TGF-β信號(hào)通路在急性白血病中的研究進(jìn)展

文/王晨，劉嘉怡，李夢(mèng)珍，倪蕾

免疫抑制細(xì)胞因子轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)是多種細(xì)胞類(lèi)型分泌的多功能多肽，包括T 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞，甚至腫瘤細(xì)胞。TGF-β 的作用和潛在調(diào)節(jié)機(jī)制已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)是非常復(fù)雜的。已有研究表明，TGF-β 在調(diào)控急性髓細(xì)胞性白血病、急性淋巴細(xì)胞白血病發(fā)生發(fā)展等潛在機(jī)制中有一定意義，并有可能成為急性白血病治療的潛在靶點(diǎn)。以下將討論TGF-β信號(hào)通路在急性白血病中的潛在機(jī)制及意義。

1 TGF-β超家族及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

1.1 TGF-β

人類(lèi)細(xì)胞因子TGF-β 超家族由30 多個(gè)因子組成，抗勒氏桿菌激素、抑制素、肌肉生長(zhǎng)抑制素、骨形態(tài)發(fā)生蛋白等，它們存在于所有多細(xì)胞生物中。哺乳動(dòng)物基因組編碼三種不同的TGF-β 異構(gòu)體，TGF-β1,-β2 和-β3，它們作為二硫化物連接的二聚體。

1.2 TGF-β受體

TGF-β 受體廣泛存在于多種細(xì)胞的表面，目前廣泛研究有三種TGF-βRI、TGF-βRII 和TGFβRIII。TGF-βRI 和TGF-βRII 細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域均含有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，而TGF-βRIII 沒(méi)有激酶活性。TGF-β 超家族成員與含有絲氨酸/蘇氨酸激酶活性的I 型(TβRI)和II 型(TβRII)受體的異聚體受體復(fù)合物結(jié)合。輔助受體(也稱(chēng)為III 型受體，TβRIII)幫助TGF-β 超家族成員獲得信號(hào)受體?；罨腡GF-β 配體與TβRII 相互作用形成異四聚體，這是一種活性受體復(fù)合物，在絲氨酸和蘇氨酸的特定殘基上招募和磷酸化TβRI。該復(fù)合物作為功能性受體，調(diào)節(jié)下游Smad 依賴(lài)的規(guī)范通路激活以及Smad不依賴(lài)或非規(guī)范通路激活。

1.3 Smad蛋白

Smad 由組合在一起的蛋白質(zhì)組成，是TGF-β的下游信號(hào)蛋白，主要將細(xì)胞外信號(hào)直接傳遞給細(xì)胞核。目前根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能可分為三類(lèi)：（1）受體調(diào)節(jié)型Smad（R-Smad），即由激活素TGF-β 激活的AR-Smads，包括Smad2、Smad3 和由骨形態(tài)發(fā)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信號(hào)傳導(dǎo)通路

1.4.1 經(jīng)典的TGF-β/Smad信號(hào)通路

在經(jīng)典的Smad 信號(hào)通路中，TGF-β 與細(xì)胞膜表面的TGF-βRII 結(jié)合，然后磷酸化TGF-βRI。磷酸化的TGF-βRI/TGF-βRII 磷酸化Smad2 和Smad3蛋白，與Smad 4 形成復(fù)合物?；罨腟mad 復(fù)合體移動(dòng)到細(xì)胞核并結(jié)合到稱(chēng)為Smad 結(jié)合元件(SBEs)的特定DNA 序列基序上。然后，它與其他轉(zhuǎn)錄因子相互作用，調(diào)節(jié)TGF-β 靶基因的表達(dá)。

1.4.2 非Smad信號(hào)通路

TGF-β 還可以激活許多非Smad 信號(hào)通路，包括PI3K/AKT、JNK/P38、ERK/MAPK 信號(hào)通路等。參與腫瘤發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移。

