TGF-β信号通路与造血系统肿瘤

王 敏，王立茹

(首都医科大学 附属复兴医院 血液内科， 北京 100038)

TGF-β信号通路与造血系统肿瘤

王 敏，王立茹*

(首都医科大学 附属复兴医院 血液内科， 北京 100038)

转化生长因子β(TGF-β)是造血细胞生长的负调控因子，TGF-β/SMAD信号途径在造血系统恶性肿瘤的发生中起到重要的作用，TGF-β表达及受体或受体后水平缺陷都可导致造血细胞的恶性增殖。深入研究该信号通路对于探寻造血系统恶性肿瘤的发病机制及开发以该通路环节为靶点的靶向治疗具有积极意义。

转化生长因子β；信号通路；造血系统；肿瘤

转化生长因子β(transforming growth factor-β, TGF-β)是一类功能复杂的细胞因子，广泛参与哺乳动物的各种病理生理过程，包括肿瘤的发生。多种造血系统肿瘤疾病中存在TGF-β信号传导通路的异常。本文将对TGF-β信号传导通路及其异常与造血系统肿瘤的关系进行综述。

1 TGF-β超家族的组成与生物学作用

TGF-β超家族成员包括TGF-β、活化素、骨形成蛋白、Nodal、抑制素、生长分化因子和抗苗勒管激素等。在哺乳动物中已相继克隆出TGF-β的3种亚单位，分别为TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3，以对TGF-β1的研究最为深入。TGF-β对细胞具有广泛的生物学作用，包括调节细胞增殖、分化及细胞凋亡，另外，它们在免疫监督及上皮-间质转化方面也起着重要的作用。

2 TGF-β的信号传导

TGF-β主要经SMAD经典通路传递信号。该过程如下：细胞内合成非活化形式的TGF-β，将其分泌至胞外，在适当的条件下激活，裂解释放出活性TGF-β。活性TGF-β首先与其胞膜TGF-β Ⅱ型受体(TGF-β receptor type Ⅱ, TβRⅡ)相结合，再募集两个TGF-β I型受体(TGF-β receptor type Ⅰ, TβRⅠ)，形成稳定的配体-受体复合体，继而激活下游的SMAD，作用于靶基因，调控基因转录。

该过程受到多种因素的调节，如TGF-β可通过上调基质金属蛋白酶的产生，激活前体TGF-β复合物，产生正性调节反馈环，导致TGF-β信号通路作用增强[1]。细胞吞饮泡中存在一些TGF-β信号通路的正性调节因子，如Hrs、Endofin、SARA等，Hrs可与SARA协同促进Activin介导的SMAD2活化，Endofin能与SARA协同促进R-SMAD与TβRI的结合[2]。

3 TGF-β信号通路异常与造血系统肿瘤

在造血系统肿瘤疾病中，TGF-β信号通路遭到破坏，如TGF-β表达异常、TGF-β受体缺陷、SMAD表达丧失、染色体改变形成融合蛋白与SMAD作用导致SMAD功能异常等，使得细胞对TGF-β产生耐受，逃避TGF-β的生长抑制效应。在TGF-β亚型中，TGF-β1是目前已知的作用最强的造血增殖负调控自泌因子。

3.1TGF-β信号通路异常与急性髓细胞白血病(acutemyeloidleukemia,AML)

3.1.1 TGF-β表达水平异常：在对AML的研究中，发现AML中TGF-β1表达减少，因TGF-β1可通过SMAD家族传递信号，调节靶基因的转录，抑制细胞增殖、促进细胞凋亡，故认为TGF-β1表达减少可能导致细胞增殖以及肿瘤进展[3]。但也有一些研究结果显示AML中TGF-β1表达增多，认为白血病细胞可能通过分泌大量的TGF-β1，抑制IL-17细胞的分化及生长[4]、刺激调节性T细胞的产生[5]、减少NK细胞受体的表达进而损伤NK细胞的活性[6]，从而抑制免疫系统，使得白血病细胞出现免疫逃避，促使AML的发生。但是TGF-β1在AML的表达水平究竟如何尚需要进一步研究明确。

