2013年10月第3卷第5期Chin J DigestMedImageol(Electronic Edition) Q to : .综述. 转化生长因子I3 1与胰岛素样生长因子 结合蛋白关系的研究进展 张建华刘立新 【摘要】 转化生长因子B1(TGFIM)是多种细胞分泌的多功能生长因子,可以调节细胞的生长、 分化、黏附、迁移、凋亡以及细胞外基质的沉着、免疫应答等生命活动。TGFI31在多种病理过程,特别 是组织和器官的创伤愈合和纤维化形成中发挥重要作用。胰岛素样生长因子结合蛋白(IGFBP)是一 组具有同源结构的蛋白质,具有调节细胞生长、黏附、凋亡、血管生成、肿瘤发生等功能。TGFI31和 IGFBPs共同存在于多种生理和病理过程中,TGFIM与不同IGFBP的关系多种多样,与同一IGFBP在 不同组织或器官中的关系也不尽相同。 【关键词】 转化生长因子B1; 胰岛素样生长因子结合蛋白质类; 信号通路 The relationship between TGF阻and IGFBPs ZHANG Jian—hua,LIU Li—xin.Department of Gastroenterology,Experientmal Center of Science and Research,First Hospital of Shanxi Medical University, Taiyuan 030001,China Corresponding author:L1U Li—xin,Email:lixinliu6@hotmail.com 【Abstract】Transforming growth factorl31(TGFI31)is a muhi-functional growth factor secreted by a variety of cells,it can regulate growth,differentiation,adhesion,migration and apoptosis of cells,precipitation of extracellular matrix.immune response and other life activities.TGFI31 plays an important role in a variety of pathological processes,especially in wound healing and fibrosis of tissues and organs.Insulin—like growth factor binding proteins(IGFBPs)are a group of proteins with homologous structure.IGFBPs can regulate various cellular processes such as cell growth,cell adhesion,apoptosis,angiogenesis,tumorigenesis and other functions.TGFI31 and IGFBPs co—exist in a variety of physiological and pathological processes.The relationships between TGFI31 and different IGFBPs are multitudinous.The relationships between TGFI31 and the same IGFBP are not the same in different tissues and organs. 【Key words】Transforming growth factor betal; Insulin-like growth factor binding proteins; Signaling pathway 转化生长因子B1(transforming growth factorl31, TGF ̄I)是具有多种功能的细胞因子,参与调节多种 时存在于多种生理病理过程中,或相互促进,或相互 拮抗,共同参与生命进程或细胞反应的调节。现就 目前国内外TGF131与IGFBPs的关系进展作一 综述。 一细胞的生命活动和生理过程,包括细胞生长、分化、 黏附、迁移、凋亡以及细胞外基质(extracellular ma— trix,ECM)的沉着、免疫应答等。TGFI31生物学效应 的发挥一般与信号通路的激活有关,包括经典的 、TGF131功能简介 TGF131最初被发现时,由于其能使正常培养的 成纤维细胞表型发生转换,因此被命名为转化生长 Smad信号通路和非Smad信号通路。胰岛素样生长 因子结合蛋白(insulin.1ike growth factor binding pro— tein,IGFBP)是胰岛素样生长因子(insulin—like growth factor,IGF)家族的重要成员,在多种细胞生 长、分化和存活的调节中发挥作用,其作用方式包括 IGF依赖性和非IGF依赖性。TGF ̄I与IGFBPs同 DOI:10.3877/cma.j.issn.2095-2015.2013.05.013 因子t31。TGF131是TGF13超家族的成员,TGF13超 家族还包括TGF132和TGF133另外两种亚型,三者 在体外的生物学功能基本相同,而在体时却不相同。 