激活素A的調(diào)控作用

梅 毅，胡選義，楊思遠(yuǎn)

(貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院心臟外科，貴陽(yáng) 550004)

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor β，TGF-β)超家族包含了大量結(jié)構(gòu)相似的多肽生長(zhǎng)因子，如TGF-β亞型、激活素、骨形成蛋白、生長(zhǎng)分化因子等[1]。利用轉(zhuǎn)基因或基因敲除小鼠進(jìn)行的研究表明，TGF-β介導(dǎo)的Smad信號(hào)途徑的正常信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在早期發(fā)育、成人體內(nèi)平衡和組織損傷修復(fù)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，其解除調(diào)節(jié)可促進(jìn)炎癥、組織纖維化、免疫調(diào)控等病理過程的發(fā)展[2]。激活素和結(jié)構(gòu)相似的抑制素形成TGF-β超家族中的一個(gè)亞群。這個(gè)亞家族的原始成員激活素A，最初是通過其在體外刺激垂體促性腺激素的促卵泡激素釋放而識(shí)別出[3]。隨后大量研究表明，激活素A實(shí)際上是一種多能生長(zhǎng)因子，它對(duì)胚胎發(fā)育[4-9]和成人組織內(nèi)平衡均至關(guān)重要[10]。激活素和抑制素是由不同基因編碼的“α”和“β”亞基相互作用而形成的同源二聚體或異質(zhì)二聚體[11]。在哺乳動(dòng)物中，已證實(shí)存在由“α”亞基編碼的一種基因[抑制素(inhibin)α]和“β”亞基編碼的4種基因(inhibin-βA、inhibin-βB、inhibin-βC、and inhibin-βE)[12-15]。激活素由inhibin-β亞基的同源或異質(zhì)二聚體形成，目前已被證實(shí)存在同源二聚體βA/βA (激活素A) 、同源二聚體βB/βB (激活素B) 及同源二聚體βA/βB(激活素AB)三種形式[16]。雖然激活素A、激活素B和激活素AB的功能相似，但以激活素A與臨床聯(lián)系最為緊密。這些激活素結(jié)構(gòu)可能具有重疊的功能，但又不完全重疊[17-18]?，F(xiàn)就激活素A在體內(nèi)平衡調(diào)控、免疫調(diào)節(jié)和組織修復(fù)活動(dòng)協(xié)調(diào)中的作用予以綜述。

1 激活素A在體內(nèi)各系統(tǒng)的病理生理學(xué)表達(dá)

