中药通过调控TGF-β/Smad信号通路防治肾间质纤维化的机制探讨

中药通过调控TGF-β/Smad信号通路防治肾间质纤维化的机制探讨

唐玮蔚,粟敏,王琳,袁秋菊,汤婷*

长沙医学院基础医学院 湖南长沙 410219

肾间质纤维化是各种慢性进行性肾脏疾病发展为终末期肾功能衰竭的共同路径和主要病理表现[1]。其主要病理改变有肾小管萎缩或扩张、变形，肾间质成纤维细胞增生，胶原及纤维连结蛋白等细胞外基质（extracellular matrix, ECM）在肾间质内过度沉积[2]。积极防治肾间质纤维化，对慢性肾脏疾病的转归具有重要意义。目前，国内外尚无拮抗肾间质纤维化的特效药物，转化生长因子β（transforming growth factor-β, TGF-β）拮抗剂、TGF-β抗体、胶原合成抑制剂等治疗方法因治疗效果不显著、毒副作用大、费用高昂等原因，仍然无法广泛应用。近年来传统中医药防治慢性肾脏疾病取得了令人瞩目的成效，在传统中医理论指导的基础上，充分发挥天然药物的独特作用和优势，运用辨证论治的思想体系，并借鉴生物化学与分子生物学、蛋白质组学、基因组学、网络药理学、方剂学等学科的先进研究手段和方法，筛选出诸多具有肯定临床疗效和研究前景的药物。从单味中药及其有效活性成分到中药复方，对其预防和治疗肾间质纤维化的功效均有广泛的报道，深入分子水平阐明这些中医药的药理基础和作用机制，对研发新的药物靶点和创新肾脏疾病治疗思路有着重要意义。

1. TGF-β/Smad信号转导通路

虽然目前肾间质纤维化的发病机制尚未被完全阐明，但各种致纤维化的细胞因子和生成因子被认为在促纤维化过程中发挥重要作用。其中TGF-β是目前公认且已知作用最强的促纤维化因子，其过表达被认为是肾间质纤维化发展的中心环节[3]。TGF-β是由两个12.5kD大小的多肽链通过二硫键连接形成的同源二聚体蛋白，在组织中广泛发挥调节细胞增殖分化、促进细胞外基质合成、介导细胞凋亡等功能。目前为止，在哺乳动物体内发现的TGF-β有三个高度保守的亚型：TGF-β1，TGF-β2和TGF-β3，其中以TGF-β1含量最高，也最为重要，其他TGF-β超家族成员都与TGF-β1有一定的序列相似性。TGF-β在细胞膜表面的受体分三型：TβRI、TβRII和TβRIII，研究地比较透彻的I型和II型受体均属于单次跨膜的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶受体家族，其胞内结构域具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性。TβR与配体结合后，受体自身会发生磷酸化并通过磷酸化下游信号分子，而将细胞外信号传导至胞内，引起细胞的生物学应答[4]。

Smads蛋白家族是目前公认的TGF-β信号转导通路中的始动因子和TGF-β信号最重要的下游效应因子[5]。Smads的磷酸化和向细胞核内的转移被认为是TGF-β信号激活的最早期事件之一。Smads蛋白直接参与TGF-β超家族成员的信号转导，包括骨形态发生蛋白（BMP）和活化素（activin）等的信号转导。Smads蛋白目前发现的有8种，Smad1-Smad8。其中Smad2、3是TGF-β受体激酶的直接作用底物，使之发生磷酸化。磷酸化的Smad2、Smad3蛋白与Smad4形成异聚体而进入细胞核，从而调控靶基因的表达。Smad7是一种抑制型蛋白，它被认为是TGF-β/Smad2、3信号转导通路中关键的负反馈信号，它能通过竞争性地与TGF-β受体结合，而阻断受体介导的Smad2和Smad3的磷酸化，从而抑制靶基因的表达[6]。研究表明，慢性肾病患者体内Smad2，Smad3表达水平较正常人有显著升高，抑制Smad家族这两个蛋白的表达能有效缓解肾间质纤维化。多项研究表明，Smad信号通路是肾间质纤维化的主要的最终的共同通路。

2. 单味中药及其有效成分防治肾间质纤维化

黄芪作为传统中药，具有益气养元、扶正祛邪、调节免疫的作用。陆迅等[7]通过采用

单侧输尿管结扎的方法建立肾间质纤维化大鼠模型，观察黄芪的活性成分黄芪多糖对大鼠肾间质纤维化的干预作用。其研究表明，模型组大鼠肾小管上皮细胞的TGF-β1、血管紧张素II（Ang II）表达明显增强，而黄芪多糖可以通过下调TGF-β1、Ang II、基质金属蛋白酶抑制因子1（TIMP-1）的表达，上调基质金属酶2（MMP-2）的表达，而逆转大鼠肾小管上皮细胞转分化、减少细胞外基质（ECM）的积聚，从而一定程度上抑制肾间质纤维化的进展，保护肾脏。丹参是中医用于活血化瘀的药物。李春香等[8]研究表明丹参对慢性肾衰竭大鼠肾脏有明显保护作用，丹参能显著改善模型组大鼠的肾功能，减少ECM的积聚和肾脏细胞的凋亡。林琼真等[9]的研究显示，丹参注射液可显著降低单侧输尿管梗阻（UUO）大鼠TGF-β1 mRNA水平、蛋白质水平的表达，和减少α-SMA的表达，他们认为丹参可能通过抑制肾小管间质细胞向肌成纤维细胞转化，起到延缓肾间质纤维化的作用。