生理状态下,TGF[31主要由淋巴细胞、巨噬细胞、血 小板等分泌,活化后具有多种生物活性,包括调节细 胞的生长、分化、黏附、迁移、凋亡以及ECM的合成 基金项目:国家自然科学基金(30871146) 作者单位:030001 太原,山西医科大学第一医院消化科,科研 实验中心 和降解、免疫应答等生命活动。近年来研究发现 TGF ̄I参与多种组织和器官的创伤愈合过程¨J, TGF131的过度表达可以调节ECM的产生和转归, 最终形成瘢痕或纤维化,因此,TGFI31被认为是纤 通讯作者:刘立新,Email:lixinliu6@hotmail.com 2013年10月第3卷第5期Chin J Digest Med Imageol(Electronic Edition),October 2013 Vol 3.No.5 维化形成中最强的细胞因子 ]。 TGF131的活化是一个可逆的过程,该过程主要 肝细胞分泌的一种蛋白。为了确定IGFBP1是否能 防止肝细胞凋亡的直接刺激引起的肝损伤,Leu 由其前体潜在相关肽(1atency.associated peptide, LAP)进行调节。活化的TGF131被分泌至细胞外, 可与细胞膜上的相应受体结合进行信号转导, Smads蛋白是传递其细胞内信号的重要信号分子, 磷酸化后转移至细胞核,发挥转录因子的作用,调节 目的基因的转录_3 J,即经典的TGFI31/Smad信号通 路。TGF131的非Smad途径主要包括:(1)作用于 等 通过IGFBP1基因敲除鼠和抗IGFBP1抗体预 处理的小鼠在体研究发现,在IGFBP1缺乏的肝脏 中活化的TGF131表达提高,经IGFBP1处理后 TGF131的表达下调;IGFBP1预处理可减少活化 TGF131的积累。 Worthmann等 研究IGFBPs在肾小球疾病的 发病机制中发现,活动性局灶肾小球硬化患者足细 Ras蛋白,进而调节细胞外信号调节激酶1/2(extra— cellular signal regulated kinase,ERK1/2)通路的活 性;(2)作用于转化生长因子B激酶1(TGF13.activa. ted kinase 1,TAK1)等,进而调节p38和C.jun氨基 末端激酶(c-jun N—terminal kinase,JNK)通路的活 性;(3)直接调节磷脂酰肌醇3一激酶(phosphatidyli— nositol 3-kinase,PI3K)通路的活性 。由于TGF131 活化后引起如此复杂的信号通路变化,所以它才具 有广泛的生物学功能。 二、IGFBP简介 IGFBP是一组结构中具有同源序列的蛋白质, 由于IGFBP1-6与IGF具有高结合力而被命名为IG. FBP,目前发现其超家族至少有15个成员。但后续 发现的成员与IGF的结合力较低,因此重新命名为 胰岛素样生长因子结合蛋白相关蛋白(insulin like growth factor binding protein-related protein,IGFBP- rP)1-9,其中IGFBP.rP2-4、IGFBP. 一9又属于即刻 早期基因CCN家族。IGFBP主要在肝脏合成,广泛 地分布于多种细胞和体液中,其中IGFBP3的含量 最多,其浓度是其他IGFBP的l0倍左右。IGFBPs 参与器官生长和功能的调节,在多种生理和病理的 过程中扮演了重要角色 J。IGFBP1-6可以与IGF 有力结合而阻止其与IGF受体的结合,进而调节 IGF轴的功能。IGFBP可以在IGFBP蛋白酶的作用 下裂解,使其与IGF的结合能力下降,IGFBP蛋白酶 的活性又受到体内一些细胞因子和激素的调节。此 外,IGFBPs还可通过多种细胞信号转导途径发挥其 不依赖于IGF的生物学作用 J。 三、与TGFI31相关的IGFBP TGF131与IGFBP共同参与多种生理和病理过 程,TGF131可诱导部分IGFBP的产生,也可抑制部 分IGFBP的生成。IGFBP可参与TGF131的Smad和 非Smad信号通路的调节。本文将对TGF131与IG. FBP在各种生物学进程中的相互关系分别进行 总结。 1.IGFBP1与TGF131:IGFBP1是正常肝再生时 胞标记蛋白阳性的细胞分泌大量IGFBP1;用TGF131 刺激微血管内皮细胞后其IGFBP1的表达量增加。 2.IGFBP2与TGF131:肝脏是[GFBP2的主要来 源,主要由肝细胞合成和分泌。刘立新等_9 。。用不 同浓度的TGF131作用人肝细胞株(HL-7702)24 h 后,用免疫细胞化学染色法观察IGFBP2的表达变 化。发现TGF131作用于肝细胞使之发生损伤的同 时IGFBP2的表达也显著增强。用不同浓度的 TGF131作用于大鼠肝星状细胞株(HSC.T6)24 h,免 疫细胞化学及Western.blot均检测到IGFBP2的表 达明显增强,并且TGF131浓度为4 L时该作用 最强。 有证据表明,IGFBP2在肿瘤细胞株中有不依赖 于IGF的作用。IGFBP2诱导的基因表达对细胞增 殖,细胞黏附,细胞迁移和凋亡具有重要意义。乳腺 癌细胞株Hs578T自身不产生IGFBP2,Frommer 等_l 用重组的IGFBP2刺激Hs578T细胞后,发现 有77个基因的表达直接受到影响;用实时定量 PCR、Westem—blot和免疫检测均可发现经IGFBP2 处理后,该细胞TGF131基因表达显著上调。 3.IGFBP3与TGF131:IGFBP3是血中含量最高、 作用最强的结合蛋白,主要在肝脏合成。