Igarashi等[21] 人经过实验研究发现:在体外TGFβ1也可以通过对人包皮细胞中的成纤维细胞进行有效的诱导,从而产生高水平的CTGF及细胞外基质成分,而其他的生长因子在体外则没有这种作用(如PDGF、表皮生长因子和碱性成纤维细胞生长因子),由此可见环己亚胺并不能有效的阻断这样的刺激作用,这表明是由TGFβ1直接对CTGF基因的表达进行调控的。实验表明在修复组织创伤的过程中,再生组织中TGFβ1表达的增高明显发生在CTGF增高之前,这就表明生物体内一定会存在控制组织再生和修复的级联反应。而持续纤维化组织的形成则需要不同因子的共同作用,例如TGFβ1主要用来诱导纤维化,而CTGF则维持纤维化的不断发展[22]。有学者研究了人牙龈成纤维细胞和牙周膜细胞中TGFβ1表达水平的变化和CTGF之间的关系时发现,CTGF mRNA和蛋白表达呈TGFβ1剂量和时间依赖性,提示牙周组织中CTGF的表达也受到TGFβ1的诱导[23]。 2.1.2 血管紧张素II(angiotensin II,Ang II)
通过近几年的研究我们发现Ang II可以通过非血流动力学的机制,从而导致肾的纤维化过程。黄颂敏等[24] 人通过研究也发现Ang II可以促进系膜细胞CTGF mRNA表达。区彩文等[25]发现Ang II能以浓度-时间依赖的方式促进大鼠心肌成纤维细胞CTGF mRNA及蛋白水平的表达。Ruiz-Ortega[26]等发现,Ang II是肾脏炎症反应和纤维化的关键因子,Ang II与AT1受体结合后可通过Smad信号转导通路和Rho/Rho激酶系统来调控CTGF的表达。而它与AT2受体结合可激活NF-κB使肾脏炎症因子聚集并促进肾脏纤维化。Ang II对人近端肾小管细胞CTGF mRNA和蛋白的表达可呈时间、剂量依赖性的诱导方式。AngII也能够通过促进CTGF的表达从而促进肾的纤维化。
2.1.3 糖皮质激素(glucocorticoid)
糖皮质激素主要用来治疗纤维化疾病。Dammeier等[27] 人经过研究发现在体外培养皿中培养的成纤维细胞中,CTGF的表达在受到地塞米松干预后呈现出明显的增高趋势,并且和时间和剂量依赖有着密切关系。显而易见的是这种现象没有TGFβ1的介入,因为糖皮质激素是可以有效的下调TGFβ1的表达的。当皮肤受到损伤以后,在未经过糖皮质激素治疗的小鼠伤口处, CTGF的表达呈现出十分明显的增加趋势。然而应用糖皮质激素治疗后的皮肤与没有应用糖皮激素治疗的皮肤相比, CTGF mRNA的表达则没有呈现出进一步增加的趋势。以上实验表
明糖皮质激素可以在一定条件下促进正常组织和器官中CTGF的表达,但在严重炎症区域就不能起到刺激CTGF表达的作用。 2.1.4 纤维蛋白酶(thrombin)
纤维蛋白酶主要是在止血、炎症前期和纤维化前期等阶段中扮演着十分重要的角色。Chambers等[28] 人经过研究发现生理浓度的纤维蛋白酶对CTGF mRNA的表达可以有效的提高速度,比如对胎儿成纤维细胞的CTGF mRNA的表达上调五倍的速度,对人体外原代培养的成纤维细胞CTGF mRNA的表达上调7倍的速度,并同时可以增加CTGF蛋白。环己亚胺和TGFβ1中和性抗体对这种效用都不能起到影响作用。这表明纤维蛋白酶在正常组织修复和纤维化的过程中能够有效的诱导CTGF的表达,从而对结缔组织的形成起到有效的促进作用。
2.1.5 机械应力
