转化生长因子β作用机理研究新进展

转化生长因子β作用机理研究新进展 转化生长因子β作用机理研究新进展 塑垡芏当生塑塑垄垂屋1991年第18卷第6 转化生长I~-Y-作用机理研究新进展 扬新株 (北京师范大学生物矗,北泉t00S75) 提要 转化生长固子8(TGF一)是一奏多功能的生长因子,参与体内多种过程,对 细胞增殖和发育转化和分化都有一定的调节作用.但其作用机理至今仍不清楚. 本文从TGF一前体的激活,TGF一受体,基因的调控,以及与原癌基因表达,细 胞外基质,生长目子和信号传递系统的关杀等方面,蓐述了近几年来壤领域取得的 一 些重要结果. 关键词转化生长圆子及其受体前体激活,基因调控,细胞外基质 转化生长因子(TGF一)是近年来发现 的一个重要的生长匿子家族,已鉴定出四种类 型,命名为TGF—1,2,3,4.它们执行着多种 细胞功能,参与体内形态发生,组织发育及修复 等过程.TGF一的作用机理至今仍不清楚, 但近几年的研究提供了一些重要的结果. 一 ,TGFJB前体的激活 在所彳.类型的细胞中都是以前体形式分珏 的,这些前体没有生物活性,必缅经过激活才能 和TGF-$受体结台而发挥其生物功能.TGF— F前体至少包括三种成分,即TGF—二聚体, 前体残体(precursorremainder)和一种135 kD的蛋白成分,后一种成分可能作为一种加工 蛋白酶,参与催化前体复合物的裂解.某些前 体台有多个糖基和磷酸基团,而且大多数磷酸 基圃不和Set,Thr和Tyr结台. 激活过程可能是调控TGF一功能的关键 步骤.例如,体外培养的上皮细胞由于不能激 活自分泌的前体,导致其生长不受TGF—的 调控.在体内,血小板分泌的TGF-,~前体的 激话受到更复杂的调控.随着血小板的脱颗粒 化和血块形成,经过蛋白酶的加工,血小板中的 TGF—前体复合物以活性形式释放到血液中, 其中一部分又和M基团结合,形成无活性的 复合物.有人认为,血小板和培养细胞分泌的 无活性复合物可能是一种运输形式,而TGF- ? M则是一种清除形式,清除TGF-~过量 的活性,以确保它的作用仅限于靶组织并避免 系统性效应0. 二,受体研究 在所试l验的近百种组织和细胞中除了人 视网膜母细胞瘤和鼠嗜铬细胞瘤外,其余种类 细跑的质膜上均存在一种玻几种TGF~5受 体.活化的TGF一与受体特异地高亲相地结 合,但与其它大多数生长因子受体不同的是, TGF—受体没有酪氨酸激酶活性,并且对配体 下行调节具有相对抗性. 现已发现TGF-8存在三种受体形式,分 别称为l型(分子量为53—65kD),l1(85— 1l0kD)和III型(250—350kD)受体..,II型 受体均为糖蛋白,它们和TGF一l的亲和力要 比和TGF-~’2的亲和力大10—80倍;?I型受 体为TGF主要的结合形式,它与TGF一81, 2,3的亲和力近似?型受体是一种蛋白多 糖,中心蛋白的分子量为1lOkD,其侧链含确硫 酸乙酰肝素和硫酸软骨素.这些氢基葡聚糖链 对配体与受体的结台并不需要,可能翻TGF一 与细胞外基质的相互作用有关. 由于大多数细胞能同时表达上述三种受 体,因此,它们各自的功能还不能准确区分开 来.一般认为,l型受体与造血干细胞的增殖有 关,TGF一诱导的细胞粘连蛋白的表达,上皮 细胞的增殖以及脂肪和骨骼肌的表型表达均由 II】型受体介导.然而,最近的研究表明,l型 受体可能是TGF一作用的直接介导物,【J】型 受体只是起着调节l型受体活性的作用. 三,基因调控的研究 近年来,人们对TGF-F的基因进行了较 为深人的研究.