皮膚癌中轉(zhuǎn)化生長因子-β信號通路研究進(jìn)展

張韜韜 劉華乙 谷涓華 陳亮 曾躍勤 劉志杰

(1昆明醫(yī)科大學(xué)分子臨床醫(yī)學(xué)研究院，云南 昆明；2上海科技大學(xué))

皮膚癌是常見的惡性腫瘤，最常見的類型是皮膚鱗狀細(xì)胞癌(SCC)、皮膚基底細(xì)胞癌(BCC)和皮膚惡性黑色素瘤(CM)。前兩種類型的皮膚癌發(fā)病率大大超過黑色素瘤，但是大多數(shù)患者容易治療，長期預(yù)后更好。BCC和SCC均來源于表皮角質(zhì)形成細(xì)胞，它們不如黑色素瘤致命，主要是因?yàn)樗鼈兙窒抻谄浒l(fā)病部位，這使得其治療更加直接〔1〕。CM是皮膚癌最致命的形式，由表皮黑色素細(xì)胞產(chǎn)生，是一種難治療性和傾向轉(zhuǎn)移的惡性腫瘤。早期發(fā)現(xiàn)的黑色素瘤可以通過手術(shù)切除來治療；但還是能很快侵襲和轉(zhuǎn)移，是晚期治療后存活時(shí)間不足的主要原因〔2〕。轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β信號通路具有調(diào)控細(xì)胞增殖和分化的作用，是腫瘤發(fā)生發(fā)展中最常發(fā)生改變的信號通路之一。本文就TGF-β-Smad信號通路在皮膚癌發(fā)生發(fā)展中的作用進(jìn)行綜述。

1 TGF-β-Smad信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

1.1TGF-β TGF-β超家族由多種調(diào)節(jié)細(xì)胞功能和疾病發(fā)病機(jī)制的細(xì)胞因子家族組成。超家族分為三大亞家族：TGF-β，激活素和骨形態(tài)發(fā)生蛋白，它們都具有不同的生理功能。TGF-β亞家族由3種TGF-β亞型組成，TGF-β1，TGF-β2和TGF-β3由位于不同染色體的3個(gè)不同基因編碼(分別為19q13.1，1q41和14q24)，但通過相同的受體信號系統(tǒng)起作用。TGF-β二聚體與潛伏相關(guān)肽(LAP)非共價(jià)結(jié)合為無活性的酶原復(fù)合物〔3〕。潛在的TGF-β可以通過多種機(jī)制在體內(nèi)激活，如纖溶酶〔4〕或各種基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-2和MMP-9通過切割LAP激活〔5〕，或者由整合素avb6，avb8〔6〕和血小板反應(yīng)蛋白-1〔7〕介導(dǎo)的LAP構(gòu)象變化，導(dǎo)致活性TGF-β從其相關(guān)的LAP釋放。因此，TGF-β1可以通過多種機(jī)制及在不同的細(xì)胞生理情況下被激活，這使其能在不同的細(xì)胞環(huán)境中發(fā)揮重要作用。

1.2Smad蛋白家族 Smads是TGF-β轉(zhuǎn)錄應(yīng)答的細(xì)胞內(nèi)關(guān)鍵介質(zhì)。在哺乳動物中，8個(gè)Smads被細(xì)分為3個(gè)不同的類別：Smads2、3(轉(zhuǎn)導(dǎo)TGF-β信號傳導(dǎo))和Smads1、5、8(轉(zhuǎn)導(dǎo)骨形態(tài)發(fā)生蛋白)組成的受體調(diào)節(jié)型Smads(R-Smads)；一個(gè)通用型：Smad4，也稱為co-Smad和兩個(gè)抑制型Smads(I-Smads)，即Smad6和7〔8〕。