基于创伤愈合、纤维化与瘢痕增生的前提下,机械力的改变极其容易影响成纤维细胞。Schild等专家[29]发现,在受到机械力的影响之后,成纤维细胞中的CTGF这一基因,在表达时,不仅可逆,而且其上调程度最为显著。机械力英激影响消除6小时之内,CTGF基因中的 mRNA的表达,能够达到崭新的稳定状态。由于机械力影响之后所产生的TGFβ1的数量,低于刺激CTGF基因进行高水平表达的要求,因此,机械力应激对CTGF基因的高水平表达是一种直接性刺激。经常用于研究机械力应激反应对成纤维细胞的生物特性影响的三维立体模型是基于I型胶原基质进行构建的。在这个基于I型胶原基质进行构建的模型系统之中,随着机械力应激的增加, CTGF基因的上调程度也会增加;反之,在解除机械力应激时, CTGF基因表达就会立刻产生下调反应[30]。Xiao等[31]发现周期
性张应力可以使人成骨细胞CTGF mRNA和蛋白表达增高,并呈时间依赖关系。Wong
等专家,[32]
对影响原代培养的软骨细胞中的CTGF基因表达的两个因素--周期性张力与流体静压,进行了对比分析。结果表明,周期性张力对CTGF基因的表达起到了上调的作用,但流体静压却没有上调的作用。然而,当流体静压作用于肾小球系膜细胞(mesangial cells,MC)时,该细胞中的CTGF基因的表达却上调了[33]。
2.1.6 高糖
高糖浓度也被公认可以有效地诱导CTGF在细胞和组织中的表达,常常采用这种方式来诱导纤维化的发生,以建立细胞或动物模型。Kobayashi等[34]发现高糖可以刺激鼠近曲小管上皮细胞高表达CTGF,还可刺激肾成纤维细胞分泌致纤维化物质。同时上调的CTGF又可诱导肾纤维细胞的致纤维化作用。
2.1.7 其他
Suzuma等[35]研究发现在牛视黄醛内皮细胞与上皮细胞之内,血管内皮中的生长因
子(vascular endothelial growth factor,VEGF)能够诱导CTGF基因的表达。VEGF
对CTGF基因表达的作用,主要是通过信号途径进行诱导的,包括两个方面:一是磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K);二是Akt/PKB被激活。Chambers等[28]发现凝血酶和
Xa因子可CTGF
基因中的 mRNA和蛋白水平进行上调的原因,在于凝血酶与Xa
因子在对蛋白水解酶受体-1进行激活之后,又激活了MAPK磷酸化和NF-κB,从而,对CTGF基因的表达进行诱导。细胞的外表面的凝血因子VIIa(FVIIa) 有催化的功能,它能够与组织因子(TF)进行相互作用,进而,触发了细胞内的信号传递, CTGF基因的表达进行了上调,呈现出一定的依赖性[36]。Park等专家[37]发现,晶状体中的上皮细胞在受到 H2O2的刺激之后,CTGF的表达作用提高了。Villacorta等专家[38]发现,人平滑肌细胞中CTGF基因的表达可以受维生素E的影响。此外,IGF-1与肝细胞中的生长因子等,可以诱导上皮细胞中CTGF的表达。可刺激肾小管上皮细胞中CTGF的表达,受草酸钙-水化合物晶体刺激时,可以增加。溶血磷脂酸(LPA)和血液含有的复合胺,对 GTP酶RhoA进行活化之后,可作用于CTGF基因的表达,而且可以刺激LPA、TGFβ的上调。
2.2 抑制CTGF表达的因素
2.2.1 肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNFα)
TNFα不仅可以促进炎症的发生,对基质金属蛋白酶的表达具有诱导作用,而且对于创伤愈合的初始阶段起着极其关键的作用。在间质起源的细胞,TNFα 能够抑制TGFβ对CTGF基因的诱导。Abraham等[39]专家发现,TNFα对皮肤纤维母细胞进行刺激时,TGFβ所诱导的CTGF基因的表达将会失效。kappa B(NF-kappaB,NF-κB)这一核转录因子中的抑制剂,可以使这种作用失效,说明了TNFα发挥作用时,可能需要经过NF-κB的信号路径。此外,TNFα能够阻断内皮细胞中CTGF基因的表达,其主要调节方式,包括一下几个方面:NF-κB的激活、MAPK的激活、Akt/PKB以及PI3K的磷酸化。