2 TGF-β信號(hào)通路與急性白血病

2.1 TGF-β信號(hào)通路與急性髓細(xì)胞性白血病(acute myeloid leukemia，AML)

研究表明，TGF-β 在AML 中高度上調(diào)。研究報(bào)道了在人類(lèi)癌癥中，轉(zhuǎn)錄因子缺氧誘導(dǎo)因子1(HIF-1)和激活蛋白1(AP-1)參與了轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)表達(dá)的上調(diào)，通過(guò)自分泌作用導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子Smad3 的激活。這一過(guò)程在急性髓性白血病中引發(fā)半乳糖凝集素-9 表達(dá)上調(diào)[1]。半乳糖凝集素-9是各種類(lèi)型的癌細(xì)胞用來(lái)抑制細(xì)胞毒性免疫反應(yīng)從而逃避免疫監(jiān)視的關(guān)鍵蛋白之一。急性髓系白血病(AML)能夠分泌該蛋白，而其他癌細(xì)胞將半凝集素-9轉(zhuǎn)運(yùn)到表面，并利用它來(lái)破壞細(xì)胞毒性淋巴樣細(xì)胞如細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞(NK)的抗癌活性。有報(bào)道稱(chēng)，人類(lèi)癌細(xì)胞產(chǎn)生轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1型(TGF-β1，又稱(chēng)TGF-β)，通過(guò)與TGF-β 受體(TGFBR)結(jié)合而表現(xiàn)出自分泌活性[2]。已知TGF-β通過(guò)Smad3 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)導(dǎo)其信號(hào)，從而觸發(fā)靶基因的表達(dá)。半乳糖凝集素-9 基因LGALS9 啟動(dòng)子區(qū)有幾個(gè)(至少5 個(gè))Smad3 應(yīng)答元件，有報(bào)道稱(chēng)Smad3可誘導(dǎo)半乳糖凝集素-9 表達(dá)[3]。此外，TGF-β 編碼基因在其啟動(dòng)子區(qū)域至少有9 個(gè)Smad3 應(yīng)答元件，因此也可以自分泌方式上調(diào)TGF-β 的表達(dá)，能夠在沒(méi)有外部信號(hào)的情況下支持自身。低氧誘導(dǎo)因子1 (hypoxiainducible factor 1,HIF-1)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物可誘導(dǎo)TGF-β 的初始活化，HIF-1 轉(zhuǎn)錄復(fù)合物包含兩個(gè)亞基-組成型β 亞基和誘導(dǎo)型α 亞基。HIF-1 在腫瘤生長(zhǎng)的早期階段表現(xiàn)出高活性，因此可以啟動(dòng)TGF-β 表達(dá)[4]，然后可以觸發(fā)上述導(dǎo)致半乳糖凝集素-9 的自分泌途徑過(guò)度表達(dá)。

此外，癌細(xì)胞中產(chǎn)生活性氧(ROS)的酶，如NADPH 氧化酶和黃嘌呤氧化酶的活性升高[5]。ROS水平升高導(dǎo)致凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1(apoptosis signal regulatory kinase 1,ASK1)及其下游通路激活，導(dǎo)致AP-1(activator protein 1)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物激活，從而上調(diào)TGF-β 的表達(dá)。有研究表明，重新診斷患者分離的AML 細(xì)胞與從健康供體分離的原代白細(xì)胞培養(yǎng)24h進(jìn)行比較。AML 細(xì)胞顯示出明顯上調(diào)的黃嘌呤氧化酶和NADPH 氧化酶活性水平，這表明AML 細(xì)胞中存在更高水平的氧化應(yīng)激。HIF-1α 和phosphoS423/S425-Smad3 在原代健康白細(xì)胞中幾乎檢測(cè)不到，但在AML 細(xì)胞中可以明顯檢測(cè)到。與健康白細(xì)胞相比，AML 細(xì)胞釋放的TGF-β 量顯著增加。因此，TGF-β 被認(rèn)為是促癌因子，許多腫瘤類(lèi)型大量產(chǎn)生TGF-β 以發(fā)揮促瘤免疫的不利作用，并且在宿主-腫瘤免疫監(jiān)測(cè)下與侵襲性疾病的進(jìn)展有關(guān)。

