全 文 ：生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第22卷 第2期
2010年2月
Vol. 22, No. 2
Feb., 2010
文章编号 ：1004-0374(2010)02-0169-04
收稿日期：2009-07-27；修回日期：2009-09-16
基金项目：国家自然科学基金项目(30371834); 上海市
教育委员会重点学科(第五期) (J50301)
*通讯作者：Email: yuezhang_shanghai@yahoo.com.cn
逆转肾小管上皮细胞转分化的Smad 信号转导机制
郝艳鹏，张 悦*
（上海中医药大学科技实验中心，上海201203）
摘　要：肾小管上皮细胞转分化(tubular epithelial to menchymal transdifferentiation，EMT)是肾小管间质
纤维化的重要病理机制之一。致纤维化细胞因子TGF-β 通过几种信号转导途径调节EMT，其中TGF-β/
Smads 信号通路发挥核心作用。目前研究表明，Smad7、HGF、BMP-7 等可通过调控 Smads 信号通路
而逆转 EMT，这为肾间质纤维化的防治提供了新的思路。该文主要介绍 TGF-β/Smads 信号通路在 EMT
发生的作用，以及 Smad7、SnoN、HGF、BMP-7 等分子是如何通过抑制 Smads 信号通路而发挥逆转
E M T 作用的。
关键词：肾小管上皮细胞；转分化；逆转；信号转导
中图分类号： R363.2 文献标识码： A
The mechanisms of reversing tubular epithelial myofibroblast
transdifferentiation by Smad signal transduction
HAO Yan-peng, ZHANG Yue*
(Experiment Center for Science and Technology, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, Shanghai 201203, China)
Abstract: Tubular epithelial myofibroblast transdifferentiation (EMT) is an important pathomechanism of renal
tubulointerstitial fibrosis. Transforming growth factor-β (TGF-β) is the most potent inducer that is capable of
initiating and completing the entire EMT course by several signal transduction pathway, among which, TGF-β
Smads is the most important one. Studies indicated that Smad7, SnoN, HGF, BMP-7 could reverse EMT by
regulating Smads signal pathway, which represents a potential therapeutic approach to renal tubulointerstitial
fibrosis. This review tries to interpret the role of TGF-β Smads signal pathway in EMT and the way through which
Smad7、SnoN、HGF and BMP-7 reverse EMT by inhibiting Smads signal pathway.
Key words: renal tubular epithelial cell； transdiferentiation；reverse；signal transduction
肾间质纤维化是各种原因导致慢性肾脏疾病发
展到晚期的共同病理改变，其主要病理改变是实质
