TGF-β信号通路在肿瘤进展中的作用

齐元富，李慧杰，刘寨东

(山东中医药大学附属医院肿瘤科，山东 济南250014)

转化生长因子- β(transforming growth factor-β，TGF-β)信号通路是一条重要的细胞内信号转导途径，参与胚胎发育、肿瘤发生、创伤愈合及炎症反应等生理或病理生理过程。TGF-β 信号通路与肿瘤发生密切相关，并可通过增强侵袭性质、影响肿瘤微环境及抑制免疫功能等促进肿瘤转移，在其进展中发挥重要作用，且在不同肿瘤、同种肿瘤不同亚型及肿瘤的不同阶段均可产生不同反应，并呈现不同调控机制［1］。

1 TGF-β 信号通路组成及调节机制

TGF-β 信号通路由TGF-β 家族成员及其受体组成，TGF-β 超家族包括TGF-β、激活素、骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)及抑制素等，TGF-β 有5 种异构体形式，哺乳动物体内有TGF-β1、TGF-β2 与TGF-β3 等3 种亚型。TGF-β 家族受体为受体丝氨酸/苏氨酸激酶两者形成的异源二聚体，包括TβRI、TβRⅡ、TβRⅢ等3 种，TβRⅡ胞外端首先与配体结合，其胞内段的Ser/Thr 激酶被活化，进而TβRI的GS 结构域磷酸化，TβRI活化后将信号向细胞内转导;TβRI、TβRⅡ在TGF-β 信号转导中缺一不可，而TβRⅢ缺乏信号传递结构，为附属受体，但可影响TβRI、TβRⅡ［2］。TGF-β 信号通路通过两条途径发挥生物效应，一条即经典的Smad 依赖性信号转导途径，另一条是同G 蛋白、有丝分裂原蛋白相关联的非Smad依赖性信号转导途径。

TGF-β 信号通路调节机制较为复杂，首先，TGF-β与TβRⅡ结合形成复合物，改变TGF-β 构象，进而被TβRI所识别并结合形成TβRⅡ-TGFβ-TβRI三聚体复合物，复合物中的TβRI被TβRⅡ磷酸化，磷酸化的TβRI将信号放大进一步向后传递，启动经典Smad信号通路和非Smad 信号通路［3］。TGF-β 受体作用于受体调节型Smad 的HMH2 区的SSXS，使之磷酸化，Smad 被激活，通过MH2 结构域与Co-Smad 结合形成异源复合物，并移位至核与其他转录因子结合，进而调节TGF-β 靶基因的表达［4］。此外，丝裂原活化的蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)等信号通路相关因子可与Smad 共同调节转录，TGF-β 活化的MAPK 通路亦可调节细胞的生长、分化及凋亡等［5］。

2 经典TGF-β/Smad 信号转导途径

经典的TGF-β/Smad 信号转导途径是一复杂过程，其组成除TGF-β 家族成员及其受体外，Smad 蛋白尤为重要，其是细胞质内TGF-β 信号转导分子，可直接将TGF-β 信号由细胞膜转导入胞核内。因结构和功能不同Smad 蛋白被分为3 类，受体调节型Smad，主要包括Smad1、Smad2、Smad3、Smad5 及Smad8;共同介导型Smad，目前仅发现Smad4;抑制型Smad，主要包括Smad6 与Smad7，两者主要通过竞争性与I型受体结合发挥抑制受体激活R-Smad 的磷酸化作用［6］。受体调节型Smad 与共同介导型Smad 均含MH1、MH2结构域，后者具有转录激酶活性，存在于所有Smad 分子中，可介导Smad 蛋白之间相互作用;而TGF-β1 等受刺激后可诱导抑制型Smad，其在TGF-β/Smad 信号转导途径中是一自身负反馈调节信号［7］。

TGF-β/Smad 信号通路中各型Smad 分子之间精密协调，共同完成生理及病理状态下TGF-β 的生物学效应。TGF-β/Smad 信号途径发挥效应受到SARA 等多种细胞因子及相关基因的调控，SARA 通过Smad 结合结构域和MH2 与受体调节型Smad 和TGF-β 受体相互作用，其与未磷酸化的Smad2/3 结合，通过相关结构域固定Smad2/3，并将其递给TβRI而磷酸化，随后SARA 与之解离，Smad2/3 则与Smad4 结合并向核内转位，而STRAP 可以加强Smad7 与TGF-β 受体的作用而发挥负性调节功能［4］。目前研究发现，TGF-β/Smad 通路可对细胞周期调节基因、细胞黏附分子、细胞外基质、同源基因、凋亡等多种基因的转录进行调节，进而参与病理、生理过程发挥其生物学功能［8］。

3 TGF-β 介导诱发肿瘤上皮间质转化

上皮间充质转化(epithelial to mesenchymal transition，EMT)是指上皮细胞在特定的生理和病理情况下向间充质细胞转化的现象，存在于多种慢性疾病的发病过程及肿瘤浸润转移过程中［9］。在EMT 过程中伴有多个细胞分子标志改变，其中E -钙黏蛋白的减少或丢失是EMT 最重要的标志性变化，同时也是促进肿瘤转移的重要表现;N -钙黏蛋白在EMT 发生后表达增加，具有促进肿瘤细胞运动和转移的作用［10］。

