GDF-15在肿瘤发生发展及免疫调节中作用的研究进展①

高云鸽 程天一 钱罗蒙 周福兴 汪梦馨 张建芳 宋婷婷 黎 昱 徐 盈 陈必良

(空军军医大学第一附属医院妇产科，西安 710032)

生长分化因子-15(growth differentiation factor-15，GDF-15)是分泌型转化生长因子-β(transfor-ming growth factor-β，TGF-β)超家族的远端成员，不完全属于任何现有的TGF-β超家族蛋白家族。GDF-15在正常组织中低表达，但机体处于缺氧、炎症、外伤或癌变等刺激状态时表达上调[1，2]。关于GDF-15在肿瘤中作用的研究并不少见，大量研究显示GDF-15在不同肿瘤及肿瘤的不同阶段中发挥不同作用，并在肿瘤的免疫调节中发挥重要作用[3]。本综述探讨GDF-15在肿瘤发生发展及免疫调节中的作用，以期为疾病的诊断与治疗提供新靶点。

1 GDF-15的结构与表达

人GDF-15基因位于19号染色体短臂区12区到13区1带，包含2个外显子和1个内含子，开放阅读框约为927 bp[4]。GDF-15启动子上有多种转录因子结合位点，包括p53、EGR-1、CREB、Sp1、CHOP、ER stress、ATF3[5]。GDF-15蛋白前体共有308个氨基酸(aa)，其中包含29个aa的疏水信号肽序列、167个aa的前肽序列以及112个aa的成熟区。2个GDF-15前体蛋白N末端信号肽序列被切除后，通过二硫键发生二聚化，并在内质网正确折叠，继而在RXXR位点裂解，产生具有生物活性的含224个aa、分子量约为25 kD的成熟蛋白二聚体，进而被分泌到胞外[3，6，7]。成熟蛋白具有由7个半胱氨酸残基组成的胱氨酸结(cystine knot)结构域，该结构在TGF-β超家族不同成员之间高度保守。GDF-15在内质网的正确折叠需要前肽参与，与TGF-β家族其他蛋白不同的是，前肽对于GDF-15的正确折叠不是必需的[5]。除成熟的GDF-15多肽具有活性外，未经加工处理的GDF-15前体蛋白被分泌到胞外，与细胞外基质成分相互作用，调节GDF-15的储存、局部生物活性、细胞功能及血清浓度[8，9]。

GDF-15在多种哺乳动物组织中广泛表达，在正常人体内，GDF-15的表达具有明显的组织特异性。在胎盘和前列腺中GDF-15表达较高，在肾脏和胰腺中亦可检测到其表达，在其他组织和器官中GDF-15表达量很低甚至几乎不表达。GDF-15在正常组织中表达水平低下，但当机体处于缺氧、炎症、外伤或癌变等刺激状态时，GDF-15则显著高表达，孕妇血清GDF-15水平亦显著升高，提示GDF-15参与胚胎发育、细胞应激反应调控、炎症发生及肿瘤等多种生理病理过程[10]。

2 GDF-15与肿瘤的关系

大量研究发现，GDF-15在癌症的发生发展过程中有非常复杂的作用，虽然GDF-15在多种肿瘤中高表达，但其在不同肿瘤及肿瘤的不同阶段中可能发挥不同甚至相反的作用。除此之外，GDF-15还通过多种途径影响肿瘤免疫调节。

