TGF-β调控自噬的相关基因、信号通道及影响

时间：2015-12-20 17:10:38 所属分类：基础医学 浏览量: 195

自噬是广泛存在于真核生物中的保守的代谢过程，是细胞成分更新、发育、分化的重要调控机制，对维持蛋白代谢平衡及细胞内环境稳定具有重要意义。转化生长因子 (Transforming growth factor ，TGF-)是一种具有多种功能的多肽生长因子，可促进细胞的增殖与分化

　　自噬是广泛存在于真核生物中的保守的代谢过程，是细胞成分更新、发育、分化的重要调控机制，对维持蛋白代谢平衡及细胞内环境稳定具有重要意义。转化生长因子β (Transforming growth factor β，TGF-β)是一种具有多种功能的多肽生长因子，可促进细胞的增殖与分化，细胞的粘附、迁移和凋亡，是多种免疫细胞的自分泌或旁分泌调节因子。目前的研究表明，生长因子参与了自噬活性的调控，而生长因子TGF-β就是其中之一，本文就此做一综述。

　　1 自噬

　　自噬是广泛存在于真核生物中的保守的代谢过程，是细胞成分更新、发育、分化的重要调控机制，对维持蛋白代谢平衡及细胞内环境稳定具有重要意义。正常情况下细胞保持基础自噬水平，而在许多代谢应激的状态下，如饥饿、低氧、高温、激素水平改变、生长因子缺乏时自噬被激活，促进细胞生存从而引发一系列的基本生理功能如发育、分化和组织改建。

　　自噬在机体的免疫、感染、炎症、肿瘤、心血管病、神经退行性病的发病中都具有十分重要的作用。

　　在机体免疫反应中，自噬不仅能清除侵入的病原菌，而且能提高慢性感染性疾病和自身免疫性疾病的治疗效果。如在心脏衰竭的研究中，自噬功能的活化是把双刃剑，对于单纯的心肌局部缺血而言，自噬有利于心肌局部缺血修复，但是对于缺血后的再灌注，自噬功能的活化则不利于心脏功能的恢复。有学者通过对中枢神经系统有自噬相关基因缺陷的小鼠模型研究，结果提示自噬的激活能有效地清除有丝分裂后受损伤的神经元细胞，自噬不仅在维持神经元内环境和性状的稳定中起着关键的作用，在神经元轴突的生长和成熟过程中同样起着重要的作用。

　　2 参与TGF-β调控自噬的自噬相关基因

　　在自噬过程中，自噬启动受自噬相关基因(Au-tophagy related gene，ATG)调控，目前被分离鉴定的哺乳动物ATG已超过30种，依其功能的不同可分为四组：①来自于TOR (Target of rapamycin TOR)激酶信号通路的ATG1复合物，该复合物涉及自噬体形成的初始、成核及延伸阶段；② Beclin1/Class Ⅲ PI3K复合物，主要涉及自噬体的成核阶段；③ 两个泛素类结合系统，ATG12和LC3系统，在自噬体形成的延伸阶段初期ATG12与ATG5结合，促进LC3的结合和磷酸化；④由ATG1和ATG9控制的反馈途径，在自噬体形成的的过程中，介导ATG蛋白在自噬体膜的转运。

　　自噬活性的改变受许多自噬相关基因所调控。

　　有研究表明，TGF-β能增加Bim蛋白的表达，从而增强该蛋白与自噬诱导关键基因Beclin 1和LC3的结合，抑制自噬的发生。Tra等发现Ⅱ型TGF-β受体抑制剂SB431542作用人胚胎干细胞时，LC3 II表达上升，细胞自噬活性增强。TGF-β作用后的肾小球系膜细胞(Mesangial Cells，MMC) LC3表达升高，自噬被活化，而 TAK-1 蛋白在其中起着关键的作用。

　　Beclin 1 基因缺失或是被沉默的小鼠 MMC 中Ⅰ型胶原蛋白的表达高于基本水平，而在TGF-β处理该细胞时Ⅰ型胶原蛋白的表达明显升高。Kiyono等的团队对肝癌细胞和乳腺癌细胞的研究结果表明，TGF-β作用细胞后 LC3 表达明显升高，自噬被激活，Beclin 1、ATG5 及 ATG7 等自噬相关基因表达水平升高，通过siRNA下调Beclin 1、ATG5及ATG7等基因的表达能抑制TGF-β对肝癌细胞和乳腺癌细胞自噬活性的诱导。在线虫自噬活性的研究中，大量的研究结果表明自噬在细胞生长或是饥饿时，通过消化真核细胞自身内容物来调控细胞增殖。自噬相关基因Atg1 和 Atg6 的失活能够降低细胞的容积，影响细胞增殖。生理水平的自噬活化是调控细胞大小的关键，自噬活性的减弱或是增强均能阻碍细胞的生长，而TGF-β信号通路能通过调控自噬相关基因影响细胞的容积。　　　　3 TGF-β调控自噬的信号通路