2.2.2 环磷腺苷(Cyclic Adenosine monophosphate,cAMP)
能够阻断TGFβ诱导正常大鼠肾成纤维细胞、NIH3T3细胞和心肌成纤维细胞中CTGF的表达的可能原因,包括两个方面:一是cAMP类似物的应用,二是细胞内cAMP含量的提高。,硬皮病患者的皮肤纤维母细胞内cAMP水平的提高,可以阻断CTGF基因的表达,纤维化症状进而减轻在于合成的前列环素的使用[40]。
2.2.3 切线应力
McCormick等专家[41]发现,人脐静脉中的内皮细胞,在处于切线应力6h与24h之后,可以提高CYP1A1与CYP1B1的表达,并且,CTGF 中mRNA的表达随之减少。原因可能在于,内皮细胞处于切线应力时,CTGF基因内含子4中的沉默基因CYP1A1,作用于 CTGF基因的下调表达。切线应力产生的CTGF的下调表达,另一可能原因是NF-κB的失活。这是因为,高浓度的NO是NF-κB的抑
制剂,而是产生NO需要切线应力这一强刺激。
2.2.4 高氧
Honda等[42]发现暴露于40%O2中的视黄醛色素上皮细胞CTGF mRNA水平较对照组(20% O2)明显减少,说明高氧环境抑制CTGF表达。
2.3 CTGF的调控机制
2.3.1 调控CTGF表达的信号传导分子
Leask等[43]专家发现,软骨瘤细胞膜上的280kDa中的CTGF结合蛋白,可能是一种低密度的脂蛋白受体的相关蛋白/(2-巨球蛋白受体(LRP)。,目前认为,纤维母细胞中存在的此种相关蛋白,是CTGF在该种细胞内的受体。另一协同受体是LPR在wnt等的信号路径。LPR不仅参与了CTGF的快速内化,而且还参与了被核内体(endosome)降解。目前存在两种关于CTGF与LRP结合的争论,一种是反映CTGF的清除机制;另一种是反应了信号传导机制。Grotendorst等[44]专家,率先确定在TGFβ应答元件TGFβRE/BCE-1与位十启动子序列-162bp和-128bp中, TGFβ对CTGF基因的诱导有特异性,能够作用于CTGF的基础表达,而且这种特异性不存在于其他基因中。在正常人的皮肤纤维母细胞中,由于CTGF启动子序列中包括TGFβRE,从而促进了 CTGF基因的基础表达。在硬皮病患者的皮肤纤维母细胞中,TGFβRE的前体--BCE-1,是增加CTGF的基础表达的一个主要影响因素。目前,已经明确了CTGF启动子中含有的功能性SMAD结合位点,它存在于肺、皮肤成纤维细胞和肾系膜细胞之内,TGFβ是CTGF基因表达中,必不可少的一个因素。由电泳分析,可知:SMAD3与SMAD4这两种蛋白是CTGF启动子上与SMAD结合位点相结合的产物。另一CTGF基因表达的调节,存在于不同类型细胞之间,主要靠Spl转录因子。CTGF启动子中的一种功能性的Spl结合位点,可以激活皮肤成纤维细胞中的CTGF启动子,但是,TGFβ诱导的CTGF基因表达中,不需要这种结合位点[45]。Chen等专家发现[46],细胞经过突变分析以及Spl抑制剂普卡霉素作用后,肾系膜细胞中的CTGF启动子的激活不需要这种结合位点。Kubota等专家[47]发现较多的调节序列存在于CTGF基因3’端的非翻译区。某顺式作用的抑制成分内,包含TNFR沉默基因、AT区域和IFN沉默基因等成分。在91个碱基以顺向与反向方式,克隆到荧光素酶受体结构时,荧光素酶的表达抑制可分别达到65.4%和46.1%。
2.3.2 调控CTGF表达的信号通路