2.1GDF-15在肿瘤中的表达 研究表明，GDF-15基因在前列腺癌和结直肠癌中高度过表达，为证实这一结果，Nakamura等[11]对大量前列腺癌和非癌组织中GDF-15的定量表达进行了评估，发现GDF-15基因在前列腺癌组织中表达明显高于非癌组织，这一现象在侵袭性更强的前列腺癌中更为显著，该研究也进一步证实GDF-15与肿瘤的发生、分化与侵袭密切相关。Brown等[12]也发现结直肠癌患者血清GDF-15水平因腺瘤状态而异，且与结肠癌危险因素显著相关，血清GDF-15水平不仅随腺瘤数量增加而增加，也随高危腺瘤的复发而增加，表明血清GDF-15水平与结直肠癌患者的预后高度相关。Staff等[13]发现子宫内膜癌患者血浆GDF-15水平升高，浆液性卵巢肿瘤上皮中也出现GDF-15表达增加[14]。随后，Lima等[15]发现卵巢癌恶性程度与GDF-15的表达水平正相关，在此之前也有研究发现在进展期恶性肿瘤中，GDF-15表达的升高更为明显，进展期肿瘤患者血清中GDF-15的过高表达警示着不良预后[16]，以上研究揭示了GDF-15的表达与肿瘤发生发展的密切关系，在多种肿瘤中，GDF-15表达水平较相应正常组织均有所升高。有研究表明根据血清GDF-15水平结合某些肿瘤诊断标志物，可显著提高肿瘤诊断的特异性，进一步证明了GDF-15在肿瘤的诊断与预后评估方面良好的发展前景[17]。

2.2GDF-15在肿瘤发生发展中的作用 GDF-15在肿瘤发生发展过程中的作用目前尚无定论，有实验表明GDF-15具有抑癌活性，而有些实验却显示其可促进癌症发展。在对非小细胞肺癌的研究中，Cekanova等[18]发现GDF-15蛋白通过下调p38MAPK信号通路对氨基甲酸酯诱导的肺癌形成起抑制作用，并通过激活caspase 3/7诱导细胞凋亡。另有研究发现，GDF-15通过GCN5依赖性KLF5乙酰化促进A549细胞增殖，该研究还通过异种移植肿瘤检测到沉默GDF-15后A549细胞中肿瘤形成减少[19]。以上研究结果提示，在不同的实验方法和细胞周期中，GDF-15在非小细胞肺癌中对肿瘤发挥的作用不同。

研究表明GDF-15可促进结直肠癌细胞的上皮-间质转化(EMT)和转移，而用结肠直肠致癌物氧化偶氮甲烷处理GDF-15转基因小鼠(GDF15-Tg)后，其异常隐窝灶比非转基因同窝小鼠减少50%，且无肿瘤发生[20，21]。而在GDF-15敲除小鼠中，COX抑制剂舒林酸对肠息肉形成的抑制功能丧失[22]。以上研究表明GDF-15具有抗肿瘤活性。在结肠癌的研究中，发现GDF-15同时发挥促癌作用和抑癌作用，提示GDF-15可能在癌症早期发挥抑癌作用，而在癌症晚期发挥促癌作用。Husaini等[23]发现，GDF-15过表达延长TRAMP小鼠存活期并抑制癌细胞生长，而在前列腺癌的进展过程中，GDF-15过表达可能会促进局部侵袭和转移扩散，进一步证实在肿瘤发展的不同阶段，GDF-15对肿瘤发挥不同作用。

最近研究发现GDF-15参与宫颈癌发生。激活与ErbB2复合的PI3K/AKT和MAPK/ERK信号通路，改变细胞周期调节因子(p21，CDK2/4和cyclin D1/E1)表达，促进人宫颈癌细胞增殖[24]。Lima等[15]发现在卵巢癌的晚期，GDF-15可能促进化疗耐药及癌细胞的增殖、迁移、侵袭和转移，进一步证实在癌症晚期，GDF-15发挥促癌作用的同时，还促进化疗耐药，最终导致不良预后。但是目前关于宫颈癌与卵巢癌中GDF-15表达与意义的研究尚不多见，没有足够证据证实宫颈癌和卵巢癌中GDF-15对肿瘤的发生发展起抑制或促进作用。

总之，GDF-15的抑癌和促癌作用均有大量实验支持，提示GDF-15可能同其家族成员类似，在癌症早期通过抑制肿瘤细胞生长、诱导细胞凋亡起抑癌作用；而在癌症晚期，GDF-15则会促进肿瘤细胞增殖、迁移及转移。因此，GDF-15是癌症晚期潜在治疗靶点，值得进一步研究。