3. 复方中药防治肾间质纤维化

刘咏梅等[10]采用益气活血中药干预UUO大鼠模型，发现UUO模型组大鼠肾脏组织TGF-β、Smad2和Smad3的mRNA和蛋白质表达水平与假手术组相比均有显著升高；而益气活血方各剂量组可以显著下调UUO大鼠肾脏组织TGF-β mRNA和蛋白质表达，表明益气活血方可以通过下调TGF-β的表达而延缓UUO模型大鼠肾间质纤维化进程。同时益气活血方干预后的模型组大鼠Smad2和Smad3的mRNA和蛋白水平均有显著降低，提示TGF-β/Smad信号通路是导致肾间质纤维化的关键通路，益气活血方可能通过调节TGF-β/Smad信号通路而达到治疗肾脏纤维化的作用。刘煜敏等[11]的研究表明中药复方抗纤灵方能显著降低UUO大鼠肾脏组织TGF-β1两型受体TβRI、TβRII蛋白质表达水平，同时Smad2磷酸化和总蛋白表达水平均显著降低，提示抗纤灵方可以通过抑制单侧输尿管梗阻大鼠TGF-β1两型受体的表达来抑制TGF-β1/Smad信号通路，从而发挥减少肾间质胶原蛋白沉积，改善肾间质纤维化的作用。

4. 展望

TGF-β/Smad信号通路是肾间质纤维化发生发展的重要通路，TGF-β1被认为是拮抗肾间

质纤维化最重要的靶点。目前抗肾纤维化治疗中尚无特效药，大多处于起步阶段，或者仅限于动物实验，尚无法应用于临床治疗。随着分子生物学、中药药理学、蛋白质组学等研究的发展，中药抗肾间质纤维化和延缓肾功能衰竭展现出良好的应用前景。笔者认为应当将西医在疾病定性定位诊断上的优势和中医对疾病的整体观和动态变化的把握优势相结合，以中医的辨证论治为指导思想，深入挖掘中药及其活性成分或中药复方在治疗肾间质纤维化研究中的应用价值，尤其通过对TGF-β/Smad信号通路的干预效应，和TGF-β/Smad信号通路与其他信号通路的关键信号分子的相互作用研究，准确找到突破口和切入点，理清药物作用靶点，阐明各靶点作用的分子机制，通过有效组分分析、有效部位筛选、拆方研究摸索出防治肾间质纤维化临床药效可靠、副作用少的基础方药，并筛选出最佳配伍形式或剂量，为中药复方防治肾间质纤维化研究而铺路。

[1]王亚平, 李伯祥. 川芎嗪防治肾间质纤维化作用的实验研究[J]. 中国中西医结合肾病杂志, 2002, 3(2):77-78.

[2]黄东华，熊云昭，王萱，等. 肾络通调控NR3C2/SGK-1/Smad通路抑制肾间质纤维化的机制研究[J]. 中草药, 2018, 49(21):5149-5154.

[3]Masola V, Zaza G, Secchi MF, et al. Heparanase is a key player in renal fibrosis by regulating TGF-β expression and activity[J]. Biochim Biophys Acta, 2014, 1843(9):2122-2128.

[4]宋小乐. TGF-β1/Smad信号转导通路对肾间质纤维化的影响[J]. 南昌大学学报(医学版), 2011, 51(006):92-95.

[5] Rohan Samarakoon, Jessica M. Overstreet, Paul J. Higgins. TGF-β signaling in tissue fibrosis: Redox controls, target genes and therapeutic opportunities[J]. Cellular Signalling, 2013, 25(1):264-268.

[6] Kim D, Lee A S, Jung Y J, et al. Tamoxifen ameliorates renal tubulointerstitial fibrosis by modulation of estrogen receptor α-mediated transforming growth factor-β1/Smad signaling pathway[J]. Nephrology Dialysis Transplantation, 2014, 29(11):2043-2053.

[7] 陆迅, 魏明刚. 黄芪多糖对肾间质纤维化大鼠的保护作用[J]. 中华中医药杂志, 2014, 29(6):4.

[8] 李春香, 张艳玲, 顾连方. 丹参对慢性肾衰竭大鼠肾脏细胞凋亡及Fas-FasL表达的影响[J]. 中国中西医结合肾病杂志, 2002, 3(2):2.

[9] 林琼真, 于洁, 邓英辉,等. 丹参注射液对大鼠梗阻性肾间质纤维化的保护作用[J]. 中国中西医结合肾病杂志, 2003, 4(2):3.

[10] 刘咏梅，刘文军，王文娟，等. 益气活血中药对肾间质纤维化大鼠转化生长因子-β,Smad2和Smad3表达的影响[J]. 中国中西医结合急救杂志, 2010, 017(005):263-266.

[11] 刘煜敏,张悦,何立群,等. 抗纤灵方对单侧输尿管梗阻大鼠TGF-β1-Smad通路的影响[J]. 中国病理生理杂志,2008,24(12):2423-2427.

基金项目：2019年湖南省教育厅科学研究项目“枸杞多糖调控TGF-β1/Smad通路抑制肾间质纤维化的机制研究”（湘教通[2019]353号，19C0196）。

第一作者简介：

唐玮蔚（1989-），女，土家族，湖南张家界人，讲师，硕士，研究方向：生物化学与分子生物学。

*通讯作者简介：

汤婷（1985-），女，汉族，湖南益阳人，讲师，硕士，研究方向：生物化学与分子生物学。