帅张丽，石国庆

(遵义医学院附属医院，贵州遵义 563000)

组织纤维化是多种疾病进展到终末期的重要环节。随着分子生物学的进展，多种途径被发现参与纤维化疾病的发生、发展，包括转化生长因子(TGF)信号转导通路、血管源性生长因子β(PDGF-β)受体介导的信号转导通路及前列腺素内氧化还原酶2(COX-2)、弥漫性细胞外基质及氧化应激介导途径等，其中TGF-β信号转导通路是影响纤维化的发生、发展最重要的途径之一。Gremlin属于TGF-β超家族成员，是TGF-β的下游成员之一，与多种纤维化疾病的发生有关。本研究就Gremlin及其与纤维化疾病的关系作一综述。

1 Gremlin基因的基本结构及功能

Gremlin基因也被称为Drm基因，其编码的蛋白质具有高度保守性，属于TGF-β超家族，是骨形态形成蛋白(BMP)拮抗剂家族成员。Gremlin基因最早从蟾蜍中枢神经脊中克隆出来，其编码的蛋白有Gremlin-1、Gremlin-2和Gremlin-3。人类Gremlin-1基因位于染色体15q13-q15，为BMP拮抗剂；人类Gremlin-2基因位于染色体1q43，与心脏纤维化及抑制动脉粥样硬化发生相关；人类Gremlin-3基因位于染色体19q13.2，与小鼠的CKTSF1B3(DANTE)基因有61.9%的氨基酸序列相同。Gremlin-1以分泌和细胞相关的形式存在，依赖性抑制BMP对胚胎肢体、肾脏及肺等器官的发育非常重要，Gremlin-1基因敲除小鼠可由于缺乏部分肾脏和肺等缺陷而死于子宫内。研究表明，在骨钙蛋白启动子的控制下，过度表达Gremlin-1的转基因小鼠骨形成明显减少[1～3]。BMP最早是由Urist[4]从脱钙的皮质骨提取物中获得的，是一种对成骨至关重要的相关因子，其与TGF-β同属一个蛋白超家族，两者介导的信号转导都是通过活化Smads蛋白胞内信号分子而实现的。Gremlin不仅可以通过胞外绑定BMP，而且可通过胞内Gremlin/BMP相互作用，阻止BMP分泌，从而抑制BMP活性。Gremlin可阻断BMP信号通路，抑制Smad1/Smad5/Smad8蛋白磷酸化，从而发挥拮抗BMP的作用，而TGF-β则主要是通过激活Smad2/Smad3蛋白信号通路而发挥作用[5]。

2 Gremlin与纤维化疾病的关系

2.1 Gremlin与肺纤维化 Gremlin-1在人体出生后可在肺中特异性检测到，但不会导致呼吸功能不全的发生。Gremlin-1在大鼠肺脏中过表达可导致上皮活化和成纤维细胞病灶的出现，在小鼠肺动脉高压模型中使用Gremlin-1中和抗体进行预防性和治疗性干预可增强BMP信号传导并减轻肺血管重构[6]。血管内皮释放的Gremlin-1可抑制内源性BMP信号传导，并促进肺动脉高压的发展；抗Gremlin-1单克隆抗体预防性治疗可减轻肺血管重构和右心室肥大[7]。近年来，Koli等[8]使用表面活性蛋白C启动子和Cre-LoxP基因重组技术，在Ⅱ型肺上皮细胞中建立了表达Gremlin-1的转基因小鼠模型，发现Gremlin-1与抗纤维化趋化因子10 mRNA表达呈显著负相关关系。在远端肺上皮组织中，Gremlin-1过度表达可导致远端肺小管的近端化，并促进肺组织中炎性细胞募集和抗纤维化趋化因子产生。Gremlin-1可通过与细胞表面和细胞外基质中的多糖硫酸乙酰肝素结合，以时间空间受限的方式调节BMP活性[9]。Graham等[10]发现，miR-27b可直接作用于Gremlin-1，降低其mRNA表达。TGF-β信号传导通路可降低miR-27b表达，并引起Gremlin-1水平升高，表明TGF-β信号通路可通过调节miR-27b表达来调节Gremlin-1在肺纤维化组织中的表达。Gremlin-1为BMP拮抗剂，对BMP-7的亲和力较低，但可以高亲和力与BMP-2、BMP-4结合，该结合可阻断BMP同种型受体结合和信号传导[11]。

