转化生长因子TGF-β在肿瘤微环境中的作用

杨 媛(综述)，徐靖宇，文国容，庹必光(审校)

(遵义医学院附属医院消化内科，贵州遵义 563099)

转化生长因子(transformation growth factorβ)TGF-β是一种多功能的细胞因子，在肿瘤的发生、发展以及转移中都具有重要的作用。在人类肿瘤的发展过程中，TGF-β的调控是重要因素之一。在正常细胞中，TGF-β具有抑制肿瘤的作用，而在恶性肿瘤细胞中，TGF-β则具有促进肿瘤的作用。最新的研究表明TGF-β参与调控肿瘤的发生发展以及其在肿瘤微环境中发挥重要的作用。

1 TGF-β 家族

1.1 TGF-β家族基本结构特征与分布 TGF-β家族，包括骨形态发生蛋白(bone morphogenic proteins，BMPs)、活化素(Activin)、抑制素(inhibin)等。TGF-β分子量25KD，是由两个分子量为12.5KD亚基通过二硫键连接而成的同源二聚体，二聚体形式的 TGF-β具有生物学活性。1985年TGF-β的基因克隆成功，并在大肠杆菌内得到表达，在哺乳动物至少发现有 TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3三个亚型，它们分别由不同的基因所编码，通过同一种受体信号通路发挥功能［1］。一般在细胞分化活跃的组织中TGF-β的表达水平较高，如骨髓、成骨细胞、造血细胞等。但TGF-β的三个配体亚型分布也有所不同，TGF-β1表达于上皮细胞、内皮细胞、造血细胞以及结缔组织细胞，TGF-β2表达于上皮细胞和神经细胞，TGF-β3主要在间叶细胞上表达［2］。而几乎所有的肿瘤细胞内可检测到TGF-βmRNA，其中 TGF-β1 表达增高最为常见，TGF-β1也是研究 TGF-β 功能的焦点［3］。

1.2 TGF-β信号传导与生物学活性 在组织特异性上，有70% ～80%的同源TGF-β配体亚型与不同的受体相结合。TGF-β配体是一个较大的分子，包含了一个潜在TGF-β相连蛋白位点，被储存于细胞外基质中。潜在的TGF-β能被血小板反应蛋白以及整合蛋白avβ6激活，以释放成熟的TGF-β蛋白，这种成熟的 TGF-β能与 TGF-β受体(TβR)相连，从而激活相关的信号传导。与TGF-β配体相关的信号分子分别通过受体Ⅰ、Ⅱ发挥作用，这些受体在细胞质内均有一个丝氨酸/苏氨酸激酶位点，TGF-β相关信号通过TβRⅡ对TβRⅠ激酶位点进行磷酸化，TβRⅠ被磷酸化后导致下游信号通路Smad2和Smad3被激活和磷酸化，磷酸化的Smad2和Smad3与Smad4结合一并进入细胞核内。在特定的细胞内，Smad复合体能激活一些激动剂、阻断剂以及核染色质重建因子从而调节一些目的基因，而Smad7对Smad家族信号通路起负向调节作用［4］。除了Smad相关信号通路，与TGF-β相关联的一些受体能激活许多非经典的信号通路。例如:磷酸肌醇3激酶(PI3K)、促分裂素蛋白激酶、三磷酸鸟苷通路［1］。这些通路通常与肿瘤细胞的游动性以及迁移有关。根据构造与功能的不同，还有其它属于TGF-β家族的介质如骨形成蛋白(BMPs)，通过Smad1、Smad5，或者 Smad8信号通路调节骨骼的发育，以及调节生殖生理学。TGF-β通过上述复杂的信号转导通路网，在细胞的增殖、分化、血管生成等方面发挥重要的作用。

2 TGF-β在肿瘤发生方面的双重作用

2.1 TGF-β有抑癌和促癌双重作用 在抗癌中，TGF-β能抑制细胞增殖、诱导细胞凋亡及抑制炎症因子和细胞生长因子的表达。然而，TGF-β也可以通过对细胞周期的异常调节，促进EMT(上皮细胞间叶化)/MET(间叶细胞上皮化)，诱导血管生成，增加蛋白酶以及细胞外基质沉积物的表达，减低免疫监视等，从而促进癌症的发生［2］。最新研究表明衰老与自我吞噬的调节同样与TGF-β抗癌作用有关［5－8］。在消化道肿瘤小鼠模型中，特异性的敲出TβRⅡ或其下游的Smad4靶点能增强肿瘤侵袭力［9］。TGF-β通过免疫抑制，介导上皮细胞向间叶细胞转变(EMT)从而促进肿瘤细胞迁移以及增加肿瘤的血管生成。许多肿瘤能分泌大量的TGF-β，胶质瘤细胞的增生和侵袭力与大量的TGF-β被活化相关，且与病人较差的预后成正相关［10］。

