胸腺素β10的生物学功能及临床应用研究进展

张轶静，刘波，陈伟

湖北医药学院附属襄阳市第一人民医院，湖北襄阳441000

胸腺素是一种从小牛胸腺中分离出来的蛋白，根据等电点不同可分为α（PI＜5）、β（5＜PI＜7）和γ（PI＞7）三种异构体，其中胸腺素β 家族包含近20 个多肽，由 40～44 个氨基酸组成，分子量约为 5 kDa［1］。胸腺素β 可与单体肌动蛋白以1：1 比例形成复合物，阻止肌动蛋白聚合成丝状形式，发挥参与细胞骨架重组、介导细胞运动、参与血管形成、炎症免疫反应［2-3］等多种生物学功能。胸腺素β10（Thymosin beta 10，Tβ10）是胸腺素β 家族的重要成员之一，目前已被发现与甲状腺癌、肝癌、乳腺癌、肾细胞癌、食管癌、胆管癌、胰腺癌、膀胱癌、宫颈癌、黑色素瘤、卵巢癌等多种恶性肿瘤的发生发展密切相关，表达特点与肿瘤类型相关。Tβ10 在干燥综合征［4］、唐氏综合症［5］、银屑病［6］等非肿瘤性疾病中也存在差异性表达，但其在相关疾病发生发展中的功能和具体作用机制仍有待进一步研究。现将Tβ10 的生物学功能及其临床应用情况最新研究进展综述如下。

1 Tβ10的生物学功能

Tβ10 最初在哺乳动物组织中被描述为胸腺素β4 的类似物，是人类β-胸腺素的主要形式［7］。Tβ10在不同人体体液和组织中均有表达，主要存在于细胞质，编码基因定位于第2 号染色体p11.2 位点，基因组位置84 986 274 至84 987 310，包含3 个外显子和 2 个内含子，分布在一个 1.37 kb 的片段上［8-9］。Tβ10 由 43 个氨基酸组成，氨基酸序列与 Tβ4 相差23%（10 个氨基酸），对G-肌动蛋白的亲和力是Tβ4的 2 倍［1］。Tβ10 两端各有一个 α 螺旋，螺旋之间含有2 个转角是Tβ10 的主要结构特征，其中所含保守序列“17LKKTET22”作为公认的肌动蛋白结合基序发挥重要作用［10］。

1.1 参与肿瘤细胞的增殖、迁移、侵袭及凋亡 研究［11］发现，Cyclin A 可促进细胞周期由 S 期向 G2期/M 期转化，而Cyclin E 则为细胞从G0期/G1期进入S期的限速因子。Tβ10可促进多种肿瘤细胞的增殖。马丽等［12］研究证实，加入外源性 Tβ10 能增加肺癌A549细胞中Cyclin A、Cyclin E mRNA 及蛋白的表达水平，抑制Tβ10 功能后各指标表达水平降低，提示Tβ10可能通过促进Cyclin A、Cyclin E的表达影响细胞周期，促进细胞增殖。但曲连悦等［11］发现，加入外源性Tβ10可有效抑制卵巢癌细胞增殖，其具体机制有待进一步阐明。

