TGF-β1在非小細胞肺癌中的研究進展

張 楠 綜述，鄧述愷 審校

(1.瀘州醫(yī)學院，四川 瀘州646000;2.瀘州醫(yī)學院附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科，四川 瀘州646000)

轉(zhuǎn)化生長因子－ β(transforming growth factor-β，TGF-β)是新近發(fā)現(xiàn)的具有多種生物學功能的生長因子超家族，在調(diào)節(jié)細胞生長和分化過程中起重要作用。近年來，許多學者在研究中發(fā)現(xiàn)TGF-β 與腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有緊密的聯(lián)系，表現(xiàn)為其對腫瘤的作用呈雙相性，即在腫瘤早期抑制細胞增殖并誘導凋亡，而在腫瘤生長的進展期作為腫瘤生長的刺激因子加速腫瘤生長轉(zhuǎn)移。這種在腫瘤發(fā)生初期與進展期相反的作用特點逐漸引起了人們的關(guān)注，使TGF-β 的研究成為了腫瘤學研究領(lǐng)域的一大熱點。本文對TGF-β1 在非小細胞肺癌(non-small-cell lung cancer，NSCLC)中的研究進展做一簡要綜述。

1 TGF-β 及其受體的結(jié)構(gòu)和生物學效應(yīng)

TGF-β 是由相對分子質(zhì)量為25 000 的同源二聚體組成，每個單體為112 個氯基酸，同活化素、抑制素、繆勒氏管抑制質(zhì)和骨形成蛋白等共同構(gòu)成調(diào)節(jié)細胞生長和分化的TGF-β 超家族［1］。TGF-β 在哺乳動物中，至少有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3 等幾種亞型。其核苷酸序列具有高度同源性，且所編碼的前體分子C 端都有一段保守的半胱氨酸序列。異構(gòu)體間雖生物學特性非常接近，但分別由特定細胞表達。內(nèi)皮細胞及結(jié)締組織表達TGF-β1，上皮細胞及神經(jīng)元細胞表達TGF-β2，間質(zhì)細胞表達TGF-β3［2］。因此，人體內(nèi)幾乎所有正常及癌變的組織或細胞都能合成釋放TGF-β，并表達其相應(yīng)受體。目前，對TGF-β1 的研究最為深入。TGF-β1 的基因定位于染色體19q13，是由7 個外顯子和6 個內(nèi)含子組成，都是以無活性前體形式存在，需經(jīng)活化后才具生物學活性。TGF-β 無論是通過自分泌途徑還是旁分泌途徑，都要與其受體結(jié)合才能發(fā)揮作用。TGF-β 受體(TβR)是TGF-β 細胞膜表面高親和力結(jié)合蛋白，用標記分析法鑒定并命名了3 種TβR的亞型:Tβ-I、Tβ-Ⅱ、Tβ-Ⅲ，相對分子質(zhì)量分別為53 000、70 000 ～85 000、250 000 ～350 000。其中I、Ⅱ型受體為單次跨膜的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，通過磷酸化Smads 啟動信號轉(zhuǎn)導，而Ⅲ型受體是一種跨膜的蛋白聚糖，單獨存在時缺乏內(nèi)在活性，卻對TGF-β對機體發(fā)揮作用有重要影響［3］。

最初對TGF-β 的生物學功能研究主要在炎癥與組織修復等方面，近年來逐漸發(fā)現(xiàn)TGF-β 對細胞的生長、分化和免疫功能都有重要的調(diào)節(jié)作用。具體包括了:調(diào)節(jié)細胞增殖、分化、凋亡、遷移、黏附以及細胞外基質(zhì)的產(chǎn)生、抑制免疫活性細胞增殖和淋巴細胞的分化、抑制細胞因子產(chǎn)生以及影響原癌基因的表達［4］。其中TGF-β1 還能誘導c-sis 的表達，并抑制了c-myc的表達，這種誘導或抑制作用與腫瘤發(fā)生有關(guān)［5］。