1.3TGF-β-Smad信號通路 細(xì)胞內(nèi)的TGF-β信號傳導(dǎo)是十分復(fù)雜的，可以直接或間接地影響細(xì)胞各種功能。雖然不依賴Smads轉(zhuǎn)導(dǎo)的 TGF-β信號通路也存在，但是通過Smads轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑還是最主要的〔9〕。TGF-β受體(R)1和TGF-βR2通過Smads促進(jìn)TGF-β信號傳導(dǎo)，TGF-βR1和TGF-βR2形成信號傳導(dǎo)所需的同源二聚體和異源二聚體復(fù)合物。TGF-β1通過結(jié)合TGF-βR2，啟動典型Smad信號傳導(dǎo)，然后募集，結(jié)合并磷酸化TGF-βR1的GS區(qū)，誘導(dǎo)蛋白激酶活性?；罨腡GF-βR1磷酸化Smad2和Smad3，與Smad4形成復(fù)合物并轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核與各種DNA激活因子，阻遏物和轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合在一起，調(diào)節(jié)各種基因的表達(dá)〔10〕。

2 TGF-β-Smads 信號通路與腫瘤

TGF-β信號通路在腫瘤形成和發(fā)展過程中起雙向作用，在腫瘤形成早期，TGF-β-Smad 信號通路通過調(diào)節(jié)下游靶基因如p21細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑(CDKN)1A、 p15CDKN2B等，使細(xì)胞停滯于G1期，從而起到抑制腫瘤細(xì)胞增殖的作用。而在腫瘤進(jìn)展期，TGF-β又可通過促進(jìn)血管生成、改變腫瘤細(xì)胞與胞外基質(zhì)的相互作用等，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移〔11〕。多項(xiàng)研究表明TGF-β與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，在大多數(shù)(>85%)人類上皮癌，包括胰腺癌、結(jié)腸癌、乳腺癌、前列腺癌和肺癌中均觀察到TGF-β信號通路成分的變異〔12〕。

3 TGF-β-Smad信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與皮膚癌

3.1TGF-β及其受體在皮膚癌中的作用 TGF-β是鱗狀上皮細(xì)胞發(fā)育和維持組織穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)劑。TGF-β作為腫瘤抑制因子和腫瘤啟動因子的雙向作用已經(jīng)在角質(zhì)細(xì)胞中過表達(dá)TGF-β1的小鼠模型中得到驗(yàn)證〔13〕。不過多數(shù)體內(nèi)證據(jù)支持TGF-β信號傳導(dǎo)主要是抑制腫瘤生長。TGF-β1過表達(dá)在早期階段抑制乳頭狀瘤形成，晚期促進(jìn)皮膚癌的進(jìn)展、轉(zhuǎn)移和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化〔14〕。在人皮膚SCC中，TGF-β1在52.9%的樣本中存在過表達(dá)現(xiàn)象〔15〕。楊亞萍等〔15〕采用免疫組化法也發(fā)現(xiàn)皮膚鱗癌組織中TGF-β1的表達(dá)水平較正常皮膚顯著升高，但是TGF-βR1的表達(dá)卻顯著降低。Ⅶ型膠原蛋白(Col7)是固定原纖維的主要成分，對傷口愈合非常重要，并且是上皮癌侵襲的屏障〔16〕。研究發(fā)現(xiàn)，Col7能夠抑制SCC中的TGFβ信號傳導(dǎo)從而降低腫瘤組織中的血管生成，從而起到了腫瘤抑制劑的作用〔17〕。

Goudie等〔18〕發(fā)現(xiàn)TGF-βR1突變導(dǎo)致多種自愈性鱗狀上皮瘤，一種以自發(fā)性消退為特征的常染色體顯性皮膚癌；這表明缺少TGF-βR1的腫瘤抑制作用會促進(jìn)惡性SCC及良性鱗狀腫瘤的發(fā)展。然而TGF-βR1也可以超過生理水平過表達(dá)，80.3%的皮膚鱗狀細(xì)胞癌組織相對于周圍表皮過表達(dá)TGF-βR1，暴露于陽光中的皮膚腫瘤存在TGF-βR1與pSmad2/3的高表達(dá)〔19〕。

