“转化生长因子”的概念、定义、翻译、参考文献-科学参考

单词

转化生长因子

释义

【转化生长因子】

拼译：transforming growth factor

转化生长因子(TGF)最初是指小鼠肉瘤生长病毒转化3T3细胞系所产生的肉瘤生长因子(J．DeLarco & G．J．Todaro，1978)。由于其能刺激正常细胞在软琼脂层锚着不依赖性生长，故后被称为TGF。进一步发现TGF包括TGFα和TGFβ。虽然两者名字类似，但结构和功能却截然不同。TGF除了能使正常细胞转化外，在细胞增殖、生长和分化等基本活动中行使多种重要的调节作用和其他生物学效应。

TGFα是由50个氨基酸组成的多肽，与表皮生长因子(EGF)的氨基酸顺序有40%的同源性(H．Marquardt等，1984)。从TGFα cDNA克隆的研究资料表明，TGFα是以160个氨基酸的前体蛋白(pro－TGFα)形式而被合成(R．Derynck等，1984)。proTGFα整个分子由四部分组成，即23个氨基酸组成的疏水性区域、成熟生长因子和糖基化位点的区域、跨膜疏水性区域和羧基端富含半胱氨酸区域。通过蛋白酶解，从pro－TGFα分子的细胞外区域释放出成熟的小分子TGFα(T．S．Bringman等，1987)。对成熟型TGFα多肽片段进行活性分析比较，证明第3对二硫键的片段(34～43氨基酸残基)和C末端多肽(44～50氨基酸残基)具有比其他部位片段更高的生物活性，与EGF受体结合和使成纤维细胞NRK－49F细胞的转化活性都较高。若第38位的酪氨酸被亮氨酸或组氨酸所代替，则生物活性明显下降(S．F．Peng等，1990)。pro－TGFα也显示有生物学活性，跨膜pro－TGFa能够诱导指示细胞上EGF受体的酪氨酸自身磷酸化(R．Brachmann等，1989)，有生物活性的pro－TGFa能提供一种局部的和持续的自泌生长信号，但其在体内的确切作用仍然不清楚。

TGFα通过与EGF受体结合和相互作用而实施其生物学效应。还未发现有TGFα受体存在的证据。当然，还不能排除EGF受体上存在着对TGFα和EGF两个各不相同的配体结合区域的可能性。根据体外各种培养细胞系统检测结果，TGFα的效应基本上与EGF的相同；在体内和器官培养条件下，则TGFα的效应更强。如在软骨组织培养时，TGFα比EGF更能刺激Ca²⁺释放；低浓度的TGFα即能诱导形成新血管，而同样浓度的EGF却不能(R．Derynck，1986)。然而，这两者在生物学活性的性质上未见有明显的差别。

TGFα最初是从肉瘤病毒转化的细胞培液中分离得到的，后来发现TGFα不仅存在于其他多种转化细胞或肿瘤细胞中，也存在于胚胎组织。因而，曾认为TGFα是转化细胞中表达的一种胚胎性生长因子。TGFα的发现及其在转化细胞中异常表达，使人们提出了生长因子自泌机制的假设，用以解释肿瘤细胞过度生长的现象(M．B．Sporn等，1980)。有证据表明，正常成体细胞也表达和合成TGFα。正常小鼠角质细胞在体外持续增殖，必须依赖于EGF／TGFα；另一方面，EGF或TGFα又进一步促进并明显增高角质细胞TGFα mRNA表达水平(R．J．Jr．Coffey等，1987)。这种TGFα分子自身诱导作用被认为是细胞增殖信号传及组织各细胞必不可少的一种扩增机制。正常细胞既能产生又能对TGFα起反应，表明正常细胞类似于转化细胞，也存在着自泌方式的生长调节机制。事实上，除了TGFα以外，其他生长因子如血小板生长因子(IDGF)(C．Betsholta等，1984)、胰岛素样生长因子(TGFs)(D．R．Clemmons等，1985)和白细胞介素(IL－2)(K．A．Smith，1982)等也是许多细胞自泌刺激的例证。因此，自泌作用已不再被看作只是导致转化细胞恶性增殖的一种途径，也是正常细胞生长调节的一种重要方式。

