TGF-β/Smads信号转导通路与胃癌关系的研究进展

吴倩倩　孙　琦　黄　勤　于成功

南京医科大学鼓楼临床医学院1(210008)　南京大学医学院附属鼓楼医院病理科2　消化科3

TGF-β/Smads信号转导通路与胃癌关系的研究进展

吴倩倩1孙琦2黄勤2于成功3*

南京医科大学鼓楼临床医学院1(210008)南京大学医学院附属鼓楼医院病理科2消化科3

摘要转化生长因子β(TGF-β)是具有多种生物学活性的多肽类细胞因子，参与调节细胞多种生物学功能。TGF-β信号通路具有调控细胞增殖和分化的作用，由Smads蛋白介导的TGF-β信号转导是该通路最经典的转导方式。近年研究表明，TGF-β/Smads信号通路任何环节的功能障碍均有可能导致该信号转导异常，从而影响胃癌的发生、发展。本文就TGF-β/Smads信号转导通路与胃癌的关系作一综述。

关键词胃肿瘤；转化生长因子β；Smad蛋白质类；信号通路

胃癌是全球排名第四位的恶性肿瘤，亦是肿瘤致死的第二大因素[1]。近年远端胃癌的发病率因幽门螺杆菌的有效根治而大幅下降，但近端胃(贲门)癌的发病率却呈上升趋势[2]。胃癌的发生、发展是多因素、多阶段和多基因改变的复杂过程，涉及生命活动中多种信号转导通路的改变。转化生长因子β(transforming growth factor β, TGF-β)信号通路具有调控细胞增殖和分化的作用，是肿瘤发生、发展过程中最常发生改变的信号通路之一[3]。本文就近年TGF-β/Smads信号通路在胃癌发生机制中的研究作一综述。

一、TGF-β/Smads信号通路

TGF-β主要通过激活两条信号通路发挥生物调节作用，即Smads信号通路和Ras/丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路，其中TGF-β/Smads信号通路由TGF-β超家族、TGF-β受体(TβR)和Smads蛋白家族组成。

1．TGF-β超家族及其转导途径：TGF-β超家族是一大类具有多种生物学活性的多肽类细胞因子，包括TGF-β、活化素、骨形成蛋白(BMP)等，在调节细胞生长、黏附、迁移、分化和凋亡等过程中发挥重要作用。在哺乳动物中至少已发现三种TGF-β亚型(TGF-β1、2、3)。TβR分为三型(TβRⅠ、Ⅱ、Ⅲ)，TβRⅠ、TβRⅡ是具有丝/苏氨酸激酶活性的Ⅰ型跨膜糖蛋白。TGF-β必须先与TβRⅡ结合，然后TβRⅡ通过磷酸化作用激活TβRⅠ，最后形成TβRⅠ-TGF-β-TβRⅡ异源四聚体，然后将信号转入细胞内。TβRⅢ主要为β-聚糖和内皮因子，目前尚未发现通过TβRⅢ激活的细胞内信号通路。Smads蛋白是TGF-β信号通路的重要参与者和调节者，活化的TβRⅠ通过磷酸化作用激活Smad2/3，激活后的受体调控型Smad(R-Smad)与TβRⅠ分离，与Smad4形成异源复合物后移位至核内，调节靶基因的转录。

2. Smads蛋白家族：Smads蛋白是TGF-β信号通路中重要的介导蛋白，从多方面调节TGF-β信号转导。Smads结构上由高度保守的氨基末端(MH1)、羧基末端(MH2)以及中间富含脯氨酸的连接区组成[4]。根据Smads蛋白结构和功能将其分为三类：①R-Smad，包括Smad1、2、3、5、8。R-Smad分子C端具有特征性丝氨酸基序(SSXS)，可被活化的TβRⅠ磷酸化从而发挥生物学效应，此外该组Smad分子决定了配体信号转导的特异性。②共用型Smad(Co-Smad)：这类型Smads蛋白目前仅在脊椎动物中发现了Smad4，几乎所有TGF-β超家族中的信号分子在转入细胞核前，均需与Smad4结合。③抑制型Smad(I-Smad)：包括Smad6、7。I-Smad可与R-Smad竞争结合活化的TβRⅠ，因而在信号转导中发挥负调控效应。