3.1.2 TGF-β受体异常：正常造血细胞中TGF-β受体表达及SMAD/非SMAD信号通路的激活依赖于干扰素同源序列结合蛋白(interferon con-sensus sequenee binding protein, ICSBP)的稳定表达，ICSBP是干扰素调节因子家族成员之一。近期研究发现在急性早幼粒细胞系(HL-60)中，ICSBP的表达是缺失的，ICSBP表达缺失使得HL-60细胞TGF-β受体表达下调，TGF-β信号传导受抑[7]。

3.1.3 SMAD的表达或功能异常：AML中常存在SMAD的表达或功能异常，可见SMAD4基因发生突变，有两种突变方式：一种是MH1结构域发生误义突变，导致SMAD4与特定DNA序列结合能力减弱，另一种是MH2结构域发生移码突变产生不成熟蛋白，不能形成SMAD复合体，使得SMAD无法向核内转位，从而干扰信号传导。此外，在伴有t(8;21)(q22;q22)的AML来源的Kasumi-1细胞系中有着较高含量的miR-130a，阻滞了SMAD4的表达，使得TGF-β介导的造血负调控作用减弱[8]。

3.1.4 融合蛋白与TGF-β信号通路的相互作用：在AML患者中，M2亚型常发生t(8;21)形成AML1-ETO融合基因，AML1-ETO融合蛋白可与SMAD3发生相互作用并阻断TGF-β1的信号传导。AML M4/M5亚型常见11q23易位形成MLL融合蛋白，t(11;19)(q23;p13.3)易位形成的MLL-ENL融合基因和t(9;11)(p22;q23) 易位形成的MLL-AF9融合基因可激活EVI-1的转录，EVI-1蛋白可通过与SMAD3的MH2区域结合，阻止SMAD3结合至DNA上启动转录效应，从而阻断TGF-β/SMAD的信号传导[9]。AML中原癌基因HOXA9的表达较为普遍，HOXA9可与SMAD4形成HOXA9-SMAD4复合物，阻断TGF-β/SMAD的信号传导[10]。

3.2TGF-β信号通路异常与急性淋巴细胞白血病(acutelymphocyticleukemia，ALL)

在人T细胞急性白血病病毒I型(human T-cell leukemia virus-1, HTLV-I)感染的T细胞系中，HTLV-I编码的病毒蛋白Tax通过NF-κB及CREB信号通路介导囊泡素1(caveolin-1)基因表达，caveolin-1与TβRI相结合，抑制TGF-β诱导的SMAD2/3磷酸化，这在T-ALL的发病中有重要作用[11]。另有研究表明，HTLV-I互补链编码的HTLV-1 bZIP因子(HBZ)可抵抗Tax对TGF-β的抑制作用，HBZ与SMAD2/3相互作用，以P300依赖性方式增强TGF-β/SMAD的转录性应答，诱导幼稚T细胞FOXP3表达，使得HTLV-1将感染的T细胞转化为调节T细胞，促进T-ALL细胞的增殖[12]。

3.3TGF-β信号通路异常与慢性髓细胞白血病(chronicmyeloidleukemia，CML)

CML患者血清TGF-β水平常升高，这与患者骨髓纤维化发生密切相关。约95%的CML患者体内可检测到特征性Ph染色体及其所产生的BCR/ABL融合基因，BCR/ABL融合蛋白可通过TGF-β信号通路介导CML的发病。BCR/ABL融合蛋白诱导TGF-β的产生，TGF-β继而激活PI3/Akt/NF-κB/MMP9信号通路，增强基质金属蛋白酶9的产生，导致可溶性Kit配体和胞内黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1)的合成增加，进一步动员CML细胞进入外周循环和使得T淋巴细胞和NK细胞免疫识别受阻。因此，BCR/ABL融合蛋白诱导产生TGF-β促进了CML疾病进展[13-14]。当CML向急性期转化时，可出现t(3;21)(q26;q22)平衡易位，形成AML1/EVI1融合基因，AML1/EVI1融合蛋白可募集C末端结合蛋白及组蛋白去乙酰酶从而抑制SMAD3的MH2区域，阻碍SMAD3与DNA结合，抑制转录活性，从而中断TGF-β信号途径，此为CML发生急变的重要机制之一[15]。此外，阻滞TGF-β信号通路激活可减少酪氨酸激酶成员Lyn的活性，最终使得CML细胞对伊马替尼介导细胞死亡的敏感性增加[16]。

