ＴＧＦ－β对毛囊生长发育影响的研究进展 间作对玉米生长发育影响研究进展

　　[摘要]转化生长因子-β（TGF-β）属于TGF-β超家族，在毛囊发育过程中，TGF-β1、TGF-β2及其受体在毛囊中的表达具有部位和毛发生长周期的特异性，且有多种信号途径参与TGF-β对毛囊生长发育的调控，TGF-β转基因或基因敲除鼠的研究也证实TGF-β相关信号是毛囊发育所必需的。表明TGF-β在毛囊发生发育和周期性循环中起到十分重要的作用。本文就TGF-β在毛囊发育和生长周期中的作用进行综述。
　　[关键词]TGF-β；毛囊；生长周期
　　[中图分类号]Q813.1 [文献标识码]A[文章编号]1008-6455（2009）02-0255-04
　　
　　The effect of transforming growth factor β on the growth and development of hair follicle
　　ZENG Dong1，YU Wen-lin1，HU Zhi-qi2
　　(1.Department of Plastic Surgery, Guangzhong General Hospital of Guangzhou Military Region，Guangzhou 510010, Guangdong, China; 2. Department of plastic surgery, Nanfang Hospital, Nanfang Medical university, Guangzhou 510515, Guangdong, China)
　　
　　Abstract： Transforming growth factor beta (TGF-β）belongs to the TGF-β superfamily. During the development process of hair follicle, TGF-β1, TGF-β2 and their receptors were locationally and cyclically specifically expressed in hair follicles, and multiple signalling pathways were proved to be involved in regulating the growth and development of hair follicle. Studies of transgene or gene knockout of TGF-β also confirmed that TGF-β related signalling was necessary for hair follicle development. It is indicated that TGF-β may play an important role in hair development and cycle. Here, we review the effectiveness of TGF-β in hair development and cycle.
　　Key words: transforming growth factor; hair follicle; growth cycle
　　
　　毛发的生长周期主要分为3个时期，即生长期、退行期和静止期。毛发的发育和周期性生长受很多因素和因子的控制，如Wnt、转化生长因子-β（TGF-β）、肿瘤坏死因子（TNF）、成纤维细胞生长因子（FGF）及Sonic hedgehog（shh）等，是一个复杂而有序的循环过程。其中，TGF-β是目前研究较多且对毛囊发育比较重要因子之一，对调控毛囊的形态学发生和周期性循环起着非常重要的作用，本文就近年来国内外关于TGF-β影响毛囊生长发育的有关研究现状作一综述。
　　
　　1TGF-β超家族
　　转化生长因子-β（TGF-β）超家族由大量结构相关的多肽生长因子组成，包括TGF-β、激活素(activin)/抑制素(inhibin)家族、骨形成蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)和米勒抑制物(mullerian- inhibiting substance)家族等几大类[1-2]。其中，TGF-β可由多种细胞分泌，具有多重生物学作用，广泛存在于动物正常组织细胞和转化细胞中，调节细胞的增殖和分化、细胞死亡或凋亡、细胞外基质形成、生长发育、机体免疫、损伤修复和肿瘤形成等多种生理及病理过程。