TGFβ是由112个氨基酸组成的多肽，为亚单位，并通过二硫键相连的双聚体分子，分子量25kd。还原剂可破坏这种生长因子的双聚体性质，从而失去生物学活性(R．K．Assoian等，1983)。根据TGFβ基因克隆和顺序分析，证明合成的TGFβ是一类无活性的前体蛋白，由390个氨基酸组成。这种前体蛋白分子的C端经过酶解，得到含112个氨基酸的TGFβ单体。同时还证明N末端内部有几个糖基化位点(L．E．Gentry等，1988)。这表明TGFβ合成本身是一个甚为复杂的过程(L．E．Gentry等，1988)。研究发现，有不少蛋白分子或基因的结构和功能与TGFβ密切相关。人血小板的TGFβ₁与猪血小板和牛骨的TGFβ₂两者都具有非常类似的生物学活性和受体结合特性(S．Cheifetz等，1987)；从人、猪和鸡的基因库克隆到的TGFβ₃基因，以及从鸡软骨细胞基因库克隆到的TGFβ₄基因，均与TGβ₁基因有高度的同源性(S．B．Jakowlew等，1987)。从小鼠胚胎癌细胞分离到分子量为15kd的TGFβ样性质的多肽分子，能抑制貂肺上皮细胞CCT／64株的生长；在EGF存在时，可以诱导成纤维细胞在软琼脂层形成集落，并刺激其DNA合成(施渭康等，1989)；此外，与TGFβ分子结构明显相似的蛋白还包括；影响雌性生殖器官发育的缪勒氏管抑制物质(MIS)(R．L．Cate等，1988)；与骨形成相关的骨形态发生蛋白(BMP)(J．M．Wozney等，1988)；在研究果蝇、瓜蟾和小鼠早期发育相关基因过程中，又分别发现了dpp基因复合体(R．W．Padgett等，1987)、Vgl(D．L．Weeks等，1987)和Vgr－1基因(K．Lyons等，1989)，这些基因的顺序与TGFβ有不同程度的同源性。因此，上述种种蛋白分子或基因就组成TGFβ家族。尽管其中一些因子的生物学功能目前还不十分清楚，但初步结果表明它们与细胞生长、分化或胚胎早期发育中的组织、形态发生有着密切联系。

1990年，施渭康等用免疫组织化学技术证明，着床前小鼠胚胎TGFβ₁很丰富；着床后TGFβ₁与内胚层和中胚层分化有关，特别是对胚外组织及衍生于中胚层或间质细胞的一些组织的发生和发育起着重要作用；原位杂交也表明TGFβ₁mRNA位于胚胎骨、肝、巨核细胞和一些间质组织的衬垫上皮(J．N．Wilcok等，1988)，TGFβ₂mRNA也位于邻近有上皮的间质组织。这些结果提示TGFβ₁和TGFβ₂的定位特征，表明它们在上皮细胞／间质细胞相互作用中扮演着重要角色；同时也指出小鼠早期胚胎发育期间的TGFβ可能以自泌和侧泌方式调节细胞生长和分化。

