轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子與腦缺血-- 細(xì)胞及分子生物學(xué)

1、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子與腦缺血- 細(xì)胞及分子生物學(xué)    轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor beta，TGF-)是多功能的細(xì)胞因子，參與體內(nèi)多種病理和生理過(guò)程，可刺激細(xì)胞外基質(zhì)的分泌，促進(jìn)血管生成，從而在損傷修復(fù)中起重要作用。新近研究表明，TGF-與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病關(guān)系密切，因此，TGF-與腦缺血的關(guān)系隨之成為目前研究熱點(diǎn)，本文就TGF-的生物學(xué)特點(diǎn)及與腦缺血的關(guān)系綜述如下。1TGF-的生物學(xué)特點(diǎn)1.1TGF-的結(jié)構(gòu)TGF-是由二硫鍵連接的兩個(gè)各含112個(gè)氨基酸亞單位組成的二聚體多肽，分子量為25kD。這種由二硫鍵結(jié)構(gòu)而成的雙聚體

2、結(jié)構(gòu)是維持TGF-三維空間結(jié)構(gòu)及生物學(xué)活性的分子基礎(chǔ)1。還原劑可破壞TGF-的二聚體結(jié)構(gòu)，并使之喪失生物學(xué)活性，根據(jù)基因克隆和序列分析，證明細(xì)胞最初合成的TGF-是由390個(gè)氨基酸組成的無(wú)活性前體蛋白，這種前體蛋白N端經(jīng)酶解可獲得2個(gè)成熟肽單體，各含有112個(gè)氨基酸，已知非活化型TGF-1在體外被酸、堿、尿素、SDS、蛋白酶等處理后可轉(zhuǎn)化為25kD的活化型TGF-12。只有活性的TGF-才能發(fā)揮生物學(xué)功能。哺乳動(dòng)物的TGF-有1、2、3三種亞單位，均由112個(gè)氨基酸組成，其同源雙體分別構(gòu)成TGF-1、TGF-2、TGF-3，三者的生物學(xué)作用相似，且具有極高的同源性。已證明人、豬、牛、猴的成熟T

3、GF-1序列完全相同，與鼠之間只在75位氨基酸上有不同3。近年研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)多種活性分子的結(jié)構(gòu)或功能與TGF-密切相關(guān)。1.2TGF-受體及信號(hào)傳遞幾乎體內(nèi)所有細(xì)胞均能合成TGF-，不同細(xì)胞表面至少有9種蛋白分子能與TGF-結(jié)合，但其中只有3種屬于TGF-受體，即TGFR、TGFR、TGFR4，TGFR、TGFR型受體是參與TGF-信息傳遞的分子，分子量分別為53kD和75kD，TGF-已被克隆，并在大腸桿菌獲得TGF- R胞質(zhì)區(qū)融合蛋白，后者可在絲氨酸/蘇氨酸殘基處自身磷酸化，這可能是TGF-信息傳遞的重要機(jī)制。TGF- R、TGF- R與大多數(shù)生長(zhǎng)因子的受體不同，它們不屬于酪氨酸激酶，而是

4、跨膜的絲氨酸/蘇氨酸激酶5。TGF- R、TGF- R在胞外區(qū)N端含有5個(gè)半胱氨酸的保守序列，該位點(diǎn)介導(dǎo)TGF-和受體結(jié)合，使腦內(nèi)絲氨酸/蘇氨酸激酶充分活化，導(dǎo)致胞內(nèi)蛋白質(zhì)磷酸化，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)效應(yīng)6。已發(fā)現(xiàn)TGF- R、TGF- R分子胞內(nèi)區(qū)三維結(jié)構(gòu)的差異，決定它們導(dǎo)致不同靶分子的絲氨酸/蘇氨酸磷酸化，并顯示不同的生物學(xué)效應(yīng)。TGF-與TGF- R、TGF- R結(jié)合后形成異聚體復(fù)合物，TGF- R連接TGF- R與TGF-，TGF- R負(fù)責(zé)傳遞TGF-信息。TGF- R與TGF-有高親和性，是TGF-異側(cè)復(fù)合體，負(fù)責(zé)將TGF-呈遞給受體分子。型受體并不直接參與信號(hào)的傳遞過(guò)程，也不介導(dǎo)任何已知的

