皮肤癌中转化生长因子-β信号通路研究进展

张韬韬 刘华乙 谷涓华 陈亮 曾跃勤 刘志杰

(1昆明医科大学分子临床医学研究院，云南 昆明；2上海科技大学)

皮肤癌是常见的恶性肿瘤，最常见的类型是皮肤鳞状细胞癌(SCC)、皮肤基底细胞癌(BCC)和皮肤恶性黑色素瘤(CM)。前两种类型的皮肤癌发病率大大超过黑色素瘤，但是大多数患者容易治疗，长期预后更好。BCC和SCC均来源于表皮角质形成细胞，它们不如黑色素瘤致命，主要是因为它们局限于其发病部位，这使得其治疗更加直接〔1〕。CM是皮肤癌最致命的形式，由表皮黑色素细胞产生，是一种难治疗性和倾向转移的恶性肿瘤。早期发现的黑色素瘤可以通过手术切除来治疗；但还是能很快侵袭和转移，是晚期治疗后存活时间不足的主要原因〔2〕。转化生长因子(TGF)-β信号通路具有调控细胞增殖和分化的作用，是肿瘤发生发展中最常发生改变的信号通路之一。本文就TGF-β-Smad信号通路在皮肤癌发生发展中的作用进行综述。

1 TGF-β-Smad信号转导通路

1.1TGF-β TGF-β超家族由多种调节细胞功能和疾病发病机制的细胞因子家族组成。超家族分为三大亚家族：TGF-β，激活素和骨形态发生蛋白，它们都具有不同的生理功能。TGF-β亚家族由3种TGF-β亚型组成，TGF-β1，TGF-β2和TGF-β3由位于不同染色体的3个不同基因编码(分别为19q13.1，1q41和14q24)，但通过相同的受体信号系统起作用。TGF-β二聚体与潜伏相关肽(LAP)非共价结合为无活性的酶原复合物〔3〕。潜在的TGF-β可以通过多种机制在体内激活，如纤溶酶〔4〕或各种基质金属蛋白酶(MMP)-2和MMP-9通过切割LAP激活〔5〕，或者由整合素avb6，avb8〔6〕和血小板反应蛋白-1〔7〕介导的LAP构象变化，导致活性TGF-β从其相关的LAP释放。因此，TGF-β1可以通过多种机制及在不同的细胞生理情况下被激活，这使其能在不同的细胞环境中发挥重要作用。

1.2Smad蛋白家族 Smads是TGF-β转录应答的细胞内关键介质。在哺乳动物中，8个Smads被细分为3个不同的类别：Smads2、3(转导TGF-β信号传导)和Smads1、5、8(转导骨形态发生蛋白)组成的受体调节型Smads(R-Smads)；一个通用型：Smad4，也称为co-Smad和两个抑制型Smads(I-Smads)，即Smad6和7〔8〕。

1.3TGF-β-Smad信号通路 细胞内的TGF-β信号传导是十分复杂的，可以直接或间接地影响细胞各种功能。虽然不依赖Smads转导的 TGF-β信号通路也存在，但是通过Smads转导途径还是最主要的〔9〕。TGF-β受体(R)1和TGF-βR2通过Smads促进TGF-β信号传导，TGF-βR1和TGF-βR2形成信号传导所需的同源二聚体和异源二聚体复合物。TGF-β1通过结合TGF-βR2，启动典型Smad信号传导，然后募集，结合并磷酸化TGF-βR1的GS区，诱导蛋白激酶活性。活化的TGF-βR1磷酸化Smad2和Smad3，与Smad4形成复合物并转移至细胞核与各种DNA激活因子，阻遏物和转录因子结合在一起，调节各种基因的表达〔10〕。

2 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向作用，在肿瘤形成早期，TGF-β-Smad 信号通路通过调节下游靶基因如p21细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(CDKN)1A、 p15CDKN2B等，使细胞停滞于G1期，从而起到抑制肿瘤细胞增殖的作用。而在肿瘤进展期，TGF-β又可通过促进血管生成、改变肿瘤细胞与胞外基质的相互作用等，促进肿瘤细胞的侵袭和转移〔11〕。多项研究表明TGF-β与多种肿瘤的发生、发展密切相关，在大多数(>85%)人类上皮癌，包括胰腺癌、结肠癌、乳腺癌、前列腺癌和肺癌中均观察到TGF-β信号通路成分的变异〔12〕。