二、TGF-β/Smads信号通路与肿瘤

TGF-β信号通路在肿瘤形成和发展过程中起“双刃剑”的作用，在肿瘤形成早期TGF-β/Smad信号通路通过调节下游靶基因，如p21CDKN1A、p15CDKN2B等，使细胞阻滞于G1期，从而起抑制肿瘤细胞增殖的作用。而在肿瘤进展期，TGF-β又可通过影响免疫抑制或逃逸、促进血管生成、增加肿瘤细胞与胞外基质的相互作用等促进肿瘤的侵袭和转移[5]。近年来，多项研究表明TGF-β与多种肿瘤的发生、发展密切相关，在多种恶性肿瘤中均呈过表达，如前列腺癌、乳腺癌、胃癌、结直肠癌等[6-9]。

三、TGF-β/Smads信号通路与胃癌

1. TGF-β与胃癌：TGF-β1是TGF-β的主要表达形式，在维护正常免疫内稳态、调节细胞生长凋亡、肠上皮细胞分化中具有重要作用。Docea等[10]采用免疫组化法发现胃癌组织中TGF-β1表达水平较对照组增高，且其表达与肿瘤分化程度呈负相关，并与Ki-67反映的细胞增殖活性有关。Ma等[11]发现胃癌患者血清TGF-β1、-β2表达较正常对照组明显上调，且血清TGF-β1浓度与肿瘤大小、浸润、转移和临床分期等呈正相关。TGF-β1 mRNA表达量随正常-癌前病变-早期胃癌-进展期胃癌的病变发展呈持续上升趋势。亦有研究[12-13]表明TGF-β1表达与胃癌的进展和预后明显相关，与淋巴结转移亦有一定关系。

TGF-β1可通过诱导上皮-间质转化(EMT)而促进肿瘤的生长，且能在肿瘤微环境中减少免疫反应性和刺激血管生成[14-15]。TGF-β1可与多种基因或蛋白相互作用、相互影响。Zhang等[16]发现Krüppel样因子8(Krüppel-like factor 8, KLF8)参与了TGF-β1诱导的EMT，在胃癌细胞中TGF-β1可诱导KLF8 mRNA和蛋白表达水平升高，从而加强EMT。Shen等[17]发现通过巨噬细胞与胃癌细胞共培养可加强TGF-β信号通路，促进癌细胞浸润。TGF-β1与胃癌的侵袭、转移密切相关，但其具体分子机制有待进一步研究。

2. TβR与胃癌：在人类肿瘤中TβR可发生变异，干扰转录调节因子的结合而导致其表达降低，使TGF-β产生的抑制肿瘤细胞生长的信号不能正常下传，最终导致肿瘤的发生、发展。Guo等[18]研究贲门腺癌TβRⅡ基因启动子区甲基化水平，发现癌组织中TβRⅡ表达明显低于癌旁组织，Ⅲ、Ⅳ期肿瘤患者中的表达显著低于Ⅰ、Ⅱ期患者，推测TβRⅡ基因启动子区发生甲基化导致基因沉默可能是此受体失活的主要原因[19]。TβR表达降低导致信号通路阻滞，使肿瘤细胞逃脱TGF-β的抑制作用而有利于肿瘤的发生、发展。

3. Smads蛋白与胃癌：Smads蛋白是将TGF-β通路信号从胞外转至胞核内的关键蛋白，其发生突变或异常表达可能导致TGF-β/Smads信号转导受阻甚至中断，使TGF-β生长抑制作用丧失，导致多种肿瘤的发生和发展。有研究[20]报道，在Smad3缺失的SNU-484人胃癌细胞株中转染Smad3，可使细胞恢复TGF-β信号转导，同时减少血管生成刺激因子，促进E钙黏蛋白表达。Wu等[21]的研究发现胃癌组织中Smad2/3 mRNA表达较正常组织下调。Smad3基因敲除小鼠模型的研究[22]发现，从前胃小弯侧开始发生肠化生、侵袭性胃癌形成。此外，有研究[21，23]显示Smad2/3表达下调与胃癌预后不良有关。Smad7作为I-Smad发挥负调控效应维持信号通路的平衡，在正常胃黏膜中很少表达，但在低分化、有远处转移的胃癌中表达明显上调，Smad7阴性表达者的生存率高于阳性表达者，表明Smad7与肿瘤分化程度、转移、预后等相关[24-25]。