5、TGF-生物學(xué)效應(yīng)。1.3TGF-作用方式及調(diào)控2TGF-生物學(xué)效應(yīng)TGF-刺激細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的產(chǎn)生，抑制蛋白酶和基質(zhì)酶的活性，從而促使ECM沉積，ECM是細(xì)胞生長(zhǎng)、分化分裂、分泌產(chǎn)物所必需的，因此ECM的聚集對(duì)組織損傷后的修復(fù)有利。TGF-不僅對(duì)各類(lèi)軟組織損傷的修復(fù)有促進(jìn)作用，而且對(duì)骨折的愈合也有促進(jìn)作用。TGF-也能加快接受放療、化療動(dòng)物的恢復(fù)。TGF-在梗死心肌細(xì)胞的修復(fù)及功能保留中起重要作用，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)TGF-具有保護(hù)心肌免受再灌注損傷的功能。此外，TGF-是一種有效免疫調(diào)節(jié)劑，抑制大多數(shù)T、B細(xì)胞系在體外的增殖和分化，拮抗IL-I、TNF-、IFN-等細(xì)胞因子的效應(yīng)，抑制I

6、L-I 和IL-受體的表達(dá)，阻止巨噬細(xì)胞產(chǎn)生過(guò)氧化物及NO，抑制中性粒細(xì)胞和T細(xì)胞粘附于內(nèi)皮細(xì)胞，從而限制了炎癥細(xì)胞補(bǔ)充到損傷部位911。3TGF-1在腦缺血時(shí)的表達(dá)短暫的腦缺血可導(dǎo)致易感腦組織處神經(jīng)元細(xì)胞的死亡，而膠質(zhì)細(xì)胞尚存活，并激活產(chǎn)生膠質(zhì)細(xì)胞。小膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)釋放TGF-等細(xì)胞因子在缺血性腦損傷中發(fā)揮作用。Wienner12在腦缺血后3天用RNA分子雜交技術(shù)于海馬、皮質(zhì)層、紋狀體和部分丘腦檢測(cè)到TGF-1表達(dá)，缺血后7天TGF-1 mRNA可在海馬CA1層觀察到，此時(shí)神經(jīng)元變性。TGF-1的分布與激活的小膠質(zhì)細(xì)胞免疫染色十分接近，表明TGF-1主要由小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生。TGF-1在缺血后的作

7、用可能與膠質(zhì)細(xì)胞激活的調(diào)控有關(guān)，在不可逆神經(jīng)元損傷區(qū)TGF-1對(duì)星形細(xì)胞激活起重要作用，TGF-1通過(guò)增強(qiáng)血管生成和細(xì)胞外基質(zhì)生長(zhǎng)促進(jìn)創(chuàng)傷愈合，TGF-1在缺血晚期的表達(dá)代表內(nèi)源性中樞神經(jīng)系統(tǒng)反應(yīng)，可以自我限制缺血后組織損傷程度并可能啟動(dòng)修復(fù)機(jī)制。Lehrmann等13用Northern印跡雜交顯示缺血海馬組織內(nèi)TGF-1 mRNA表達(dá)水平增高，進(jìn)一步用原位雜交在缺血10分鐘后各個(gè)時(shí)間點(diǎn)上檢查成年大鼠海馬TGF-1 mRNA的表達(dá)情況和細(xì)胞定位。缺血后6小時(shí)，TGF-1 mRNA在全腦呈彌漫表達(dá)，此后進(jìn)一步加強(qiáng)，2天后逐漸消退，同時(shí)從缺血后第1天起在齒狀回門(mén)部及缺血后第24天在CA1區(qū)均有TG

