肿瘤中TGFβ1 Smads信号通路的研究进展

作者：肖业臣，黄亚东，李校堃，苏志坚

作者单位：1. 510275 广州，中山大学生命科学学院；2. 暨南大学医药生物技术研究开发中心；3. 温州医学院药学院

 【关键词】  肿瘤

     转化生长因子β(transforming growth factor β)是一个多功能的生长因子超家族，其主要作用包括调节细胞增殖和分化，参与胚胎发育调节，促进细胞外基质(ECM)形成和抑制免疫反应等。TGFβ至少有5种异构体（TGFβ1～5），另外激活素(activin)、抑制素(inhibin)、骨形态发生蛋白(bone morphogenesis protein，BMP)也属于该家族。其中TGFβ1最为常见，几乎参与了所有的病理和生理过程，并与多种临床疾病有着密切的关系［1］。

    TGFβ1生物学活性的发挥有赖于正常的信号传导途径，TGFβ1首先被细胞表面的受体TβRⅡ识别并结合，使其构象发生改变，然后被另一受体TβRⅠ识别形成三者的复合物。此时，TβRⅡ的胞内丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶结构域可将TβRⅠ的胞内丝氨酸/苏氨酸磷酸化，TβRⅠ被激活，磷酸化的Smad2或Smad3进入细胞核，与Smad4结合，形成复合物，然后再与核内的各类转录因子结合，调控靶基因的转录。ISmad能够阻碍受体介导的Smad4磷酸化，启动受体复合物的泛素化降解，抑制信号传导，从而起到负调控的作用［2］。

    1  TGFβ1/Smads信号通路与肿瘤的发生发展

    TGFβ信号途径在发育和生长过程中发挥着重要作用，与肿瘤的发生发展有着密切关系。在TGFβ1/Smads信号通路中任何一个环节的变化，都会导致信号转导通路的异常。

    在核中，smad结合DNA的能力很弱，它需要其他转录因子的协助。异常的TGFβ信号已经在很多疾病中被阐明，如癌症和纤维化［3］。对于癌症，TGFβ表现出2种不同或相反的作用。在肿瘤发生初期，它通过诱导生长抑制，起到了肿瘤抑制子的作用，然而在肿瘤发生后期，TGFβ起到了促进肿瘤血管生成，促进肿瘤细胞浸润、入侵、转移和免疫抑制的作用［4］。因此这一途径细胞间的组分失活都会导致细胞对TGFβ诱导的生长抑制和凋亡信号失调。结果细胞生长失去控制，诱发细胞癌变，促进肿瘤的恶化。目前已经在前列腺癌、乳腺癌、胃癌、结肠癌、膀胱癌、肺癌、胰腺癌、白血病等肿瘤中，发现有TGFβ信号传导途径中至少一个成分的改变 ［5］。

    Yakicier等［6］发现TGFβ信号通路在肝组织中也发生了改变，在35例肝细胞癌和非肿瘤的肝组织中，发现有3个肿瘤表现了体细胞突变，其中2个Smad4基因突变(Asp332Gly 和 Cys401Arg)，1个Smad2基因突变(Gln407Arg)，所有这3个突变都是A∶T→ G∶C 转换。推测这种突变发生的机制可能类似于线粒体DNA氧化应激所致的突变。 但Ijichi等［7］对 8株肝癌细胞系TGFβ1/smad信号的研究中发现，肝癌细胞系的信号通路完整，没有发现异常，表明TGFβ1/Smads信号通路的异常现象在肝癌中存在着个体差异。在人的精原细胞瘤中，发现Smad4的羧基端存在突变，进而严重削弱了TGFβ1信号途径，以及activin和BMP信号通路，这是目前第一次报道的Smad4在精原细胞瘤中发生的插入突变 ［8］。