　　
　　2TGF-β及其受体TGF-βR
　　TGF-β最初发现于1978年。哺乳动物中TGF-β包括TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3 3个亚型，均以无活性的形式合成与分泌。活化前的TGF-β由TGF-β同源二聚体、潜在相关性多肽和潜在TGF-β结合蛋白三部分组成[3]。这种非活化状态的TGF-β需要经过酸性环境处理或经纤维蛋白溶酶、尿激酶、基质金属蛋白酶、血小板反应素等蛋白酶的裂解作用才能成为具有生物学活性的TGF-β。活化的TGF-β1由两个二硫键相连的同源二聚体组成，每个单体由l12个氨基酸组成，分子量25 000[4]。一旦TGF-β被活化，就具备与细胞表面受体结合、启动细胞内信号转导的能力。
　　TGF-β1是多功能细胞因子，对大多数细胞的生长具有抑制效应，对少数细胞具有诱导增殖的作用。具体效应主要取决于细胞的类型、来源、分化状态和实验条件。研究表明，TGF-β1对上皮细胞具有较明显的抑制作用；对成纤维细胞或其他间叶组织来源的细胞具有明显的刺激作用，可增加胶原合成，促进组织修复、伤口愈合和肿瘤生长[5]。
　　 TGF-β受体（transforming growth factor-β receptor，TGF-βR）分为TGF-βRI、TGF-βRⅡ和TGF-βRⅢ 3型。TGF-β主要通过膜表面的TGF-βR1及TGF-βR2发挥生物学作用。TGF-βRI和TGF-βRⅡ属于跨膜糖蛋白，并列于细胞膜上，均由胞外区、跨膜区和胞内区组成。其中胞内区具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性，胞外区富含半胱氨酸残基。TGF-βRI又称为激活素受体样激酶（activin receptor-like kinase，ALKs），通常在病理因素的诱导下表达。其激酶区富含丝氨酸/苏氨酸残基的区域称GS区，以配体依赖的形式发生磷酸化。哺乳动物TGF-βRI有7种亚型，不同亚型介导不同的信号转导，导致不同的生物学效应，其中ALK-5及ALK-1在TGF-β1信号转导中起重要作用[6]。TGF-βRⅡ在绝大多数正常组织中表达，可不依赖配体而发生磷酸化。TGF-βRⅢ为β聚糖及相关的endoglin，是一个锚着蛋白多糖，无信号转导结构，为非信号转导受体。TGF-βRⅢ虽不直接参与信号转导，但间接调节TGF-β的作用，使TGF-β高亲和力结合于Ⅱ型受体[7]。
　　
　　3TGF-β信号转导
　　TGF-β必须与靶细胞表面高亲和力的受体结合后才能发挥生物学效应。图1简要概括了TGF-β受体的信号转导途径[8]。TGF-β在TGF-βR3和Endoglin参与下结合并激活TGF-βR2后，募集TGF-βR1使其与TGF-βR2形成四聚体，进一步激活TGF-βR1。四聚体受体被激活后，继续活化Smad蛋白信号转导途径或Ras-丝裂原激活蛋白激酶（Ras-Mitogen-Activated Protein Kinase，Ras-MAPK）途径等通路。
　　
　　3.1Smad依赖性途径
　　3.1.1 Smad蛋白是在脊椎动物、昆虫和线虫体内发现的转录因子家族。Smad的命名源于最早发现的两种蛋白：果蝇的Mad蛋白以及线虫的Smad蛋白。所有Smads分子由氨基端和羧基端高度保守的MH1和MH2结构域和中间富含脯氨酸的间隔区L（Linker）等三部分组成。氨基端的MH1域可与DNA的CAGAC序列结合，羧基端的MH2域可与转录辅助激活蛋白或辅阻遏物相互作用，是Smad的功能区。羧基端还含有保守的磷酸化位点SSXS基序，可与TGF-βR直接作用。中间的L间隔区有多个磷酸化位点，可被ERK磷酸化失活，是Smad的负调控区。Smads至少有8个成员，即Smad1～8。Smad2、Smad4、Smad7基因位于18q21染色体上，而Smad3、Smad6基因位于15q21～22染色体上。