1.1呼吸系統(tǒng)免疫炎癥與組織重構(gòu) 早期人們認(rèn)為，纖維化因子能誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞產(chǎn)生激活素A。Hedger等[19]證明，激活素A在體外可以促進(jìn)3T3成纖維細(xì)胞的有絲分裂，雖然它刺激成纖維細(xì)胞有絲分裂的能力只是TGF-β的一小部分，但證實(shí)了早期的激活素A和纖維化之間有聯(lián)系。有學(xué)者通過免疫熒光法在對(duì)照組和博萊霉素組小鼠的細(xì)支氣管上皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞中檢測(cè)出激活素A的表達(dá)，并從經(jīng)博萊霉素處理的動(dòng)物中分離出的肺泡吞噬細(xì)胞培養(yǎng)基中觀察到激活素A蛋白質(zhì)的表達(dá)上調(diào)[20]。雖然博萊霉素模型更接近急性肺損傷不是真正的肺纖維化，但在增生平滑肌細(xì)胞、去鱗狀細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞中激活素A免疫染色均有增加；且在一小部分間質(zhì)性肺疾病患者中，激活素A和纖維化過程有一定聯(lián)系[21]。同時(shí)，有研究進(jìn)一步證實(shí)激活素A與纖維化相關(guān)：①激活素A可以促進(jìn)體外成纖維細(xì)胞的遷移和向肌成纖維細(xì)胞分化[22]；②卵泡抑素預(yù)防性給藥可減緩博來(lái)霉素誘發(fā)的病理性過程[23]；③在四氯化碳引起的肝損傷中，肝星狀細(xì)胞產(chǎn)生的激活素A水平升高會(huì)導(dǎo)致肝纖維化的發(fā)生，但可以通過卵泡抑素的作用來(lái)降低肝纖維化程度[24]；④在系統(tǒng)性硬化癥患者中，激活素A血清水平升高，證明在體外激活素A能促進(jìn)從系統(tǒng)性硬化癥患者中分離出成纖維細(xì)胞使膠原蛋白表達(dá)上調(diào)[25]；⑤在小鼠皮膚損傷后，激活素A的表達(dá)顯著增加[26]。原位雜交研究顯示，激活素A在切口的肉芽組織中表達(dá)，13 d后，它的表達(dá)又回到基線水平[26]。在角蛋白-14啟動(dòng)子的調(diào)控下，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物表皮中激活素A的過度表達(dá)導(dǎo)致皮膚纖維化，表皮增厚，切口修復(fù)增強(qiáng)[27]。且在燒傷皮膚的炎癥和修復(fù)階段，通過免疫組織化學(xué)也檢測(cè)到了激活素A的表達(dá)上調(diào)[28]。雖然這些研究與激活素A在組織修復(fù)和纖維化過程有關(guān)，但它在這些過程中的表達(dá)相當(dāng)復(fù)雜。Hardy等[29]認(rèn)為，通過一些炎性因子[TGF-β1、腫瘤壞死因子α、內(nèi)皮素、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)13、凝血酶、血管緊張素]可以上調(diào)激活素A的表達(dá)，而激活素A本身能刺激產(chǎn)生促纖維化因子，包括腫瘤壞死因子α、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子、內(nèi)皮素、Ⅰ型膠原蛋白、金屬蛋白酶組織抑制物1、纖溶酶原激活物抑制劑1。

激活素A與過敏性氣道炎癥疾病的形成有關(guān)，從而參與了哮喘的病理生理學(xué)過程。Staudacher等[30]建立了一個(gè)由卵白蛋白誘發(fā)的氣道炎癥實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶l(fā)現(xiàn)，在過敏性肺內(nèi)表達(dá)核磷酸化Smad2的炎癥細(xì)胞和結(jié)構(gòu)細(xì)胞數(shù)量急劇增加，同時(shí)伴隨inhibin-βA、 inhibin-βB、 inhibin-βC、 inhibin-βE和激活素Ⅰ型受體信使RNA水平的大幅度升高，說明激活素A與呼吸道炎癥有關(guān)[30]。在哮喘患者活組織檢查中肥大細(xì)胞和激活素A的共定位以及在肥大細(xì)胞缺陷小鼠中，用變應(yīng)原刺激后的缺陷產(chǎn)物與激活素A和肥大細(xì)胞的函數(shù)有關(guān)，表明激活素A與炎癥疾病相關(guān)[31]。與中度哮喘患者和健康受試者相比，重癥哮喘患者血清中的激活素A水平升高，而在中度哮喘患者的T細(xì)胞中檢測(cè)到信使RNA水平升高[29]。通過免疫組織化學(xué)技術(shù)檢測(cè)卵白蛋白激發(fā)小鼠T淋巴細(xì)胞和結(jié)構(gòu)細(xì)胞組織切片[32]，及哮喘患者T淋巴細(xì)胞和結(jié)構(gòu)細(xì)胞組織切片[33]中激活素A的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，激活素A能夠促進(jìn)人類氣管平滑肌細(xì)胞增殖，并能調(diào)節(jié)骨髓源性肥大細(xì)胞的遷移和分化[34]。Wang等[35]的研究表明，在卵白蛋白實(shí)驗(yàn)小鼠的肺同時(shí)釋放激活素A和卵泡抑素時(shí)，最高支氣管肺泡灌洗水平與最大氣道嗜酸細(xì)胞及縱隔淋巴結(jié)中IL-4、IL-5和IL-13產(chǎn)生細(xì)胞的頻率相一致；且對(duì)呼吸道上皮細(xì)胞進(jìn)行的免疫組織化學(xué)染色結(jié)果顯示，呼吸道上皮細(xì)胞是激活素A和卵泡抑素的來(lái)源[35]。此外他們發(fā)現(xiàn)，過敏原誘發(fā)的激活素A和外生卵泡抑素相互作用會(huì)產(chǎn)生有利影響。而Chaker等[36]在使用特異性抗體處理過敏原誘導(dǎo)的動(dòng)物模型及重組激活素A處理過敏原誘導(dǎo)的動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)，重組激活素A處理模型發(fā)生的病理改變較小。與TGF-β一樣，激活素A可以促進(jìn)體外生成輔助性T細(xì)胞9[37]。同時(shí)，可通過抑制激活素A和TGF-β在體內(nèi)抑制過敏原誘導(dǎo)的輔助性T細(xì)胞9分化，從而降低氣道高反應(yīng)性及減少膠原蛋白的沉積[37]。因此，雖然在氣道炎癥反應(yīng)中激活素A水平升高，但其潛在治療作用還需進(jìn)一步研究。