2.2 Gremlin与肾纤维化 Gremlin在多种与纤维化相关的慢性肾脏疾病中均表达上调[12]。2000年Sanai等[13]提出，肾小管上皮细胞功能异常是各种肾纤维化发生的主要因素。一项关于近端肾小管上皮细胞的体外研究发现，在糖尿病肾病的进展过程中，TGF-β可诱导Gremlin 表达上调，从而拮抗BMP-7及其受体——活化素受体样激酶3表达，抑制BMP/Smad信号通路(尤其是BMP-7/Smad5信号通路)，导致肾小管上皮细胞纤连蛋白和Ⅲ型胶原α1链mRNA表达升高，从而参与肾间质纤维化及肾功能减退。Gremlin可通过TGF-β信号通路加重足细胞病变，促使正常TGF-β信号通路组分(包括Smad2/Smad3蛋白和丝裂原活化蛋白激酶)磷酸化，并促进活化型半胱天冬酶3表达[14]。Mezzano等[15]研究发现，Gremlin可作为VEGF信号级联反应的激动剂而发挥作用，其通过与血管内皮生长因子受体2(VEGFR2)的相互作用直接刺激血管生成，参与与肾脏炎症反应有关的下游机制，阻断VEGFR2可减轻Gremlin诱导的肾脏炎症反应及纤维化。另一方面，Gremlin可引起早期肾损伤，并促进促炎因子的上调和免疫炎性细胞浸润有关NF-κB途径的活化[16]。

2.3 Gremlin与肝纤维化 肝纤维化是由于各种急慢性病因导致肝损伤，而后机体对损伤进行修复的病理过程。早在2006年Boers等[17]发现，除了那些已被公认的肝纤维化进程中的标志性基因表达发生改变外，Gremlin在三种不同状态(静止、激活、肌样成纤维细胞状态)下的表达亦有明显差异。当肝星状细胞处于肌样成纤维细胞状态时，Gremlin表达急剧升高，而处于静止及激活状态时则表达较少，甚至无表达。动物实验进一步证实，纤维化肝组织中TGF-β1和Gremlin mRNA、Gremlin蛋白表达均升高，而BMP-7 mRNA和BMP-7蛋白表达均降低[18]。肝星状细胞活化在肝纤维化发生中具有重要作用，肝脏受损后，库普弗细胞及肝窦内皮细胞被激活，并释放大量炎症介质介导炎性因子，并可分泌多种细胞因子，包括直接刺激因子(TGF-β、血小板衍生生长因子、胰岛素样生长因子Ⅰ、表皮生长因子、成纤维细胞生长因子等)及间接刺激因子(TNF-α、IL-4、IL-6、IL-8、血小板活化因子等)，细胞因子通过旁分泌及自分泌途径作用于邻近的肝星状细胞，导致星状细胞发生上皮-间质转化，从而导致肝纤维化的发生。Gremlin可引起肝组织分泌大量的细胞外基质，打破肝细胞外环境动态平衡，使大量细胞外基质沉积；此外Gremlin可直接刺激并促进肝星状细胞增殖，合成胶原，从而促进肝纤维化的发生[19]。TGF-β1是纤维化发生的关键因子，BMP-7/Smads信号通路可抑制肝纤维化，其机制可能与拮抗TGF-β1的促纤维化作用有关[20]。Gremlin属于TGF-β超家族成员，是TGF-β下游产物，也是BMP拮抗剂。Gremlin可直接与BMP-2、BMP-4、BMP-7结合，拮抗BMP的功能，参与肝纤维化发生[21]。这就意味着，肝脏组织炎症发生时可产生异常增强的TGF-β，通过上调Gremlin基因表达，反馈性抑制BMPs的功能，并由此进一步强化TGF-β信号通路活性，加速肝纤维化的形成[22]。