Smad4为抑癌基因，突变类型以点突变为主。突变后的Smad4蛋白构象发生改变，不能与磷酸化Smad2/3结合，进而不能发挥调节转录作用。有研究[26]采用免疫组化染色发现胃癌组织中Smad4蛋白阳性表达率明显低于正常胃黏膜，并与胃癌分化程度、淋巴结转移和TNM分期有关。Leng等[25]报道胃癌组织中Smad4表达明显低于癌旁组织，且低分化胃癌组的表达较高分化组明显降低，在淋巴结转移者中的表达亦低于无淋巴结转移者，提示Smad4蛋白缺乏或下调可能是胃癌细胞逃逸TGF-β通路肿瘤抑制作用的关键之一。有类似研究显示Smad4在胃癌组织中低表达，但Smad4在早期胃癌中很少发生突变，认为其基因缺失或突变发生在肿瘤进展后期，属于胃癌晚期分子事件[27]。Smad4表达阳性的胃癌患者生存率和生存时间优于表达阴性者[24]，因此，Smad4是评估预后的重要指标。

四、展望

TGF-β信号通路参与细胞增殖、分化、凋亡、黏附、迁移等多方面调节，任何环节的功能障碍均可能导致信号转导异常，从而导致肿瘤的发生、发展。Smads的研究为临床靶向治疗胃癌提供了新的靶点，同时对评估预后亦有重要意义。近年近端胃(贲门)癌的发病率有上升趋势，由于贲门组织的特殊性，不能简单将其划分为食管癌或胃癌，应单独列出进行研究。对于Smads和其他TGF-β信号通路相关蛋白在近端胃(贲门)癌中的表达，以及其与非近端胃癌相比是否有差异还需深入研究。只有对TGF-β/Smads信号通路作用的具体机制有清楚的认识，才能更好地解决疾病的预防、治疗、预后等问题。

参考文献

1 Ferlay J, Shin HR, Bray F, et al. Estimates of worldwide burden of cancer in 2008: GLOBOCAN 2008[J]. Int J Cancer, 2010, 127 (12): 2893-2917.

2 Camargo MC, Anderson WF, King JB, et al. Divergent trends for gastric cancer incidence by anatomical subsite in US adults[J]. Gut, 2011, 60 (12): 1644-1649.

3 Xu Y, Pasche B. TGF-β signaling alterations and sus-ceptibility to colorectal cancer[J]. Hum Mol Genet, 2007, 16 (1): R14-R20.

4 Massague J, Hata A. TGF-beta signalling through the Smad pathway[J]. Trends Cell Biol, 1997, 7 (5): 187-192.

5 Akhurst RJ, Derynck R. TGF-beta signaling in cancer -- a double-edged sword[J]. Trends Cell Biol, 2001, 11 (11): S44-S51.

6 Reis ST, Pontes-Júnior J, Antunes AA, et al. TGF-β1 expression as a biomarker of poor prognosis in prostate cancer[J]. Clinics (Sao Paulo), 2011, 66 (7): 1143-1147.

7 Hartmann MC, Dwyer RM, Costello M, et al. Relationship between CCL5 and transforming growth factor-β1 (TGFβ1) in breast cancer[J]. Eur J Cancer, 2011, 47 (11): 1669-1675.

8 Hawinkels LJ, Verspaqet HW, van Duijn W, et al. Tissue level, activation and cellular localisation of TGF-beta1 and association with survival in gastric cancerpatients[J]. Br J Cancer, 2007, 97 (3): 398-404.

9 Langenskiöld M, Holmdahl L, Falk P, et al. Increased TGF-beta1 protein expression in patients with advanced colorectal cancer[J]. J Surg Oncol, 2008, 97 (5): 409-415.

10Docea AO, Mitrut P, Grigore D, et al. Immunohistochemical expression of TGF beta(TGF-β), TGF beta receptor 1 (TGFBR1), and Ki67 in intestinal variant of gastric adenocarcinomas[J]. Rom J Morphol Embryol, 2012, 53 (3 Suppl): 683-692.

11Ma GF, Miao Q, Zeng XQ, et al. Transforming growth factor-β1 and -β2 in gastric precancer and cancer and roles in tumor-cell interactions with peripheral blood mononuclear cellsinvitro[J]. PLoS One, 2013, 8 (1): e54249.

12Vagenas K, Spyropoulos, Gavala V, et al. TGFbeta1, TGFbeta2 and TGFbeta3 protein expression ingastric carcinomas: correlation with prognostics factors and patient survival[J]. J Surg Res, 2007, 139 (2): 182-188.