2 TGF-β 的信號通路與對腫瘤影響機制

2.1 TGF-β 的信號通路 目前，對TGF-β 的信號通路中細胞表面的TβR 激活、Smad 轉(zhuǎn)錄復合物的形成和Smad 轉(zhuǎn)錄復合物的作用機制已基本清楚。Smad 介導了TGF-β 的胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導，是目前所知惟一的TβR胞內(nèi)激酶的底物。近年來，越來越多的研究文獻提示，還存在獨立的Smad 的TGF-β 信號轉(zhuǎn)導引發(fā)的細胞效應(yīng)。TGF-β 的信號傳導有賴于Tβ-I與Tβ-Ⅱ的共同存在，TβRⅡ可以不依賴Tβ-I而與TGF-β 結(jié)合，但需要Tβ-I向下游傳遞信號。Tβ-Ⅲ不直接參與信號的傳遞，主要是調(diào)節(jié)TGF-β 與信號受體的結(jié)合。TGF-β首先與Tβ-Ⅱ結(jié)合，TGF-β 的構(gòu)像會發(fā)生改變，易被Tβ-I識別而形成Tβ-Ⅱ-TGF-β-Tβ-I復合物?；罨腡β-I 進而特異性地識別和磷酸化受體調(diào)節(jié)性Smad蛋白。Smad 蛋白有由Smad 基因編碼的相對分子質(zhì)量為42 000 ～60 000 的蛋白分子，是TGF-β 受體復合物的下游信號調(diào)節(jié)蛋白，存在于細胞漿中可將信號由胞膜直接傳導至胞核［6］。目前，在哺乳動物中已發(fā)現(xiàn)8種Smad 蛋白，從結(jié)構(gòu)和功能上分為3 個亞型:1)受體調(diào)節(jié)性Smad(R-Smad)包括Smad1、2、3、5、8，作為TβRI 激酶的底物活化后入核并調(diào)節(jié)特異基因的表達;2)共同介導的Smad(Co-Smad)包括Smad4，其能與RSmad 相互作用形成異聚體;3)抑制性Smad(I-Smad)包括Smad6、7 對R-Smad 和Co-Smad 介導的基因表達通過抑制R-Smad 的磷酸化及其與Co-Smad 的結(jié)合，從而對TGF-β 信號傳導起負調(diào)控作用［7］。

2.2 TGF-β 對腫瘤影響機制 在正常的生理條件下，TGF-β/Smad 途徑在腫瘤發(fā)展的早期具有抑制腫瘤發(fā)展的作用，抑制細胞增殖，使細胞停留在G1期，誘導細胞凋亡。但在特定的情況下，如TβR 基因突變或Smad 蛋白功能的喪失，細胞丟失對TGF-β 誘導的生長抑制和凋亡信號的敏感性，細胞的生長失去調(diào)控，誘發(fā)細胞突變，導致癌變的發(fā)生。在許多人類腫瘤中發(fā)現(xiàn)發(fā)生TβR 的改變，表現(xiàn)為基因突變、水平降低、功能喪失。針對Tβ-Ⅱ重復多嘌呤區(qū)的突變在胃腫瘤和膠質(zhì)瘤研究中已有發(fā)現(xiàn)，但在子宮內(nèi)膜癌、肝癌和乳腺癌中相對較少見。另外，Tβ-I的突變雖然比較少見，但也有報道在卵巢、乳腺和胰腺惡性腫瘤以及T 細胞淋巴瘤中發(fā)現(xiàn)了Tβ-I的突變［8］。另外，TGF-β 下游信號Smad 家族的功能喪失同樣的表現(xiàn)在許多人類腫瘤中，Smad 表達的丟失可使細胞逃避TGF-β 介導的生長抑制效應(yīng)，導致癌變的發(fā)生。在TGF-β/Smad 信號通路中的任一環(huán)節(jié)異常都可引起信號通路紊亂，從而導致多種腫瘤的發(fā)生。目前已在前列腺癌、乳腺癌、胃癌、結(jié)腸癌、膀胱癌及白血病等腫瘤中，發(fā)現(xiàn)TGF-β 信號傳導途徑中至少有一個成分發(fā)生改變［9］。最常見的是Smad4 的突變體在胰腺癌、結(jié)腸直腸癌中的有相當高的檢出率。同時轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的突變體也已在多種腫瘤細胞中被發(fā)現(xiàn)，如Akhurst 等［10］多次報道了在白血病、胃、腸癌組織中發(fā)現(xiàn)CBP/P300 的突變。TGFβ 還可誘導上皮細胞和纖維母細胞中血管生成因子和連接組織生長因子的表達，并可誘導內(nèi)皮細胞和腫瘤細胞中基質(zhì)金屬蛋白酶-2、-9 的表達、分泌和激活，導致內(nèi)皮細胞從基底膜上脫離。這一系列表現(xiàn)可能就是TGF-β 的癌變機制。而在臨床研究中已經(jīng)證實腫瘤內(nèi)或外周血中TGF-β 表達的上調(diào)與腫瘤微血管的密度呈正相關(guān)，可作為患者預(yù)后不良的指標［11］。