1.2消化系統(tǒng)免疫炎癥與組織重構(gòu) 有學(xué)者對(duì)炎癥性腸病小鼠模型[38]和克羅恩病或潰瘍性結(jié)腸炎患者[39]中的激活素A信使RNA水平進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，激活素A可能在炎癥性腸病的病理生理學(xué)中起重要作用。Dohi等[38]研究發(fā)現(xiàn)，用卵泡抑素預(yù)防和治療的方案能提高3種結(jié)腸炎模型小鼠的存活率，降低一些病理參數(shù)并促進(jìn)腸道上皮細(xì)胞和組織修復(fù)細(xì)胞的增殖，以改善結(jié)腸黏膜屏障功能，證明激活素A和結(jié)腸炎的病理生理學(xué)之間存在聯(lián)系。上述研究通過信使RNA原位雜交驗(yàn)證了，病變組織中激活素A的表達(dá)上調(diào)。

1.3其他系統(tǒng)免疫炎癥與組織重構(gòu) 研究表明，激活素A與炎癥性關(guān)節(jié)病的病理生理學(xué)有關(guān)[40-41]。在一些研究中，檢測(cè)到激活素A水平在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎和痛風(fēng)患者的滑液中超過30 μg/L[40-42]。此外研究發(fā)現(xiàn)，激活素A產(chǎn)物在體外通過IL-1β、TGF-β、γ干擾素和IL-8能促進(jìn)滑膜細(xì)胞和軟骨細(xì)胞表達(dá)上調(diào)[40,42]。在從類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者獲得的增生性反應(yīng)性滑膜中檢測(cè)到，激活素A存在于成纖維細(xì)胞和CD68+巨噬細(xì)胞譜系細(xì)胞中，且在血管化增生組織的平滑肌和血管內(nèi)皮層中均發(fā)現(xiàn)了激活素A[40,42]。在心力衰竭患者中，血清中的激活素A水平顯著升高，這與疾病嚴(yán)重程度有關(guān)，且在T細(xì)胞中檢測(cè)到inhibin-βA信使RNA水平升高，但在單核細(xì)胞中沒有檢測(cè)到[43]。此外，在心力衰竭大鼠模型中，可以觀察到心肌梗死后心肌細(xì)胞激活素A的表達(dá)和激活素Ⅰ型受體信使RNA的協(xié)同表達(dá)。用激活素A處理新生大鼠心肌細(xì)胞，可誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶(基質(zhì)金屬蛋白酶9、金屬蛋白酶組織抑制劑1、TGF-β1和單核細(xì)胞趨化蛋白1等)參與心肌梗死愈合和心肌重構(gòu)。這說明，在心力衰竭發(fā)病機(jī)制中有激活素A的參與。