8、F-1 mRNA信號(hào)大量增加，這兩個(gè)腦區(qū)均顯示選擇性神經(jīng)元退變。在齒狀回門(mén)部TGF-1 mRNA表達(dá)高峰約在第4天，而在CA1區(qū)TGF-1 mRNA的表達(dá)持續(xù)到最后一個(gè)檢查時(shí)間點(diǎn)即21天。有學(xué)者14應(yīng)用TGF-1對(duì)短暫半球缺血引起的海馬神經(jīng)元變性的保護(hù)作用進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，提示在鼠及兔局灶腦缺血中，TGF-1有挽救由興奮性毒素及缺氧所致神經(jīng)細(xì)胞死亡及減少梗塞面積的作用，表明在短暫腦缺血大鼠海馬錐體細(xì)胞中TGF-1有不同的病理生理學(xué)表現(xiàn)及延緩神經(jīng)元死亡的作用，提示TGF-1有潛在的神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制，并利用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)對(duì)鼠胚胎海馬神經(jīng)元體外培養(yǎng)1014天，細(xì)胞置于亞硝酸半胱氨酸中,引起NO所致的氧化損

9、傷，結(jié)果顯示對(duì)培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元用TGF-1(0.110ng/ml)進(jìn)行24小時(shí)預(yù)先治療，對(duì)NO所致的神經(jīng)毒性有明顯抑制作用。Krupinski等15對(duì)人缺血性卒中腦TGF-1表達(dá)進(jìn)行研究，采用10例缺血性卒中死亡的患者，死亡后24小時(shí)內(nèi)分別取大腦缺血區(qū)、半影區(qū)和病灶對(duì)側(cè)腦組織，進(jìn)行以下分析：(1)Western印跡試驗(yàn)：將腦組織蛋白提取物電泳吸附后，以TGF-1抗體和酶標(biāo)的第二抗體標(biāo)記，以ECL試劑盒顯色，結(jié)果缺血區(qū)和半影區(qū)分別顯示為25kD帶和12.5kD帶，表明其提取物中含有激活的TGF-1蛋白，而對(duì)側(cè)腦組織缺乏此物質(zhì)。(2)免疫組化染色：先后以TGF-1抗體及生物素標(biāo)記的第二抗體標(biāo)記腦細(xì)

10、胞，以DAKO AEC底物系統(tǒng)顯色。結(jié)果顯示缺血區(qū)和半影區(qū)細(xì)胞有染色，尤以半影區(qū)染色最深，而對(duì)側(cè)組織幾乎不被染色。(3)雜交：以TGF-1 cDNA為探針與其mRNA雜交后，以放射自顯影技術(shù)計(jì)數(shù)各種細(xì)胞中顯影顆粒數(shù)。結(jié)果顯示所有神經(jīng)細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞、尤其少突膠質(zhì)細(xì)胞有TGF-1 mRNA的表達(dá)，微血管周?chē)木奘杉?xì)胞和梗死組織的內(nèi)皮細(xì)胞也有較強(qiáng)的表達(dá)。對(duì)側(cè)腦組織表達(dá)弱，缺血區(qū)表達(dá)較強(qiáng)而半影區(qū)更強(qiáng)。4腦缺血時(shí)TGF-1表達(dá)增加的可能機(jī)制及作用腦缺血時(shí)TGF-1 mRNA表達(dá)增加可能是缺氧誘導(dǎo)神經(jīng)和膠質(zhì)細(xì)胞應(yīng)激所致。缺血區(qū)TGF-1增加可能有如下作用：(1)促血管生成:TGF-1作為強(qiáng)有力的血管生成調(diào)

11、節(jié)因子，可以激活缺血半影區(qū)的內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)微血管增生。(2)神經(jīng)保護(hù)作用：TGF-1通過(guò)增加bcl-2產(chǎn)物、降低Ca2+濃度而保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞免遭谷氨酸能細(xì)胞毒性作用及氧化反應(yīng)，可以上調(diào)衍生的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子以及誘導(dǎo)神經(jīng)元TGF-1的自身合成，使缺血半影區(qū)的神經(jīng)元得以較長(zhǎng)存活，以促進(jìn)組織修復(fù)。此外，它還具有抗炎、趨化、移動(dòng)、抗增殖等生物活性15。總之，TGF-1是一種具有多功能的細(xì)胞因子，近年來(lái)開(kāi)始重視TGF-1與腦缺血的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)性缺血半影區(qū)、中心區(qū)TGF-1表達(dá)尚待進(jìn)一步研究。作者單位：徐忠信包曉群饒明俐(130021長(zhǎng)春 白求恩醫(yī)科大學(xué)一院神經(jīng)內(nèi)科)李巍(吉林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)科)參考文獻(xiàn)1 R

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