3 TGF-β1 與NSCLC 的關(guān)系

肺癌作為我國目前發(fā)病率和致死率最高的腫瘤之一，其中又以NSCLC 為主(約占80%左右)，雖然近年來人們在NSCLC 的診療方面取得了較大發(fā)展，但是大多數(shù)NSCLC 患者發(fā)現(xiàn)時已是晚期，失去了最佳治療時機。人們迫切需求一種較為可靠的指標早期發(fā)現(xiàn)診斷NSCLC，評估腫瘤進展情況及其預(yù)后，而TGF-β1 與NSCLC 發(fā)生及進展密切相關(guān)。早在1998年Asselin-Patupel 等［12］從新鮮腫瘤標本中提取mRNA 進行反轉(zhuǎn)錄PCR，發(fā)現(xiàn)所有NSCLC 均有TGF-β1 mRNA 的高表達，提出TGF-β1 與NSCLC 可能存在某種聯(lián)系。而Domaga?a-Kulawik 等［13］通過測定肺癌患者支氣管肺泡液也發(fā)現(xiàn)存在高含量的TGF-β1，進一步肯定了兩者之間的聯(lián)系。在接下來的研究中逐步證實了TGF-β1 表達也與腫瘤臨床分期有關(guān)。Hasegawa 等［14］應(yīng)用酶聯(lián)免疫吸附法對NSCLC 組織中的TGF-β1 水平進行檢測，結(jié)果顯示，Ⅲ期患者與I、Ⅱ期患者相比，TGF-β1水平明顯增高。同樣的Saji 等［15］通過對TGF-β1 mRNA 水平的檢測表明也證實TGF-β1 在肺腺癌組織中的表達明顯高于非腫瘤肺組織，并且隨著腫瘤分期的升高其表達也增加，同時淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組的TGF-β1 表達水平高于無轉(zhuǎn)移組，最后經(jīng)過多組實驗研究后指出TGF-B1 是促進NSCLC 肺轉(zhuǎn)移的重要影響因子之一。馬進安等［16］研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1 的陽性表達在腺癌中的表達高于鱗癌和小細胞癌，并再次驗證了TGF-β1與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和臨床分期明顯相關(guān)。這可能與腫瘤細胞產(chǎn)生的TGF-β1 能增強纖維蛋白酶，透明質(zhì)酸酶的活性，導致細胞基膜降解，從而使腫瘤運行能力提高，促進肺癌轉(zhuǎn)移有關(guān)［17］。在相關(guān)動物實驗中證實，小鼠的神經(jīng)原癌基因中活化TGF-β 信號增加了肺轉(zhuǎn)移的數(shù)目同時卻延緩了原發(fā)腫瘤的生長，其結(jié)果再次強調(diào)TGF-β 在對腫瘤轉(zhuǎn)移的影響及腫瘤發(fā)生的雙重功能［18］。但是在李程華等［19］的實驗中得出了不同的結(jié)論，其指出雖然肺癌患者的血清TGF-β1 濃度高于健康對照者肺癌患者血清TGF-β1，但診斷肺癌的靈敏度和特異性分別僅為49%和70%，并且濃度與TNM 分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、病理分型無相關(guān)性。手術(shù)前后及化療前后血清TGF-β1 濃度差異無統(tǒng)計學意義。當然，肺癌的發(fā)生發(fā)展是一個極其復雜的過程其中涉及諸多因素。但可以看出，TGF-β1 在諸多研究中均表現(xiàn)出與NSCLC 發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，表明其在NSCLC 中起著非常重要的作用。作為一項監(jiān)測NSCLC 發(fā)生以及判斷肺癌細胞惡性程度的指標，具有較高的價值。但是，鑒于TGF-β1 生物特性相當廣泛，不僅僅是多種其他惡性腫瘤表現(xiàn)為TGF-β1 升高，在肺纖維化、肝硬化、腎病綜合征、自身免疫性疾病中均起重要作用，因此在NSCLC 中TGF β1 的特異性不高，只能成為診斷肺癌及評估預(yù)后的參考指標，不能作為單獨診斷肺癌的指標，還需要結(jié)合其他診斷指標。

