国外医学神经病学神经外科学分册2000年第27卷第2册

南医科大学附属第二医院 （410011）胡治平（综述）

湖南医科大学附属湘雅医院 （410008）杨期东（审校）

摘 要：转化生长因子β（TGFβ）是由112个氨基酸残基组成的分子量为25KD的双聚体活性多肽，与细胞膜上相应的三种受体结合而发挥作用。脑缺血后TGFβ表达明显增加，TGFβ可抵御脑缺血损伤，其作用机制可能与TGFβ稳定细胞内钙浓度，拮抗兴奋性氨基酸的神经毒性、抗氧化、抗细胞凋亡和促血管增生等方面有关。

关键词：转化生长因子β脑缺血

1.TGFβ的生物学特点

根据基因克隆和序列分析，证明细胞最初合成的TGFβ是一类由390个氨基酸组成的无活性前体蛋白，这种前体蛋白N端经酶解可获得2个成熟肽单体，各含112个氨基酸。已知非活化TGFβ₁在体外被酸、碱尿素、SDS、蛋白酶等外理后可转化为活性型TGFβ₁。活性TGFβ是由2个单体通过二硫键相连的同质二聚体多肽，分子量为25KD。这种由二硫键连结而成的双聚体结构是维持TGFβ三维空间构型及生物学活性的分子基础。已证明人、猪、牛、猴的成熟TGFβ₁序列完全相同，与鼠之间只有一个氨基酸不同，其前体中均含有Arh-Gly-Asp-Leu序列^[1]。近年来的研究发现，体内多种活性分子（及其编码基因）的结构或功能与TGFβ密切相关。例如，参与雌性生殖器官发育的缪勒氏管抑制物质（MIS）以及骨形成相关的骨形态发生蛋白（BMP）均与TGFβ有不同程度的同源性，它们共同组成了TGFβ家族，并与细胞生长、分化、胚胎早期发育有密切相关。TGFβ₁对一些类型的细胞具有抗增殖效应，但在发育和组织修复中却促进另外一些细胞生长。血小板将其丰富的TGFβ₁传送到创作组织，可刺激伤口的愈合。过量的TGFβ₁活性是肾脏、肝脏和肺的纤维化异常中瘢痕组织形成和胞外基质积累的罪魁祸首^[2]。

2.TGFβ受体（TβR）及信号传递

不同细胞表面至少有9种蛋白分子能与TGFβ结合，但其中只有三种属于TGFβ受体，即TβRI、Ⅱ、Ⅲ。除了人视网膜母细胞和鼠嗜铬细胞瘤外，几乎所有正常和转化细胞表面都表达一种或数种TβR。正常情况下，每个细胞能同时表达三种受体，但其数目依动物种系、细胞类型及培养条件的不同而各异。活化TGFβ与相应受体有高亲和力，其解离常数约为25～140pm。I、Ⅱ型受体是参与TGFβ信息传递的分子，分子量为53KD和75KD。TβRⅡ胞质区融合蛋白，后者可在丝氨酸/苏氨酸残基外发生自身磷酸化，这可能是TGFβ信号传递的重要机制。TβRI、Ⅱ与大多生长因子的受体不同，它们不属于酪氨酸激酶，而是跨膜的丝氨酸/苏氨酸激酶，且对配体的下行调节作用具有对抗性。TβRI、Ⅱ在胞外区N端含有5个半胱氨酸的保守序列，该位点介导TGFβ和受体结合，使胞内丝氨酸/苏氨酸激酶充分活化，导致胞内某些蛋白质磷酸化，进而介导相应效应。已发现，TβRI、Ⅱ分子胞内区三维结构的差异决定它们分别导致不同靶分子的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化，并因此显示不同的生物学效应。^[3]

TGFβ与TβRI、Ⅱ结合后形成异聚体复合物，TβRⅡ连结TβRI与TGFβ，TβRI负责传递TGFβ信息。TβR和TβRⅡ复合物的完整性是TGFβ的信息传递所必需的。在TGFβI缺陷的细胞中，TβRⅡ可结合配体但没有TGFβ的信号反应；TβRI的转染可以恢复对TGF的反应。TβRⅡ缺陷的细胞中，用不含胞浆区的TβRⅡ转染允许TGFβ与TβR i进行结合，但没有信号的反应；野生型TβRⅡ进行转染后反应恢复^[2]。可见，细胞对TGFβ刺激的应答在很大程度上依赖于I、Ⅱ型受体间的相互作用。

