TGF-β信号通路在急性白血病中的研究进展

文/王晨，刘嘉怡，李梦珍，倪蕾

免疫抑制细胞因子转化生长因子-β(TGF-β)是多种细胞类型分泌的多功能多肽，包括T 细胞、巨噬细胞，甚至肿瘤细胞。TGF-β 的作用和潜在调节机制已经被发现是非常复杂的。已有研究表明，TGF-β 在调控急性髓细胞性白血病、急性淋巴细胞白血病发生发展等潜在机制中有一定意义，并有可能成为急性白血病治疗的潜在靶点。以下将讨论TGF-β信号通路在急性白血病中的潜在机制及意义。

1 TGF-β超家族及信号转导通路

1.1 TGF-β

人类细胞因子TGF-β 超家族由30 多个因子组成，抗勒氏杆菌激素、抑制素、肌肉生长抑制素、骨形态发生蛋白等，它们存在于所有多细胞生物中。哺乳动物基因组编码三种不同的TGF-β 异构体，TGF-β1,-β2 和-β3，它们作为二硫化物连接的二聚体。

1.2 TGF-β受体

TGF-β 受体广泛存在于多种细胞的表面，目前广泛研究有三种TGF-βRI、TGF-βRII 和TGFβRIII。TGF-βRI 和TGF-βRII 细胞质结构域均含有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，而TGF-βRIII 没有激酶活性。TGF-β 超家族成员与含有丝氨酸/苏氨酸激酶活性的I 型(TβRI)和II 型(TβRII)受体的异聚体受体复合物结合。辅助受体(也称为III 型受体，TβRIII)帮助TGF-β 超家族成员获得信号受体。活化的TGF-β 配体与TβRII 相互作用形成异四聚体，这是一种活性受体复合物，在丝氨酸和苏氨酸的特定残基上招募和磷酸化TβRI。该复合物作为功能性受体，调节下游Smad 依赖的规范通路激活以及Smad不依赖或非规范通路激活。

1.3 Smad蛋白

Smad 由组合在一起的蛋白质组成，是TGF-β的下游信号蛋白，主要将细胞外信号直接传递给细胞核。目前根据结构和功能可分为三类：（1）受体调节型Smad（R-Smad），即由激活素TGF-β 激活的AR-Smads，包括Smad2、Smad3 和由骨形态发生蛋白 （bone morphogenetic protein,BMP）等激活的BRSmads, 包括Smad1、Smad5、Smad8 和Smad9 ；（2）共同通路型Smad（Co-Smad），Smad4；（3）抑制型Smad（I-Smad），包括Smad6 和Smad7。

1.4 TGF-β信号传导通路

1.4.1 经典的TGF-β/Smad信号通路

在经典的Smad 信号通路中，TGF-β 与细胞膜表面的TGF-βRII 结合，然后磷酸化TGF-βRI。磷酸化的TGF-βRI/TGF-βRII 磷酸化Smad2 和Smad3蛋白，与Smad 4 形成复合物。活化的Smad 复合体移动到细胞核并结合到称为Smad 结合元件(SBEs)的特定DNA 序列基序上。然后，它与其他转录因子相互作用，调节TGF-β 靶基因的表达。