各种正常细胞和转化细胞表面都有专一性的、亲和力有所不同的TGFβ受体。解离常数为25～140PM，每个细胞约有2000～40000个受体，这决定于不同的细胞系(L．M．Wakefield等，1987)。已经发现，TGFβ专一性地与细胞表面3种类型受体起反应。低分子量Ⅰ型受体是细胞接受TGFβ信号所必需的。另两类Ⅱ型受体和Ⅲ型受体能与TGFβ起作用。有报告指出GTP结合蛋白可能参与TGFβ信号的转导。用TGFβ处理小鼠成纤维细胞，则GTP〔vS〕结合和GTP酶活性明显增高；同样，用TGFβ处理貂肺上皮细胞抗TGFβ突变株，则GTP〔vS〕结合或GTP酶活性并不增强(P．H．Howe等，1987)。根据对缺失TGFβ Ⅰ型受体的细胞突变株研究资料，也证明Ⅰ型受体是转导TGFβ信号所必需的。除了细胞表面TGFβ受体类型变化以外，TGFβ受体数目改变也会影响细胞对TGFβ的反应性。激活的T细胞，亲和力高的TGFβ受体数目增加，随之TGFβ表达和合成也相应增加。T细胞用IL－2处理时，则出现IL－2受体高表达并伴随IL－2的合成和分泌；一旦高亲和力IL－2受体达到足够数目并与配体特异地相结合时，即发生DNA合成和细胞分裂。然而，用TGFβ处理T细胞时，却抑制IL－2受体诱导合成IL－2的上调节(J．H．Kehrl等，1986)。因此，T细胞对正(IL－2)信号和负(TGFβ)信号的反应决定于细胞所表达的专一性受体数目；同时，受体数目也可能被存在的生长因子本身所调变。

TGFβ显示多种生物学活性(R．M，Lyons等，1990)∶(1)刺激培养在软琼脂层中成纤维细胞集落性生长，甚至也能刺激单层培养的成纤维细胞生长。据TGFβ促有丝分裂活性的动力学研究，证明DNA合成始于TGFβ处理细胞后36小时，同时引起细胞原癌基因c－sis表达和PDGF样物质合成。因此，TGFβ对成纤维细胞的促有丝分裂效应很可能是由于c－sis基因诱导而间接产生的。(2)TGFβ与其他一些生长因子相比，具有一种不寻常的特性，即对有些细胞又显示抑制其生长和诱导分化的作用。例如，诱导支气管上皮细胞终末分化。但也有抑制脂肪细胞调和成肌细胞分化的报告。(3)节细胞外基质成分的合成和降解，参与创伤愈合和胚胎形态发生过程。(4)抑制多种类型细胞增殖，包括上皮细胞、内皮细胞、淋巴样和髓性细胞等。试验证明TGFβ对培养的人肝癌(BEL－7402)细胞和鼻咽癌(CNE1)细胞的生长有抑制作用，并对EGF促进上述癌细胞的生长效应产生拮抗作用。TGFβ对细胞增殖抑制效应是可逆的，故而不可能是细胞毒的结果。生长迅速的小鼠角质细胞经TGFβ处理1h，c－myc基因表达明显减少，β－肌动蛋白和c－fos基因的表达却不受影响(R．J，Jr．Coffey等，1987)，表明TGFβ抑制基因表达具有专一性。由此可见，TGFβ选择性地控制基因表达可能是其调节细胞生长的一个重要方面。