　　3.1.2 根据分子结构和功能，Smads可分为三类：①受体调节型Smads（R-Smads）：包括Smad1、Smad2、Smad3、Smad5和Smad8。R-Smads与信号通路的特异性有关，Smad1、5、8主要由骨形成蛋白激活，Smad2、3则由TGF-β、激活素激活。Smad3被认为是最重要的TGF-β信号转导分子[9]；②通用调节型Smad（Co-Smad），即Smad4，是和R-Smads结合的转导分子；③抑制型Smads（I-Smads）：包括Smad6和Smad7。I-Smads作为信号转导的负反馈调节，可牢固结合TGF-R1，抑制R-Smads被TGF-βR1磷酸化[10]和随后的R-Smads/Smad4异源复合物核内转移。Smad7的研究较多，Smad7过表达可以抑制TGF-β的作用[11]。Smad介导的TGF-β信号转导过程包括：①受体复合物形成：TGF-β与细胞膜表面的TGF-βRⅡ结合，TGF-βRⅡ自身磷酸化，进一步磷酸化激活TGF-βRI，形成TGF-β/TGF-βR I/TGF-βRⅡ受体复合物；②转录复合物形成：受体复合物形成后，TGF-βR I特异性地识别Smad2/Smad3，其丝氨酸和苏氨酸蛋白激酶磷酸化Smad2/Smad3蛋白，使Smad2/Smad3与TGF-βRⅠ分离，与Smad4形成Smad2/Smad3/Smad4转录复合物，转入核内；③目的基因的转录：在核内，转录复合物直接与含有Smad结合元件的靶DNA结合，引起靶基因转录，或者与其他DNA结合蛋白（如激活蛋白1）相互作用，间接结合DNA，调节目的基因的转录[2]。
　　3.2非Smad依赖性途径：研究发现，TGF-β活化激酶通路是另外一条研究较多的途径。该途径与TGF-β-Smad途径存在着协同作用[12]。MAPK是细胞内的一类丝氨酸(Ser)/苏氨酸（Thr）蛋白激酶，主要有3条信号转导途径：细胞外信号调控（extracellular signal-regulated kinase,ERK）通路、c-jun氨基末端激酶（JNK）和p38-MAPK激酶。MAPK信号转导通路采用高度保守的三级激酶级联传递信号：胞外刺激通过某些环节使MAPK激酶的激酶（MAP Kinase kinase kinase, MKKK）激活，转而激活MAPK激酶（MAPKinase kinase，MKK）；然后通过对苏氨酸（Thr）和酪氨酸（Tyr）双位点磷酸化激活MAPK。另外，TGF-βR也能够活化PI3-激酶和蛋白磷酸酶2A。相对于Smads信号转导通路，非Smad介导TGF-β的信号转导机制还不甚清楚，还有待进一步研究[13]。
　　
　　4TGF-β家族信号在毛囊生长中的重要作用
　　4.1TGF- β1通过抑制细胞增殖和促进细胞凋亡控制毛囊向退行期转变：在成熟毛囊中，TGF-β1 mRNA表达于内毛根鞘，TGF-β2 mRNA表达于末端上皮，而TGF-β3表达于外毛根鞘邻近区[14-15,8]。Foitzik等[15]比较了TGF-β1基因敲除小鼠和野生型小鼠毛囊生长周期的差异，结果TGF-β1敲除小鼠生长期向退行期的转变明显延迟，毛球中可见许多增殖活性细胞（Ki-67核抗原阳性），未见凋亡细胞（TUNEL阳性），而野生型小鼠毛球中只有少量的增殖细胞但有大量的凋亡细胞。另外，给小鼠背部皮肤局部注射TGF-β1，毛囊提前进入退行期。因此，TGF-β1通过抑制细胞增殖和促进细胞凋亡而诱导小鼠毛囊由生长期向退行期转变。
　　Inui等[16]将雄激素受体的真核表达质粒转染体外培养的毛乳头细胞，再将之与角质形成细胞共培养，发现雄激素能够上调共培养的毛乳头细胞合成与分泌TGF-β1，后者显著抑制了角质形成细胞的增殖，TGF-β1的中和抗体能够对抗雄激素对共培养的角质形成细胞的生长抑制作用。所以，TGF-β1可能参与了雄激素性脱发的发生，即雄激素通过诱导毛乳头细胞表达TGF-β1而抑制毛囊角质形成细胞的增殖。
　　最近的研究发现毛囊细胞表达TGF-β1还与表皮的修复有关[17]，这些研究表明TGF-β的信号传导不仅控制着毛囊生长退行期起始，而且还参与很多其他生理活动，是一个极其复杂的过程。
　　4.2TGF-β2通过诱导细胞凋亡促进毛囊向退行期转变：Soma等[18-19]发现退行期TGF-β2、TGF-βRⅡ和TUNEL阳性共同在上皮柱中表达[19]，TGF-β2可以抑制体外培养的人头皮毛囊毛干的延长，诱导毛囊发生退行期样的形态学改变，用TGF-β的中和抗体可以对抗TGF-β2抑制毛囊生长的作用。胎球蛋白具有 TGF-β受体样配体结合域，可以作为一种TGF-β拮抗剂，当在含有TGF-β的培养系统中加入胎球蛋白时，毛发的生长也显著加快[19]。
