TGF-β影響惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移的機(jī)制研究進(jìn)展

姜楠，臧晨孜，傅蓉，吳照球

（中國藥科大學(xué)，江蘇 南京 211100）

0 引言

惡性腫瘤的骨轉(zhuǎn)移比原發(fā)性骨腫瘤更常見，在器官轉(zhuǎn)移中僅次于肝轉(zhuǎn)移與肺轉(zhuǎn)移，多發(fā)于乳腺癌、前列腺癌等實(shí)體瘤中[1]。骨轉(zhuǎn)移常伴隨骨相關(guān)事件如骨骼疼痛、病理性骨折等，嚴(yán)重降低了患者的生活質(zhì)量與生存率。TGF-β是骨組織中重要的生長因子，調(diào)節(jié)成骨與破骨的動(dòng)態(tài)平衡。TGF-β對腫瘤具有雙重作用，在早期起抑制作用，在晚期則促進(jìn)侵襲轉(zhuǎn)移。骨轉(zhuǎn)移處于腫瘤發(fā)展的晚期階段，在伴有骨轉(zhuǎn)移的乳腺癌與前列腺癌患者的血清中TGF-β的水平明顯高于無骨轉(zhuǎn)移的患者[2]。許多影響骨轉(zhuǎn)移的細(xì)胞因子都是TGF-β的下游分子，因此阻斷TGF-β及其信號(hào)通路是治療惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移的有效方法。本文就TGF-β影響惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移的機(jī)制以及針對TGF-β的相關(guān)治療方法進(jìn)行綜述。

1 TGF-β的結(jié)構(gòu)

TGF-β超家族包含TGF-β、骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）、生長分化因子（GDFs）等。TGF-β由二硫鍵連接兩個(gè)亞基形成無生物活性的前體蛋白，當(dāng)細(xì)胞外基質(zhì)的pH改變時(shí)，前體復(fù)合物被活化形成同源二聚體。哺乳動(dòng)物的TGF-β共有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3三種異構(gòu)體，在不同的組織中表達(dá)水平不同，如TGF-β1在骨中的表達(dá)量比較高，TGF-β2主要表達(dá)在上皮細(xì)胞中[3]。TGF-β與受體TβRⅠ與TβRⅡ結(jié)合，磷酸化Smad2與Smad3，與Smad4一起進(jìn)入細(xì)胞核，結(jié)合特定DNA序列，與一些共刺激因子或共抑制因子共同調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄。此外，TGF-β還可以調(diào)節(jié)如p38、ERK等非Smad通路[4]。

2 TGF-β在腫瘤中的作用

根據(jù)腫瘤微環(huán)境與發(fā)展階段，TGF-β可以作為腫瘤抑制因子，也可以促進(jìn)腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移。早期TGF-β通過抗增殖和促凋亡作用抑制腫瘤生長。TGF-β抑制G1到S期相關(guān)的周期蛋白依賴激酶（CDK）活性，阻止其磷酸化Rb，使細(xì)胞阻滯在G1期[5]。在腫瘤進(jìn)展過程中，TGF-β成為促癌因子，誘導(dǎo)血管生成、免疫抑制、侵襲轉(zhuǎn)移。TGF-β通過TGF-β/ALK1信號(hào)通路激活內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)腫瘤血管的生成[6]。TGF-β可以促進(jìn)調(diào)節(jié)型T細(xì)胞（Tregs）的分化，抑制CD8+T細(xì)胞的增殖與活性，使腫瘤逃脫免疫清除作用[7]。TGF-β可以激活一些轉(zhuǎn)錄因子如Snail、Slug等，抑制編碼E-cadherin的基因轉(zhuǎn)錄，使腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT[8]。

3 TGF-β在骨中的作用

TGF-β是骨基質(zhì)中含量最高的生長因子之一，在骨形成與骨吸收過程中均發(fā)揮重要作用。成骨細(xì)胞分泌TGF-β后儲(chǔ)存在礦化的骨基質(zhì)中，當(dāng)破骨細(xì)胞吸收骨基質(zhì)時(shí)，TGF-β被釋放、活化，同時(shí)骨基質(zhì)還會(huì)產(chǎn)生一些促成骨因子如胰島素生長因子（IGF）等，作用于成骨細(xì)胞的前體細(xì)胞，促進(jìn)其增殖與遷移。在人骨髓基質(zhì)細(xì)胞與人成骨細(xì)胞的培養(yǎng)基中加入TGF-β1可以促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖、分化以及基質(zhì)的形成[9]。小鼠全身敲除TGF-β1后，長骨的長度、礦質(zhì)密度相比野生型小鼠明顯降低[10]。由于骨環(huán)境的變化，在成骨后期TGF-β/Smad通路又會(huì)抑制成骨細(xì)胞分化。

