TGF-β信号通路与结肠癌5-FU耐药性的发生机制

赵秦英 张 梅

安徽医科大学第一附属医院中西医结合肿瘤科，安徽 合肥 230022

中国的结肠癌（colon cancer，CRC）年新发病例数约55万，并且约有29万例数死亡与CRC相关［1］。5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）是CRC化疗最有效的药物之一。然而，约有50%的CRC化疗患者对5-FU耐药［2］，出现较差的预后。转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）信号通路与CRC的转移、上皮间充质转化（epithelialmesenchymal transition，EMT）和血管生成相关，并且在CRC对化疗药物的耐药性方面通过多种方式发挥重要作用［3］。通过对该通路在CRC化疗耐药性方面作用的研究，可能为解决CRC化疗耐药问题提供新的思路。但是当前TGF-β信号通路是否参与CRC 5-FU耐药性发病机制暂不确定，本文将对二者关系的相关研究进行归纳总结。

1 CRC细胞对5-FU耐药的机制

5-FU是胸苷酸合成酶（thymidylate synthase，TS）的抑制剂，能够阻断DNA的合成，限制肿瘤细胞的生长。肿瘤细胞在转运、代谢、活化等方面出现的异常是对5-FU产生耐药性的重要因素［4］。已经证实5-FU耐药的机制如下。

1.1 ATP结合盒（ATP-binding cassette，ABC）转运体表达的增加

ABC转运体能够降低5-FU的药物浓度，是化疗药物在癌症中取得有效性的主要障碍。Guo等［5］通过前瞻性临床研究，对172例CRC患者的ABCB5基因进行研究发现，ABCB5基因介导5-FU耐药。Wang等［6］发现转移相关性结肠癌1（metastasisassociated colon cancer 1，MACC1）在CRC细胞中的表达水平增高，并且可以通过PI3K/AKT信号通路介导5-FU耐药的发生。

1.2 TS的过表达

在CRC中，过表达的TS与患者总生存期较差有关［7］。二氢嘧啶脱氢酶可以通过分解5-FU影响其药效，而二氢嘧啶脱氢酶和TS水平的下调能够提升CRC对5-FU的敏感性［8］。FOXM1是细胞癌基因，在CRC中通过TS和ABCC10转运体的表达增强FOXM1的表达［9］，导致CRC细胞产生对5-FU的耐药性。

1.3 抗凋亡蛋白的异常表达

Michel等［10］发现P53（抗凋亡蛋白）突变的CRC细胞对5-FU表现出很强的耐受性。BCL-XL、BCL2均是抗凋亡蛋白，Scherr等［11］研究发现，与健康组织相比，结肠癌组织中BCL-XL表达水平升高，并且BCL-XL抑制剂ABT-737可增加CRC细胞凋亡。BCL2通过src激活paxillin导致BCL2稳定，继而导致CRC细胞表现出对5-FU的耐药性。Vaghari-Tabari等［7］发现在CRC细胞中，BCL-XL、BCL2的上调与5-FU耐药有关。

1.4 信号通路的异常

Hedgehog［12］、WNT［13］、NF-κB［2］、PI3K/AKT［6］等信号通路与结肠癌5-FU耐药有关。

1.5 肿瘤干细胞的异常

肿瘤干细胞是对化疗最具抵抗力的癌细胞。Zhang等［14］对CRC干细胞的研究表明，槐耳水提物能够通过WNT/β-catin通路杀灭CRC干细胞。Zhang等［15］发现，PERS通过WNT/β-catin、Notch通路降低CRC干细胞的5-FU耐药性。

2 TGF-β信号通路在CRC细胞中的作用

2.1 概述

哺乳类动物TGF-β有TGF-β1、2、3三种不同生物活性的受体配体，在肿瘤发展过程中，能够作为肿瘤的抑制子或肿瘤的启动子发挥作用［16］。其中，TGF-β1被认为与CRC的进展有很大相关性［17］。TGF-β主要以斯马 德（small mother against decapentapregic，SMAD）依赖性的途径发挥作用，TGF-β活化后可以结合TGF-βⅡ受体，随后TGF-βⅡ受体磷酸化TGF-βⅠ受体，接着，磷酸化的TGF-βⅠ受体活化SMAD2、SMAD3。之后，SMAD2和SMAD3与伴侣蛋白SMAD4形成稳定的复合物，最终转移到细胞核，共同调节TGF-β的表达［18］。另外，非SMAD信号通路也能在TGF-β受体的下游通过各种途径被激活，包括PI3K、JNK、P38、Erk Map激酶等信号通路［19］。