2.2 TGF-β这种对癌症的双重作用已有报道。在癌前病变时期TGF-β能抑制癌前细胞的增生，但在癌症中晚期阶段则可促进肿瘤迁移。Smad信号通路与各种原发性肿瘤细胞的信号通路在其中起着重要的作用。Smad依赖的信号通路可能是TGF-β信号介导抑制细胞增生的媒介。反之，Smad不依赖的信号通路则是TGF-β信号介导促进肿瘤发展的媒介［11］。Smad2和Smad4是调节转录和TGF-β抗增殖应答的重要分子，在人癌症中的灭活表明它们是抑癌基因。Smad2、Smad4突变或表达丢失与多种肿瘤的发生有关，如胰腺癌、结直肠癌、肺癌、皮肤癌等。Smad2.P445H是在人类癌症中发现的来源于肿瘤的Smad2的突变体。该突变体可被活化的TGF-β受体C2末端丝氨酸残基磷酸化，并同Smad3和Smad4结合，但不能与受体分离。通过配体诱导的磷酸化，Smad2.P445H与野生型Smad2稳定结合，阻断TGF-β诱导的野生型Smad2在核内的积聚以及依赖于Smad2的转录应答。在人肺癌中对TGF-β信号失应答发生的频率很高，其中Smad2和Smad4的失活在其中起一定作用。

2.3 TGF-β调节肿瘤的发展依赖其所处的微环境，TGF-β在相同的生物学进展中具有正向或负向的调节作用。TGF-β通过激活死亡相关蛋白激酶，抑制癌细胞的增生，从而调控细胞凋亡［12］。在细胞周期的调控中，TGF-β能够抑制周期依赖性的激酶CDK，这种激酶在细胞周期的G1期起重要作用，抑制细胞周期素D－CDK4/6和E/A－CDK2复合体［13］。TGF-β 同时也能抑制转录因子 cmyc的表达，从而抑制细胞的增殖［14］。另一方面，TGF-β能通过诱导血小板源生长因子A和B从而调控细胞周期的进程。TGF-β信号能够诱导在上皮细胞与纤维母细胞中的结缔组织生长因子和血管内皮生长因子VEGF的表达增高，从而促进上皮细胞的增殖［15］。TGF-β的这种从抑癌作用向促癌作用的转变已经被广为人知，并有报道显示，宿主的免疫细胞和炎症细胞可能也参与其中。

3 TGF-β—炎症和肿瘤微环境中的一种重要调控因子

3.1 在肿瘤的发展中，炎症和肿瘤微环境中的重要因子被认为是肿瘤的特异性标志。肿瘤微环境由炎症细胞 (包括:Tie2+，VEGFR1+，CD11b+，和F4/80)、固有免疫细胞和适应免疫细胞(包括:自然杀伤细胞(NK)，T细胞，B细胞)以及肿瘤相关性的纤维母细胞和内皮源性细胞组成［16］。这些基质细胞共同营造的微环境能促进肿瘤的发展。例如，通过分泌生长因子、促血管生成因子、蛋白酶以及粘附分子，从而促进肿瘤增生、血管生成、迁移以及增强肿瘤的侵袭力［17－18］。肿瘤的这种微环境为肿瘤细胞的变异提供了有利的条件，增强了基因的不稳定性，基因的异质性以及遗传的改变。在肿瘤微环境中，各种各样的细胞以自分泌和旁分泌的方式分泌TGF-β，包括肿瘤细胞，免疫细胞，纤维母细胞［19］。TGF-β能够促进上皮细胞间叶化转变/间叶细胞上皮化转变(EMT/MET)，从而降低肿瘤细胞的凋亡，增强肿瘤中的血管生成以及逃脱免疫监视。

3.2 炎症与肿瘤微环境在消化道肿瘤的发展中发挥着至关重要的作用。P120连环素(P120 catenin，P120)是一种最新发现的细胞内信号转导分子和细胞黏附分子，P120与cateninα、β、γ组成连环素家族。连环素(catenin)可与E钙黏素(E－cadherin)形成连环素－钙黏素复合体(catenin cadherin complex，CCC)，这种复合体任何一种分子表达异常都可能反映其正常结构和(或)功能受到破坏，并逐渐导致细胞恶性转化。P120连环素缺陷的老鼠最终会形成口腔、食管的鳞状细胞癌。这些肿瘤能引起细胞因子水平的增高以及免疫细胞聚集。浸润性的髓细胞瘤由大多数活化的纤维母细胞形成，能促进鳞状细胞癌的发展［20］。过表达IL－1β的老鼠在胃部能形成自发性的炎症甚至肿瘤，这种肿瘤被髓源性抑制细胞(myeloid－derived suppressive cells，MDSCs)所浸润［21］。MDSCs能促进肿瘤的发展与转移。在胰腺导管腺瘤的老鼠模型中，从最初的癌前病变发展到浸润性的肿瘤，免疫抑制细胞浸润尤为突出。例如:MDSCs、T调节细胞以及肿瘤相关性的巨噬细胞，这些细胞的浸润发生在胰腺导管瘤的早期甚至持续肿瘤侵袭发展的整个阶段［22］。