细胞的减少、间质细胞和细胞外基质(extracellular
matrix,ECM)的异常增多。肾小管上皮细胞转分化
(tubular epithelial to menchymal transdifferentiation，
EMT) 是肾小管间质纤维化发生和发展的重要病理机
制之一。E M T 形成的成肌纤维细胞通过大量产生
EC M 参与肾纤维化的形成。EMT 过程受到多种因
素影响，并有多条信号转导通路参与调节。其中致
纤维化细胞因子TGF-β 通过Smads 信号转导通路促
进 E M T 的发生。同时抗纤维化细胞因子 H G F 、
BMP-7 通过调节Smads 信号转导通路对EMT 的发生
有抑制作用。本文就TGF-β/Smads 信号通路在EMT
发生的作用，以及 Smad7、SnoN、HGF、BMP-7
等分子逆转EMT作用的Smads 信号转导机制做一综
述 。
1　EMT 的概念及关键环节
转分化(transdifferentiation)是一种分化完全的细
胞丢失其原有的表型特点而转变为其他类型细胞的
170 生命科学 第22卷
一种特定的生理病理过程，在正常成人肾、肝、甲
状腺和乳腺等器官中存在。发生在肾小管的转分化
称为上皮细胞-间充质细胞转化(epithelial to mesen-
chymal transition，EMT)或小管上皮细胞-肌成纤维
细胞转分化(tubular epithelial myofibroblast
transdifferentiation，TEMT)。Strutz等[1]在抗肾小
球和肾小管基底膜肾炎的小鼠模型中发现，疾病早
期阶段部分肾小管上皮细胞表达成纤维细胞特异蛋
白-1(fibroblast-specific protein，FSP-1)， 随着间质
纤维化的进展，FSP-1 阳性的肾小管上皮细胞和肾
间质细胞增多。用FSP-1 基因转染小鼠肾小管上皮
细胞后，后者呈现成纤维细胞样的表型,表达波形蛋
白并失去角蛋白的表达特征，由此证实了肾小管上
皮细胞转分化的存在。
Yang和 Liu[2]认为 EMT可能是一种有序的调节
过程，有四个关键步骤：(1)上皮细胞失去黏附能
力；(2) α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,
α-SMA)的表达；(3)肾小管基底膜的破坏；(4)细胞
迁移和侵袭能力增强。
正常情况下小管上皮细胞通过各种细胞黏附机
制彼此紧密连接，形成完整的上皮细胞层。位于黏
附连接处的E-钙黏蛋白是一种黏附受体，在维持肾
小管上皮结构的完整和极性中发挥重要作用。TGF-β1
诱导EMT的早期改变即抑制E-钙黏蛋白的表达，导
致肾小管上皮结构完整性破坏，上皮细胞失去黏附
特性，从基底膜上脱落下来。肌动蛋白细胞骨架重
组及 α-SMA 的表达不仅提示了细胞形态的改变，胞
浆内肌丝也从上皮型的角蛋白(cytokeratin)转变为间
叶细胞的波形蛋白(vimentin) 。这些改变为转分化
细胞的迁移、侵袭、收缩能力的增强提供了结构基
础[3 ]。
2　EMT 中信号转导通路
EMT 受多种细胞因子、生长因子和激素的调
节，其中TGF-β1是最重要的促纤维化因子, 在病理
条件下可触发和完成EMT 的全过程。Smads 信号转
导是 TGF-β 诱导 EMT 的关键通路。TGF-β 可与跨
膜受体结合而发挥生物学效应，与TGF-β 结合的受
体是具有丝氨酸／苏氨酸激酶活性的异二聚体，分
别为 I 型、Ⅱ型受体。TGF-β 首先与Ⅱ型受体结
合，引起I 型受体磷酸化而激活，进而催化其下游
信号分子Smads 磷酸化，引起一系列信号转导的级
联反应[4]。
2.1　TGF-β/smad 诱导EMT的机制及其负反馈调
节机制
Smads 家族是TGF-β 家族信号转导通路中的胞
浆递质，按功能分为三类：受体调节性 S m a d s
(R-Smads，包括Smadl、2、3、5和 8)、Co-Smads
(Smad4)和 I-Smads(包括Smad6、7) [4]。R-Smads
能被I型受体激活，它又被分为两类：Smadl, Smad5
和Smad8受骨形成蛋白(bone morphogenetic protein，