總之，在急性炎癥疾病(敗血癥、腦膜炎和內(nèi)毒素)、自身免疫性疾病(類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、炎癥性腸病和系統(tǒng)性紅斑狼瘡)、外傷(皮膚燒傷和手術(shù))和有強(qiáng)烈組織重構(gòu)成分疾病(皮膚、肝臟、肺、腎臟、心肌纖維化)的患者中均觀察到激活素A的過度表達(dá)。在相關(guān)疾病的動(dòng)物模型中，激活素A預(yù)防性干預(yù)及直接治療后的結(jié)果提示，激活素A是免疫炎癥或組織重構(gòu)致病機(jī)制的一個(gè)關(guān)鍵組成部分[44]。對(duì)于干預(yù)治療措施的發(fā)展，激活素A信號(hào)通道可能成為一個(gè)備受關(guān)注的目標(biāo)通道。

2 激活素A調(diào)節(jié)先天免疫和獲得性免疫之間的平衡

先天免疫和獲得性免疫之間的平衡是有效防御傳染入侵者的先決條件。雖然先天免疫是快速有效的第一道防線，但它的許多功能強(qiáng)大的成分并不能區(qū)分自我和非自我，因此會(huì)造成自身組織損傷，尤其是在長(zhǎng)期和健康的先天免疫環(huán)境下[45-46]。不能正確調(diào)節(jié)先天和獲得性免疫的轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致慢性炎癥性疾病的發(fā)生，這是一種與大量炎癥和自身免疫紊亂相關(guān)的疾病。

激活素A表達(dá)的上調(diào)在兩方面有利于先天免疫，即通過增強(qiáng)一般炎癥反應(yīng)及對(duì)獲得性免疫的抑制作用。且激活素A能誘導(dǎo)大量促炎性介質(zhì)的體外表達(dá)，而Apostolou等[47]研究發(fā)現(xiàn)，在體內(nèi)直接或間接刺激激活素A也可以促進(jìn)促炎性介質(zhì)的表達(dá)。因此，它會(huì)增強(qiáng)產(chǎn)生腫瘤壞死因子α、IL-6、IL-1β和高遷移率族蛋白1等炎性因子的能力，并通過進(jìn)一步激活Toll樣受體通道建立一個(gè)前饋放大回路。另一方面，激活素A能抑制樹突狀細(xì)胞[48-49]成熟、T細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞毒性T細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞陰性[36]。這種在先天和獲得性免疫之間的動(dòng)態(tài)平衡，可以通過早期強(qiáng)烈的先天性免疫來(lái)降低間接傷害的風(fēng)險(xiǎn)[50-51]。此外，卵泡抑素和激活素A共同在先天免疫和獲得性免疫的相互作用階段起重要作用。生物體內(nèi)高表達(dá)激活素A可能增強(qiáng)其先天免疫，而卵泡抑素或其他促進(jìn)激活素A上調(diào)的調(diào)節(jié)因子可能減弱其獲得性免疫和抑制組織修復(fù)。激活素A通過與TGF-β協(xié)同作用誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞陽(yáng)性，從而達(dá)到調(diào)控T細(xì)胞[52]的目的，說明激活素A可能對(duì)獲得性免疫功能產(chǎn)生抑制作用。在用表達(dá)激活素A的腺病毒處理的動(dòng)物模型中，受腺病毒感染細(xì)胞的存活時(shí)間顯著延長(zhǎng)[47]，說明激活素A對(duì)病毒感染細(xì)胞的適應(yīng)性機(jī)制有抑制作用，這種抑制機(jī)制可以防止病毒感染細(xì)胞。

