周 竹，陈 金

ZHOU Zhu，CHEN Jin

(1.泸州医学院临床医学院，四川 泸州646000;2.四川省医学科学院·四川省人民医院皮肤病性病研究所，四川 成都610072)

1 三螺旋重复胶原蛋白1(collagen triple helix repeat containing 1，Cthrc1)

1.1 Cthrc1 的蛋白结构 Cthrc1 是一种表达在受损或病态动脉中的新型蛋白。Cthrc1 相对分子质量为28000，它包含一个N 端信号肽、一个包含36 个氨基酸的胶原三螺旋蛋白和一个球状结构域的C端［1］。Cthrc1 是一种28-KDa 分泌型糖化蛋白，通过免疫印迹分析可见组织溶解产物显示四Cthrc1 免疫反应性的结合，表明Cthrc1 是可修改或重新组合的，Sengupta 等发现N 端糖基化使Cthrc1 稳定性增加，到目前为止，还不清楚何护蛋白酶参与Cthrc1裂解，裂解事件怎样影响Cthrc1 的活动［2，3］。Cthrc1在成纤维细胞等多处组织中被发现，Takeshita 等［4］发现Cthrc1 可被成熟破骨细胞分泌，是一个破骨细胞分泌的偶联因子，也是调节骨重塑的因素之一。

1.2 Cthrc1 基因及表达 Cthrc1 基因最早发现于对大鼠正常主动脉和球状损伤动脉基因序列差异性的检测研究［5］，位于8q22.3，基因长度为11 435 bases，其编码的产物为Cthrc1。Durmus 等发现Cthrc1特征表达域存在于小鼠胚胎发育组织和产后组织。在小鼠胚胎，Cthrc1 基因表达在内脏内胚层、脊索、神经管、发育中的肾和心脏。同时观测到Cthrc1 在发育中的骨组织、生长板、软骨组织、骨基质和骨连接中大量表达;成年人的骨骼显示Cthrc1 的表达只在骨基质和骨连接，而在关节软骨中缺乏表达;Cthrc1 通常是表达在上皮-间质界面，包括表皮和真皮组织、气道上皮组织、基底角膜上皮组织、脉络丛上皮组织、食道上皮细胞及脑膜;在成人肾脏，Cthrc1 表达在收集管和远端小管［6］。

Cthrc1 基因在不同的组织中表达所表现出的生物学过程及其作用都有所不同。Cthrc1 基因的表达和动脉修复有关，Cthrc1 基因的高表达会显著降低Ⅰ型胶原蛋白mRNA 及其蛋白的表达水平，其高表达能限制胶原蛋白的沉积，促进细胞的移动从而促进动脉血管再造、修复，这一生物学作用在体外实验中已被证实［7，8］。有研究表明Cthrc1 蛋白是骨成型蛋白的下游靶点，能增加造骨细胞的数量，加速造骨细胞的造骨作用［9］;Cthrc1 基因产物具有类激素功能包括调节脂质细胞糖原储存和可能广泛影响细胞代谢和生理机能水平［10］。国内外大量研究表明Cthrc1 表达在肿瘤的发病及发展中有重要作用。最新有关Cthrc1 与黑色素瘤、直肠癌、肝癌研究均显示，Cthrc1 基因的表达与肿瘤的大小、TNM 阶段及肿瘤的分化成正相关;Cthrc1 低表达的肿瘤患者生存率明显高于Cthrc1 高表达的患者。Cthrc1 与血管内皮生长因子协同促进人类肿瘤细胞的侵袭转移，制止Cthrc1 表达可抑制肿瘤细胞的浸润转移，相反过表达Cthrc1 将加快肿瘤细胞的浸润转移［11～13］。

2 转化生长因子-β1(transforming growth factorβ1，tgf-β1)与Smad 信号蛋白

2.1 tgf-β1 结构及功能 tgf-β 是新近发现的可调节细胞生长和分化的一组蛋白群tgf-β 超家族中的一员，与创伤愈合、瘢痕形成有密切关系。据目前报道，哺乳动物体内至少发现有tgf-β1、tgf-β2、tgf-β3这3 个亚型。在人体细胞中，tgf-β1 是tgf-β 3 种亚型中所占比例(＞90%)最高的一型，并可由体内多种细胞合成和分泌［14］。tgf-β 与其相应受体结合，调节细胞生物学行为，目前研究较多的tgf-β 受体(transforming growth factor bete receptor，TβR)主要有TβRⅠ、TβRⅡ、TβRⅢ这3 种，其中TβRⅠ、TβRⅡ是tgf-β1/smads 信号转导必不可少的，TβRⅠ与tgf-β1 结合后产生的生物学作用主要有阻止上皮细胞增殖，促使间质细胞增生，使其向肌纤维细胞转换，产生大量的胶原;调节免疫活性细胞的表型增殖、分化和细胞因子的产生，进而诱导细胞分化及组织的修复［15］。

tgf-β1 参与组织异常纤维化，在慢性阻塞性肺疾病的发展过程中，tgf-β1 是调控导致气道平滑肌结构和功能异常的信号的总开关，其作用于成纤维细胞可促进小气道周围纤维化的发生发展［16～18］。最新研究表明tgf-β1 表达的变化与人类癌症有关。在肿瘤前、中期tgf-β1 能抑制肿瘤细胞生长，但在肿瘤晚期则促进肿瘤细胞生长［19，20］，进一步研究发现这可能与肿瘤细胞中TGF-β1 通过激活Smad3 及其下游信号通路而诱导CSRNP1 基因的表达有关［21］。