BMP)特异性激活，而Smad2 和 Smad3 受 TGF-β 和
激活素(activin)特异性激活。Smad4是 TGF-β 家族
各类信号转导过程中共同需要的介质。I-Smads 可
与激活的I型受体结合，抑制TGF-β 家族的信号转
导。TGF-βI 型受体活化后可催化R-Smads(Smad2、
3)磷酸化，磷酸化的R-Smads 与 Smad4 结合，形
成的R-Smads ／ Co-Smads 复合体从胞浆移位到核
内，与靶基因上特定的 DNA 序列结合，从而调节
其转录活性。Lan在实验中发现TGF-β1 以剂量和时
间依赖的方式诱导Smad2的磷酸化和向核内转位[5]，
Smad2/3 磷酸化后产生的效应不同，Smad2 能增加
MMP-2 的表达，Smad3 抑制 E- 钙黏蛋白的表达，
而 α-SMA 的表达增加依赖于 Smad2、Smad3 的共
同作用[6]。
I-Smads通过阻断R-Smads磷酸化及R-Smad／
Co-Smads 复合体的形成，从而对TGF-β/Smad 途径
发挥负反馈的调节作用[7]。Huang等[8]证实过表达的
Smad7 而不是Smad6 可以通过阻断Smad2 的激活来
有效的抑制TGF-β1 诱导的人近端小管上皮细胞EMT
的发生。
2.2　EMT 的其他信号转导途径
除了 Smads 信号途径，在肾小管上皮细胞中
TG F - β 还能激活其他信号转导通路，如 MAP K、
RhoA、Akt/ 蛋白激酶B(PKB)和 β- 连接素等[9]。丝
裂原激活蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，
MAPK)家族的主要作用是介导细胞的生长、分化、
死亡以及细胞间的功能同步等多种生理过程。近年
研究发现，P38MAPK 在 TGF-β1 所致的肾间质纤维
化中起重要作用。Stambe 等[10]研究发现，在单侧
输尿管梗阻(UUO)诱导的肾间质纤维化模型大鼠肾小
管上皮细胞及肾间质成纤维细胞中，磷酸化的
P38MAPK 表达均明显增加。Rho 蛋白属Ras 蛋白超
家族，过去发现Rho蛋白主要参与细胞骨架的重组
和细胞迁移的调控。近年来发现它在EMT中也发挥
着重要作用[11]。Rho-ROCK 信号通路参与了EMT 中
171第2期 郝艳鹏，等：逆转肾小管上皮细胞转分化的Sma d 信号转导机制
的部分过程，如激活 α - S M A 基因启动子，上调
α-S M A 的表达，诱导纤维合成，使肌球蛋白轻链
磷酸化，增加上皮细胞的收缩能力，改变细胞形
态，诱导发生 EMT [12 ]。除上述信号通路外，在肾
小管上皮细胞中TGF-β1 能激活其他信号转导通路，
如Akt/蛋白激酶B(PKB)、PI-3K 和 β- 连接素等通
路，它们在 E M T 中的作用还有待进一步阐明。
3　逆转EMT 的途径及作用机制
鉴于 E M T 在肾纤维化中的关键作用，逆转
EMT 对延缓肾纤维化的进展和改善慢性肾脏疾病的
预后将具有重要作用。基于以上对TGF-β 诱导 EMT
分子机制的认识，总结逆转 EMT 及肾纤维化的主
要途径如下。
3.1　I-Smads(Smad7) 通过对TGF-β/Smad途径发挥
负反馈调节作用而抑制 EMT
Smad7 是 TGF-β/Smad2/3 和 NF-κB 信号系统关
键的负调节蛋白，在UUO模型的肾脏纤维形成以及
炎症过程中发挥重要的逆向调节作用，增加
I-Smads特别是Smad7的表达, 是一种逆转EMT治疗
肾纤维化的可行的策略。Ka 等[13]研究表明，过表
达的Smad7 通过阻断Smad2/3 的激活来抑制 α-SMA
的表达，发挥逆转 E M T，抑制肾脏纤维形成的作
用。Smad7 还能招募E3泛素连接酶[14]，如Smurf-1
(Smad ubiquitnation regulation factor-1)或Smurf-2,引
起TGFβR I和 Smad2/3的泛素化降解，发挥较强的
抑制EMT的作用。Chung 等[15]发现 Smad7 基因敲除
的 UUO 模型与单纯 UUO 模型相比，出现了更严重
的TGF-β/Smad2/3 依赖性的纤维化。Lan[16]研究证