TGF-β對于破骨細(xì)胞的影響也十分重要。TGF-β促進(jìn)成骨細(xì)胞與骨髓間質(zhì)細(xì)胞分泌骨保護(hù)素（OPG），減少核因子κB受體活化因子配體（RANKL）的分泌。RANKL由成骨細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生，與破骨細(xì)胞或破骨細(xì)胞前體細(xì)胞的膜受體RANK結(jié)合，信號(hào)通過核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB傳遞，促進(jìn)破骨細(xì)胞生成的相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)破骨前體細(xì)胞分化成熟。OPG與RANK的結(jié)合能力強(qiáng)于RANKL，競爭性地阻止了RANKL與RANK結(jié)合，抑制破骨細(xì)胞的增殖與分化。TGF-β可以與RANKL協(xié)同誘導(dǎo)RAW264.7細(xì)胞向破骨細(xì)胞分化，證明TGF-β可以促進(jìn)破骨細(xì)胞前體細(xì)胞的成熟[11]。

4 TGF-β對腫瘤骨轉(zhuǎn)移的作用

骨轉(zhuǎn)移是一個(gè)多步驟過程：腫瘤細(xì)胞從原發(fā)灶脫離，進(jìn)入循環(huán)，逃脫免疫清除向遠(yuǎn)端擴(kuò)散，外滲進(jìn)入骨髓，適應(yīng)新的微環(huán)境，最終形成骨轉(zhuǎn)移。礦化的骨基質(zhì)中儲(chǔ)存有大量的TGF-β,在骨吸收時(shí)被釋放，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長與侵襲。Korpal在不同時(shí)間調(diào)控Smad4的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)抑制TGF-β/Smad通路可以在早期抑制乳腺癌細(xì)胞SCP28骨轉(zhuǎn)移，但在后期則沒有顯著抑制效果；在腫瘤細(xì)胞接種前三天開始注射TβRⅠ激酶抑制劑LY2109761可以顯著抑制骨轉(zhuǎn)移，而接種后第21天開始給藥則沒有明顯抑制作用，證明TGF-β影響骨轉(zhuǎn)移具有時(shí)間依賴性[12]。Kang使用高骨轉(zhuǎn)移傾向的乳腺癌細(xì)胞SCP2將其敲除Smad4，發(fā)現(xiàn)接種敲除Smad4的細(xì)胞組骨轉(zhuǎn)移明顯減少，證明抑制TGF-β/Smad通路可以減緩乳腺癌的骨轉(zhuǎn)移過程[13]。Huang發(fā)現(xiàn)miR-582-3p與miR-582-5p同時(shí)抑制TGF-β/Smad通路的多個(gè)靶點(diǎn)如Smad2、TβRⅠ等，減少前列腺癌的骨轉(zhuǎn)移[14]。在黑色素瘤細(xì)胞1206Lu中過表達(dá)TGF-β通路抑制因子Smad7，發(fā)現(xiàn)過表達(dá)組的腿骨溶骨區(qū)域明顯減少，小鼠的生存期延長，證明抑制TGF-β/Smad通路可以減少黑色素瘤的骨轉(zhuǎn)移[15]。

骨微環(huán)境中的TGF-β使腫瘤細(xì)胞分泌溶骨因子如甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白（PTHrP）等。臨床研究顯示乳腺癌伴骨轉(zhuǎn)移患者的PTHrP水平顯著高于無骨轉(zhuǎn)移患者，PTHrP的陽性表達(dá)率與骨轉(zhuǎn)移發(fā)生概率呈正相關(guān)[16]。PTHrP與成骨細(xì)胞或基質(zhì)細(xì)胞表面的甲狀旁腺激素受體結(jié)合，促進(jìn)RANKL的表達(dá)，抑制細(xì)胞表達(dá)OPG。RANKL與破骨細(xì)胞表面RANK結(jié)合后通過MAPK和NF-κB信號(hào)促進(jìn)破骨細(xì)胞分化與成熟。PTHrP也作用于腫瘤細(xì)胞本身，通過PKC-ERK1/2信號(hào)通路促進(jìn)MMP-13表達(dá)，破骨細(xì)胞成熟后釋放組織蛋白酶K，這些酶導(dǎo)致骨基質(zhì)被破壞[17]。骨基質(zhì)又分泌大量TGF-β進(jìn)入微環(huán)境，促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的增殖，產(chǎn)生更多的PTHrP，形成了溶骨破壞與腫瘤增殖的惡性循環(huán)。Yin使MDA-MB-231細(xì)胞表達(dá)突變受體TβRIIΔcyt阻斷TGF-β的生物學(xué)效應(yīng)，抑制了TGF-β誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生PTHrP；受體突變組明顯減少了骨轉(zhuǎn)移的溶骨區(qū)域，延長了小鼠的生存期[18]。Kakonen在接種MDA-MB-231細(xì)胞的小鼠中使用PTHrP抗體，顯著抑制了溶骨性骨轉(zhuǎn)移；使用P38 MAP抑制劑聯(lián)合轉(zhuǎn)染突變型Smad2、Smad3或Smad4可以完全抑制TGF-β誘導(dǎo)的PTHrP表達(dá)，證明TGF-β可以通過P38 MAP與Smad通路影響乳腺癌的骨轉(zhuǎn)移[19]。Fournier使用TβRⅠ的小分子激酶抑制劑SD-208抑制了前列腺癌細(xì)胞PC-3的溶骨性骨轉(zhuǎn)移；給藥組細(xì)胞Smad2的磷酸化水平降低，降低了PTHrP的分泌[20]。