　　为了进一步阐明TGF-β2诱导毛囊退行性变的分子机制，Tsuji等[20]在体外培养的人毛囊中加入TGF-β2，培养2天后检测活化的caspase-3和caspase-9的表达，结果活化的caspase-3和caspase-9表达在外毛根鞘的外层细胞和毛球下段具有分裂增殖能力的毛母质细胞中，而对照组毛囊仅很少的细胞呈阳性染色，并且在TGF-β2作用的毛囊中TUNLE阳性细胞和活化的caspase-3阳性细胞互相重叠。Hibino等[8]分析了在TGF-β2作用下毛囊角质形成细胞基因表达的差异，结果在所测定的8000多种基因中，有400多种基因的表达发生了改变，其中caspase-3和caspase-9表达增加，而caspase-8表达减少。由于caspase-9介导内源性途径的细胞凋亡，而caspase-8介导外源性途径的细胞凋亡，TGF-β2可能通过内源性的细胞凋亡途径引起毛囊角质形成细胞的凋亡。因此推断TGF-β2可能通过活化caspase网络而诱导毛囊上皮细胞发生凋亡而诱导毛囊由生长期向退行期转变，从而抑制毛发的生长。在左旋肉碱酒石酸盐促进人类毛囊生长的实验中[21]，研究者通过免疫组化检测到了皮肤乳头的TGF-β2以及外毛根鞘的TGF-β2受体的下调，凋亡活性的检测也表明caspase 3 和7的活性下降，进一步间接表明TGF-β2通过凋亡来抑制毛囊的生长。
　　此外，最近也发现很多其他因子通过影响TGF-β2的表达来调控毛囊的生长。在神经调理素控制人类毛发生长的实验中[22]，研究者发现，脑来源的神经调理因子(BDNF)及其高亲和力受体TrkB的表达是毛囊生长周期依赖性的，BDNF可以显著抑制毛囊生长，定量PCR表明这种抑制作用可能是通过促进TGF-β2的表达来实现的。该小组还发现p75神经调理素受体介导的信号转导也是通过控制TGF-β2 的表达来调控毛囊退行期的起始[23]。
　　同样，Foitzik等[24]和Ito等[25]分别发现全反式维A酸和γ-干扰素(IFN-γ)与BDNF的作用相似，至少TGF-β2也在某种程度上介导了由全反式维A酸和IFN-γ引起的人头皮毛囊向退行期的转变。据此，TGF-β2作为BDNF、全反式维A酸和IFN-γ的下游分子，对毛囊的生长和周期性循环起负性调节作用。
　　4.3Smad信号调节毛囊的生长周期：由于Smads是TGF-β超家族信号转导的主要中介，虽然Smad并不局限于传导TGF-β超家族的信号，但研究Smads的功能仍有助于部分了解TGF-β家族在毛囊生发中的作用。在所有Smad中，只有角质细胞中Smad4的丢失或Smad7的过表达才会出现表皮的异常发育以及毛囊的异常生长和发育。Smad4主要通过介导BMP信号从而影响毛囊的分化，而Smad7通过阻断TGF-β/Activin/BMP途径和通过抑制WNT/钙紧张素（β-catenin）信号而明显影响毛囊的分化和发育[26]。虽然Smad4对于Smad信号转导是必需的，但是也有报道抑制Smad4仍能检测到R-Smad的转录活性，在没有Smad4的情况下，Smad2和3仍能入核与靶基因结合，其机制可能是通过核内蛋白TIF1-γ的作用[27]，这也说明TNF-β的信号转导另有通路，也预示着毛囊生长发育调控信号转导的复杂性。
　　对于Smad作用的研究主要是通过基因敲除小鼠或转基因小鼠来探讨的，Smad4基因敲除小鼠阻断了毛囊的分化和周期性更替，表现为渐进性的毛发脱落。此外，突变小鼠皮肤的基底层角质形成细胞的增殖和表皮增殖加速，也影响了周期素依赖的激酶抑制剂p21的表达，并且其皮肤还出现了鳞状细胞癌[28]。国内科学家也观察到了类似的现象。由于Smad4突变的毛囊不能及时进行程序性的生长中期样改变而表现出渐进性脱发，对Smad4 和TGF-β调节的表皮细胞特异性磷酸酶（PTEN）基因的同时敲除的小鼠则表现出毛发的加速脱落以及皮肤肿瘤的形成，表明Smad4 和PTEN的协同调节表皮的增殖和分化作用，甚至与某些皮肤肿瘤有重要的关系[29]。这些都间接表明了TGF-β信号对毛囊生长的重要调节作用以及对细胞周期和细胞分化都有重要影响。
　　总之，已证实TGF-B对毛囊有直接的作用，是毛囊生长发育过程中不可缺少的信号，并在调控毛囊生长周期中起着重要作用。TGF-β可能通过促进毛囊细胞凋亡和抑制毛囊细胞增殖调节毛囊的形态学发生发育和生后毛囊的周期性循环，参与雄激素性脱发的发生和发展，介导其他因素和因子对毛囊生长发育的影响。鉴于TGF-β超家族成员的复杂性以及对其信号传导的两条通路的研究尚未完全明确。因此，对于TGF-β如何调节毛囊生长发育的确切机制仍不清楚，是未来研究的重点问题。
　　
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　　[收稿日期]2008-11-20[修回日期]2009-1-8
　　编辑/张惠娟