原创 马凡氏综合征血管病变基础研究进展
2019年09月20日 【健康号】 杨秀滨     阅读 8573

摘要:马凡氏综合征(marfan syndrome,MFS)是一种常染色体显性遗传性结缔组织病,主要累及心血管系统、眼、骨骼系统。心血管病变主要为主动脉瘤与主动脉夹层,动脉瘤或夹层的破裂是引起病人死亡的主要原因。新近研究发现引起MFS血管病变发生发展的原因与转化生长因子β(transforming growth factorβ, TGF-β)的过度激活以及TGF-β非经典信号通路有着很大的关系,同时研究结果显示miR-29b在早期MFS主动脉病变的进展中起到了关键作用。北京安贞医院心脏外科中心杨秀滨

关键词:MFS;TGF-β;非经典TGF-β信号通路;miR-29b

    弹性纤维的断裂和弹性组织中无定形基质的聚集是最早发现的与MFS病因学有关的线索,随后研究发现一种基质蛋白原纤维蛋白-1(fibrillin-1)参与MFS的病理过程,并且通过对编码原纤维蛋白-1的基因(FBN1)进行克隆发现该基因定位于15q21.1,基因全长230kb,含有65个外显子1。MFS中FBN1的突变类型多为错义突变(占60%)和无义突变(占10%),突变位点多变,没有明显突变热点,仅接近12%的突变是重复出现的。但不论FBN1突变位点在哪,都会引起FBN1的编码产物fibrillin-1的结构异常,最近研究发现,fibrillin-1的构像改变可以引起TGF-β的过度激活2,进而通过非经典的TGF-β信号传导通路引起ERK等蛋白的表达上调,进而导致MFS病人血管瘤的发生发展,同时还有证据表明miR-29b也参与了MFS病人血管瘤的进展。

    1TGF-βMFS血管病变

    Fbrillin-1是细胞外基质中微纤维的重要组成成分3,主要是由表皮生长因子(EGF)样区域、钙结合表皮生长因子(cb-EGF)样区域、TGF-β结合蛋白样区域以及两个杂合区域组成。Fibrillin-1参与大动脉的主要组成成分弹性纤维的构成,电子显微镜下的观察结果表明,弹性纤维有两种形态学上不同结构所组成:第一种成分是是一种非定型缺乏明显规律性的结构,其中也不含重复序列,这就是弹性纤维中的fibrillin-1,占弹性纤维成分的90%,另一种是相互交联的弹性蛋白。Fbrillin-1主导弹性纤维的组装,为弹力蛋白的正常排列提供支架结构,由FBN1突变引起的fbrillin-1结构改变不仅可以导致弹性纤维组装障碍,而且会引起TGF-β的过度激活4,这是因为从高尔基体分泌出来的成熟的TGF-β会和一种称作潜在性结合肽(latency associated peptide, LAP)的多肽相结合,形成小潜在性复合物(small latent complex,SLC),SLC结合潜在性TGF-β结合蛋白(latent TGF-βbinding protein, LTBP)形成大潜在性复合物(large latent complex, LLC)进而结合到fibrillin-1上,可见fbrillin-1对TGF-β起到了隔离作用,一旦fbrilllin-1结构改变,就会引起游离状态的TGF-β增多,导致TGF-β介导的信号传导增强5,并且后续的研究证实在MFS小鼠的主动脉壁组织中确实存在TGF-β信号转导通路过度激活,使用TGF-β信号通路阻断剂(TGF-β的中和抗体)处理过的小鼠主动脉扩张速度以及其它系统的临床表现明显得到改善6。Habashi等人首次使用另一种TGF-β信号传导通路的阻断剂氯沙坦在小鼠身上验证了TGF-β信号通路与MFS的主动脉病变有着密切的关系,阻断这条通路可以阻断MFS的主动脉病变的进展7。随后,Benjamin等人在18名患儿身上验证了氯沙坦在治疗MFS血管病变方面的效果,结果显示氯沙坦可以明显减缓MFS患者主动脉的扩张速度8,这给MFS的血管病变的治疗指出了一条新的思路。