3.4 TGF-β信号通路异常与其他血液肿瘤疾病

研究发现在慢性淋巴细胞白血病(chronic lymphocytic leukemia, CLL)和多发性骨髓瘤(multiple myeloma, MM)患者中TGF-β的水平明显高于正常人。SMAD4功能受抑在弥漫大B细胞淋巴瘤及滤泡性淋巴瘤中见报道，在这两种常见的非霍奇金淋巴瘤中，序列特异性转录抑制子BCL6可与SMAD4相互作用，抑制SMAD4与共激活子形成复合物，从而抑制TGF-β的信号传导。

4 TGF-β信号通路在造血系统肿瘤治疗方面的研究进展

人参皂甙Rh2对多种肿瘤细胞具有抗增殖作用，有研究发现Rh2通过作用于TGF-β1信号通路诱导早幼粒细胞白血病细胞系(HL-60)的生长停滞及分化，Rh2通过增加TGF-β1mRNA的表达，激活SMAD/FOXO3A信号通路，介导白血病细胞周期的G1-S转化[17]。在CML中，BCR/ABL融合蛋白上调TGF-β的产生，伊马替尼可抑制TGF-β的产生，有效地减少CML细胞，抑制疾病进展[18]。人类集中核苷转运体3(Human concentrative nucleoside transporter-3, hCNT3)可介导大多数核苷类药物的摄取及增强药物的细胞毒作用。在CLL淋巴细胞样细胞系MEC1中，全反式维甲酸(all-trans-retinoic acid, ATRA)通过转运hCNT3蛋白至胞膜上增加了hCNT3相关的活性，该过程通过TGF-β1介导，ATRA以P38依赖的方式转录性激活TGF-β1，TGF-β1通过激活的ERK1/2及小GTP酶PhoA促进hCNT3蛋白的胞膜转运[19]。该研究结果使ATRA治疗CLL成为可能，hCNT3转运至胞膜上使得化疗药如福达拉滨更易于进入细胞、细胞毒性作用增强。

5 展望

TGF-β是造血细胞生长的负调控因子，TGF-β/SMAD信号途径在造血系统恶性肿瘤的发生中起到重要的作用，深入研究该通路的信号传递对于开发以TGF-β信号通路中的环节为靶点的靶向治疗具有积极意义。

[1] Khin SS, Kitazawa R, Kondo T,etal. Epigenetic alteration by DNA promoter hypermethylation of genes related to transforming growth factor-β (TGF-β) signaling in cancer [J]. Cancers, 2011, 3: 982-993.

[2] Runyan CE, Hayashida T, Hubchak S,etal. Role of SARA (SMAD anchor for receptor activation) in maintenance of epithelial cell phenotype [J]. J Biol Chem, 2009, 284: 25181-25189.

[3] Wu Y, Chen P, Huang HF,etal. Reduction of transforming growth factor-β1 expression in leukemia and its possible role in leukemia development [J]. Leuk Lymphoma, 2012, 53: 145-151.

[4] 凡治国, 张连生, 柴晔, 等. Th17细胞水平的变化与急性髓系白血病发病关系的探讨 [J]. 中华血液学杂志, 2010, 31: 617-620.

[5] Szczepanski MJ, Szajnik M, Czystowska M,etal. Increased frequency and suppression by regulatory T cells in patients with acute myelogenous leukemia [J]. Clin Cancer Res, 2009, 15: 3325-3332.

[6] Szczepanski MJ, Szajnik M, Welsh A,etal. Blast-derived microvesicles in sera from patients with acute myeloid leukemia suppress natural killer cell function via membrane-associated transforming growth factor-beta1 [J]. Haematologica, 2011, 96: 1302-1309.