IGFBP3属 于超家族中的高亲和力型,只与IGF结合。其氨基 酸序列中存在人核定位序列(NLS),可阻遏IGF—I 受体基因的表达,启动凋亡相关基因(ced一3)的表达 而抑制癌细胞的增殖,促进其凋亡。Natsuizaka 等_1 研究发现,IGFBP3在食管鳞状细胞癌时常过 度表达,并且可促进TGF131介导的人食管上皮细胞 的上皮向间质转变(EMT)作用,该过程伴有Smad2 和Smad3的磷酸化;针对IGFBP3进行RNA干扰, 可以抑制TGF131介导的上皮向间质转变和细胞侵 袭作用。 在人肾细胞癌细胞中,IGFBP3可以调节IGF—I 的促生长效应,并且IGF与TGF13信号通路具有直 接的交互作用。Rosendahl等¨ 发现IGF.I可增强 TGF13信号通路的活性,TGF131可促进IGFBP3生 44・ 中华消化病与影像杂志(电子版)2013年1O月第3卷第5期Chin J Digest Med Imageol(Electronic Edition),October 2013,Vol 3,No.5 成,进而影响IGF的生物学活性。 7.IGFBP7与TGFI31:IGFBP7即IGFBPrP1,是 肝脏是合成IGFBP3的主要器官,肝硬化患者 最早被命名的IGFBPrP,也是目前研究最多的蛋白。 IGFBP7在人体内分布广泛,在不同的组织和器官中 肝细胞的合成能力下降,血清IGFBP3中水平也明 显下降。刘立新等 用ELISA法检测了肝硬化患 者血浆中IGFBP3和TGFI31的水平,发现肝硬化患 者血浆IGFBP3的水平则明显降低,同时TGFI31水 平明显增高,且血浆中IGFBP3与TGF[31的水平呈 负相关。 4.IGFBP4与TGF ̄I:肝脏受损时,组织和血清 中IGFBP4的含量会增高。刘立新等 用不同浓度 具有不同的命名,如最初的脑膜瘤相关cDNA (MAC25)以及肿瘤黏附分子(TAF)、血管生成因子 (AGM)、前列环素刺激因子(PSF)等。目前对于 IGFBP7的研究主要涉及肿瘤、糖尿病和肝纤维化等 方面。目前的研究认为,IGFBP7在肿瘤中作为一种 抑癌基因而存在。Pen等 发现IGFBP7是胶质母 细胞瘤血管的一种选择性生物标记物,在肿瘤内皮 的TGF[31作用人肝细胞株(HL一7702)24 h后,用免 疫细胞化学染色法观察了IGFBP4的表达变化,发 现TGF[31作用于肝细胞使之发生损伤的同时IG. FBP4的表达也显著增强。Gonzalez等 采用含和 不含TGF[31的培养基培养兔骨膜移植组织,然后用 实时定量RCR检测IGFBP4的mRNA,IGFPB4的蛋 白水平,发现体外培养的骨膜移植组织中TGF ̄I可 以调节IGFBP4的表达。 5.IGFBP5与TGF[31:IGFBP5是最保守的胰岛 素样生长因子结合蛋白,可通过IGF非依赖性途径 来抑制细胞迁移、增殖,促进细胞凋亡 16]。IGFBP5 是调节骨内IGF活性的重要分子,可刺激成骨细胞 的有丝分裂,同时骨内的IGFBP5也受到IGFs和其 他激素、生长因子的调节 17]。TGF[31是公认的骨生 成刺激因子,Govoni等 发现TGFI31刺激在小鼠 成骨细胞分化的过程中IGFBP5的表达显著增加。 TGF[3和IGFs在肌发生的调节中发挥关键作用, Rousse等 发现,在IGFs诱导小鼠肌母细胞中, TGF[31可以降低IGFBP5转录和蛋白水平,并阻止 肌细胞的分化,且该作用是通过其非Smad途径JNK 通路来实现的。 6.IGFBP6与TGFI31:肝脏是IGFBP6的主要来 源,而肝星状细胞(hepatic stellate cells,HSC)是IG. FBP6主要甚至是唯一的来源 j。刘立新等 叫用 不同浓度的TGF[31刺激体外培养的HSC.T6,通过 免疫细胞化学染色和Western—blot分析,TGF ̄I作 用24 h后HSC—T6中IGFBP6的表达水平均显著增 加,且其浓度为4 g/L时作用最强。 纤维肉瘤与正常纤维组织基因表达差异性分析 显示纤维肉瘤中IGFBP6的表达下调。Amini等_2 用重组的TGF[31作用于硬纤维瘤细胞24 h后, qPCR检测发现尽管硬纤维瘤细胞IGFBP6表达是 下调的,TGF[31作用后可进一步抑制其表达;不同 细胞株中促IGFBP6表达的因子在TGF[31作用后也 显著下调。 细胞和血管基底膜强烈表达,脑内皮细胞中的IG. FBP7可能被胶质母细胞瘤分泌的TGF[31诱导,该 作用很可能是通过TGF[31/ALK5/Smad-2途径来实 现的。 刘立新等 发现IGFBP7是新的致肝纤维化 因子,IGFBP7在硫代乙酰胺(TAA)诱导的肝纤维化 小鼠的肝组织中表达显著升高,IGFBPrP1还可促进 体外培养的HSC—T6活化,使其I型胶原、纤维连接 蛋白的合成和分泌增加,IGFBPrP1抗体可以减少肝 星状细胞的活化和细胞外基质的沉积;腹腔注射 IGFBP7可使野生型小鼠肝组织的胶原纤维增生的 该过程中伴有TGF ̄I的表达上调 。TGF[31刺激 体外培养的HSC后,可使其IGFBP7的分泌增 加 。以上结果提示IGFBP7致肝纤维化过程中与 目前已知的致肝纤维化最重要的细胞因子TGF[31 可能具有互为因果的关系。 8.IGFBP8与TGF[31:IGFBP8即结缔组织生长 因子(connective tissue growth factor,CTGF)、CCN2, 是CCN家族成员。