激活素A引發(fā)的潛在組織損傷反應(yīng)包括其他的先天免疫系統(tǒng)激活、組織中的中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中出現(xiàn)激活素A表達(dá)增加及激活凝血系統(tǒng)可能會(huì)導(dǎo)致微血管血栓的形成，且在呼吸系統(tǒng)中表面活性物質(zhì)的生物合成明顯減少?？梢?，抑制激活素A能有效預(yù)防和改善相關(guān)疾病的病理學(xué)變化。

3 激活素A協(xié)調(diào)組織修復(fù)活動(dòng)調(diào)節(jié)體內(nèi)平衡

激活素A在調(diào)節(jié)組織損傷修復(fù)方面起重要作用。其通過刺激膠原蛋白信使RNA的合成或影響基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)，來(lái)活化成纖維細(xì)胞和調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)，以及通過激活素A調(diào)節(jié)金屬蛋白酶組織抑制物來(lái)促進(jìn)組織修復(fù)的相關(guān)活動(dòng)[22,53-55]。肺組織中，腺病毒介導(dǎo)的激活素A過度表達(dá)，與組織修復(fù)相關(guān)活動(dòng)的開始與卵泡抑素的上調(diào)有關(guān)[47]。而在缺乏其他細(xì)胞因子[56-57]的情況下，已有學(xué)者提出可用選擇性活化的巨噬細(xì)胞[58]、IL-17[59]和高遷移率族蛋白1進(jìn)行組織修復(fù)。由于膠原蛋白沉積的肺實(shí)質(zhì)間隙的特殊微妙結(jié)構(gòu)，與蛋白酶/抗蛋白酶平衡向蛋白酶轉(zhuǎn)變有關(guān)，所以在某些情況下可能導(dǎo)致另一種形式的組織重構(gòu)，即肺氣腫病變的發(fā)展。

若考慮到激活素A、激活素B、激活素AB和TGF-βs間大量的功能重疊，及激活素C、激活素E和骨形成蛋白間明顯的拮抗作用，就需要研究有協(xié)調(diào)作用的TGF-β超家族信號(hào)系統(tǒng)。激活素A中和劑的治療作用，如卵泡抑素或綿羊激活素受體ⅡB細(xì)胞外組分組成的融合蛋白、激活素Ⅱ型受體，在結(jié)腸炎動(dòng)物模型[38]和外源性激活素A的急性肺損傷/急性呼吸窘迫綜合征動(dòng)物模型中[47]，與人類IgG1抗體的Fc部分結(jié)合，表明即使在病理改變出現(xiàn)后，激活素A的中和仍可以減緩病理過程的進(jìn)一步發(fā)展。這對(duì)激活素A抑制劑的臨床應(yīng)用提出了更高的預(yù)期，并強(qiáng)調(diào)了進(jìn)一步研究的必要性，以進(jìn)一步揭示其調(diào)節(jié)體內(nèi)活動(dòng)的機(jī)制。

4 小 結(jié)

激活素A的功能很多，有時(shí)與促炎、抗炎和組織重構(gòu)活動(dòng)相矛盾。但在幾乎所有正常組織中，均有激活素A表達(dá)，且表達(dá)水平不一致[60]。有文獻(xiàn)報(bào)道了，激活素A在直接組織保護(hù)和間接組織損傷間的平衡原理[45-46]。且急性期有效的先天免疫會(huì)通過激活組織中的中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞及補(bǔ)體系統(tǒng)來(lái)限制入侵者侵入，雖然這是以間接組織損傷為代價(jià)。可見，激活素A不僅在炎癥反應(yīng)的急性期發(fā)揮作用，且隨著反應(yīng)進(jìn)行，它可能作為先天和獲得性免疫反應(yīng)的協(xié)調(diào)者，增強(qiáng)先天免疫，通過誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞直接或間接抑制獲得性免疫。這將為激活素A抑制劑在臨床改善或治療炎癥性疾病和組織重構(gòu)提供新治療方案。