3.脑缺血时TGFβ的表达变化

通过对缺血性中风病人死后24小时脑标本研究发现，TGFβ1mRNA表达的缺血半暗区最强，而对侧半球表达很弱或无^[4]。大鼠大脑中动脉持续性闭塞（PMCAO）二天后，缺血区皮质TGFβ₁mRNA表达显著增加（与假手术比较增加3.2倍，P＜0.01），持续到15天（增加3.6倍），与TNFα、IL-1β和IL-6 mRNA表达时间比较，TGFβ₁mRNA表达时间明显滞后^[5]。大鼠短暂性大脑中动脉闭塞（TMCAO）缺血6小时后，在缺血区外的扣带回和额叶皮质可见神经元与小胶质细胞TGFβ1mRNA表达，第1周期间，表达TGFβ₁的小胶质细胞和巨噬细胞总数迅速增加；随后3周TGFβ₁mRNA表达主要限一地新皮质半暗区；3月后，则限于前连合活化的小胶质细胞^[6]。鼠短暂性全脑缺各有，TGFβ₁mRNA表达在6小时至2天内全脑弥漫性出现，随后逐渐消退。从缺血后第1天起齿状回门及缺血后第2～4天在CA₁区均有TGFβ₁mRNA信号大量增加，这两个脑区均显示选择性神经元退变。齿状回门TGFβ₁mRNA表达高峰在第4天，而在CA₁区mRNA的表达持续到最后一个要检查时间点--第21天。小胶质细胞出现双相反应，即一个短暂的全脑反应和一个在选择性神经元退变区出现的与持久性损害相关的反应^[7]。另有实验结果也显示，TGFβ₁表达呈两种模式，即早期的普遍表达和后期的与损伤有关的表达。第一期反应出现的24小时以前，最早在缺血2小时就发现有TGFβ₁的大量表达，遍布于双侧大脑半球，缺血区略重于非缺血区，持续再灌后24小时基本消失。该期在染色时显示比较弥散。第二期反应见于再灌注24小时以后以缺血区最突出，细胞内的表达仅见于梗塞灶周边区。TGFβ2的表达只有相当于TGFβ1的第二期反应，但表达强度（染色深浅）大于TGFβ₁的表达。Vivien等研究TGFβ受体（TβR）在缺血后脑内的表达，结果提示TβRⅠ、ⅡmRNAs及其蛋白存在于中枢神经系统和培养的皮质神经元与星形胶质细胞中，但在小鼠PMCAO缺血3～21天TGFβⅡ表达明显下降^[8]。

4.TGFβ可抵御缺血损伤

在实验性动物脑缺血模型研究中，给予TGFβ₁可减少脑梗塞面积^[9]。血管内皮素（Et-1）含量增加在缺血/再灌损伤中与高血压和神经元损害有关，多核细胞（PMNS）存在也直接与神经病理有关。将人脑内皮细胞（CWSECS）用Et-1培养，发现Et-1诱导中性趋化因子IL-8增加2～3倍，随Et-1增加IL-8产生，炎性细胞因子TNF和IL-1β功能增强。相反，TGFβ可完全消除Et-1对IL-8的诱导作用^[8]。阻断体循环低血压雄性Vistar大鼠双侧颈总动脉造成前脑缺血10分钟，1周后组织染色检测，缺血前1小时脑室内（ICV：0.5、和50ng）或海马内（40ng）注入TGFβ，结果发现短暂前脑缺血引起CA₁海马锥体细胞广泛变性，TGFβ₁可明显减少CA₁海马锥体细胞广泛变性，TGFβ₁可明显减少CA₁海马锥体细胞损害；体外研究，取E17鼠胚海马神经元，培养10～14天，细胞被置入（1）S-nitriosocystein(SNOC)中诱导NO氧化损伤，和（2）Staurosporine中诱导细胞凋亡，发现若培养前给予TGFβ预处理或培养后给予TGFβ1治疗均能抑制NO和Staurosporine神经毒素作用^[9]，此外，TGFβ₁引起周围血中性白细胞快速、选择性下降，减少兴奋性氨基酸所致神经损伤，减少胶质细胞的反应。成骨蛋白6-1（OP-1）——TGFβ超家族成员，可选择性诱导培养中神经元树突生长，于鼠大脑中动脉闭塞所致脑梗塞后1、4天给予重组OP-1治疗，显示OP-1治疗能促进受损感觉动动功能恢复^[11]。

5TGFβ抵御脑缺血损伤的可能机制

5.1稳定细胞内钙浓度

研究表明TGFβ₁能抑制小胶质细胞活化从而在缺血操作中起神经保护作用^[12]，但TGFβ₁可能也对星形胶质细胞和神经元起作用^[13]。已知谷氨酸神经元体过度激活在缺血性神经损伤病理生理过程中起重要作用，NMDA和非NMDA拮抗剂在一些缺血模型研究中具神经保护作用^[14]，TGFβ₁可以使培养中的神经元不受NMDA受体介导的兴奋性毒素损伤^[13，15]，TGFβ₁的这种保护作用，可能通过增加Bcl-2产物，降低Ca²⁺浓度，稳定细胞内钙有关^[15]。

5.2拮抗兴奋性氨基酸神经毒性及抗氧化作用

谷氨酸神经毒性部分是由于其增加自由基产生。文献报告NMDA诱导Ca²⁺依赖性超氧自由基产生增加^[16]，脑缺血期间神经元Ca²⁺超载，激活NO合成酶，若阻断这种酶合成可显著减少脑缺血梗塞面积^[17]，纯合子突变鼠缺乏神经元性NO合成酶基因表达能显著减轻脑缺血后神经元损伤^[18]。TGFβ₁能抵御NO介导的海马神经元损伤说明TGFβ₁也能下调谷氨酸受体过度活化^[9，11]。

5.3抗细胞凋亡作用

已有证据表明抑制RNA和蛋白质合成可以减少海马CA₁区神经元损伤程度，且在全脑缺血后大脑选择性易损区检测到DNA片段和凋亡特征性形态变化^[19]，TGFβ₁能拮抗Staurosporine介导的神经细胞凋亡^[9]，也能通过上调Bcl-2蛋白表达显晃抗神经元凋亡作用^[15]。

5.4促血管增生作用

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