2.2 TGF-β信号通路在CRC细胞中的作用

在CRC组织中TGF-β基因和蛋白的表达水平比癌旁组织高［20］。TGF-β信号通路在肿瘤细胞中主要在EMT、转移、血管形成等方面发挥作用［21］，具体分为5点：（1）在肿瘤侵袭和转移中EMT起着重要的作用。在CRC来源的细胞系HCT-116中的研究证实，通过TGF-β信号转导通路降低了E-钙粘蛋白（E-cadherin，E-cad）的表达水平，增强了肿瘤细胞的转移能力［13］。CRC的多项研究结果显示，在肿瘤发展过程中，TGF-β信号通路能够促进EMT的活化，进而提升细胞的转移、侵袭能力［22-24］。有实验表明，LY2157299（TGF-β抑制剂）处理CRC HCT-116细胞后，能够明显减弱癌细胞的迁移以及侵袭［25］。（2）肿瘤相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblasts，CAFs）被TGF-β激 活 后 促 进 骨 膜素（periostin，POSTN）的表达，进而促进CRC转移［26］。另外，激活后的CAFs分泌的白介素-11（interleukin-11，IL-11），能够激活转移性癌细胞，且TGF-β通过CRC细胞与CAFs的粘附结合共迁移，促进肝转移［27］。（3）TGF-β可以重新编程树突状细胞和肿瘤相关的巨噬细胞等多种免疫细胞的机制，并能放大它们的信号，共同抑制抗癌免疫反应。中性粒细胞被TGF-β转化为原生状态，随后经历功能性复极，通过CCL15聚集到SMAD4突变的转移性癌细胞，促进肺转移的发生［28］。（4）TGF-β途径在结肠癌中激活时，促进血小板衍生生长因子β（platele-derived growth factor receptorβ，PDGFRβ）和 血 小 板 反 应 素-4（thrombospondin-4，THBS4）的表达［29］，加快肿瘤的血管生成和转移［30］。

3 TGF-β信号通路与CRC细胞5-FU耐药机制的关系

3.1 TGF-β信号通路的异常激活

在CRC中观察到TGF-β信号通路异常的激活过程，缺失SMAD4的CRC细胞对5-FU具有抗药性［31］。Wasserman等［32］通过独立队列研究的方法，对364名Ⅰ～Ⅳ期CRC患者进行观察研究，探讨CRC SMAD4缺失与否和5-FU耐药之间的关系，结果表明SMAD4缺失与5-FU耐药性、较差的临床预后相关。Moon等［33］证明过度表达的miR-141-3p通过抑制内质网应激，下调抗凋亡细胞因子TRIM13的表达，引起人CRC DLD1细胞对5-FU的耐药性，而miR-141-3p分子信标（miR-141-3p molecular beacon，miR-141-3p MB）可以抑制miR-141-3p的表达水平，恢复TRIM13的表达和提高对5-FU的敏感性。Lai等［34］通过研究白花蛇舌草对CRC耐药细胞的调控作用，发现白花蛇舌草通过介导EMT和TGF-β信号途径，对5-FU的细胞毒性作用表现出增强的效应。