TGF-βR2在人SCC中表達(dá)降低，說明TGF-βR2的缺乏促進(jìn)體內(nèi)SCC發(fā)展；Lu等〔20〕發(fā)現(xiàn)TGF-βR2的缺失可以增加上皮和基質(zhì)中TGF-β1的表達(dá)；由此導(dǎo)致的TGF-β1過度表達(dá)可能增加血管生成和炎癥。從這些研究中可以明確，角質(zhì)形成細(xì)胞中的TGF-βR2缺失在腫瘤進(jìn)展期間引起炎癥。此外，TGF-βR2缺陷也增強(qiáng)細(xì)胞遷移和侵襲，總之，這些數(shù)據(jù)表明TGF-βR2的缺失可以導(dǎo)致血管發(fā)生、炎癥、增殖、凋亡和腫瘤細(xì)胞遷移或侵入，從而參與SCC起始或進(jìn)展。

Schmid等〔21〕通過原位雜交分析比較了正常皮膚和11例BCC中3種TGF-β亞型和TGF-β2 mRNA表達(dá)情況。與正常皮膚相比，大多數(shù)BCC的基質(zhì)顯示TGF-β1和TGF-βR2 mRNA表達(dá)增強(qiáng)。Gambichler等〔22〕使用實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)和免疫組織化學(xué)也觀察到BCC中TGF-β1mRNA的顯著過度表達(dá)，這表明TGF-β1能促進(jìn)BCC的發(fā)生和發(fā)展。

黑色素瘤患者血漿中TGF-β1水平升高，特別是轉(zhuǎn)移性病變患者，表明黑色素瘤對TGF-β1的生長抑制有抵抗能力〔23〕；然而最近的研究卻得到了相反的結(jié)論，周啟明等〔24〕檢測了黑色素瘤患者和正常人中的TGF-β1含量，發(fā)現(xiàn)黑色素瘤患者血清中的TGF-β1含量較健康對照組下調(diào)了2.3倍。TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3抑制正常的黑色素細(xì)胞增殖和DNA合成；但黑色素瘤細(xì)胞系對TGF-β的抑制作用反應(yīng)較差或者完全抵抗〔25〕。Humbert等〔26〕發(fā)現(xiàn)TGF-β在很多的黑色素瘤細(xì)胞系中都能有效抑制細(xì)胞遷移和侵襲。他們進(jìn)一步研究了其中的分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)纖溶酶原激活物抑制劑(PAI)-1表達(dá)在對TGF-β反應(yīng)的所有黑色素瘤細(xì)胞系中都升高。此外，使用基因沉默方法，他們還發(fā)現(xiàn)PAI-1是TGFβ介導(dǎo)的抑制黑色素瘤細(xì)胞遷移和侵襲所必需的，PAI-1表達(dá)升高抑制細(xì)胞中纖溶酶的產(chǎn)生并且使其活性降低。表明，TGFβ為黑色素瘤細(xì)胞遷移和侵襲的有力抑制劑。

3.2Smad與皮膚癌 研究表明67%的低分化人皮膚SCC在Smad2基因座處顯示出雜合性丟失(LOH)〔27〕。此外，低分化人皮膚SCC中 Smad2在mRNA和蛋白水平上分別有94%和70%降低；這些研究表明在SCC中Smad2雜合性丟失應(yīng)該是轉(zhuǎn)錄前、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平的共同事件。不過深入的研究發(fā)現(xiàn)Smad2的缺失不足以啟動腫瘤，但會加速皮膚接觸致癌物時(shí)的腫瘤形成和惡性轉(zhuǎn)化；SCC中Smad2的缺失增加了肝細(xì)胞生長因子(HGF)的表達(dá)，HGF是一種有效的血管生成因子和腫瘤上皮細(xì)胞遷移的啟動子，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞上HGF受體c-Met的活化〔28〕。這些結(jié)果表明由于Smad2缺失所誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和血管生成有助于SCC的發(fā)生。