2.4 Gremlin与心肌纤维化 Gremlin-2与心肌纤维化程度和左心室功能不全有关，可独立预测心力衰竭患者的预后，其预测效能甚至优于临床指标和血清标志物[23]。在人类心脏多能干细胞分化过程中，中胚层稳定不久后Gremlin-2可在心脏前体细胞中被诱导。Gremlin-2依赖于特异性后续应激活化蛋白激酶激活途径而抑制BMP信号传导，是促进心脏前体细胞增殖所必需的相关因子。

2.5 Gremlin与胰腺纤维化 慢性胰腺炎的特征在于进行性胰腺炎和纤维化，最终导致外分泌和内分泌功能障碍。BMP拮抗剂Gremlin-1参与了胰星状细胞活化，由TGF-β诱导的Gremlin-1可通过拮抗慢性胰腺炎组织中BMP的活性而促进其纤维化。研究发现，人胰腺癌组织中Gremlin-1表达高于正常胰腺组织，但其具体机制目前尚未研究清楚[24]。同肝纤维化一样，胰星状细胞从静止细胞中被激活，可导致纤维化和器官功能的丧失。目前所知的促胰纤维化因子包括TGF-β1、BMP2、G蛋白偶联受体APJ的内源性配体apelin和甲状旁腺激素相关蛋白。Rastellini等[25]研究发现，TGF-β通过Smad3依赖途径增加腺泡细胞和胰星状细胞中的甲状旁腺激素相关蛋白表达。甲状旁腺激素相关蛋白可增加腺泡细胞Gremlin-1表达，阻断Gremlin-1可抑制IL-6和细胞间黏附分子1等促纤维化因子表达[26]。因此，Gremlin-1在诱导胰腺组织炎症和纤维化信号传导中具有关键作用[27]。

2.6 Gremlin与晶状体及视网膜纤维化 晶状体后囊混浊是白内障术后最常见的并发症，其病理机制是由于残留的晶状体上皮细胞在囊膜上转分化、增生、移行而产生胶原纤维。多种细胞因子均可参与晶状体后囊混浊的发生过程， Gremlin是其中新发现的一类细胞因子。Gremlin可以时间和浓度依赖性地诱导小梁细胞及人晶状体上皮细胞表达α-SMA、肾小管上皮细胞纤连蛋白和Ⅰ型胶原蛋白等纤维化相关因子，特异性抑制Gremlin表达，并可以在较长时间内有效地抑制TGF-β2对晶状体上皮细胞转分化、小梁细胞及细胞外基质合成作用[28]。

2.7 Gremlin与骨纤维化 骨髓中骨软骨网状干细胞可自我更新并产生成骨细胞，集中在长骨的干骺端内，是骨骼发育、骨重建和骨折修复所必需的。Gremlin-1不仅是骨骼发育所必需的，而且也是人体出生后骨骼稳态的必要条件[4,29]。近年研究发现，血清和关节滑液中Gremlin-1表达与膝关节炎的发病及严重程度密切相关[30]。

综上所述，Gremlin在肺纤维化、肾纤维化、肝纤维化、心纤维化、胰腺纤维化、晶状体及视网膜纤维化等疾病的发生、发展中均有重要作用，其主要机制多与BMPs/Smads信号传导通路、TGF-β/Smads信号传导通路有关，主要通过Smads胞内信号通道影响纤维化的发生，与Gremlin-VEGFR2轴、NF-κB信号通路等关系密切。在促纤维化发生过程中，Gremlin可能依赖于应激活化蛋白激酶途径的激活，受miR-27b/30-UTR的正向调节、抗纤维化趋化因子10的负调节、多糖硫酸乙酰肝素的适当调节；在眼视网膜病变的发生过程中，Gremlin可能受甲状旁腺激素相关蛋白水平的正向调节。