[7] Sung JY, Kim H, Kim YN,etal. Interferon consensus sequence binding protein-induced cell proliferation is mediated by TGF-β signaling and p38 MAPK activation [J]. Lab Invest, 2011, 91: 1304-1313.

[8] Häger M, Pedersen CC, Larsen MT,etal. MicroRNA-130a-mediated down-regulation of Smad4 contributes to reduced sensitivity to TGF-β1 stimulation in granulocytic precursors [J]. Blood, 2011, 118: 6649-6659.

[9] Arai S, Yoshimi A, Shimabe M,etal. Evi-1 is a transcriptional target of mixed-lineage leukemia oncoproteins in hematopoietic stem cells [J]. Blood, 2011, 117: 6304-6314.

[10] Quéré R, Karlsson G, Hertwig F,etal. Smad4 binds Hoxa9 in the cytoplasm and protects primitive hematopoietic cells against nuclear activation by Hoxa9 and leukemia transformation [J]. Blood, 2011, 117: 5918-5930.

[11] Sawada S, Ishikawa C, Tanji H,etal. Overexpression of caveolin-1 in adult T-cell leukemia [J]. Blood, 2010, 115: 2220-2230.

[12] Zhao T, Satou Y, Sugata K,etal. HTLV-1 bZIP factor enhances TGF-β signaling through p300 coactivator [J]. Blood, 2011, 118: 1865-1876.

[13] Zhu X, Wang L, Zhang B,etal. TGF-beta1-induced PI3K/Akt/NF-kappaB/MMP9 signalling pathway is activated in Philadelphia chromosome-positive chronic myeloid leukaemia hemangioblasts [J]. J Biochem, 2011, 149: 405-414.

[14] Miyazono K. Tumour promoting functions of TGF-β in CML-initiating cells [J]. J Biochem, 2012, 152: 383-385.

[15] Su E, Han X, Jiang G. The transforming growth factor beta 1/SMAD signaling pathway involved in human chronic myeloid leukemia [J]. Tumori, 2010, 96: 659-666.

[16] Smith PG, Tanaka H, Chantry A. A novel co-operative mechanism linking TGFβ and Lyn kinase activation to imatinib resistance in chronic myeloid leukaemia cells [J]. Oncotarget, 2012, 3: 518-524.

[17] Chung KS, Cho SH, Shin JS,etal. Ginsenoside Rh2 induces cell cycle arrest and differentiation in human leukemia cells by upregulating TGF-β expression [J]. Carcinogenesis, 2013, 34: 331-340.

[18] Miyazono K. Tumour promoting functions of TGF-β in CML-initiating cells [J]. J Biochem, 2012, 152: 383-385.

[19] Fernández-Calotti P, Pastor-Anglada M. All-trans-retinoic acid promotes trafficking of human concentrative nucleoside transporter-3 (hCNT3) to the plasma membrane by a TGF-beta1-mediated mechanism [J]. J Biol Chem, 2010, 285: 13589-13598.

TGF-β signaling and hematopoietic malignancies

WANG Min, WANG Li-ru*

(Dept. of Hematology, Fuxing Hospital, Capital Medical University, Beijing 100038, China)

Transforming growth factor β (TGF-β) is a negative regulated cytokine for growth of hematopoietic cells. TGF-β/SMAD signaling pathway plays an important part in pathogenesis of hematopoietic malignance diseases. The deficiencies of TGF-β expression and mutations of TGF-β receptors or downstream signaling pathways can cause malignant proliferation of hematopoietic cells. To study the signaling pathway of TGF-β may attribute to the recognize of the pathogenesis of hematopoietic malignances and the development of therapy targeting at the TGF-β pathway.

TGF-β; signaling; hematopoietic; malignance

2013-05-29

2013-10-09

北京市优秀人才培养项目(20071D0900700341)；首都医学发展科研基金(2009-3192)

*通信作者(correspondingauthor)： wanglirumail@126.com

1001-6325(2014)03-0426-04

短篇综述

R 733.3

A