Bae等〔29〕發(fā)現(xiàn)Smad3可以抑制SCC發(fā)生；表達(dá)的Smad3可以通過誘導(dǎo)衰老和調(diào)節(jié)炎癥來消除腫瘤進(jìn)展；研究表明誘導(dǎo)促炎反應(yīng)是Smad3作為SCC腫瘤啟動子的潛在機(jī)制之一，Smad3阻斷TGF-β1誘導(dǎo)MMP-9基因表達(dá)的能力，從而促進(jìn)腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移〔30〕。Park等〔31〕發(fā)現(xiàn)在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌(HNSCC)中死亡相關(guān)蛋白凋亡激酶(DRAK)1通過結(jié)合Smad3從而抑制TGF-β1的活性，進(jìn)而阻斷Smad3-Smad4復(fù)合物形成。這些研究表明，Smad3可能介導(dǎo)SCC的發(fā)生和進(jìn)展。

在人類SCC中，57%的患者中存在Smad4基因雜合性丟失。Smad4表達(dá)缺失的發(fā)生率高，特別是在低分化皮膚癌中〔32〕。小鼠角質(zhì)形成細(xì)胞Smad4的丟失，導(dǎo)致幼鼠5個(gè)月大時(shí)自發(fā)形成皮膚腫瘤，表明Smad4缺陷引起SCC形成。但是另有研究證明Smad4與PTEN/Akt信號通路相互作用來抑制皮膚腫瘤形成〔33〕。

Gambichler等〔22〕發(fā)現(xiàn)BCC中Smad3 mRNA顯著過度表達(dá)。Tannehill-Gregg等〔28〕證明Smad3雜合的轉(zhuǎn)基因小鼠比野生型小鼠對化學(xué)誘導(dǎo)皮膚癌表現(xiàn)出更強(qiáng)的抵抗。這表明Smad3可以通過致癌方式起作用，因?yàn)殡s合性丟失對化學(xué)誘導(dǎo)的皮膚腫瘤有保護(hù)作用。但是在化學(xué)誘導(dǎo)的小鼠皮膚腫瘤中也觀察到Smad3蛋白的完全喪失〔34〕。Smad在BCC患者患處的表達(dá)與正常皮膚沒有顯著差異，表明Smad4在人類皮膚BCC的發(fā)病機(jī)制中不起主要作用〔35〕。

Lin等〔36〕發(fā)現(xiàn)SKI與細(xì)胞質(zhì)中活化的Smads結(jié)合，阻止其核移位。 SKI對于體外黑色素瘤細(xì)胞的生長是必需的，他們已經(jīng)確定了SKI在TGFβ信號通路中的新作用；在黑色素瘤中SKI通過促進(jìn)Smad3的磷酸化從而使其由增殖抑制因子向腫瘤發(fā)生激活劑轉(zhuǎn)換。黑色素瘤抑制活性蛋白(MIA)是一種在黑色素瘤中表達(dá)且參與黑色素瘤發(fā)生和發(fā)展的分泌蛋白，已經(jīng)作為監(jiān)測轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者的臨床血清標(biāo)志物。MIA上調(diào)SKI和Sno，并下調(diào)黑色素瘤細(xì)胞系HMB2中的Smad2和Smad3。因此，MIA可能在多個(gè)方面影響TGFβ信號通路對黑色素瘤細(xì)胞的生長抑制或細(xì)胞凋亡〔37〕。

綜上，TGFβ超家族成員眾多，受體配體間組合作用多樣化，傳導(dǎo)的上下游信號繁多，個(gè)體成員在不同腫瘤中發(fā)揮的作用也不盡相同。因此，進(jìn)一步研究TGF-β信號通路的分子機(jī)制、Smads的功能、與其他細(xì)胞因子之間的相互作用及其在皮膚癌發(fā)生、發(fā)展及侵襲轉(zhuǎn)移中的特異性作用，對皮膚癌的發(fā)病機(jī)制、臨床治療及藥物開發(fā)起重要的指導(dǎo)意義。