2.2 TGF-β信號(hào)通路與急性淋巴細(xì)胞白血病(acute lymphocytic leukemia，ALL)

急性淋巴細(xì)胞白血病(acute lymphocytic leukemia，ALL)是一種嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康的血液惡性腫瘤。目前，ALL 缺乏有效的治療方法，因?yàn)槟[瘤細(xì)胞的免疫逃逸嚴(yán)重阻礙了治療效果。有研究表明，ALL 來(lái)源的外泌體通過(guò)TGF 途徑抑制NK 細(xì)胞的增殖、細(xì)胞毒性和細(xì)胞毒性顆粒的釋放，從而逃避先天免疫監(jiān)視[6]。

外泌體作為細(xì)胞間通信的重要介質(zhì)，通過(guò)傳遞膜蛋白和其他內(nèi)容物(如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、mRNA 和非編碼RNA)，不僅參與腫瘤轉(zhuǎn)移和血管生成引起的腫瘤發(fā)生，而且在免疫逃逸過(guò)程中發(fā)揮重要作用[7]。外泌體不僅通過(guò)為白血病細(xì)胞的生長(zhǎng)創(chuàng)造微環(huán)境、支持白血病耐藥、細(xì)胞轉(zhuǎn)移和免疫逃逸來(lái)加速白血病的進(jìn)展，而且還可以通過(guò)裝載攔截這些途徑的分子來(lái)阻礙白血病細(xì)胞的進(jìn)展。白血病衍生的外泌體裝載RNA，引導(dǎo)造血祖細(xì)胞抑制其功能，并將骨髓生態(tài)位重塑為允許白血病生長(zhǎng)的微環(huán)境。自然殺傷(NK)細(xì)胞在控制腫瘤生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散中起著免疫監(jiān)測(cè)和一線防御作用。在腫瘤微環(huán)境中，NK 細(xì)胞主要通過(guò)表面活化受體識(shí)別腫瘤抗原，并依靠穿孔素、顆粒酶等細(xì)胞毒性分子的分泌，直接裂解和殺傷腫瘤細(xì)胞。NK 細(xì)胞修飾的嵌合抗原受體(CAR)對(duì)fms 樣酪氨酸激酶3(FLT3)陽(yáng)性B-ALL 細(xì)胞具有選擇性細(xì)胞毒性，并在體內(nèi)抑制白血病的發(fā)展[8]。重要的是，從NK 細(xì)胞中提取的細(xì)胞外囊泡可以通過(guò)多種細(xì)胞毒性蛋白和殺傷機(jī)制靶向并殺死腫瘤細(xì)胞。而NK 細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的毒性可被癌細(xì)胞調(diào)節(jié)，引起腫瘤免疫逃逸。