    2 TGF-β非经典信号传导通路与MFS血管病变

    虽然对于MFS血管病变基础致病原因的探索已经迈出了一大步,但人们对于更深层次致病机制的研究脚步并没有停留于此,Holm等人首次揭示了TGF-β是通过非经典的TGF-β信号转导通路对MFS的血管病变的发生发展起到影响的9。在TGF-β的经典途径里,TGF-β通过与TGF-β受体TβRⅠ和TβRⅡ结合,导致下游蛋白smad2和smad3磷酸化,进而募集smad4形成异源三聚体进入细胞核内,与相关的DNA元件结合,影响基因的转录。新近研究揭示TGF-β还可以激活其它信号传导通路,即非经典的TGF-β信号转导通路,TGF-β激活的非经典的信号通路主要为丝裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)信号转导通路,这条信号转导通路主要包括细胞外信号调节激酶(extracellular signal–regulated kinase,ERK)、Jun氮端激酶(Jun N-terminal kinase, JNK)和p38.在MFS的病变血管组织中主要是ERK1/ERK2升高,而JNK和p38的水平与野生型小鼠相比是没有差别的10。Lee等人证实了TGF-β激活ERK1/ERK2是通过对ShcA蛋白的直接磷酸化介导的,ShcA蛋白有三个亚型p52ShcA、p66ShcA、p46ShcA,其中p52ShcA中的酪氨酸残基磷酸化后可以与生长因子结合蛋白2(growth factor binding protein, Grb2)相结合11;而p66ShcA可以起到与p52ShcA相反的作用12,通过阻断Grab2的结合起到阻断ERK活化的作用;p46ShcA主要靶点在线粒体13,其功能尚不明确。TGF-β与其受体TβRⅠ和TβRⅡ结合后,TβRⅡ会介导自身以及TβRⅠ的磷酸化,磷酸化的TβRⅠ会直接使下游蛋白p52ShcA中的丝氨酸和酪氨酸磷酸化,导致p52ShcA活化,活化的p52ShcA结合Grab2进而通过募集SOS而激活Ras,活化的Ras引起MAPK级联活化,依次引起Raf、MEK、ERK的激活,激活的ERK进入细胞核影响靶基因表达水平,进而调节细胞的生长与分化状态14,以上整个过程就是TGF-β所激活的非经典信号转导通路。Holm等人在试验中揭示了在MFS小鼠模型Fbn1C1039G/+中ERK1/ERK2以及MEK的活性与野生型小鼠相比是明显增高的(分别是p<0.05,p<0.001),而JNK及p38活性与野生型相比并没有明显变化,且活性升高的ERK1/ERK2主要局限于升主动脉,使用ERK或MEK特异性阻断剂后都会使MFS小鼠主动脉的扩张速度下降,与野生型小鼠相比没有统计学差异,给MFS小鼠Fbn1C1039G/+服用TGF-β信号通路阻断剂氯沙坦后ERK1/ERK2和MEK水平,以及主动脉扩张速度同样也会下降,与野生型小鼠相比没有统计学差异,所有这些实验结果表明TGF-β的非经典信号转导通路在MFS血管病变的进展中起到了重要的作用。同时,Jennifer等人证实激活血管紧张素Ⅱ的2型受体(AT2)可以通过阻断ERK的过度活化阻碍MFS小鼠Fbn1C1039G/+主动脉瘤的进展,对于AT2敲除的MFS小鼠模型Fbn1C1039G/+,氯沙坦只能起到40%的治疗效果,很可能氯沙坦对于MFS血管病变的治疗作用一方面基于对于AT1的阻断,另一方面则依赖于对于AT2的激活作用,但这两个方面总的来看都是起到了对ERK的抑制作用,可见ERK很有可能在不远的将来成为新的有效地治疗MFS血管病变的新靶点。

    3 miR-29bMFS血管病变

    miR-29b是一个调节细胞凋亡以及细胞外基质合成与沉积的非编码小RNA,Merk等人发现在MFS小鼠模型Fbn1C1039G/+的病变主动脉壁组织中miR-29b的表达明显上调,miR-29b的表达水平在第二周开始升高,第四周到达高峰,第八周又降到基线水平,在miR-29b升高期间,同时还发现跟细胞凋亡有关的caspase-3、caspase-9凋亡蛋白活性明显增高,抗凋亡蛋白Bcl-2、Mcl-1的水平明显下降。组织学观察发现主动脉壁完整的弹力蛋白减少,弹力蛋白的碎片增多,这些现象伴随着弹力蛋白mRNA水平的下降以及基质金属蛋白酶2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2)活性的升高,而弹力蛋白的mRNA以及MMP-2都是miR-29b的靶点,并且这些变化是在MFS小鼠模型Fbn1C1039G/+病变主动脉壁组织中特异性出现的。研究人员还观察到在MFS小鼠模型Fbn1C1039G/+主动脉壁组织中能够抑制miR-29b的表达并且能够被TGF-β所抑制的核因子κB(nuclear factor κB, NF-κB)明显减少。此外,在MFS小鼠模型Fbn1C1039G/+的主动脉壁组织中还发现,应用NF-κB抑制剂可以升高miR-29b表达水平,而应用TGF-β阻滞剂氯沙坦可以明显的降低miR-29b的表达水平。在试验中研究人员使用miR-29b的反义寡聚核苷酸链阻断其功能后发现MFS小鼠Fbn1C1039G/+主动脉的扩张速度明显下降,主动脉壁凋亡明显减少,细胞外基质的缺陷情况得到明显的改善,这些试验证据都说明miR-29b的上调在MFS小鼠早期主动脉病变的进展中起到了关键作用,而这一作用是通过调节细胞凋亡和细胞外基质的合成与沉积实现的15

    4 小结

    MFS给病人及其家属带来了巨大痛苦及经济损失,传统的手术并不能阻止MFS血管病变的进展16,一种新的而且经济的治疗方式急需诞生,而这一新方法的产生必然要基于对MFS血管病变的致病机制的探索和发掘,近几年的研究揭示了TGF-β在MFS血管病病中的重要作用,以及TGF-β起作用的非经典途径,同时还发现了miR-29b在早期MFS血管病变中的所起到的重要作用,所有这些基础进展衍生出了新的治疗MFS血管病变的靶点,如针对TGF-β的氯沙坦,同时还有一些潜在靶点等待人们去针对它设计新药如ERK,相信随着科学技术的不断进步以及MFS血管病变基础致病机制的研究进展,更好而且经济的治疗MFS血管病变的手段一定会应运而生,这还需要我们的共同努力。

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杨秀滨
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