3.3 TGF-β是一种广为人知的免疫、炎症调控因子。研究特异性缺失 TGF-β受体2(Tgfbr2)或Smad4的各种上皮细胞如乳腺、胰腺、胃肠道以及头颈部的鳞状上皮细胞，证明了TGF-β能调节肿瘤所处的微环境。在乳腺上皮细胞中，TGF-β信号作为一种抑癌因子，TGF-β信号的缺失或减弱能引起趋化因子信号的增强，从而引起炎症因子聚集进入肿瘤微环境中，例如:Gr－1+，CD11b+细胞。Gr－1+，CD11b+细胞能够分泌高水平的金属蛋白酶以及TGF-β，阻断 TGF-β信号与降低乳腺癌患者复发后的存活率成正相关，特别是雌激素受体过度表达的患者［23］。结肠癌老鼠模型中，缺失 Smad4能增强CD34+细胞的聚集，CD34+能促进肿瘤侵袭。在老鼠头颈部上皮细胞中，缺失Smad4能自发的形成肿瘤，特别是增强了炎症的发生以及基因的不稳定性，在缺乏TGF-β信号的头颈部肿瘤中，炎症因子(如IL－1β、MIP2β巨噬细胞炎症性蛋白2)、SDK1、CXCR4)的水平增高。TGF-β1 缺陷的老鼠，炎症能够使癌前病变逐步向结肠癌发展。在基质纤维母细胞中，TGF-β介导的信号传导对抑制肿瘤的发生起重要的作用，而在相邻的上皮细胞中，则是通过负向调节肝细胞生长因子、巨噬细胞刺激蛋白1以及TGF－α［24］。在一系列纤维母细胞中，缺失TGF-β信号会导致前列腺上皮内瘤、胃鳞状细胞癌等肿瘤的发生。有趣的是，在基质细胞中，存在着不同的TGF-β信号，TβRⅡ为负向调节的位点。大多数TGF-β信号，都能增强前列腺癌的侵袭力以及促进转移。其主要是通过增加TGF-β1、SDF1、CXCL12、纤维母细胞生长因子以及BMP的表达［25］。在肿瘤发展的整个阶段，TGF-β和SDF1能导致人体内大多数纤维母细胞转变成促进肿瘤发展的肌丝。同样，在纤维母细胞中特异性敲出TGF-β信号，在T细胞中敲出Smad4能促进胃肠道肿瘤的发展。然而，胃肠道肿瘤常伴随着炎症因子表达的增高(如 IL－5、IL－6、IL－13)以及炎症细胞的浸润。

这些结果均表明了，TGF-β作为一种肿瘤抑制因子，同时在肿瘤的发展中也是一种炎症抑制剂。无论在上皮细胞还是基质细胞TGF-β信号的缺失能增强炎症反应，从而促进肿瘤的发生，发展以及转移。TGF-β调节炎症的这种重要的机制同时也参与调节活化的转化因子，即细胞核因子－Κb，细胞核因子－Κb是种调节炎症反应的重要调节剂。例如，在消化道中，TGF-β1能阻断活化的细胞核因子－Κb向Smad7的传导［26］。缺乏Smad3的老鼠感染了幽门螺杆菌以后，由于增加了炎症反应从而促进了结肠癌的发展［27］。缺乏TGF-β1的老鼠，炎症能导致癌前病变发展为结肠癌。TGF-β也能通过调节IL－1的分泌，控制慢性炎症。

4 展望

TGF-β信号通路具有双重作用，研究其潜在的机制对发展以TGF-β作为靶点的治疗至关重要。然而，令人困扰的是TGF-β在特定的肿瘤以及在肿瘤发展不同阶段的作用是不同的。在各种潜伏期的老鼠模型中，某些模型表明了TGF-β抑制剂具有抗癌的作用，而其他模型则表示了TGF-β抑制剂具有促癌的作用，这些模型的各种反应机制将为未来的研究提供重要的信息。另外，采用肿瘤基因的性能分析以及生物标志缺乏TGF-β反应的病人，选择合适的病人进行抗TGF-β治疗，监视新药的生物学活性，预测治疗效果以及不良反应。

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