EMT 可被多种信号分子所诱导，TGF-β 是其诱导发生的关键因子，TGF-β 参与肿瘤EMT 过程的主要机制是通过Smad 途径和非Smad 途径完成的。首先，TGF-β 与肿瘤细胞膜上的TβRⅡ结合，通过TβRⅡ激酶使TβRI磷酸化，进一步激活下游的Smad2/3，磷酸化的Smad2/3 再与胞内Smad4 结合形成三聚体，进入细胞核与DNA 结合而发生相互作用，促使EMT 形成［11］。TGF-β 还可通过非Smad 依赖途径对肿瘤EMT 调节，如MAPK 途径，TGF-β 通过MAPK 途径激活下游的细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinase，ERK)，从而诱导肿瘤EMT 发生［12］。TGF-β/Smad 通路与多条通路间进行“交谈”，与Wnt通路的“对话”可上调EMT 诱导因子Snail 和Twist，抑制E-钙黏蛋白表达，同时激活β-catenin/TCF/LEF 复合物，间接导致vimentin 等间质标志物的表达，共同协调完成对肿瘤EMT 的调节［13］。

4 TGF-β 信号通路与肿瘤转移

TGF-β 信号通路对肿瘤的发生有重要影响，在信号转导途径中，任何一个转导成员表达异常、突变或失活都将使机体细胞丧失TGF-β 对细胞增殖调控的生物学效应而导致肿瘤的发生、发展，且与肿瘤细胞的浸润及转移密切相关。尽管在肿瘤发生的某些阶段，转化的细胞部分或者完全抵抗了TGF-β 的生长抑制作用，可导致肿瘤的发生;但在肿瘤发展的晚期，TGF-β却促进肿瘤细胞的生长、浸润和转移，而对于肿瘤是起抑制作用还是促进作用主要依赖于肿瘤细胞的特性，以及对肿瘤细胞内相关蛋白的调节作用［14］。

TGF-β/Smad 信号途径介导细胞生长抑制效应，其配体、受体、Smad 蛋白、转录调节的靶基因组成一肿瘤抑制通路，通路异常致使信号转导紊乱，进而影响TGF-β 的生物学效应，促进肿瘤的发生发展、侵袭转移。在人类肿瘤中TGF-β 过表达与肿瘤的发展、转移、血管生成及恶化程度相关，且TGF-β1 水平增高与肿瘤细胞的增殖、转移、侵袭力增强呈正相关［15］。TGF-β 升高会丧失对肿瘤细胞增殖的抑制作用，但不会丧失对宿主免疫系统的抑制功能，淋巴系统增殖被抑制可抑制机体对癌细胞的免疫监视，促进肿瘤侵袭转移［16］。TGF-β1 可以通过促进血管平滑肌细胞增生和分化，促使新生血管形成，使未成熟的血管样结构成为结构稳定的、功能成熟的血管床，导致肿瘤转移［17］。TGF-β 可通过促进EMT 的发生提高肿瘤细胞的黏附、运动能力，并可抑制E-钙黏蛋白的蛋白表达，导致上皮间连接的破坏，癌细胞间黏附性减弱，并通过表达N-钙黏蛋白而获得间质特性，进而易于脱离原发灶而发生侵袭转移［18］。此外，TGF-β 还可诱导基质金属蛋白酶- 2(matrix metalloproteinases-2，MMP-2)、MMP9的表达，促进基底膜降解，为肿瘤细胞快速生长、转录提供良好的环境，导致肿瘤发生与发展［19］。

TGF-β 通路促进肿瘤转移的机制主要有3 个方面:1)TGF-β 可从抑癌因子转化为促进癌转移因子，且由Smad 介导在肿瘤转移中发挥作用;2)TGF-β 通过增加癌细胞与胞外基质的相互作用、抑制免疫系统和增加血管生成等促进肿瘤的侵袭和转移;3)EMT 是肿瘤浸润、转移的重要机制，而TGF-β 在诱发EMT 中起关键作用，被认为是诱导组织纤维化的“控制开关”。

5 TGF-β 与肿瘤进展的相关研究

TGF-β 信号通路与肿瘤发生发展密切相关，在多种肿瘤中均有证实。李志章等［20］研究发现，Smad4 介导的TGF-β1 信号通路异常参与了喉鳞癌的发生、发展过程，TGF-β1 蛋白的高表达、TβRⅡ蛋白的低表达与喉鳞癌进展相关，Smad4 蛋白的低表达或表达缺失促进了喉鳞癌的侵袭转移。有研究［21］表明在乳腺癌中TGF-β1 的表达率随浸润性乳腺癌的TNM 分期升高而升高，其表达水平在0 期明显高于Ⅱ、Ⅲ期，表达水平的增高与乳腺癌的临床进展密切相关。TGF-β1亦参与胃癌、结肠癌的发生发展。万珍玲等［22］的研究表明TGF-β1 可通过ERK 信号通路调节胃癌细胞MMP-2 和MMP-9 的表达，促进胃癌侵袭转移。TGFβ1 与大肠组织稳态的维持密切相关，TGF-β 信号异常可促进炎性病变的发生，在大肠癌癌变早期起作用［23］。TGF-β 信号通路在肝癌细胞的增殖与稳定中发挥重要作用，破坏肝癌细胞TGF-β 信号通路可抑制肝癌细胞的增殖及促进其凋亡［24］。

6 小结

TGF-β 是机体正常细胞及上皮性肿瘤细胞生长的负调控因子，其参与了肿瘤的发生、进展和转移等各个环节，并扮演不同的角色。随着对TGF-β 信号传导通路与肿瘤关系研究的不断深人，对其在肿瘤进展中的作用与机制也逐渐阐明，两者关系研究的明朗化及针对此通路的靶点药物研究有可能为肿瘤的预防与治疗开辟一个新的途径。

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