TGF-β 是一種強(qiáng)大的NK 細(xì)胞抗腫瘤反應(yīng)抑制劑，在ALL 患者中高表達(dá)[9]。有實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示，jurkat 衍生外泌體孵育后，NK92-MI 細(xì)胞中TGF-β通路的17 個(gè)經(jīng)典分子均上調(diào)，僅生長(zhǎng)分化因子3(GDF3)下調(diào)12。TGF-β 通過(guò)調(diào)節(jié)多種細(xì)胞殺傷因子和激活受體抑制NK 細(xì)胞表型。例如，TGF-β1 可減少穿孔素和顆粒酶的釋放，下調(diào)CD16、DNAM-1、NKG2D、TRAIL 和NKp30 等活化受體的表達(dá)，從而降低NK 細(xì)胞的細(xì)胞毒性[10]。此外，在NK92-MI 細(xì)胞中，骨髓增生異常綜合征1(MDS1)和親生態(tài)病毒整合位點(diǎn)-1(EVI1)復(fù)合體位點(diǎn)(MECOM)和同源結(jié)構(gòu)域相互作用蛋白激酶2(HIPK2)的表達(dá)水平顯著響應(yīng)jurkat 來(lái)源的外泌體誘導(dǎo)。MECOM 由MDS1 和EVI1復(fù)合體位點(diǎn)組成，后者是一種與白血病相關(guān)的侵襲性癌基因，EVI1 的表達(dá)延長(zhǎng)了STAT1 的磷酸化和干擾素(IFN)依賴(lài)性報(bào)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 源性外泌體誘導(dǎo)的NK 細(xì)胞的免疫抑制。此外，HIPK2 對(duì)于IFN 精確調(diào)節(jié)免疫穩(wěn)態(tài)是不可或缺的[12]。體內(nèi)外均可通過(guò)TGF-β 誘導(dǎo)HIPK2 的表達(dá)，激活下游信號(hào)通路的表達(dá)，包括Notch、NFκB、Smad 和Wnt/β-catenin 通路，從而控制細(xì)胞功能[13]。因此，HIPK2 可能是由ALL 來(lái)源的外泌體誘導(dǎo)的NK 細(xì)胞免疫抑制的另一個(gè)貢獻(xiàn)基因。因此，急性淋巴細(xì)胞白血病來(lái)源的外泌體通過(guò)TGF-β 信號(hào)通路抑制自然殺傷細(xì)胞的細(xì)胞毒性，為阻斷ALL 細(xì)胞的免疫逃逸，提高ALL 的治療效率提供了新的視角。

3 TGF-β信號(hào)通路在急性白血病治療中的應(yīng)用與展望

有研究首次報(bào)道了在人類(lèi)癌癥中，轉(zhuǎn)錄因子缺氧誘導(dǎo)因子1(HIF-1)和激活蛋白1(AP-1)參與了轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)表達(dá)的上調(diào)，通過(guò)自分泌作用導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子Smad3 的激活，這一過(guò)程在急性髓性白血病中引發(fā)半乳糖凝集素-9 表達(dá)上調(diào)。半乳糖凝集素-9 是各種類(lèi)型的癌細(xì)胞用來(lái)抑制細(xì)胞毒性免疫反應(yīng)從而逃避免疫監(jiān)視的關(guān)鍵蛋白之一。了解TGF-β 信號(hào)通路及其與半乳糖凝集素-9 的關(guān)系等機(jī)制將大大提高我們對(duì)惡性腫瘤免疫逃逸的生物化學(xué)認(rèn)識(shí)，使TGF-β1 信號(hào)通路作為急性白血病免疫治療的潛在高效靶點(diǎn)成為可能。此外，有研究報(bào)道，ALL 來(lái)源的外泌體通過(guò)TGF 途徑抑制NK 細(xì)胞的增殖、細(xì)胞毒性和細(xì)胞毒性顆粒的釋放，從而逃避先天免疫監(jiān)視。外泌體不僅參與腫瘤轉(zhuǎn)移和血管生成引起的腫瘤發(fā)生，而且在免疫逃逸過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。ALL 來(lái)源的外泌體增強(qiáng)了NK92-MI 細(xì)胞中TGF-β 信號(hào)通路的表達(dá)，通過(guò)誘導(dǎo)TGF-β 通路促進(jìn)免疫逃逸來(lái)調(diào)節(jié)NK 細(xì)胞的生物學(xué)功能。深入探索腫瘤微環(huán)境中急性淋巴細(xì)胞白血病外泌體對(duì)NK 細(xì)胞的調(diào)控機(jī)制，將有助于確定急性淋巴細(xì)胞白血病治療的分子靶點(diǎn)，并為預(yù)防治療后復(fù)發(fā)提供理論依據(jù)。