第二章 文獻探討
第五節 細胞激素：骨誘導蛋白 Bone morphogenetic
骨誘導蛋白 (bone morphogenetic protein, BMP) 為 TGF-β 超家 族的成員之一，最早由1965年由 Urist 等人提出骨骼具有自我發生 (autoinduction) 之特性 ，Urist 並將骨骼去除礦物質 (demineration) 的萃取物植入皮下 (subcutaneously) 或肌肉中 (intramuscularly)，發 現此類萃取物可又到異位骨的形成44。其後的學者純化這些在骨和軟 骨中發現可誘導骨骼發生的蛋白質 (bone-inductive protein) 並稱之 為骨誘導蛋白 (bone morphogenetic protein, BMP)45、46。
BMPs 為多重功能的細胞激素 (cytokine) 是轉型因子 TGF-β 超家族的成員之一，目前已然發現屬於 BMPs 家族蛋白質已高達20 餘種。但是 BMP-1 不屬於 TGF-β 族，的功能是將不成熟的前膠原 蛋白 (procollagen) 切割為成熟的膠原蛋白 (collagen)47。而每一個成 熟的 BMP 是以雙硫鍵連接 (disulfide-linked) 的同二聚體
(homodimer) 或異二聚體 (heterdimer) 而具有活性。
BMPs 具有調節細胞之增生、分化及凋亡作用，另外與胚胎軸向 的決定、神經系統及器官生成、組織修復和再生、骨誘導及新生有著 密切的關係。25、48、49，部分疾病已經證實與胚胎時期 BMPs 基因受 到抑制或過度表現相關；當 BMP-2 受抑制時，胚胎有羊膜或絨毛膜 及心臟發育上的缺陷，無法存活；BMP-4 受抑制時，因無中胚層的
發育，胚胎在早期便會死亡；BMP-7 受抑制時造成腎臟及眼睛發育 有重大缺陷，在肋骨、頭骨及四肢發育中亦會造成缺陷，其突變時則 會造成多趾症（polydactyly）；BMP-6 的過度表現則造成牛皮癬。
另外 BMP-5 的基因突變能存活，但會造成短耳畸形；BMP-14 的基 因突變則會造成短足畸形。46、50
目前在肝臟中已發現到之 BMPs 有 BMP-2,4,5,6,9。在不同年齡
之動物實驗中觀察 BMP-5 mRNA 表現在年輕的動物中強於成年動 物51；另外 BMP-2 表現於肝臟中，可以調控肝細胞的增生77；在小 鼠的肝臟中有表現 BMP-4 mRNA，BMP-4 可經由 Smad1 和 Erk1/2 活化肝臟星狀細胞進而促使肝纖維化的產生51、76；Gitelman 等人發現 正常大鼠肝臟中有 BMP-6 表現，並且認為 BMP-6 與肝臟的生長與
分化有關74，另有文獻指出：大鼠肝臟中 BMP-6 的表現主要來自非 實質細胞－肝臟星狀細胞及庫氏細胞，並且推論該 BMP-6 與受損傷 的肝臟組織修復有關75，Hellerbrand 等人也發現在肝臟疾病中，活化 肝非實質細胞之星狀細胞及庫氏細胞會影響 BMP-6 的合成41。 BMP-6 mRNA 除了主要表現於肝臟外，在大白鼠之脾臟、腎臟、腦 及肺臟均有表現；BMP-9 mRNA 的表現僅限於成熟大鼠之肝臟，在
能。78
BMPs 家族以其氨基酸排列的相似性來作分類50、54、55，其中
BMP-2 及 BMP--4 具有92％的相似性，屬於 Dpp（decapentaplegic）
對於胚胎之發育扮演重要之角色（Masahiro Kawabata et al. 1998）。
另一個 subfamily 中的 BMP-6 與 BMP-7 具有82％的相似性，
BMP-6 又稱為 Vgr-1 或 DVR（decapentaplegic-Vg-related），BMP-7 亦稱 Osteogenic protein-1（OP-1）。BMP-2,4 與 BMP-6,7 這兩個 subfamily 間有59％相似的氨基酸排列。56
BMPs 的訊號傳遞系統是以接到絲胺酸-蘇胺酸激化酵素接受器 (Serine-Threonine kinase receptors) 開始，當 BMPs 接到第二型接受 器 (BMP receptor type II, BMPR II) 後，會將磷酸跟轉移至第一型接 受器上，磷酸化的第一型接受器 (BMP receptor type IA & IB, BMPR IA & IB) 將會繼續活化細胞內主要的訊號傳遞系統 Smad，Smad 移 動到細胞核內啟動轉錄因子 (transcription factors) 的作用，所啟動的 轉錄因子 (例如: AP-I 或 c-fos)。這些反應啟動細胞內訊號傳遞系統 速度的決定步驟是第一型接受器的特異性57、58。TGF-β 主要是活化 Smad-2,-3，而 BMPs 則是活化 Smad-1,-5,-8。而 Smad-4 則是屬於 co-Smad (cooperate Smad) 作為協助其它 ligand-specific Smad 一起 傳遞訊號59，並與 R-Smad 形成異分子雙體複合物 (heter- oligomeric
complex) 一起移動 (translocation) 至細胞核中。Smad-6,-7 則是 ligand-specific Smads 的拮抗者 (antagonist) 的 I-Smad (inhibitor Smad)60、61。
第六節 骨誘導蛋白 BMP-7 與肝纖維化的關係
BMP-7 (Bone morphogenetic protein-7)，又稱為 Osteogenic protein-1，BMP-7 mRNA 表現於多種組織，不但表現於發育中的骨 骼系統，並且在腎上腺皮質上皮細胞 (epithelial cells of adrenal
cortex)、發育中的腎曲管 (convoluted tubules)，以及在間葉-上皮組織 的交互作用 (mesenchymal-epithelial transition) 的發生之處有
BMP-7 mRNA 的表現62。 制拮抗 TGF-β Smad-2,-3 signal pathway，以達到抑制 TGF-β 纖維化 的作用，其中 Smad-5 會促使 Smad-6 (I-Smad) 產生，進而 Smad-6 抑制 Smad-2,-3，導致 TGF-β 誘導纖維化的途徑中斷，因而抑制纖 維化的產生65。
因為 TGF-β1 能經由上皮-間質相互轉換作用 EMT (epithelial-
-mesenchymal transition) 將上皮細胞轉型為纖維母細胞
(fibroblast)，造成纖維母細胞的大量產生，形成肝纖維化43，所以當 BMP-7 抑制拮抗 TGF-β1 Smad-2,-3 signal pathway，同時也會抑制 EMT 的發生，甚至逆轉 EMT 的反應，有研究指出在腎臟纖維化時 這種 ”逆轉” EMT 的反應稱為間質-上皮相互轉換作用 MET
(mesenchymal-epithelial transition)，能將纖維細胞轉換分化為上皮細
胞66，因而 BMP-7 具有抗纖維化的作用。因此本實驗的目的乃在探 討 BMP-7 在大鼠總膽管結紮後所誘導的肝損傷中，BMP-7 可能所 扮演的角色為何 ?