2.2 Smad 结构及功能 参与tgf-β 信号转导的来源于动物和人的相关蛋白被Massague 等统一命名为Smad 信号蛋白家族。Smad 信号蛋白家族是tgfβ 与其受体结合后产生的信号中介分子，将其从细胞质转导到细胞核内［22，23］。目前已发现至少10 种Smad，根据其结构和功能特点分为3 类①受体调节性的Smads(R-Smad):Smad 1、2、3、5、8、9、10，其中参与tgf-β1 信号转导的是Smad2、3。②共同介导型Smads(Co-Smads):Smad4，可以与所有活化的途径限制型Smad 蛋白结合，为tgf-β1 信号转导途径的共同通路。③抑制型Smad(I-Smads):Smad 6、7，可与活化的TβRⅠ牢固结合，阻止R-Smad 的磷酸化，从而拮抗受体激活的Smad 蛋白介导的信号传导［24］。三种不同类型的Smad 蛋白之间存在相互协助作用，依赖Smad4 和R-Smad 组成活性复合物，借助一些辅助因子的帮助，进入细胞核内对靶基因表达予以调控;而抑制性Smad 蛋白起到阻止活性复合物形成、确保Smad 蛋白功能正常发挥的作用。Smad 作为tgf-β1 通路的胞内信号蛋白，受到多种信号通路的影响，也能够广泛调节多种基因表达［25］。

2.3 tgf-β1/Smad 信号转导途径 在tgf-β1 信号传导途径中，Smad 蛋白作为其信号转导通路的始动因子已被大家所公认，其传导通路也已被阐明。tgfβ1/Smad 信号通路的基本过程为:tgf-β1 首先与TβRⅡ结合，形成tgf-β1/TβRⅡ;TβRⅠ与tgf-β1/TβRⅡ复合物结合，形成tgf-TβRⅠ/TβRⅡ聚合体形式;从而使TβRⅠ磷酸化形成;TβR 被激活后，生物信号传入细胞内，发挥调节蛋白生成的作用，Smad 蛋白家族起信息传递作用;作为tgf-β1 下游蛋白的转录因子Smad2 和Smad3 被TβRⅠ磷酸化而激活，从而使Smad2 和Smad3 磷酸化形成。磷酸化的Smad2 结合Smad4 形成聚合体，随着聚合体转移到细胞核内，作用于tgf-β1 靶基因发挥信号转导作用，而Smad3 和Smad4 结合后在胞质核转运蛋白作用下进入核内，在DNA 连接蛋白协助下发挥调节转录的作用或直接作为转录因子发挥作用［26］。与此同时，细胞内TβRⅠ负性调节因子丝氨酸/苏氨酸激酶受体相关蛋白促使Smad6 或Smad7 与活化的TβRⅠ牢固结合，阻止Smad2、Smad3 的磷酸化，而阻断信号转导过程。

3 Cthrc1 及tgf-β1/Smad 与异常纤维化的关系

3.1 Cthrc1 与异常纤维化 Cthrc1 是一种新的具有生化活性的基因产物，它具有促进细胞迁移、减少胶原蛋白沉积的作用，与组织异常纤维化相关;研究发现Cthrc1 在瘢痕疙瘩皮损中表达异常，高水平的Cthrc1 表达可能与瘢痕疙瘩侵袭性有关，并促进真皮乳头血管形成［27］。纤维化是肌营养不良的主要并发症，Spector 等［28］在模拟杜氏肌营养不良、先天性肌营养不良、神经性肌营养不良患者的小鼠骨骼和心脏肌肉观测到Cthrc1 的存在，在所有的小鼠中，Cthrc1 与高水平的Ⅰ型胶原蛋白相关，在正常小鼠的肌肉中没有Cthrc1 或胶原蛋白。在杜氏肌营养不良患者的病理标本中检测到高水平的Cthrc1及较高水平的Ⅰ型胶原蛋白。运用常三卤(一种TGF-β 信号下游smad3 蛋白磷酸化抑制剂)干预后，Cthrc1 在模型小鼠的骨骼和心脏肌肉的表达水平明显降低，在正常成纤维细胞中减少Cthrc1 可增加纤维母细胞的多元化表达和营养不良肌肉被肌纤维入侵，表明Cthrc1 在肌营养不良的主要并发症纤维化中起着重要作用。