4 TGF-β1 在肺癌輔助診斷及治療中的應(yīng)用前景

由于上述的原因，TGF-β1 特異性不高，這需結(jié)合其他診斷指標綜合做出正確評價，這就還需要研究診斷肺癌的最優(yōu)血清腫瘤標志物組合，從而有效提高肺癌診斷的準確性。國內(nèi)有研究［20］表明，將血清中神經(jīng)元特異性烯醇化酶、胃泌素釋放肽前體、細胞角蛋白l9、p53 抗體和癌胚抗原等5 種腫瘤標志物聯(lián)合檢測，敏感性明顯比檢測單項血清腫瘤標志物要高。那么聯(lián)合TGF-β1 這一指標的檢測是否能提高檢測的敏感性，能否對早期的NSCLC 診斷提供幫助，目前還缺少相關(guān)的研究，但TGF-β1 作為補充檢測指標具有廣闊的前景和研究價值。同時患者治療前后TGF-β1 水平的變化，其在檢測肺癌治療后的療效及復發(fā)方面的價值，目前仍無統(tǒng)一的結(jié)論，也有待進一步研究。可以肯定的是TGF-β 在腫瘤發(fā)展的不同時期起著相反的作用，那么在腫瘤的早期預(yù)防和進展期治療方面TGF-β都將發(fā)揮重要作用。一方面在腫瘤早期，細胞微環(huán)境中生理活性的TGF-β 作為抑癌因子存在，因此對腫瘤高發(fā)人群應(yīng)用TGF-β 誘導劑有預(yù)防癌發(fā)生的作用。另一方面，在癌變進展期，多數(shù)腫瘤細胞對TGF-β 是耐受的，此時期對腫瘤治療的關(guān)鍵在于恢復癌細胞對TGF-β 的敏感性及抑制過度表達的TGF-β，從這兩方面著手來抑制腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移是可行的。目前，已經(jīng)有用TGF-β 結(jié)合蛋白通過阻斷TβR 的作用，阻斷其上游信號轉(zhuǎn)導從而抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展的研究［21-22］。隨著對Smad 介導的TGF-β 胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導研究的深入，有望通過對胞內(nèi)與核內(nèi)信號過程進行干預(yù)來達到治療疾病的目的?；蚯贸齽游锬Ｐ图叭找姘l(fā)展的分子生物學技術(shù)為這些研究提供了很好的條件。在針對TGF-β 信號通路在NSCLC 中的治療面臨的挑戰(zhàn)是:如何恢復早期丟失的腫瘤抑制功能，而不是完全消除TGF-β 的其他功能［23］。在2010年Ganapathy 等［24］的研究中TGF-β 拮抗劑可能的臨床應(yīng)用試驗中表明了其在治療上的前景。2 個TGF-β 拮抗劑小鼠單克隆泛TGF-β 中和抗體以及Tβ-I和Tβ-Ⅱ激酶化學抑制劑被證明有效地阻止在體外受體相關(guān)的Smad蛋白，此外這2 種拮抗劑顯著的減少了腫瘤向肺臟與骨的轉(zhuǎn)移，關(guān)于針對TGF-β 的靶向治療有望成為一種新的靶向藥物用于臨床治療。不幸的是晚期NSCLC的典型特征是局部或全身性的TGF-β 的水平升高，TGF-β 對腫瘤抑制減弱導致腫瘤進展。TGF-β 拮抗劑可能對此是有效的，然而TGF-β 拮抗劑可能對正常組織細胞產(chǎn)生不良作用。如何才能達到治療作用的同時消除對正常組織細胞的不良作用有待于接下來進一步研究。

5 小結(jié)

綜上所述，隨著基礎(chǔ)和臨床研究的開展，人類對TGF-β1 的認識將更加全面，TGF-β1 在肺癌的研究還存在著廣闊的空間和研究前景。而對TGF-β1 與腫瘤發(fā)生發(fā)展關(guān)系的作用機制的進一步研究，可以為腫瘤病因?qū)W研究提供新的認識，為腫瘤的預(yù)防和治療提供新的方法，為腫瘤學的發(fā)展提供更為廣闊的前景。

［1］ten Dijke P，Hill CS. New insights into TGF-beta-Smad signalling［J］.Trends Biochem Sci，2004，29(5):265 -273.

［2］Scharf JG，Braulke T.The role of the IGF axis in hepatocarcinogenesis［J］.Horm Metab Res，2003，35(11 -12):685 -693.

［3］de Caestecker M.The transforming growth factor-beta superfamily of receptors［J］.Cytokine Growth Factor Rev，2004，15(1):1 -11.

［4］Elliott RL，Blobe GC.Role of transforming growth factor Beta in human cancer［J］.J Clin Oncol，2005，23(9):2078 -2093.

