转化生长因子与脑缺血

　　转化生长因子β(transforming growth factor beta，TGF-β)是多功能的细胞因子，参与体内多种病理和生理过程，可刺激细胞外基质的分泌，促进血管生成，从而在损伤修复中起重要作用。新近研究表明，TGF-β与中枢神经系统疾病关系密切，因此，TGF-β与脑缺血的关系随之成为目前研究热点，本文就TGF-β的生物学特点及与脑缺血的关系综述如下。

　　1　TGF-β的生物学特点

　　1.1　TGF-β的结构

　　TGF-β是由二硫键连接的两个各含112个氨基酸亚单位组成的二聚体多肽，分子量为25kD。这种由二硫键结构而成的双聚体结构是维持TGF-β三维空间结构及生物学活性的分子基础［1］。还原剂可破坏TGF-β的二聚体结构，并使之丧失生物学活性，根据基因克隆和序列分析，证明细胞最初合成的TGF-β是由390个氨基酸组成的无活性前体蛋白，这种前体蛋白N端经酶解可获得2个成熟肽单体，各含有112个氨基酸，已知非活化型TGF-β1在体外被酸、碱、尿素、SDS、蛋白酶等处理后可转化为25kD的活化型TGF-β1［2］。只有活性的TGF-β才能发挥生物学功能。

　　哺乳动物的TGF-β有β1、β2、β3三种亚单位，均由112个氨基酸组成，其同源双体分别构成TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3，三者的生物学作用相似，且具有极高的同源性。已证明人、猪、牛、猴的成熟TGF-β1序列完全相同，与鼠之间只在75位氨基酸上有不同［3］。近年研究发现，体内多种活性分子的结构或功能与TGF-β密切相关。

　　1.2　TGF-β受体及信号传递

　　几乎体内所有细胞均能合成TGF-β，不同细胞表面至少有9种蛋白分子能与TGF-β结合，但其中只有3种属于TGF-β受体，即TGFRⅠ、TGFRⅡ、TGFRⅢ［4］，TGFRⅠ、TGFRⅡ型受体是参与TGF-β信息传递的分子，分子量分别为53kD和75kD，TGF-βⅡ已被克隆，并在大肠杆菌获得TGF-β RⅡ胞质区融合蛋白，后者可在丝氨酸/苏氨酸残基处自身磷酸化，这可能是TGF-β信息传递的重要机制。TGF-β RⅠ、TGF-β RⅡ与大多数生长因子的受体不同，它们不属于酪氨酸激酶，而是跨膜的丝氨酸/苏氨酸激酶［5］。TGF-β RⅠ、TGF-β RⅡ在胞外区N端含有5个半胱氨酸的保守序列，该位点介导TGF-β和受体结合，使脑内丝氨酸/苏氨酸激酶充分活化，导致胞内蛋白质磷酸化，进而产生相应效应［6］。已发现TGF-β RⅠ、TGF-β RⅡ分子胞内区三维结构的差异，决定它们导致不同靶分子的丝氨酸/苏氨酸磷酸化，并显示不同的生物学效应。TGF-β与TGF-β RⅠ、TGF-β RⅡ结合后形成异聚体复合物，TGF-β RⅡ连接TGF-β RⅠ与TGF-β，TGF-β RⅠ负责传递TGF-β信息。TGF-β RⅢ与TGF-β有高亲和性，是TGF-β异侧复合体，负责将TGF-β呈递给受体分子。Ⅲ型受体并不直接参与信号的传递过程，也不介导任何已知的TGF-β生物学效应。

　　1.3　TGF-β作用方式及调控

　　1.3.1　自分泌调节机制　TGF-β与其它生长因子一样，存在自分泌作用方式，是正常细胞生长调节的一个重要机制。TGF-β1可以正向调控自分泌mRNA表达，使TGF-β1分泌增加。TGF-β1早期作用可增加转录因子c-jun、jun-B、c-fos表达。

　　1.3.2　潜活TGF-β的激活　TGF-β本身结构改变也是调节其生物学效应的一种方式。生理条件下，活性TGF-β1一旦被分泌，可迅速与细胞表面蛋白或组织间液中的抑制蛋白结合而失活，与此相反，潜活TGF-β的质膜半衰期较长，游离后也不易被降解，可随循环到达远端靶器官，从而以内分泌方式发挥作用，故控制潜活TGF-β的活化是调节机制正常生理反应的重要机制［7］。

　　1.3.3　TGF-β的调节　TGF-β的作用与细胞表面所表达的受体类型有关，介导抑制作用的可能是TGF-β R。TGF-β1与受体结合可激活G蛋白，使三磷酸鸟苷(GTP)与膜的结合力增强，使GTP酶活性升高，激活蛋白激酶C(PKC)，从而引起细胞增殖［8］。

　　2　TGF-β生物学效应

　　TGF-β刺激细胞外基质(ECM)的产生，抑制蛋白酶和基质酶的活性，从而促使ECM沉积，ECM是细胞生长、分化分裂、分泌产物所必需的，因此ECM的聚集对组织损伤后的修复有利。TGF-β不仅对各类软组织损伤的修复有促进作用，而且对骨折的愈合也有促进作用。TGF-β也能加快接受放疗、化疗动物的恢复。TGF-β在梗死心肌细胞的修复及功能保留中起重要作用，并通过实验发现TGF-β具有保护心肌免受再灌注损伤的功能。此外，TGF-β是一种有效免疫调节剂，抑制大多数T、B细胞系在体外的增殖和分化，拮抗IL-Iβ、TNF-α、IFN-γ等细胞因子的效应，抑制IL-I β和IL-Ⅱ受体的表达，阻止巨噬细胞产生过氧化物及NO，抑制中性粒细胞和T细胞粘附于内皮细胞，从而限制了炎症细胞补充到损伤部位［9～11］。