TGFβ表达和合成对调控细胞生长和分化是至关重要的。TGFβ₁能以TGFβ类似方式自身调节mPNA的转录。许多培养的正常细胞和转化细胞由于TGFβ₁存在而使自体TGFβ₁mRNA扩增2～3倍，小鼠成纤维细胞系AKR－2B甚至高达20～25倍。TGFβ₁表达似乎有组织专一性，成年小鼠脾、肺和胎盘含有高水平mRNA。TGFβ本身结构改变也是调节其对细胞生长作用的一种方式。许多工作者指出，培养细胞合成分泌的或血小板释放的TGFβ为无活性形式的蛋白，不能与细胞表面受体起反应，因而也不会激起上述各种生物学效应。所以，TGFβ激活是其行使生物学效应的必需过程。在实验室条件下，酸化细胞条件培养液或以酸性缓冲液提取组织中的TGFβ，均可获得活化形式的TGFβ。由此推想，无活性TGFβ是一种结合其他多肽的复合蛋白。用全长TGFβ₁基因转染CHO细胞，随后扩增TGFβ₁蛋白合成，结果发现25kd成熟形式的TGFβ₁是以非共价键与其前体蛋白N末端肽部分相连，形成110kd无活性形式的复合物(L．E．Gentry等，1987)。酸化可以破坏这些非共价键的相互作用，释放出活性形式TGFβ₁。另外，实验资料也证明，通过蛋白酶(例如血纤维蛋白溶酶)能酶解N末端糖肽内部结构，引起无活性形式复合蛋白的构型变化，最终释放出成熟TGFβ₂甚至N末端糖肽内部糖基化改变也能使TGFβ激活。总之，无活性状态TGFβ复合蛋白构型变化有可能激活TGFβ，释放出有活性的成熟TGFβ。其他一些生长因子如EGF、神经生长因子(NGF)和IGFs等也存在无活性形式的前体蛋白。这些前体蛋白激活和释放出成熟形式生长因子的机制可能各不相同。但是，一些包括TGFβ在内的生长因子无活性前体蛋白及其激活机制的存在，无疑在调节生长因子效应中起着重要作用。

已被分离和特化的各种生长调节因子日益增多。多数资料证明，有独特生物学活性的多种生长因子的协同作用是细胞正常增殖的必需条件；生长刺激和抑制两类因子之间的平衡调节作用是细胞正常生长的基础。仅就创伤愈合和胚胎正常发育过程而言，同样有包括TGFβ在内的多种生长因子参与协同作用，其中TGFβ参与调节细胞外基质成分的合成和降解。其他的生物学效应也有类似现象，TGFβ在介导细胞对各种环境刺激反应过程中，可能于某一或几个环节起着重要的正／负调节作用。无论正或负生长调节因子的表达、合成、翻译后加工或活性等异常，都有可能致使细胞发生转化。有证据表明，一些转化细胞对正信号或负信号的反应性确已发生改变。即使如此，转化细胞中丧失正常生长控制的有关机制目前所知甚少。因此，要了解细胞转化的实质，有必要首先致力于研究并充分弄清包括TGF在内的生长因子在正常细胞中的作用。施渭康等成功地构建了猪TGFβ₁质粒，并获得转染有这种外源TGFβ₁基因的小鼠多能胚胎干细胞EST－1系；初步结果表明，EST－1细胞类似于其亲本胚胎干细胞ES－5系，在体内有广泛的分化潜能；但其瘤性生长速度远比ES－5细胞慢得多。另一方面，EST－1细胞在体外对维生素A酸等诱导的反应性也不同于ES－5细胞，前者多分化为成纤维细胞，后者主要为神经胶质细胞。这些均提示外源TGFβ₁在调节ES细胞体内生长和体外分化细胞类型中起着作用(J．H．Lu等，1990)。EST－1细胞系建立也为分析TGFβ在正常个体发育中的功能提供了条件。

【参考文献】：

1 Marquardt H,et al. Proc Natl Acad Sci, 1984,80:4686 - 4688

2 Coffey R J Jr.etal. Nature, 1987,328:817-820

3 Cheifetz S.et al. Cell, 1987,48:409-415

4 Wozney J M,et al. Science, 1988,242:1528 - 1534

5 Gentry L E,et al. Mol Cell Biol, 1988,8:4162-4168

6 Brachmann R,et al. Cell, 1989,56:691 - 700

7 Lyons K,et al. Proc Natl Acad Sci, 1989,86:4554 - 4558

8 施渭康，姚钰．实验生物学报，1989，22(2)∶213～223

9 施渭康，等．实验生物学报，1990，23(4)∶495～507

10 Lyons R M，Moses H L．Eur J Biochem，1990．187∶467～473

(中国科学院上海细胞生物学研究所施渭康研究员撰)

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