1.4.2 非Smad信号通路

TGF-β 还可以激活许多非Smad 信号通路，包括PI3K/AKT、JNK/P38、ERK/MAPK 信号通路等。参与肿瘤发生、侵袭和转移。

2 TGF-β信号通路与急性白血病

2.1 TGF-β信号通路与急性髓细胞性白血病(acute myeloid leukemia，AML)

研究表明，TGF-β 在AML 中高度上调。研究报道了在人类癌症中，转录因子缺氧诱导因子1(HIF-1)和激活蛋白1(AP-1)参与了转化生长因子β1(TGF-β1)表达的上调，通过自分泌作用导致转录因子Smad3 的激活。这一过程在急性髓性白血病中引发半乳糖凝集素-9 表达上调[1]。半乳糖凝集素-9是各种类型的癌细胞用来抑制细胞毒性免疫反应从而逃避免疫监视的关键蛋白之一。急性髓系白血病(AML)能够分泌该蛋白，而其他癌细胞将半凝集素-9转运到表面，并利用它来破坏细胞毒性淋巴样细胞如细胞毒性T 淋巴细胞和自然杀伤细胞(NK)的抗癌活性。有报道称，人类癌细胞产生转化生长因子β1型(TGF-β1，又称TGF-β)，通过与TGF-β 受体(TGFBR)结合而表现出自分泌活性[2]。已知TGF-β通过Smad3 转录因子转导其信号，从而触发靶基因的表达。半乳糖凝集素-9 基因LGALS9 启动子区有几个(至少5 个)Smad3 应答元件，有报道称Smad3可诱导半乳糖凝集素-9 表达[3]。此外，TGF-β 编码基因在其启动子区域至少有9 个Smad3 应答元件，因此也可以自分泌方式上调TGF-β 的表达，能够在没有外部信号的情况下支持自身。低氧诱导因子1 (hypoxiainducible factor 1,HIF-1)转录复合物可诱导TGF-β 的初始活化，HIF-1 转录复合物包含两个亚基-组成型β 亚基和诱导型α 亚基。HIF-1 在肿瘤生长的早期阶段表现出高活性，因此可以启动TGF-β 表达[4]，然后可以触发上述导致半乳糖凝集素-9 的自分泌途径过度表达。

此外，癌细胞中产生活性氧(ROS)的酶，如NADPH 氧化酶和黄嘌呤氧化酶的活性升高[5]。ROS水平升高导致凋亡信号调节激酶1(apoptosis signal regulatory kinase 1,ASK1)及其下游通路激活，导致AP-1(activator protein 1)转录复合物激活，从而上调TGF-β 的表达。有研究表明，重新诊断患者分离的AML 细胞与从健康供体分离的原代白细胞培养24h进行比较。AML 细胞显示出明显上调的黄嘌呤氧化酶和NADPH 氧化酶活性水平，这表明AML 细胞中存在更高水平的氧化应激。HIF-1α 和phosphoS423/S425-Smad3 在原代健康白细胞中几乎检测不到，但在AML 细胞中可以明显检测到。与健康白细胞相比，AML 细胞释放的TGF-β 量显著增加。因此，TGF-β 被认为是促癌因子，许多肿瘤类型大量产生TGF-β 以发挥促瘤免疫的不利作用，并且在宿主-肿瘤免疫监测下与侵袭性疾病的进展有关。

2.2 TGF-β信号通路与急性淋巴细胞白血病(acute lymphocytic leukemia，ALL)

急性淋巴细胞白血病(acute lymphocytic leukemia，ALL)是一种严重威胁人类健康的血液恶性肿瘤。目前，ALL 缺乏有效的治疗方法，因为肿瘤细胞的免疫逃逸严重阻碍了治疗效果。有研究表明，ALL 来源的外泌体通过TGF 途径抑制NK 细胞的增殖、细胞毒性和细胞毒性颗粒的释放，从而逃避先天免疫监视[6]。

外泌体作为细胞间通信的重要介质，通过传递膜蛋白和其他内容物(如蛋白质、脂质、mRNA 和非编码RNA)，不仅参与肿瘤转移和血管生成引起的肿瘤发生，而且在免疫逃逸过程中发挥重要作用[7]。外泌体不仅通过为白血病细胞的生长创造微环境、支持白血病耐药、细胞转移和免疫逃逸来加速白血病的进展，而且还可以通过装载拦截这些途径的分子来阻碍白血病细胞的进展。白血病衍生的外泌体装载RNA，引导造血祖细胞抑制其功能，并将骨髓生态位重塑为允许白血病生长的微环境。自然杀伤(NK)细胞在控制肿瘤生长、转移和扩散中起着免疫监测和一线防御作用。在肿瘤微环境中，NK 细胞主要通过表面活化受体识别肿瘤抗原，并依靠穿孔素、颗粒酶等细胞毒性分子的分泌，直接裂解和杀伤肿瘤细胞。NK 细胞修饰的嵌合抗原受体(CAR)对fms 样酪氨酸激酶3(FLT3)阳性B-ALL 细胞具有选择性细胞毒性，并在体内抑制白血病的发展[8]。重要的是，从NK 细胞中提取的细胞外囊泡可以通过多种细胞毒性蛋白和杀伤机制靶向并杀死肿瘤细胞。而NK 细胞在肿瘤微环境中的毒性可被癌细胞调节，引起肿瘤免疫逃逸。