2.3GDF-15在肿瘤免疫调节中的作用 正常细胞向肿瘤状态转化的过程中，转化细胞吸引先天和适应性免疫细胞，渗透于肿瘤起始部位的免疫细胞表现出抗肿瘤活性，起“免疫监视”作用[25，26]。而在肿瘤的发展过程中，肿瘤组织分泌多种肿瘤源性因子，包括TGF-β、GM-CSF、IL-6、M-CSF、IL-10、VEGF、神经节苷脂类及PGE2等，抑制抗肿瘤免疫反应，在已鉴定的肿瘤源性因子中，GDF-15在多种恶性肿瘤中均高表达，参与肿瘤免疫调节，与多种肿瘤的增殖、转移及预后相关[27]。

巨噬细胞是浸润早期肿瘤的主要免疫细胞群，浸润的巨噬细胞被激活后，通过分泌细胞毒性因子，如TNF和一氧化氮(NO)，或通过转移肿瘤抗原激活细胞毒性T细胞，直接消除肿瘤细胞[28，29]。NF-κB是参与肿瘤和免疫细胞间通讯的转录因子，组成型NF-κB活性有助于癌细胞增殖、存活和转移[30，31]。NF-κB在癌症晚期阶段为致癌基因，通过保护表达Ras的转化细胞免受先天免疫细胞的作用而发挥癌基因作用[32]。研究发现，GDF-15在胰腺癌发展的早期阶段由NF-κB直接调节，以规避浸润性炎症巨噬细胞的免疫监视活动。GDF-15介导的IKK抑制和NF-κB抑制导致TNF和NO表达降低，阻断巨噬细胞的抗肿瘤免疫应答；通过TAK1失活抑制NF-κB，由GDF-15与TGF-β家族其他成员不同的信号传导[33]。以上结果表明GDF-15可通过抑制IKK和NF-κB抑制巨噬细胞抗肿瘤免疫应答。

作为肿瘤免疫的启动者，树突状细胞(DCs)具有强大的抗原摄取和处理能力，能够向幼稚的T细胞呈递抗原，从而诱导免疫应答。肿瘤微环境中存在很多抑制性细胞因子可以作用于DCs，导致其功能异常，从而使肿瘤细胞逃脱机体免疫系统的监视[34-36]。有研究表明，重组GDF-15(rhGDF-15)可抑制DCs中表面分子CD83、CD86和HLA-DR表达，阻止DCs成熟并损害DCs募集 T细胞的功能，导致癌症模型肿瘤生长加速[37]。最近研究发现GDF-15在DCs中表达，且其表达水平随DCs的发展和分化而增加，该研究还表明GDF-15可能利用TGF-βRⅠ和TGF-βRⅡ调节DCs[38]。IDO是在免疫抑制性DCs中表达的免疫抑制分子，对DCs产生调节性T细胞起重要作用，而GDF-15可通过上调IDO增加调节性T细胞产生[39]。GDF-15也可减少环状malat-1(circ_malat-1)的表达，并通过抑制NF-κB途径阻碍DCs成熟及其功能发挥。GDF-15缺乏可促进DCs成熟，增强DCs激活T细胞的能力[38]。GDF-15通过抑制NF-κB途径阻碍DCs成熟，干扰DCs激活T细胞能力，最终导致肿瘤免疫逃逸。虽然已有实验证实GDF-15可通过抑制巨噬细胞与证实DCs的抗肿瘤免疫应答使肿瘤发生免疫逃逸，但关于巨噬细胞和DCs与GDF-15之间相互作用的研究尚不多见，GDF-15影响巨噬细胞和DCs抗肿瘤功能的机制与通路尚未明确，需要进一步探索。

3 总结与展望

GDF-15参与肿瘤的发生与发展，在多种肿瘤中表达量均有升高，对肿瘤的预后评估有一定价值。GDF-15在肿瘤的发展中作用复杂，不仅发挥早期抑癌晚期促癌的作用，还通过多种途径干扰巨噬细胞、DCs和T细胞所参与的抗肿瘤免疫应答，从而影响肿瘤的免疫调节。大量研究表明GDF-15是癌症晚期潜在治疗靶点，明确GDF-15在肿瘤中的免疫调节作用对肿瘤的免疫干预治疗非常重要。因此，探究GDF-15在肿瘤发展中的作用及其参与肿瘤免疫调节的机制与通路意义重大，有待进一步研究。