　　3　TGF-β1在脑缺血时的表达

　　短暂的脑缺血可导致易感脑组织处神经元细胞的死亡，而胶质细胞尚存活，并激活产生胶质细胞。小胶质细胞通过释放TGF-β等细胞因子在缺血性脑损伤中发挥作用。Wienner［12］在脑缺血后3天用RNA分子杂交技术于海马、皮质Ⅱ／Ⅲ层、纹状体和部分丘脑检测到TGF-β1表达，缺血后7天TGF-β1 mRNA可在海马CA1层观察到，此时神经元变性。TGF-β1的分布与激活的小胶质细胞免疫染色十分接近，表明TGF-β1主要由小胶质细胞产生。TGF-β1在缺血后的作用可能与胶质细胞激活的调控有关，在不可逆神经元损伤区TGF-β1对星形细胞激活起重要作用，TGF-β1通过增强血管生成和细胞外基质生长促进创伤愈合，TGF-β1在缺血晚期的表达代表内源性中枢神经系统反应，可以自我限制缺血后组织损伤程度并可能启动修复机制。Lehrmann等［13］用Northern印迹杂交显示缺血海马组织内TGF-β1 mRNA表达水平增高，进一步用原位杂交在缺血10分钟后各个时间点上检查成年大鼠海马TGF-β1 mRNA的表达情况和细胞定位。缺血后6小时，TGF-β1 mRNA在全脑呈弥漫表达，此后进一步加强，2天后逐渐消退，同时从缺血后第1天起在齿状回门部及缺血后第2～4天在CA1区均有TGF-β1 mRNA信号大量增加，这两个脑区均显示选择性神经元退变。在齿状回门部TGF-β1 mRNA表达高峰约在第4天，而在CA1区TGF-β1 mRNA的表达持续到最后一个检查时间点即21天。有学者［14］应用TGF-β1对短暂半球缺血引起的海马神经元变性的保护作用进行实验研究，提示在鼠及兔局灶脑缺血中，TGF-β1有挽救由兴奋性毒素及缺氧所致神经细胞死亡及减少梗塞面积的作用，表明在短暂脑缺血大鼠海马锥体细胞中TGF-β1有不同的病理生理学表现及延缓神经元死亡的作用，提示TGF-β1有潜在的神经保护作用机制，并利用细胞培养技术对鼠胚胎海马神经元体外培养10～14天，细胞置于亚硝酸半胱氨酸中,引起NO所致的氧化损伤，结果显示对培养的海马神经元用TGF-β1(0.1～10ng/ml)进行24小时预先治疗，对NO所致的神经毒性有明显抑制作用。Krupinski等［15］对人缺血性卒中脑TGF-β1表达进行研究，采用10例缺血性卒中死亡的患者，死亡后24小时内分别取大脑缺血区、半影区和病灶对侧脑组织，进行以下分析：(1)Western印迹试验：将脑组织蛋白提取物电泳吸附后，以TGF-β1抗体和酶标的第二抗体标记，以ECL试剂盒显色，结果缺血区和半影区分别显示为25kD带和12.5kD带，表明其提取物中含有激活的TGF-β1蛋白，而对侧脑组织缺乏此物质。(2)免疫组化染色：先后以TGF-β1抗体及生物素标记的第二抗体标记脑细胞，以DAKO AEC底物系统显色。结果显示缺血区和半影区细胞有染色，尤以半影区染色最深，而对侧组织几乎不被染色。(3)杂交：以TGF-β1 cDNA为探针与其mRNA杂交后，以放射自显影技术计数各种细胞中显影颗粒数。结果显示所有神经细胞、胶质细胞、尤其少突胶质细胞有TGF-β1 mRNA的表达，微血管周围的巨噬细胞和梗死组织的内皮细胞也有较强的表达。对侧脑组织表达弱，缺血区表达较强而半影区更强。

　　4　脑缺血时TGF-β1表达增加的可能机制及作用

　　脑缺血时TGF-β1 mRNA表达增加可能是缺氧诱导神经和胶质细胞应激所致。缺血区TGF-β1增加可能有如下作用：(1)促血管生成:TGF-β1作为强有力的血管生成调节因子，可以激活缺血半影区的内皮细胞，促进微血管增生。(2)神经保护作用：TGF-β1通过增加bcl-2产物、降低Ca2+浓度而保护神经细胞免遭谷氨酸能细胞毒性作用及氧化反应，可以上调衍生的神经营养因子以及诱导神经元TGF-β1的自身合成，使缺血半影区的神经元得以较长存活，以促进组织修复。此外，它还具有抗炎、趋化、移动、抗增殖等生物活性［15］。

　　总之，TGF-β1是一种具有多功能的细胞因子，近年来开始重视TGF-β1与脑缺血的关系，实验性缺血半影区、中心区TGF-β1表达尚待进一步研究。

　　作者单位：徐忠信　包晓群　饶明俐　(130021　长春 白求恩医科大学一院神经内科)

　　李　巍　(吉林医学院附属医院神经科)

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