Tβ10可通过与G-肌动蛋白结合，在细胞内形成充足的G-肌动蛋白储备，在细胞运动时迅速释放G-肌动蛋白，快速形成细胞运动所需F-肌动蛋白，促进肿瘤细胞的转移。沉默细胞Tβ10 表达可降低乳腺癌细胞中蛋白激酶B（Akt）、糖原合酶激酶3β、叉头框转录因子 4（FOXO4）及FOXO3 磷酸化水平，过表达则会得出相反结果。将Akt激酶抑制剂哌立福辛应用于Tβ10过表达乳腺癌细胞时，细胞的迁移及侵袭均受到抑制，表明Tβ10可通过激活AKT/FOXO通路，促进乳腺癌细胞的进展和转移［13］。LEE 等［14］发现，Tβ10 促进小鼠乳腺癌转移的作用机制可能为，Tβ10 可上调基质金属蛋白酶2（MMP2）、MMP9、骨髓基质细胞衍生因子1和信号转导与转录活化因子 3 mRNA 表达。ZHANG 等［15］通过检测 Tβ10 敲除前后肾细胞癌细胞中EMT 相关标记基因表达变化发现，敲除Tβ10后细胞α-cadherin表达上调，Vimentin、Fibronectin、Snail、Twist 表达下调，表明 Tβ10 可能通过诱导上皮—间质转化调节肿瘤细胞的转移。有学者［16］研究发现，沉默Tβ10 表达可促进胆管癌细胞的迁移和侵袭，加速胆管癌模型小鼠肿瘤的转移，Ras-GTPase抑制剂FPT Ⅲ可有效阻断Tβ10沉默相关 ERK1/2 激活、Snail 表达，表明 Tβ10 可能是通过抑制Ras、ERK1/2的激活，下调Snail、MMPs表达，促进胆管癌细胞的迁移和侵袭。

FANNL 等［17］研究发现，Tβ10 可通过通过抑制肺癌A549 细胞P53 的表达，抑制细胞凋亡。Tβ10过表达后线粒体膜电位降低，活性氧簇（ROS）产生增加，同时，卵巢癌细胞中Fas、Caspase-3 表达水平升高，表明Tβ10 过表达可促进ROS 表达，从而经由Fas 途径促进人卵巢癌细胞的凋亡［18］。曲连悦等［11］研究发现，外源性Tβ10在卵巢癌细胞中的促凋亡作用可能是通过降低Bcl-2/BAX 的比率来实现的。牛红丹等［13］通过体外构建 Tβ10 超表达载体，Tβ10 超表达可促进猪原代骨骼肌细胞（Pig skeletal muscle cells，PSC）凋亡，且细胞的ROS 含量增多，BAX、热休克蛋白90（Heat shock proteins，HSP90）、HSP27和钙蛋白酶抑制蛋白表达增高，表明Tβ10过表达可能通过氧化应激引起PSC凋亡。

1.2 参与血管生成 血管生成异常是肿瘤、角膜新生血管、缺血性疾病和动脉粥样硬化等疾病发生发展的主要原因。Tβ10 不仅是一种肌动蛋白结合蛋白，还可阻断参与血管生成的细胞信号级联。Tβ10的过表达可有效抑制内皮细胞增殖、迁移、侵袭、导管形成和血管萌芽等多种血管生成过程，其可能作用机制包括直接与Ras 结合、抑制Ras 激活的MEK/ERK 信号通路等［19］。Tβ10 可通过干预肾透明细胞癌细胞中PI3K 的磷酸化及VEGF 的表达来影响血管生成。

与人Tβ10 的作用相反，鹿Tβ10 在小鼠主动脉弓试验和鸡绒毛膜尿膜囊试验中均课促进新生血管形成，且血管生成相关蛋白VEGF、VEGF-B、VEGFC、VEGF-D 及其受体VEGFR2、VEGFR3 在过表达鹿Tβ10 的人脐静脉内皮细胞中表达均升高。通过同源建模和分子动力学模拟发现，鹿Tβ10 和人Tβ10有93%的同源性，两者都含有2 个α-螺旋，但鹿Tβ 10 蛋白角度较小。相比而言，人Tβ10 的分子结构更为稳定，而鹿Tβ10在分子结构上具有更高的灵活性，可能为其与其他功能蛋白相互作用提供结构基础［20］。

1.3 参与淋巴管生成 肿瘤淋巴管生成主要受VEGF-C、VEGF-D 和 VEGFR-3 调控。LI 等［16］发现，在肺癌SPC-A-1 细胞中加入外源性Tβ10 后，P-AKT及VEGF-C 蛋白水平随时间的延长逐渐升高，但是总AKT 水平未见明显变化。而加入AKT 通路特异性抑制剂 LY294002 后 VEGF-C 蛋白及 mRNA 水平明显下调。这说明Tβ10 可能是通过促进AKT 磷酸化激活进而促进VEGF-C 表达影响淋巴管生成，从而促进肿瘤的淋巴结转移。