3 TGF-β-Smad信号转导通路与皮肤癌

3.1TGF-β及其受体在皮肤癌中的作用 TGF-β是鳞状上皮细胞发育和维持组织稳态的重要调节剂。TGF-β作为肿瘤抑制因子和肿瘤启动因子的双向作用已经在角质细胞中过表达TGF-β1的小鼠模型中得到验证〔13〕。不过多数体内证据支持TGF-β信号传导主要是抑制肿瘤生长。TGF-β1过表达在早期阶段抑制乳头状瘤形成，晚期促进皮肤癌的进展、转移和上皮-间充质转化〔14〕。在人皮肤SCC中，TGF-β1在52.9%的样本中存在过表达现象〔15〕。杨亚萍等〔15〕采用免疫组化法也发现皮肤鳞癌组织中TGF-β1的表达水平较正常皮肤显著升高，但是TGF-βR1的表达却显著降低。Ⅶ型胶原蛋白(Col7)是固定原纤维的主要成分，对伤口愈合非常重要，并且是上皮癌侵袭的屏障〔16〕。研究发现，Col7能够抑制SCC中的TGFβ信号传导从而降低肿瘤组织中的血管生成，从而起到了肿瘤抑制剂的作用〔17〕。

Goudie等〔18〕发现TGF-βR1突变导致多种自愈性鳞状上皮瘤，一种以自发性消退为特征的常染色体显性皮肤癌；这表明缺少TGF-βR1的肿瘤抑制作用会促进恶性SCC及良性鳞状肿瘤的发展。然而TGF-βR1也可以超过生理水平过表达，80.3%的皮肤鳞状细胞癌组织相对于周围表皮过表达TGF-βR1，暴露于阳光中的皮肤肿瘤存在TGF-βR1与pSmad2/3的高表达〔19〕。

TGF-βR2在人SCC中表达降低，说明TGF-βR2的缺乏促进体内SCC发展；Lu等〔20〕发现TGF-βR2的缺失可以增加上皮和基质中TGF-β1的表达；由此导致的TGF-β1过度表达可能增加血管生成和炎症。从这些研究中可以明确，角质形成细胞中的TGF-βR2缺失在肿瘤进展期间引起炎症。此外，TGF-βR2缺陷也增强细胞迁移和侵袭，总之，这些数据表明TGF-βR2的缺失可以导致血管发生、炎症、增殖、凋亡和肿瘤细胞迁移或侵入，从而参与SCC起始或进展。

Schmid等〔21〕通过原位杂交分析比较了正常皮肤和11例BCC中3种TGF-β亚型和TGF-β2 mRNA表达情况。与正常皮肤相比，大多数BCC的基质显示TGF-β1和TGF-βR2 mRNA表达增强。Gambichler等〔22〕使用实时定量聚合酶链反应(RT-PCR)和免疫组织化学也观察到BCC中TGF-β1mRNA的显著过度表达，这表明TGF-β1能促进BCC的发生和发展。

黑色素瘤患者血浆中TGF-β1水平升高，特别是转移性病变患者，表明黑色素瘤对TGF-β1的生长抑制有抵抗能力〔23〕；然而最近的研究却得到了相反的结论，周启明等〔24〕检测了黑色素瘤患者和正常人中的TGF-β1含量，发现黑色素瘤患者血清中的TGF-β1含量较健康对照组下调了2.3倍。TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3抑制正常的黑色素细胞增殖和DNA合成；但黑色素瘤细胞系对TGF-β的抑制作用反应较差或者完全抵抗〔25〕。Humbert等〔26〕发现TGF-β在很多的黑色素瘤细胞系中都能有效抑制细胞迁移和侵袭。他们进一步研究了其中的分子机制，发现纤溶酶原激活物抑制剂(PAI)-1表达在对TGF-β反应的所有黑色素瘤细胞系中都升高。此外，使用基因沉默方法，他们还发现PAI-1是TGFβ介导的抑制黑色素瘤细胞迁移和侵袭所必需的，PAI-1表达升高抑制细胞中纤溶酶的产生并且使其活性降低。表明，TGFβ为黑色素瘤细胞迁移和侵袭的有力抑制剂。