　　自噬信号调控机制复杂，主要有三条自噬调控途径：① mTor (Mammalian target of rapamycin，mTor)信号通路。 mTor激酶为自噬信号“阀门分子”，是氨基酸、ATP和激素感受器，对自噬起负调控作用。正常条件下mTor磷酸化Atg13，高磷酸化的Atg13与Atg1亲和力下降，Atg1活性降低抑制自噬；mTor强效抑制剂Rap可使Atg13去磷酸化后与Atg1紧密结合，上调Atg1 活性而激活自噬。②磷酸肌醇-3-激酶(PI3K)/Akt(PKB)途径。ClassⅠ和 ClassⅢ PI3K 均参与自噬调控，ClassⅠPI3K位于mTor途径上游，通过mTor 发挥作用，是自噬负调节因子。ClassⅢ PI3K 通过与Beclin1结合形成复合物激活自噬，是自噬正调节因子。③ Beclin1途径。Beclin1是atg6 (Vps30)的哺乳动物同源序列，是最典型的自噬调控基因。

　　Beclin1 与 UVRAG、Vps15 形成复合物对 Class ⅢPI3K 活化非常重要，是自噬膜形成和延伸的关键因子。

　　TGF-β是体内生理生化、信号转导与调控的重要因子，不仅具有促进成骨细胞分化增殖、刺激骨形成，还具有支持破骨细胞形成、刺激骨吸收的双重作用，是骨形成与骨吸收之间重要的耦联调节因子。

　　Akasak 等发现FoxO 在关节软骨中常规呈现高表达，对软骨内环境的稳定起着重要作用，TGF-β能上调软骨细胞中FoxO1蛋白的表达，而FoxO的磷酸化状态的激活主要是由PI3K和Akt所介导，受胰岛素/胰岛素样转化因子所调控。对TGF-β1作用的上调和(或)敲除 mkk3 基因小鼠的肾小球系膜细胞的研究结果显示，TGF-β1处理后，与敲除mkk3的细胞比较，上调mkk3的细胞中Beclin 1和LC3的表达明显升高；随着TGF-β1作用时间的延长，上调mkk3基因的细胞中LC3I/LCII的表达具有时间依赖性；TGF-β1能诱导上调mkk3基因的细胞Beclin 1的表达，表明TGF-β1经由TAK1-MKK3-p38途径诱导肾小球系膜细胞的自噬。不仅Smad信号通路参与了TGF-β对肝癌细胞 和 乳 腺 癌 细 胞 自 噬 活 性 的 诱 导 ，PtdIns3K-Akt-FoxO3 信号通路同样参与了 TGF-β对肝癌细胞和乳腺癌细胞自噬活性的诱导，同时类泛素化能明显降低泛素化介导的 Smad4 的降解，通过激活TGF-β 信号通路可以激活 P38 MAP 激酶信号通路，从而提高1型类泛素蛋白与Smad4的结合。

　　4 TGF-β调控自噬的影响

　　TGF-β家族包括 3 个分子量为 25 kDa 的异构体，对于不同的细胞和组织表现出多种生物学功能，是一种具有多种功能的多肽生长因子。TGF-β可以有效的调节细胞外基质的合成，增强纤维连接蛋白和胶原蛋白的基因表达，抑制胶原蛋白分解，并抑制各种金属蛋白酶抑制剂，巩固细胞外基质环境的稳定性。

　　TGF-β可促进细胞增殖与分化，促进细胞外基质合成，促进胶原产生，也是多种免疫细胞的自分泌或旁分泌调节因子，能通过抑制细胞增殖和促进细胞的凋亡参与乳腺的生长发育。有学者以牛乳腺上皮细胞的3D模型为研究对象，结果表明TGF-β促进该细胞腺泡的正常发育，在细胞培养的早期，自噬活性明显升高，同时TGF-β还能促进牛乳腺上皮细胞在发育不完全的基础上继续存活达16 d之久，提示自噬活性的上调可能影响TGF-β对细胞促凋亡作用，使细胞得以生活。而在肾脏受损时，TGF-β能调控自噬促进Ⅰ型胶原蛋白的聚合，从而减少肾脏的纤维化。

　　Iovino 等以2型颗粒状营养不良患者的角膜成纤维细胞为研究对象，发现自噬活性失调时 TGF-β1降解受到抑制，TGF-β1呈高表达，溶酶体中的变异形TGF-β1增多，提示自噬活性的改变影响TGF-β的表达，增强细胞死亡的敏感性；而TGF-β通过诱导肝癌细胞和乳腺癌细胞的自噬活性，可能在肿瘤形成的初期起到抑制肿瘤形成的作用。对骨骼肌细胞L6和 C2C12 的研究结果表明，TGF-β通过提高 PED/PEA-15 的转录水平来诱导细胞的自噬应答，可能促成Ⅱ型糖尿病所带来的肌肉的萎缩。

　　综上所述，TGF-β是一类多功能的生长因子，可促进细胞增殖与分化，细胞的粘附、迁移和凋亡，而自噬有望成为TGF-β另一新的功能，自噬有可能参与TGF-β的多种功能的活化，TGF-β对自噬调控的机制，其中所涉及的信号通路等。因此，自噬与TGF-β之间的关系仍旧需要更进一步的研究。

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