3.2 TGF-β信号通路的下游转导机制

Blondy等［35］发现5-FU可以通过磷酸化的SMAD2以TGF-β信号依赖的方式诱导PDHK4（pyruvate dehydrogenase kinase 4）表达，而PDHK4的表达与CRC细胞的5-FU耐药性呈正相关。Romano等［36］通过CRC的体内外实验，对TGF-β信号通路与耐药性关系进行研究，发现TGF-β信号通路可以促进人CRC移植荷瘤小鼠SMAD3的表达，增强其对5-FU的耐受性，降低小鼠肿瘤对药物的敏感程度，使用氧化锂（TGF-β抑制剂）抑制TGF-β蛋白的表达可以提高小鼠肿瘤对5-FU的药物敏感性。TWIST1是TGF-β信号通路的下游调控分子，通过TGF-β通路激活TWIST1能够诱导EMT的发生［37］。Sakowicz-Burkiewicz等［38］通过将TWIST1沉默序列转染到人CRC细胞系HT-29，在HT-29中研究TWIST1对5-FU反应系中的调节作用，对正常表达TWIST1的细胞使用5-FU治疗效果不太明显，相反，携带TWIST1沉默序列（pLL3.7-shTWIST1）载体增加了5-FU的细胞毒性。由此可见，通过靶向TGF-β通路的下游靶基因破坏该通路，可能会抑制TGF-β介导的CRC细胞5-FU的耐药性，进而提高5-FU的敏感性。

3.3 下调或抑制TGF-β通路能够增加CRC耐药细胞对5-FU的敏感性

化疗药物和其他药物的联合使用是当前癌症治疗的发展趋势，能够提高化疗药物的治疗效果、减少用药量和降低副作用。TGF-β信号通路的抑制剂显示出抑制肿瘤生长的效应，可以减轻对化疗药物的耐药程度。Romano等［36］通过移植瘤小鼠模型，探索TGF-β通路是如何逆转化疗耐受现象，结果发现，氧化锂和化疗药物5-FU联合使用对CRC 5-FU耐药细胞的抑制作用强于单独使用氧化锂或化疗药物，并且能够使TGF-βI受体的表达水平下调，抑制SMAD3核易位，恢复肿瘤血管化的基础水平。Park等［39］通过二甲双胍和苯甲双胍分别处理CRC SW837和SW1463细胞，检测这两种药物在化疗耐药CRC细胞系中的作用，发现它们能够对CRC细胞转移、侵袭能力起到有效的抑制效应，并且是经由TGF-β信号通路发挥作用。Osman等［40］证明，TGFβ抑制剂曲尼司特（Tranilast）联合5-FU可应用于CRC 5-FU耐药细胞CT-26。曲尼司特是TGF-β拮抗剂，研究人员检测了其和5-FU在CT-26细胞中单独和联合使用的活性，证实了二者的联合使用可以协同降低CRC CT-26细胞的生存率。并且，联合疗法能够加速细胞的凋亡、减缓细胞周期的进展。在细胞实验中，两种药物的联合使用被证明具有明显的抑制肿瘤效果且无其他不良反应发生；在耐5-FU小鼠的实验中，具有同样的功效。Kim等[41]发现，(1S,2S,3E,7E,11E)-3,7,11,15-Cembratetraen-17,2-olide(LS-1)是软珊瑚中的有效活性成分，能够通过诱导结肠癌细胞HT-29凋亡来发挥抗肿瘤作用[42]。研究人员检测了LS-1在CRC 5-FU耐药细胞SUN-C5中的活性，证实LS-1能够减少SUN-C5/5-FU细胞的生存。同时发现LS-1能够增加细胞凋亡及反应中TGF-βⅠ受体的含量，减慢细胞周期的进程。

4 展 望

化疗耐药是肿瘤治疗的一个难题，确定其耐药机制是药物研发至关重要的一点。5-FU对CRC产生耐药性的机制主要与ABC转运体、TS和抗凋亡蛋白等多种因素的异常有关。靶向TGF-β信号通路在治疗、评估预后和降低5-FU耐药方面具有很大的潜力。该通路主要在CRC细胞的EMT、转移、血管生成等方面发挥作用。TGF-β通路对CRC 5-FU抗性的影响是复杂的，包括其被异常的激活、下游转导机制的异常等，并且下调或抑制该通路能够增加CRC耐药细胞对5-FU的敏感性。但下述3点仍需进一步探索：（1）TGF-β信号通路中是否存在相关microRNA与CRC产生5-FU耐药的机制有关；（2）TGF-β是一条多功能的信号通路，在与其相关的耐药机制中是否与免疫产生关联；（3）不同靶点的TGF-β通路抑制剂与耐5-FU的CRC疗效是否存在差异性，该差异性与抑制剂的种类是否具有相关性。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突