CTGF最初在人类脐静脉内皮细 胞培养中被分离出来,在人体多种组织和器官中广 泛分布。CTGF参与体内多种生理和病理过程的调 节,如胚胎发育、血管生成、损伤修复、纤维化形成 等。CTGF与TGFI31共同存在于多种疾病的进程 中,如器官和组织的纤维化疾病、心血管疾病、肾脏 疾病等 。CTGF基因的启动子中存在TGF ̄I反 应元件和Smad调控元件,在纤维化疾病中,CTGF 是TGF[51信号的下游效应分子,可介导TGF ̄I的 促纤维化效应 。Gressner等 用TGF[31刺激 体外培养的肝细胞,发现其CTGF的表达和分泌大 大增强。 综上所述,TGFI31与不同IGFBPs的关系多种 多样,即使同一IGFBP在不同的生物学效应中与 TGF[31的关系也不尽相同。表明细胞因子和生长 因子发挥作用具有组织和细胞特异性。众所周知, 蛋白质分子的功能是由其结构所决定的。从IG. 0月箍 卷第5期Chin J Digest Med Imageol(Electronic Editi0n).Oct0ber 2013.V01 3.N0.5 FBP、IGFBPrP和CNN等蛋白家族的命名及其生物 学效应来看,整个蛋白分子可能不是生物学反应中 的最小单位,同~蛋白具有的多种生物学效应可能 与其结构域有关。 参考文献 17 Conover CA.Insulin.1ike growth factor—binding proteins and bone metabolism.Am J Physiol Endoerinol Metab.2008. 294(1):10.14. 18 Govoni KE,Amaar YG,Kramer A.et a1.Regulation of insulin—like growth factor binding protein-5,four and a half lim-2,and a disintegrin and metalloprotease.9 expression in osteoblasts.Growth Horm IGF Res,2006,16(1):49-56. 19 Rousse S,Lallemand F,Montarras D,et a1.Transforming growth factor—beta inhibition of insulin.1ike growth factor. binding protein-5 synthesis in skeletl muscle cellas involves 1 Douglas HE.TGF一31in wound healing:a review.J Wound Care.2010,19(9):403-406. 2 Pohlers D,Brenmoehl J,L6flfer I.et a1.TGF.beta and ifbrosis in different organs.molecular pathway imprints. a c-Jun N-terminal kinase.dependent pathway.J Biol Chem,2001,276(5O):46961-46967. 20 Boers W,Aarrass S.Linthorst C.et a1.Transcriptional profiling reveals novel markers of liver fibrogenesis:gremlin Biochim Biophys Acta,2009,1792(8):746-756. 3 Liu T.Feng XH.Regulation of TGF—beta signalling by protein phosphatases.Biochem J,2010,430(2):191—198. 4 Mu Y,Gudey SK,LandstrSm M.Non.Smad signaling and insulin-like growth factor binding proteins.J Biol Chem,2006,10(4):69.71. 21 Amini Nik S,Ebrahim RP.Van Dam K.et a1.TGF.beta modulates beta—Catenin stability and signaling in pathways.Cel1 Tissue Res,2012,347(1):l1.20. 5 Wo1f E。Schneider MR。Zhou R.et a1.Functional consequences of IGFBP excess.1essons from transgenic mesenchymal proliferations.Exp Cell Res,20o7,313(13): 2887—2895. mice.Pediatr Nephro1.2005,20(3):269—278. 6 Rieort JM.Insulin.1ike growth factor binding protein 22 Pen A,Moreno MJ。Durocher Y,et a1.G1ioblastoma. secreted factors induee IGFBP7 and angiogenesis by modularing Smad一2 dependent TGF—beta signaling. 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