的Smad蛋白可以分為3類,分別是受體調節Smads蛋白(R-Smad),其中包括Smad1、Smad2、Smad3、Smad5和Smad8;共介質Smad蛋白(Co-Smad)哺乳動物中只存在Smad4;抑制Smads蛋白(Ⅰ-Smad)包括Smad6、Smad7。R-Smad是Ⅰ型受體激酶底物,具有通路特異性,其中Smad1、Smad5、Smad8被骨形成蛋白Ⅰ型受體所激活,而Smad2、Smad3被TGF-β和活化素Ⅰ型受體所激活。Co-Smad通過與RSmads結合形成異源復合體,隨后轉移進核內參與信號的傳遞。I-Smad以不同的方式抑制Smads的信號轉導功能。經典TGF-β/Smad通路的傳導過程是:TGF-β與TβRⅡ結合,將其磷酸化激活后,形成復合物,再激活TβRⅠ從而形成TβRⅡ-TGF-β-TβRⅠ三聚體復合物。TβRⅠ活化后使胞質內R-Smads(Smad2和Smad3)磷酸化,然后與Co-Smad(Smad4)形成寡聚體。該寡聚體轉移至核內,并調控靶基因的轉錄,實現信號的傳導。除了通過TGF-β/Smad經典通路進行信號傳導,TGF-β受體復合物還可以通過一些非經典通路傳導信號,比如JNK、MAPK、p38、AKT/PKB、PI3K通路、小GTP結合蛋白(Ras、RhoA、Rac1、CDC42和mTOR)、蛋白酪氨酸激酶(PTK2、Src和Abl)、NF-κB通路和Wnt/β-catenin通路。由此可見,TGF-β1信號通路較為復雜,在腱病中對TGF-β1信號通路的研究較少,需要更多這方面的研究來證實。

 

TGF-β1對細胞外基質的影響     TGF-β1通過打破細胞外基質的平衡,從而影響肌腱的修復,這可能是造成腱病的一個途徑。有研究表明TGF-β1可以通過抑制蛋白多糖表達使肌腱細胞外基質紊亂。有學者分別以1、10、100ng/ml濃度的TGF-β1對培養中的屈肌腱細胞進行處理,結果顯示蛋白多糖和基質金屬蛋白酶-16(MMP-16)出現劑量依賴性的表達下調,而膠原V、膠原Ⅻ、雙糖鏈蛋白聚糖(biglycan)、纖溶酶原激活物抑制劑-1(PAI-1)等則出現劑量依賴性的表達升高,認為TGF-β1打破了細胞外基質的平衡,從而導致肌腱粘連及瘢痕形成。Farhat等提出TGF-β1產生了抑制纖溶酶(plasmin)和基質金屬蛋白酶-2(MMP-2)生成的PAI-1。Riessen等認為TGF-β1激活了COMP/TSP-5基因的表達,該基因起粘連作用,從而導致肌腱粘連。Campbell等報道TGF-β1會加強成纖維細胞的收縮程度,該細胞與瘢痕組織形成是密切相關的,從而引起肌腱中的瘢痕形成。雖然這些研究從某些角度解釋了TGF-β1對細胞外基質的影響,但還遠遠不能完整地說明其作用。TGF-β1對細胞外基質的調控是復雜且多樣的,需要深入研究。

 

TGF-β1導致腱病的可能機制

 

TGF-β1參與細胞外基質的合成及組織修復的過程,它的激活和力學刺激可以增加成纖維細胞膠原基因的表達,同時還會誘導成纖維細胞向肌成纖維細胞分化。TGF-β1也受到來自纖維化組織或損傷組織內部機械力的影響。TGF-β1會從纖維化組織或損傷組織中以隱性的形式釋放。在修復和瘢痕形成的過程中,TGF-β1與結合蛋白一起結合到細胞外基質蛋白上,為隱性TGF-β1的激活提供了一個平臺。肌成纖維細胞的收縮所產生的機械力或來自基質的機械應力會施加到肌成纖維細胞表達的整聯蛋白上,而整聯蛋白可與隱性相關肽結合,從而激活TGF-β1,并使其結合到細胞膜受體上。這種相互促進作用會使肌成纖維細胞持續激活,產生大量的細胞外基質,并使得組織收縮力和機械力增加,而這兩種力又通過正反饋進一步增加了肌成纖維細胞的收縮力和基質合成活力,最終造成基質沉積,使組織的自我修復失敗,導致正常肌腱組織發生纖維化改變,引起疼痛不適、活動受限等臨床癥狀。TGF-β1還可以通過蛋白激酶B的活化來刺激肌成纖維細胞的生成,阻礙其凋亡過程。由于肌成纖維細胞正常凋亡受到影響從而持續的存在,最終導致了許多纖維化疾病的發生。但這些機制研究大多是關于其他纖維化疾病的,真正涉及肌腱的很少,所以目前TGF-β1導致腱病的作用機制多是借鑒其導致其他纖維化疾病的機制而提出的推測。針對性的對TGF-β1在腱病發生發展中的作用機制進行研究,是日后的工作重點。

 

鑒于TGF-β1在腱病發病中的重要作用,有些研究干擾或阻斷TGF-β1/Smad信號通路下游關鍵環節,包括反義-TGF-β基因、敲除Smad3、抑制成纖維細胞活化、阻斷α-SMA生成等,期望能夠發揮治療作用,然而結果顯示這些方法僅能部分抑制或阻斷TGF-β1相關信號通路的表達和作用,對抑制腱病的發生與發展作用有限。因此,進一步探討TGF-β1產生的上游機制,從尋找TGF-β1產生源頭出發,或許可以找到阻斷TGF-β1信號通路的新靶點,更好地抑制腱病的發生與發展。人體TGF-β1來源廣泛,可由多種細胞等產生,在細胞分化活躍的組織及骨折和傷口愈合附近表達水平較高,但腱病中TGF-β1的來源并不清楚。Kragsnaes等和Dean等的最新研究顯示在跟腱炎、髕腱炎、肩袖慢性損傷等多種腱病病變組織中均發現巨噬細胞(Mφ)浸潤顯著增加,在這些腱病組織中TGF-β1也呈高表達。Karin等也提出Mφ等炎癥細胞在炎癥微環境下對哺乳動物的組織修復和再生具有重要作用,并指出該作用一直以來被嚴重忽視。因此,可以推測腱病中的TGF-β1有可能來源于Mφ,這也是下一步研究的重點。

 

小結與展望

 

TGF-β1與腱病的關系密切,在肌腱的損傷和修復過程中發揮著重要作用,但其在腱病發病中的具體作用尚未闡明,應有針對性地對TGF-β1在腱病發病中的作用機制進行研究。TGF-β1并非單向調節因子,它既可以通過刺激膠原的合成參與肌腱修復,又可以導致肌腱纖維化,這是一個復雜的調控過程,可能存在一個“度”的問題,如何能調控好這個“度”,使TGF-β1只發揮對肌腱修復的作用,而不引起纖維化,這將會是未來研究的熱點。因阻斷TGF-β1的下游通路對改善腱病的作用不佳,因此可以嘗試對TGF-β1產生的上游機制進行研究,從尋找TGF-β1產生源頭出發,或許可以找到更好地抑制腱病發生發展的新靶點。相信通過對TGF-β1在腱病中作用的不斷研究,人們對腱病的發病機制會有更深入的認識。

 

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