3.2Smad与皮肤癌 研究表明67%的低分化人皮肤SCC在Smad2基因座处显示出杂合性丢失(LOH)〔27〕。此外，低分化人皮肤SCC中 Smad2在mRNA和蛋白水平上分别有94%和70%降低；这些研究表明在SCC中Smad2杂合性丢失应该是转录前、转录和转录后水平的共同事件。不过深入的研究发现Smad2的缺失不足以启动肿瘤，但会加速皮肤接触致癌物时的肿瘤形成和恶性转化；SCC中Smad2的缺失增加了肝细胞生长因子(HGF)的表达，HGF是一种有效的血管生成因子和肿瘤上皮细胞迁移的启动子，导致内皮细胞上HGF受体c-Met的活化〔28〕。这些结果表明由于Smad2缺失所诱导上皮间质转化和血管生成有助于SCC的发生。

Bae等〔29〕发现Smad3可以抑制SCC发生；表达的Smad3可以通过诱导衰老和调节炎症来消除肿瘤进展；研究表明诱导促炎反应是Smad3作为SCC肿瘤启动子的潜在机制之一，Smad3阻断TGF-β1诱导MMP-9基因表达的能力，从而促进肿瘤侵袭和转移〔30〕。Park等〔31〕发现在头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)中死亡相关蛋白凋亡激酶(DRAK)1通过结合Smad3从而抑制TGF-β1的活性，进而阻断Smad3-Smad4复合物形成。这些研究表明，Smad3可能介导SCC的发生和进展。

在人类SCC中，57%的患者中存在Smad4基因杂合性丢失。Smad4表达缺失的发生率高，特别是在低分化皮肤癌中〔32〕。小鼠角质形成细胞Smad4的丢失，导致幼鼠5个月大时自发形成皮肤肿瘤，表明Smad4缺陷引起SCC形成。但是另有研究证明Smad4与PTEN/Akt信号通路相互作用来抑制皮肤肿瘤形成〔33〕。

Gambichler等〔22〕发现BCC中Smad3 mRNA显著过度表达。Tannehill-Gregg等〔28〕证明Smad3杂合的转基因小鼠比野生型小鼠对化学诱导皮肤癌表现出更强的抵抗。这表明Smad3可以通过致癌方式起作用，因为杂合性丢失对化学诱导的皮肤肿瘤有保护作用。但是在化学诱导的小鼠皮肤肿瘤中也观察到Smad3蛋白的完全丧失〔34〕。Smad在BCC患者患处的表达与正常皮肤没有显著差异，表明Smad4在人类皮肤BCC的发病机制中不起主要作用〔35〕。

Lin等〔36〕发现SKI与细胞质中活化的Smads结合，阻止其核移位。 SKI对于体外黑色素瘤细胞的生长是必需的，他们已经确定了SKI在TGFβ信号通路中的新作用；在黑色素瘤中SKI通过促进Smad3的磷酸化从而使其由增殖抑制因子向肿瘤发生激活剂转换。黑色素瘤抑制活性蛋白(MIA)是一种在黑色素瘤中表达且参与黑色素瘤发生和发展的分泌蛋白，已经作为监测转移性黑色素瘤患者的临床血清标志物。MIA上调SKI和Sno，并下调黑色素瘤细胞系HMB2中的Smad2和Smad3。因此，MIA可能在多个方面影响TGFβ信号通路对黑色素瘤细胞的生长抑制或细胞凋亡〔37〕。

综上，TGFβ超家族成员众多，受体配体间组合作用多样化，传导的上下游信号繁多，个体成员在不同肿瘤中发挥的作用也不尽相同。因此，进一步研究TGF-β信号通路的分子机制、Smads的功能、与其他细胞因子之间的相互作用及其在皮肤癌发生、发展及侵袭转移中的特异性作用，对皮肤癌的发病机制、临床治疗及药物开发起重要的指导意义。