猪和牛的TGF一lcDNA在三 年前即被克隆出来并完成测序.在猪TGF一/31 cDNA中,发现有两个poly(A)位点.由于剪 切方式的不同(包括选择不同的poly(A)位点 和剪切位点),在猪组织中存在两种不同大小的 mRNA,分别为3.5kb和2.Skb,而在人组织中 只有3.5kb一种.最近,Robots等又将人 TGF-#I基因克隆出来并对冥调控区进行了分 析.该基因的5”-端序列包台5个明显的调控 区:一个类增强子(enhancer—like)活性区二 个负调控区和二个启动子区.两个负调控区强 烈抑制转录单位的活性,而类增强子区则能有 效抑制其下游的负调控区(--731一,453)的活 性.第一个启动子区(一453一一323)具有正调 控活性,这段序列和第二个启动子一起参与调 控由血清刺激和3”~GF一81自身诱导的TGF一 l基困的表达.第二个启动子区(+h一+271) 对于人TGF,l基因的表达也是必需的,并且 该区可能独立调控和转录人的一个主要的 TGF一81mRNA.已研究的HT一1080,NIH一 3T3和A一549三种细胞中,TGF一/31基因表 达的调控区具有一些相同的特征,如都有两个 主要的起始位点,启动子富含G+c,启动子 包含8个CCGCC顺序和三个它的反向互补顺 序. 在TGF一81基因中,还存在一些有意义的 核苷酸片段,如FSE2的同源性序列和NF一1 结合位点.前者和多形瘸病毒可能的增强子核 心片段和人的一干扰素IRE区的负调控片段 相似,在人TGF一81基因中,对启动子起负调 控作用.NF一1是一种能在体内启动腺病毒 DNA合成的因子,TGF-~I通过NF一1结合 位点的介导,可增强鼠(2)l型胶原蛋白基因 的转录水平.该位点也可能参加TGF一81基 因自身表达的调控. 四,TGFl与原癌基因表达 TGF-81能够诱导c一8is的表达,同时也 能够抑制c—myc的表达,而这种诱导或抑制作 用与细胞种类及TGF一的不同功能相关. TGF一首次是在啮齿类纤维母细胞中被描述, 它由于能促使纤维母细胞在软琼脂中生长而得 名.后来的研究表明,TGF一可以诱导纤维 母细胞中c-sis基因的表达,因而认为,TGF一 对于纤维母细胞的增殖促进作用是由于诱导 c一3i3基因表达而造成的.然而,对于其它大 多数细胞类型来说,TGF—是一种生长抑制因 子m.比如,TGF一能够抑制上皮细胞的增殖 生长,如果这种抑制作用丧失,则可能导致上皮 细胞的转化.由于c—myc基因的连续表达对 于上皮角质细胞的增殖是必须的,而GF—1 能够抑制上皮角质细胞c-myc基因的表达,因 此,TGF一81对于上皮角质细胞的生长抑制作 用可能是通过它对c—myc基因表达的抑制作 用来介导的.最近的研究,抗癌基因Rb的 产物和c—myc基因的启动子中能与包含c—fos 产物的蛋白复合物结合的一段核苷酸序列,可 能参与这一过程.Rb基因(Retinoblastoma susceptibilitygene,视网嗅母细胞瘤隐性基 因)是所发现的第一个抗癌基因现已证明它在 细胞增殖和转化的调整中都有一定的作用,上 述结果将TGF一的功能和c—myc基因表达, Rb蛋白的功能以及细胞增殖联系起来,但其诈 情还有待于进一步研究阐明n. 五,TGF一卢与细胞外基质 TGF-#不但可促进各种细胞外基质成分 如纤粘蛋白,腔原蛋白和蛋白多糖的表达和抑 制这些基质蛋白的降解,而且可以调节各种细 胞粘连蛋白受体的表达以及细胞外基质成分和 这些受体的结合_l.