TGF-β 是一种强大的NK 细胞抗肿瘤反应抑制剂，在ALL 患者中高表达[9]。有实验研究结果显示，jurkat 衍生外泌体孵育后，NK92-MI 细胞中TGF-β通路的17 个经典分子均上调，仅生长分化因子3(GDF3)下调12。TGF-β 通过调节多种细胞杀伤因子和激活受体抑制NK 细胞表型。例如，TGF-β1 可减少穿孔素和颗粒酶的释放，下调CD16、DNAM-1、NKG2D、TRAIL 和NKp30 等活化受体的表达，从而降低NK 细胞的细胞毒性[10]。此外，在NK92-MI 细胞中，骨髓增生异常综合征1(MDS1)和亲生态病毒整合位点-1(EVI1)复合体位点(MECOM)和同源结构域相互作用蛋白激酶2(HIPK2)的表达水平显著响应jurkat 来源的外泌体诱导。MECOM 由MDS1 和EVI1复合体位点组成，后者是一种与白血病相关的侵袭性癌基因，EVI1 的表达延长了STAT1 的磷酸化和干扰素(IFN)依赖性报告基因的激活，并完全消除了IFN-α 的抗增殖和凋亡作用[11]。因此，MECOM 可能有助于ALL 源性外泌体诱导的NK 细胞的免疫抑制。此外，HIPK2 对于IFN 精确调节免疫稳态是不可或缺的[12]。体内外均可通过TGF-β 诱导HIPK2 的表达，激活下游信号通路的表达，包括Notch、NFκB、Smad 和Wnt/β-catenin 通路，从而控制细胞功能[13]。因此，HIPK2 可能是由ALL 来源的外泌体诱导的NK 细胞免疫抑制的另一个贡献基因。因此，急性淋巴细胞白血病来源的外泌体通过TGF-β 信号通路抑制自然杀伤细胞的细胞毒性，为阻断ALL 细胞的免疫逃逸，提高ALL 的治疗效率提供了新的视角。

3 TGF-β信号通路在急性白血病治疗中的应用与展望

有研究首次报道了在人类癌症中，转录因子缺氧诱导因子1(HIF-1)和激活蛋白1(AP-1)参与了转化生长因子β1(TGF-β1)表达的上调，通过自分泌作用导致转录因子Smad3 的激活，这一过程在急性髓性白血病中引发半乳糖凝集素-9 表达上调。半乳糖凝集素-9 是各种类型的癌细胞用来抑制细胞毒性免疫反应从而逃避免疫监视的关键蛋白之一。了解TGF-β 信号通路及其与半乳糖凝集素-9 的关系等机制将大大提高我们对恶性肿瘤免疫逃逸的生物化学认识，使TGF-β1 信号通路作为急性白血病免疫治疗的潜在高效靶点成为可能。此外，有研究报道，ALL 来源的外泌体通过TGF 途径抑制NK 细胞的增殖、细胞毒性和细胞毒性颗粒的释放，从而逃避先天免疫监视。外泌体不仅参与肿瘤转移和血管生成引起的肿瘤发生，而且在免疫逃逸过程中发挥着重要作用。ALL 来源的外泌体增强了NK92-MI 细胞中TGF-β 信号通路的表达，通过诱导TGF-β 通路促进免疫逃逸来调节NK 细胞的生物学功能。深入探索肿瘤微环境中急性淋巴细胞白血病外泌体对NK 细胞的调控机制，将有助于确定急性淋巴细胞白血病治疗的分子靶点，并为预防治疗后复发提供理论依据。