    在结肠癌和胰腺癌中，Smad2和Smad4都发现在MH1区域有一个保守的精氨酸发生错义突变，在人类肿瘤中，已经发现Smad2和Smad4在频繁突变，这些突变并没有降低Smad的活性，Smad2的磷酸化，以及Smad2/Smad4的异聚体，核转位都能正常，然而同野生型细胞相比，突变的Smads蛋白通过泛素连接酶UbcH5家族的遍在蛋白化而被迅速降解。这也提出了一个肿瘤发生的新机制，由于Smad蛋白的遗传缺陷而导致通过泛素化介导的降解［9］。

 TGFβ/Smad 信号通路与肾癌的发生也密切相关。免疫组化实验发现，TGFβ1、TβRI 和TβRII的免疫活性在肾癌中比正常癌旁组织中更强，然而Smad2 和Smad4则较弱。在肿瘤区域，TβRII、TβRI和TGFβ1免疫组化阳性表达较弱，而Smad2 和Smad4的阳性表达较强。表明T β RII 和Smad蛋白的表达降低参与了肾细胞癌的发生，TGFβ/smad 信号通路的改变可能是肾癌发生的重要因素［10］。

    Ijichi等［7］对11株结肠癌细胞，10株胃癌细胞，9株胰腺癌细胞TGFβ/smad信号的研究中发现， 91%结肠癌细胞, 67%胰腺癌细胞和40%胃癌细胞的信号都受到了不同程度的减弱。在结肠癌和胰腺癌中，TβRII和Smad4失活，在TGFβ反应缺陷的胃癌细胞系中，表达正常的T β RII 和Smad4，不能恢复信号通路，说明在一些胃癌中，还有新的分子或机制参与该信号的阻断。

    在食管癌细胞中，发现32.2%的肿瘤正常表达Smad4，42.6%的肿瘤中TGFβ1正常表达。手术后幸存率显示Smad4低表达的病人比正常表达的病人有较差的临床结果。综合分析，发现Smad4的表达可以反应肿瘤进展和淋巴结转移的情况 ［11］。

    TGFβSmad信号的持续时间对于TGFβ反应的专一性也是非常重要的，在胰腺癌细胞系PT45 和 Panc1中，有活性的Smad复合物在核中仅仅存在12h，而在胰腺癌细胞系HaCaT 和Colo357中，则高达6h研究表明在PT45和 Panc1细胞系中，这种信号的削弱，是由于TGFβR I的低水平表达，导致了与细胞周期的停滞相关的基因发生了改变［12］。

    马凡氏综合征（Marfan's syndrome）是一种先天性遗传性结缔组织疾病， 在日本4个不同的马凡氏综合征病人家系中，发现了T β RII的突变［13］。子宫颈癌是威胁女性健康最频繁的肿瘤之一，在41个原发癌组织中，24.4%的样品表现了Smad4蛋白的缺失，63.4%的样品表现了Smad4表达降低，可见Smad4基因的改变是子宫颈癌发生一个重要因素［14］。研究发现，卡波济氏肉瘤（Kaposi’s  KS）是由于病毒的K8开放阅读框编码的转录因子，能抑制TGFβ1/Smad介导的转录活性和拮抗TGFβ的生长抑制效应，从而导致肿瘤的发生［15］。邵步云等［16］在人的胶质瘤中也发现了smad4和smad7的表达异常，推测可能跟肿瘤的恶性进展有关。

    2  TGFβ1/Smads信号通路在肿瘤治疗中的应用

    2.1  针对TGFβ1和其受体开展的肿瘤治疗

    TGFβ1是一种有效的免疫抑制剂，它除了诱导肿瘤的免疫抑制外，还刺激肿瘤血管生成。肿瘤细胞逃逸TGFβ1介导的生长抑制，或者是由于TGFβ受体的缺失，或者是TGFβ1信号的失调。所以TGFβ1的失活或者其产物的抑制在很多动物模型中证实是肿瘤治疗的有效方法，如采用抗TGFβ1抗体，TGFβ1小分子抑制剂，Smad抑制剂，反义基因治疗等。逆转TGFβ1诱导的免疫抑制将是一种新的非常有前景的肿瘤治疗方案，将有望用于一些疑难疾病的治疗中［17］。