由于细胞外基质在细胞 豹形态发生,增殖和分化过程中起着重要的作 用,TGF可能通过它们来调控这些过程. 关于TGF—调节各种外基质成分和一体 蛋白(integrin)表达机理的研究也有了一定 的进展.调控可发生在转录或转录后两个水 平;上述蛋白质的基因可能都包含一个NF一1 结合位点的序列,参与TGF一在转录水平上 对这些基因表达的调控(人纤粘蛋白基因例 外);另外,TGF对各种一体蛋白亚基的 调节与细胞种类和其它各种未知因素都有关 系.总之,TGF-#和其它因子对各种一体 蛋白亚基和外基质蛋白的调节可能是通过相互 交叉却又相互独立的机制来完成的. 六TGF一卢与生长因子 EGF和PDGF TGF一可以拮抗EGF的一些生物功能, 如抑制EGF诱导的有丝分裂和转化紊(tra nsin)基因表达-”,.TGF-#也可以调节 PDGF和EGF的表达,降低其配体受体间的 结合,具有转修饰(transmodulation)的功 能,,.但是,在抑制有丝分裂的同时,TGF一 不仅不影响生长因子的信号传递通路,反而可 以触发有丝分裂的一些早期事件的发生,如可 促进PI降解,PKC活化,BHi升高等,而且 TGF一对有丝分裂的抑制作用和EGF与受 体的结合及EGF受体自身磺酸化无关.因 此,TGF-~’可能通过一种新的机制来挪制表皮 生长因子诱导的有丝分裂.有趣的是,EGF 或PDGF也可以诱导TGF-#的基因表达,这 可能作为受体下行调节和转修饰调节之外的又 一 机制,三者共同调控生长因子作用的水平. ‘434? 七,TGF一卢与有丝分裂信号传系统 尽管TGF一抑制生长因子诱导的有丝分 裂可能通过一条新的途径”,但迄今为止得到 的种种证据表明,TGF-~诱导细胞增殖时可能 通过信号系统起作用.例如,G蛋白可能参与 诱导过程;TGF-#可促使Caz内流和胞内 IP,(三磷酸肌醇)的积累;以及激活PKC和 PI代谢.由于TGF-~’的作用具有复杂性 (如随着细胞种类及其它各种条件的不同,对细 胞的有丝分裂有时表现为抑制,有时表现为促 进),而且TGF一受体缺乏蛋白激酶活性?,所 以,TGF-#如何参与对信号传递系统的调节还 有待于进一步探索. 八,结柬语 虽然过去的十年间已对TGF一作了大量 的研究工作,但是由于其作用的普谊性和复杂 性,人们对它的认识才仅仅开始.对其作用机 理的进一步探索,将有助于我们对细胞增殖与 发育,转化和分化有更深刻的认识. 本文得到导师王永潮教授的指导,特此致谢. 参考文献 1LyonsRM.M0eIHLEurBiac~1990:l87: 467 ZB…ncrAet.MolCelo1.I988;7:34JB !WakefleldLM”口LJChem.1988:263:7640 4SpoonMB.ienceI986:253:532 SChelfe~zSJBiolChem.19B8;2hem19B9:264389 1TuckerAM.,Col,I98B:IO6:1375 1DeanDCa1.JCellBiI988;108?2159 16ChmbarddC”u1.JCellPhyslo],I988;l35:10I I7MgchidaCM”.MotCellBiolI988;8:2479 I8RalnerGKGronwaldttd.|Bi0lChem.1989:204: B120 I9FernaDdcz—pol口LJolChem1989;264?4I5I MurthyUS”d~iochemBiophy~蜀”COm~m,1988; l52:I228 【丰文于l99Off-s月1日牧虱,1O月15日售目1