生物体内,关于绝大部分的成纤维细胞的研究中,TGFβ是诱导CTGF基因表达的一个主要影响因素。TGFβ对CTGF的诱导表达,可以通过很多种信号路径,TGFβ利用受体激活的方式,对细胞内信号的传导过程进行启动,主要
有以下4种途径[48]:(1)SMADs
途径:一般情况下,首先,TGFβ与TGFβRII相
结合,并形成一种复合物,促使TGFβRI磷酸化、激活, TGFβRI的丝氨酸/
苏氨酸激酶活化之后,磷酸化细胞质中的SMAD2和SMAD3的C端SSXS基序,然后SMAD2/3与SMAD4结合,并形成复合物SMAD2/3-4,进而转移至细胞核内,并结合SMAD这一反应元件(Smad response element,SRE),从而,该基因的转录实现了启动或抑制;Holmes等专家在研究CTGF基因启动子的结构与功能的过程中发现,在其-175到-168位,包含一个SMAD反应元件,凝胶迁移试验表明,DNA基序(CAGACGGA)能够识别并结合SMAD3和SMAD4,类似于其他TGFβ靶基因启动子中所包含的SRE基序(GTCTAGAC)的结构,经过TGFβ刺激后,SMAD3/4能够有效地上调CTGF启动子的活性;(2)丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)途径:MAPK途径与SMADs途径之间,存在着信号串活效应,在R-SMADs分子连接区中的某些位点经过磷酸化后,MAPK阻断了SMAD2/3-4复合物进入到核内,最终阻断了SMADs途径;(3)cAMP/PKA(cAMP依赖性蛋白激酶,cAMP-dependent protein kinase,PKA)途径:Groterdorst等专家经过研究发现,cAMP/PKA通路可负向作用于TGFβ所诱导的CTGF基因表达;Duncan等[49]专家发现,在提升靶细胞中的cAMP水平时, CTGF的基因表达和胶原合成可以进行选择性的抑制;(4)经过活化的磷脂酶C、蛋白激酶C(protein kinase,PKC)等途径来实现表达。蛋白激酶C的活化能够抑制CTGF中 mRNA的表达,在PKC和酪氪酸激酶活性得到抑制以后,CTGF的基因表达得到刺激诱导。此外,通过减少TGFβ刺激的Smad3过度表达过氧化物酶体增殖物激活受体((peroxisome proliferator-activated receptory,PPAR()可以CTGF启动子活性进行抑制,前列腺素可通过其抑制TGFβ对CTGF的基因表达与诱导;TNF,可以通过NF-κB、JNK激酶、MAPK活化的PI3K的磷酸化等途径
抑制CTGF
基因表达[50, 51]。此外,PGE2通过提高cAMP活性,激活PKA或
PKA活化酶,促进转录因子CPB/P300的磷酸化,抑制其与APl之间的作用,从而对CTGF的转录进行抑制。
2.3.3 CTGF转录水平的调控
当发生机体损伤和纤维化时,CTGF进行表达,同时影响了细胞外基质的生成。TGFβ对CTGF表达,起到选择性的作用。TGFβ的顺式调控元件(TGFβRE)存在于CTGF基因启动子序列之中,当该元件的突变时,TGFβ将会完全丧失其诱导活性。另外,PDGF、成纤维细胞中的生长因子(fibroblast growth factor,FGF)对CTGF的诱导作用不大。TGFβ通过SMAD2、3和4影响基因的表达,SMAD6和7的特性则是对SMAD受体的相互作用产生拮抗作用。SMAD2和3与I型TGFβ受体激酶立刻产生相互作用,羧基端进行磷酸化,接着SMAD2或SMAD3与SMAD4结合成复合物,转移到核内,从而对靶基因表达进行激活。DNA中的GTCTAGAC这一基序,可提供SMAD3与SMAD4所形成的复合物的结合位点。当SMAD3与SMAD4转染为纤维细胞时,可极大地促进CTGF中