1.4 参与唾液腺发育 IAVARONE 等［18］通过对人类胚胎和胎儿发育不同阶段的大、小唾液腺中Tβ10表达进行分析，发现Tβ10在腮腺和颌下腺中的表达水平最高，在小涎腺中的表达水平极低。Tβ10主要定位于幼龄（13周）胚胎的细胞外、20周未成熟导管细胞的细胞质、33 周胎儿的腺泡细胞和导管腔内。胚胎发育不同阶段定位的变化提示其在不同胎龄中的不同作用：当定位于细胞外时，可发挥旁分泌作用，有利于发育不全上皮细胞的增殖、生长和分枝；当Tβ10 定位于导管细胞的细胞质时，Tβ10 可能有利于腺泡细胞的分化；最终在腺泡细胞细胞质和管腔内定位的Tβ10 可能表示唾液腺完全成熟，导致Tβ10 通过唾液分泌入口腔。IAVARONE 等［19］也通过基于质谱的自上而下蛋白质组学方法验证了Tβ 10在龈沟液中的表达。

1.5 促进牙胚发育 小鼠下颌骨、牙胚及小鼠牙髓细胞和小鼠牙上皮细胞中Tβ10 表达上调，沉默Tβ 10 可有效抑制培养器官的牙胚发育及牙源性上皮和间充质细胞的增殖［20］。在生根阶段Tβ10 在前成牙本质细胞和前成釉细胞中均有较强表达，表明Tβ 10 参与了牙根轮廓的形成和牙根的延伸。但Tβ10在牙胚发育过程中的上下游信号转导途径尚不清楚，需要进一步研究。

1.6 参与炎症及免疫反应 乙型肝炎及肾炎模型小鼠血清Tβ10 表达水平均升高。而在人体发生炎症反应或免疫反应时，单核巨噬细胞中的Tβ10表达水平也有所增加。

2 Tβ10的临床应用

Tβ10 可作为相关疾病诊断的分子诊断标记物。Tβ10 与多种肿瘤的临床分期、预后密切相关，可能是预测患者不良预后的独立危险因素。Tβ10 可用于肿瘤的靶向治疗、软骨修复（如骨关节炎）及促进血管生成（如鹿Tβ10 治疗糖尿病足）等方面。Tβ10可用于帮助化疗患者治疗分层并可能成为增敏化疗的靶点。而通过设计Tβ10变体、替换天然启动子和融合TAT 可增加其活性或更有针对性地发挥其临床应用价值。Tβ10 在甲状腺乳头状癌、肺癌、乳腺癌、结肠癌、食管癌、膀胱癌、脑胶质瘤、人类皮肤黑色素瘤等多数肿瘤组织中表达水平增高，乳腺癌、胰腺癌、肾癌、膀胱癌等肿瘤细胞及乳腺癌患者血清中Tβ10 的表达也明显高于正常对照组［21-26］。而相反，Tβ10在原发性胆管癌组织中表达较高，在转移性胆管癌中则显著减少［27］。Tβ10 的 mRNA 和蛋白在正常卵巢组织中高表达，在所有浆液性癌、黏液性癌和永生化卵巢癌细胞系中呈低表达［28］。Tβ10 在肝细胞癌组织中的表达水平存在一定争议。曹骥等［29］研究发现，Tβ10 的mRNA 在肝癌组织中表达显著低于正常肝组织及癌旁肝组织，且对早期的肝癌患者癌组织Tβ10 mRNA 表达水平高于中晚期患者，提示随肝癌病情进展Tβ10 的抑癌作用减弱。但SONG等［30］发现，肝细胞癌组织中Tβ10 mRNA 和蛋白表达均高于邻近正常肝组织，高表达的Tβ10 mRNA和蛋白可促进肝癌细胞的增殖、侵袭及迁移。

Tβ10 高表达的乳腺癌患者化疗后的无病生存期长于Tβ10低表达患者，但在接受内分泌治疗或未接受全身治疗的患者中未见此现象，提示Tβ10可作为预测化疗反应的潜在指标，用于乳腺癌治疗的患者分层［12］。