3.2 tgf-β1/Smad 与异常纤维化 tgf-β1/Smads 信号转导途径与Ⅰ型胶原蛋白表达有关，正常组织tgf-β1 基因表达的启动子处于沉默状态，受到创伤并出现纤维性修复时，通过激活I 型前胶原基因5＇端特异性启动子的表达，调节相应靶基因转录，大量加速I 型前胶原的合成而减少降解，最终导致异常纤维化。Kitao 等［29］用tgf-β1 诱导人的真皮微血管内皮细胞分化时，发现细胞核内磷酸化Smad2 升高，内皮细胞呈现肌成纤维细胞呈梭型的特征及Ⅰ型胶原蛋白表达的增加。tgf-β1/Smad 信号转导途径在皮肤纤维化疾病发病机制中起到重要作用。Santiago 等［30］局部使用脂凝胶包被的P144(一种tgf-β 的肽段抑制物)治疗皮肤硬化模型鼠可使其皮肤纤维化和可溶性胶原蛋白含量显著降低;结缔组织生长因子的表达及成纤维细胞中Smad2/3 的磷酸化被显著抑制。通过动物及人体试验研究表明，A 型肉毒毒素治疗瘢痕疙瘩可以明显减轻患者的顽固性痒痛症状，瘢痕也明显的萎缩扁平，而且进一步的研究发现A 型肉毒毒素这一疗效与影响瘢痕组织中tgf-β1 的生成有关［31～33］。现有研究表明tgfβ1/Smad 信号传导系统与内脏纤维化及腹膜纤维化的形成密切相关。Wang 等［24］在阻塞性肾、残余肾、糖尿病肾小鼠模型中，发现smad7 过表达阻断smad2、3 活化，防止tgf-β1 诱导胶原蛋白沉积，使肾纤维化变弱;tgf-β1 信号通过smad2、3 来调停肾纤维化，而激活smad7 抑制肾脏纤维化和炎症。陈刚毅等［34］发现化痰祛瘀中药防治腹膜纤维化的作用与其能上调tgf-β 抑制性信号蛋白Smad7 的表达、抑制tgf-β 受体调控信号蛋白Smad2/3 表达有关。

3.3 Cthrc1、tgf-β1/Smad 相互作用 Cthrc1 被确定为受特定表达于受损的动脉内外膜的tgf-β 家族的调控的新基因。同时作为一种tgf-β1 细胞特异性的抑制子，它可以反过来通过逆转tgf-β1 的某些作用影响胶原蛋白Ⅰ和Ⅲ的沉积，新生血管的形成以及平滑肌细胞的分化。有研究表明，Cthrc1 基因的表达水平与tgf-β、骨成型蛋白-4(BMP-4)有关。序列分析发现在Cthrc1 的启动子区域有一个SMAD位点，该位点与tgf-β 和BMP4 的调控有关［35］。综上所述，Cthrc1 通过减少Smad 活化以抑制tgf-β1 信号通路，减少胶原沉积，共同参与皮肤纤维化。Li等［36］通过观察cthrc1 和tgf-β1 在正常皮肤和瘢痕疙瘩中的表达，对瘢痕疙瘩中Ⅰ型胶原蛋白的表达和胶原蛋白沉积的检测，及对重组Cthrc1 和tgf-β1的相关性的分析，得出Cthrc1 和tgf-β1 在瘢痕疙瘩中的表达比正常皮肤高;tgf-β1 诱导Cthrc1 的表达增加，两者呈浓度依赖;在瘢痕成纤维细胞中，tgf-β1刺激Ⅰ型胶原蛋白的表达和合成;重组Cthrc1 可以抑制上述效应，表明Cthrc1、tgf-β1/Smad 共同参与组织异常纤维化。

4 小结

Cthrc1 基因是动脉损伤过程中筛选出的一种过度表达基因，其产物Cthrc1 具有促进细胞迁移、减少胶原蛋白沉积的作用，因此具有重要的临床应用价值，是目前抗纤维化领域研究的热点;tgf-β1 能促进成纤维细胞增殖、增加胶原等细胞外基质的合成，在增生性瘢痕、瘢痕疙瘩等纤维化疾病病变部位tgf-β1 表达增强，Smad 蛋白作为tgf-β1 信号转导通路的始动因子参与纤维细胞增殖等生理病理过程;国内外研究显示Cthrc1 与tgf-β1 及Smad 之间存在相互作用，并影响成纤维细胞胶原的合成，在组织纤维化机制中发挥重要作用。目前国内外对Cthrc1与tgf-β1/Smad 信号传导通路在内脏纤维化中的研究较多，其发挥的生物学途径及作用已较为明确;但Cthrc1 与tgf-β1/Smad 信号传导通路在皮肤异常纤维化中的研究较少，其生物学效应机制尚不十分明确，今后可以在皮肤纤维化方面多做研究，更进一步的探讨，明确其在皮肤纤维化疾病中的相互作用机制，以利于皮肤异常纤维化寻找新的治疗方法。

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