［5］Sasaki T，Suzuki H，Yagi K，et al. Lymphoid enhancer factor 1 makes cells resistant to transforming growth factor beta-induced repression of c-myc［J］.Cancer Res，2003，63(4):801 -806.

［6］Sangadala S，Metpally RP，Reddy BV. Molecular interaction between Smurf1 WW2 domain and PPXY motifs of Smad1，Smad5，and Smad6--modelingand analysis［J］.J Biomol Struct Dyn，2007，25(1):11 -23.

［7］Beck SE，Jung BH，Del Rosario E，et al.BMP-induced growth suppression in colon cancer cells is mediated by p21WAF1 stabilization and modulated byRAS/ERK［J］. Cell Signal，2007，19(7):1465 -1472.

［8］Zhang YE. Non-Smad pathways in TGF-beta signaling［J］. Cell Res，2009，19(1):128 -139.

［9］Iacobuzio-Donahue CA，Song J，Parmiagiani G，et al.Missense mutations of MADH4:characterization of the mutational hot spot and functional consequences in human tumors［J］. Clin Cancer Res，2004，10(5):1597 -1604.

［10］Akhurst RJ，Derynck R. TGF-beta signaling in cancer--a doubleedged sword［J］.Trends Cell Biol，2001，11(11):S44 -S51.

［11］林茂芳，牟海波，岑洪.轉(zhuǎn)化生長因子β1 對樹突細胞功能的影響［J］.中華血液學雜志，2004，25(8):449 -452.

［12］Asselin-Paturel C，Echchakir H，Carayol G，et al.Quantitative analysis of Th1，Th2 and TGF-beta1 cytokine expression in tumor，TIL and PBL of non-small cell lung cancer patients［J］. Int J Cancer，1998，77(1):7 -12.

［13］Domaga?a-Kulawik J，Hoser G，Safianowska A，et al.Elevated TGFbeta1 concentration in bronchoalveolar lavage fluid from patients with primary lung cancer［J］. Arch Immunol Ther Exp (Warsz)，2006，54(2):143 -147.

［14］Hasegawa Y，Takanashi S，Kanehira Y，et al. Transforming growth factor-beta1 level correlates with angiogenesis，tumor progression，and prognosis in patients with nonsmall cell lung carcinoma［J］.Cancer，2001，91(5):964 -971.

［15］Saji H，Nakamura H，Awut I，et al. Significance of expression of TGF-beta in pulmonary metastasis in non-small cell lung cancer tissues［J］.Ann Thorac Cardiovasc Surg，2003，9(5):295 -300.

［16］馬進安，張連郁.肺癌轉(zhuǎn)化生長因子β1 的表達與預(yù)后的相關(guān)性研究［J］.腫瘤研究與臨床，2000，12(2 ):75 -77.

［17］Toomey D，Condron C，Wu QD，et al. TGF-beta1 is elevated in breast cancer tissue and regulates nitric oxide production from a number of cellular sources during hypoxia re-oxygenation injury［J］.Br J Biomed Sci，2001，58(3):177 -183.

［18］Jo M，Lester RD，Montel V，et al.Reversibility of epithelial-mesenchymal transition (EMT)induced in breast cancer cells by activation of urokinase receptor-dependent cell signaling［J］. J Biol Chem，2009，284(34):22825 -22833.

［19］李程華，侯玉磊，陳輝.肺癌患者血清TGF-β1 濃度檢測及臨床意義分析［J］.中國微生態(tài)學雜志，2012，24(11):1008 -1010.

［20］時廣利，胡秀玲，岳思東，等.血清腫瘤標志物在肺癌輔助診斷中的應(yīng)用［J］中華腫瘤雜志，2005，27(5):299 -301.

［21］Derynck R，Akhurst RJ，Balmain A. TGF-beta signaling in tumor suppression and cancer progression［J］. Nat Genet，2001，29(2):117 -129.

［22］Teicher BA. Transforming growth factor-beta and the immune response to malignant disease［J］. Clin Cancer Res，2007，13(21):6247 -6251.

［23］Wakefield LM，Roberts AB.TGF-beta signaling:positive and negative effects on tumorigenesis［J］. Curr Opin Genet Dev，2002，12(1):22 -29.

［24］Ganapathy V，Ge R，Grazioli A，et al. Targeting the Transforming Growth Factor-beta pathway inhibits human basal-like breast cancer metastasis［J］.Mol Cancer，2010，9:122.