13Maehara Y, Kakeji Y, Kabashima A, et al. Role of transforming growth factor-beta1 in invasion and metastasis in gastric carcinoma[J]. J Clin Oncol, 1999, 17 (2): 607-614.

14Li MO, Flavell RA. TGF-beta: a master of all T cell trades[J]. Cell, 2008, 134 (3): 392-404.

15Goumans MJ, Liu Z, ten Dijke P. TGF-beta signaling in vascular biology and dysfunction[J]. Cell Res, 2009, 19 (1): 116-127.

16Zhang H, Liu LL, Wang Y, et al. KLF8 involves in TGF-beta-induced EMT and promotes invasion and migration in gastric cancer cells[J]. Cancer Res Clin Oncol, 2013, 139 (6): 1033-1042.

17Shen Z, Kauttu T, Cao J, et al. Macrophage coculture enhanced invasion of gastric cancer cells via TGF-β and BMP pathways[J]. Scan J Gastroenterol , 2013, 48 (4): 466-472.

18Guo W, Dong Z, Guo Y, et al. Association of polymorphisms in transforming growth factor-β receptors with susceptibility to gastric cardia adenocarcinoma[J]. Mol Biol Rep, 2012, 39 (4): 4301-4309.

19郭炜, 董稚明, 郭艳丽, 等. 贲门腺癌中转化生长因子βⅡ型受体基因启动子区高甲基化及其与TGF-β表达的相关性分析[J]. 肿瘤, 2010, 30 (10): 875-880.

20Han SU, Kim HT, Seong DH, et al. Loss of the Smad3 expression increases susceptibility to tumorigenicity in human gastric cancer[J]. Oncogene, 2004, 23 (7): 1333-1341.

21Wu Y, Li Q, Zhou X, et al. Decreased levels of active SMAD2 correlate with poor prognosis in gastric cancer[J]. PLoS One, 2012, 7 (4): e35684.

22Nam KT, O’Neal R, Lee YS, et al. Gastric tumor development in Smad3-deficient mice initiates from forestomach/glandular transition zone along the lesser curvature[J]. Lab Invest, 2012, 92 (6): 883-895.

23Kim SH, Kim KH, Ahn S, et al. Smad3 and Smad3 phosphoisoforms are prognostic markers of gastric carcinoma[J]. Dig Dis Sci, 2013, 58 (4): 989-997.

24Kim YH, Lee HS, Lee HJ, et al. Prognostic significance of the expression of Smad4 and Smad7 in human gastric carcinomas[J]. Ann Oncol, 2004, 15 (4): 574-580.

25Leng A, Liu T, He Y, et al. Smad4/Smad7 balance: a role of tumorigenesis in gastric cancer[J]. Exp Mol Pathol, 2009, 87 (1): 48-53.

26刘海旺, 李春辉, 程玉. Smad4 蛋白在胃癌中的表达及意义[J]. 承德医学院学报, 2013, 30 (4): 279-281.

27马景超, 耿敬姝. TGFβR1和smad系列蛋白在胃腺癌中的表达[J]. 肿瘤学杂志, 2012, 18 (5): 325-329.

(2014-03-28收稿；2014-04-15修回)

Advances in Study on Relationship between TGF-β/Smads Signaling Pathway and Gastric Cancer

WUQianqian1,SUNQi2,HUANGQin2,YUChenggong3.1DrumTowerSchoolofClinicalMedicine,NanjingMedicalUniversity,Nanjing(210008);2DepartmentofPathology,3DepartmentofGastroenterology,NanjingDrumTowerHospital,theAffiliatedHospitalofNanjingUniversityMedicalSchool,Nanjing

Correspondence to: YU Chenggong , Email: chenggong.yu@gmail.com

AbstractTransforming growth factor-β (TGF-β) is a polypeptide cytokine with numerous biological activities, which takes part in regulating many cell biological functions. TGF-β signaling pathway plays an important role in regulating cell proliferation and differentiation, and the pathway mediated by Smads protein is the most classic pattern. Many studies in recent years indicated that disruption of TGF-β signaling due to alterations in any member of TGF-β/Smads signaling pathway might affect the occurrence and development of gastric cancer. This article reviewed the advances in study on relationship between TGF-β/Smads signaling pathway and gastric cancer.

Key wordsStomach Neoplasms;Transforming Growth Factor beta;Smad Proteins;Signaling Pathway

通信作者*本文，Email: chenggong.yu@gmail.com

DOI:10.3969/j.issn.1008-7125.2015.01.015