实，通过基因转染Smad7 可以抑制很多慢性肾脏疾
病模型(UUO 模型、残余肾、新月体肾小球肾炎等)
纤维化的形成。上述研究结果表明过表达的Smad7
靶向作用于 TG F - β /S m a d s 信号通路，发挥逆转
E M T，抑制肾脏纤维形成的作用，这给治疗慢性
肾病提供了一个有效的、特异性的新方法。
3.2　肝细胞生长因子通过上调核转录共抑制因子
SnoN 表达阻断TGF-β1 诱导的EMT
肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，
HGF)是目前公认的强抗纤维化细胞因子，可阻断
TGF-β1 诱导的肾小管转分化，恢复上皮E- 钙黏蛋
白水平，抑制间充质标志物，如 α-S MA、波形蛋
白和纤维连接蛋白的表达。研究发现对于TGF-β1诱
导的肾小管上皮细胞的 EM T，H GF 可特异地增加
SnoN mRNA 水平，诱导 SnoN 蛋白的表达，SnoN
是 Smad2 的转录抑制因子，抑制Smad2 向核转录，
阻止TGF-β1 激活整合素连接激酶(ILK)，减少CTGF
及单核细胞趋化因子-1(monocyte chemoattractant
protein-1，MCP-1)表达，引起逆转分化[17]。体内
外实验研究表明，HGF 通过特异诱导 Smad 转录辅
助抑制因子SnoN 的表达，与活化的Smad2 相互作
用，有效阻断 Smad 依赖的启动子的核转录活性，
起到阻断TGF-β1 诱导EMT 的作用。Tan 等[18]研究
发现，激活的特异性 β1 糖蛋白(Sp1)和环磷酸腺苷
反应元件结合蛋白 (cAMP response element-binding
protein，CREB) 与 SnoN 启动子中同源的顺式反应
元件结合，并对 HGF 的刺激作出反应，促进 SnoN
的表达。最近Shukla 等[19]发现，HGF 能够阻断博
来霉素诱导的小鼠肺纤维化，其机制为HGF可通过
分裂素活化蛋白激酶依赖方式诱导I-Smads (Smad7)
的表达，从而对TGF-β/Smads 途径发挥负反馈的调
节作用，这可能成为我们对HGF作用机理的一种新
的认识。
3.3　骨形成蛋白 -7 通过诱导Smad5 磷酸化拮抗
Smad3 的作用抑制 EMT
BMP-7 是一种同源二聚体蛋白，属于TGF-β 超
家族，是一种分泌型多功能蛋白，在胚胎期肾脏发
育过程中调控间充质向上皮细胞转化。在各种肾脏
疾病模型中，BMP-7 治疗具有维持肾组织结构和功
能的重要作用。急、慢性肾损伤实验均证实，重
组BMP-7 可加速肾功能的恢复和受损组织的修复。
B M P - 7 能激活激活素受体类激酶( A L K ) A L K 3、
ALK6 I 型受体激酶，磷酸化后的I型受体使Smad5
磷酸化，Smad5 拮抗 Smad3 的作用，抑制肾小管
上皮细胞转分化[20]。BMP-7 通过抑制TGF-β1 诱导
的Smad2/3/4 复合物的核转录，而非促进Smad 转
录共同抑制因子 S n o N 的表达，从而发挥其抑制
Smad2/3依赖的TGF-β1信号转导作用[21]。在慢性肾
损伤的小鼠动物模型中BMP-7 逆转TGF-β1 诱导的
EMT，是通过上皮细胞的黏附因子E- 钙黏蛋白的重
新诱导起作用。Zeisberg等[22]发现 BMP-7100ng/mL
作用于小鼠肾小管上皮细胞48h,可增强肾小管上皮
细胞E-Cadherin的启动子活性，上调E-Cadherin、
ZO-1 的表达，从而抑制 EMT 过程的进展。此外，
Rho-ROCK信号通路抑制剂(Y27632)可抑制细胞迁移
和 α- S M A 的表达，逆转 EMT [2 3 ]。
4　研究展望
鉴于EMT在肾小管间质纤维化进展中的重要作
172 生命科学 第22卷
用，深入研究 EMT 的分子机制，寻找抑制 / 逆转
EM T 的关键分子靶标，开发能在体内诱导内源性
EMT 抑制因子(如 Smad 7、HGF、SnoN、BMP- 7
等)合成的药物，将对临床肾纤维化的治疗发挥重
要的推动作用。
[参　考　文　献]
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