    Hjelmeland等［18］发现 TGFβI的小分子抑制剂SB431542能阻断Smad的磷酸化和核转位，能够抑制血管内皮生长因子和血纤维蛋白溶酶原抑制剂1的表达，能抑制神经胶质瘤的形态改变和细胞增殖、迁移及血管生成。

    在胰腺癌中，由于TGFβ信号路径中Smad4的突变，而使这种肿瘤抑制活性丧失，用选择性的激酶抑制剂（SD093）封闭TβRⅠ活性，能够强烈抑制胰腺癌细胞的浸润和转移，而不影响它们的生长特性、形态或Ecaherin和Factin的亚细胞分布 ［19］。

    TGFβRⅠ激酶抑制剂SD208对于治疗人的恶性神经胶质瘤和其他与TGFβ活性异常有关的病变有重要的意义，口服的SD208通过抑制脑和脾脏中的Smad磷酸化，能堵塞TGFβ信号的自分泌和旁分泌作用，强烈抑制Smad复合物的形成和TGFβ引起的浸润和迁移［20］。

 TGFβ诱导的上皮细胞到间充质细胞的转换，涉及了癌症的发展，纤维化和其他病变，通过ATP的竞争抑制剂吡唑化合物来牢固的结合TβRI受体的激酶，可以抑制这一信号通路，有望用来治疗相关的人类疾病［21］。

    三萜系化合物CDDO（2cyano3，12dioxooleana1，9dien28oic acid）和它的衍生物CDDOIm在nmol浓度下，可以增加TGFβ依赖的基因表达，譬如血纤维蛋白溶酶原激活剂的抑制剂1和TβRII，它们能够延长Smad2的活性，显著增加Smad3激活Smad结合元件CAGA荧光素酶的能力，它们还能够逆转Smad7的抑制活性，CDDO 和 CDDOIm还能增强actin和BMP的信号路径。增强转录共激活子p300CBP相关因子的表达，同TGFβ具有协同作用，这对于治疗TGFβ异常的疾病具有重要应用前景［22］。

    2.2  针对Smad4基因开展的肿瘤基因治疗

    TGFβ能够抑制正常上皮细胞的增殖，但肿瘤细胞却能频繁的产生抗性，正是由于Smad4作为肿瘤抑制基因频繁地在肿瘤中失活，恢复Smad4基因的功能目前已经成为肿瘤基因治疗的热点。

    在裸鼠中，Smad4在结肠癌和胰腺癌中的表达能够抑制肿瘤生长。Smad4功能的恢复影响了血管生成，降低了血管内皮生长因子的表达，增加了血小板反应素1的表达。通过Smad4来调控肿瘤血管生成开关可以作为肿瘤抑制的一种新方法［23］。在Smad4缺失的胰腺癌CFPac1 细胞中，利用腺病毒过表达Smad4基因，可以降低铆定不依赖生长超过50%，抑制异种肿瘤生长［24］。

    用重组腺病毒载体将Smad4基因转染到Smad4缺失的乳腺癌细胞MDAMB468中，TGFβ信号恢复了血纤维蛋白溶酶原激活剂的抑制剂1和p21基因的表达，Smad4表达的细胞在S期适度缩短，但没有诱导凋亡。而Smad4表达的细胞分散生长，悬浮培养的时候，能迅速失巢凋亡（anoikis）。进一步说明Smad4的缺失与肿瘤的恶变存在着紧密的相关性［25］。

    肿瘤的发生是一个多基因，多途径相互作用的过程，TGF/Smads信号通路的异常是肿瘤的发生发展以及肿瘤的浸润和转移的重要因素，因此研究TGFβ信号转导与肿瘤的关系，对于阐明肿瘤的发病机理和肿瘤的治疗与预后都有重要的意义。

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