SIRINAPA 等［31］发现，5-氟尿嘧啶作用于胆管癌细胞后Tβ10表达水平明显增高，通过建立5-氟尿嘧啶耐药的胆管癌细胞株M214-5FUR，发现M214-5FUR 比胆管癌细胞 M214 相比，Tβ10 表达水平增高了16 倍，提示Tβ10 参与胆管癌细胞对5-FU的耐药。同时，进一步研究发现，用SiRNA 沉默M214-5FUR 中 Tβ10 表达显著降低 ABC 转运蛋白ABCC3 的表达，表明 Tβ10 通过增强 ABC 转运蛋白的表达介导5-FU耐药。Tβ10可能作为预测5-FU耐药的生物标志物，并可能成为增敏化疗的靶点。但Tβ10 在胆管癌患者多药耐药中可能的分子机制和信号通路尚有待进一步研究。

Wiskott-Aldrich 综合征蛋白同源区2（Wiskott-Aldrich syndrome protein homology 2，WH2）结构域是指C 末端30 个氨基酸序列的WASP 同源结构域2。Tβ10 中也存在 WH2，直接介导 N-WASP 与单体肌动蛋白的结合。WH2/Tβ与G-肌动蛋白-ATP 1：1结合到带刺末端，可增强基于肌动蛋白的运动能力，调节肌动蛋白的组装，具有Profilin 样功能，促进肌动蛋白纤维形成。进一步理解WH2/βT 结构域的结构-功能关系有助于更好控制β 胸腺肽在细胞存活和修复的多效性，设计出对疾病治疗更有效的Tβ变体［32］。

端粒酶逆转录酶（Telomerase reverse transcriptase，TERT）已被证实在大多数肿瘤组织中高表达，而在正常组织中不表达。 Kim 等［18］通过构建重组腺病毒Ad. TERT. Tβ10将天然Tβ10基因启动子替换为人TERT 启动子驱动Tβ10 表达，发现Ad.TERT. Tβ10 在人卵巢癌细胞与正常成纤维细胞共培养模型中显著诱导Tβ10 的肿瘤特异性表达和凋亡，与抗癌药物（如紫杉醇和顺铂）联合应用后作用放大，提示 Ad. TERT. Tβ10 诱导的 Tβ10 肿瘤特异性过表达可能是一种有效、无副作用的卵巢癌治疗方法。

融合反式转录激活因子（Transactivator of transcription，TAT）具有极强的细胞穿透力，可介导10～100 KDa 蛋白进行细胞跨膜转运。JIA 等［33］利用N 端融合TAT，在大肠杆菌表达系统中成功表达出 N 端含有 TAT 的 Tβ10 重组蛋白，增加 Tβ10 活性。进一步功能分析结果表明，重组Tβ10蛋白在鸡胚绒毛尿膜囊实验和划痕实验中，可明显抑制血管生成、血管内皮细胞迁移。

综上所述，Tβ10 作为一种天然小分子多肽，可参与多种类型肿瘤的发生、增殖、凋亡、侵袭和转移等。Tβ10在在疾病诊断、预后预测及治疗中有广泛的应用前景。Tβ10 在肿瘤中发挥的作用主要取决于恶性肿瘤组织类型和肿瘤细胞性质，且Tβ10作为肿瘤的生物标志物尚缺乏大样本的数据支持。因此深入阐明Tβ10在不同部位、不同类型恶性肿瘤中的作用机制和作用靶点，寻找更多信号转导通路的关键节点，成为下一步研究Tβ10 对肿瘤作用的重点。而Tβ10在血管生成、细胞生物学行为等生物学功能表现出的双向调节作用，以及鹿Tβ10 和人Tβ10 的结构功能差异，提示Tβ10在疾病治疗中有多种可能性，因此，针对Tβ10的不同功能设计各种变体、根据需要诱导其特异性表达或增强其活性对于Tβ10 广泛应用于临床同样至关重要。