腫瘤細(xì)胞還會(huì)分泌其他溶骨因子如白介素-11（IL-11）、結(jié)締組織生長因子（CTGF）、趨化因子受體4（CXCR4）等。Kang通過基因序列分析比較MDA-MB-231與SCP2發(fā)現(xiàn)，高骨轉(zhuǎn)移性的SCP2中IL-11、CTGF、CXCR4與MMP1明顯上調(diào)[13]。這些因子在黑色素瘤中同樣高表達(dá)，將TGF-β加入黑色素瘤細(xì)胞1205Lu的培養(yǎng)基中，TGF-β的靶基因IL-11、CTGF和Runx2的表達(dá)明顯上調(diào)[15]。IL-11主要由腫瘤細(xì)胞、成骨細(xì)胞等分泌，可以促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化。過表達(dá)IL-11的乳腺癌細(xì)胞系會(huì)增加小鼠骨轉(zhuǎn)移模型中的腫瘤負(fù)荷和溶骨性損傷，乳腺癌骨轉(zhuǎn)移患者的血清IL-11水平也顯著高于無骨轉(zhuǎn)移患者。在MDA-MB-231細(xì)胞培養(yǎng)基中加入TGF-β顯著提高了IL-11的分泌水平，激活非依賴RANKL的JAK1/STAT3信號(hào)通路,促進(jìn)了靶基因c-Myc的表達(dá),促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化[21]。CTGF由成骨細(xì)胞分泌，參與細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)相關(guān)蛋白的合成, 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移。CTGF是TGF-β1的下游因子，受Smad3、Smad4以及Erk與Src信號(hào)通路調(diào)控。CTGF通過乙酰轉(zhuǎn)移酶p300乙酰化轉(zhuǎn)錄因子Runx2增加其穩(wěn)定性，使RANKL的啟動(dòng)子募集Runx2，增加RANKL的表達(dá)，促使破骨細(xì)胞的成熟[22]。CXCR4主要表達(dá)在外周血淋巴細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞中，是一種跨膜G蛋白偶聯(lián)受體，與配體CXCL12結(jié)合并啟動(dòng)下游信號(hào)通路如JNK/p38 MAP等。阻斷CXCR4與CXCL12的相互作用可以抑制前列腺癌細(xì)胞從骨髓向內(nèi)皮細(xì)胞的遷移，抑制小鼠前列腺癌的骨轉(zhuǎn)移[23]。

骨是一個(gè)缺氧的環(huán)境，腫瘤的增殖、轉(zhuǎn)移也與缺氧有關(guān)。TGF-β和缺氧信號(hào)通路通過缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)誘導(dǎo)VEGF和CXCR4的表達(dá)。通過shRNA敲除HIF-1α或通過DNTβRII抑制TGF-β可顯著減少乳腺癌骨轉(zhuǎn)移，但同時(shí)阻斷這兩條通路時(shí)未產(chǎn)生更強(qiáng)的抑制作用，證明了缺氧信號(hào)通路與TGF-β可以獨(dú)立地調(diào)控腫瘤微環(huán)境，影響腫瘤的骨轉(zhuǎn)移[24]。

5 TGF-β在腫瘤骨轉(zhuǎn)移中的治療

阻斷TGF-β可通過促進(jìn)抗腫瘤免疫活性和抑制骨破壞來減輕骨腫瘤負(fù)荷，具有廣闊的研究前景。目前臨床前研究與臨床上的抑制TGF-β的藥物主要作用機(jī)制包括抑制TGF-β及其受體表達(dá)、干擾受體激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、阻斷TGF-β配體和受體結(jié)合等。

抑制TGF-β以治療骨轉(zhuǎn)移的藥物主要是TβRI、TβRII激酶活性的小分子抑制劑，通過ATP競爭抑制TβRI/ALK5或TβRII/ALK5的激酶活性發(fā)揮作用。TβRI/ALK5抑制劑Ki26894抑制MDA-MB-231細(xì)胞中TGF-β信號(hào)通路，抑制Smad2的磷酸化，減少了PTHrP和IL-11的分泌[25]。另一種TβRI激酶小分子抑制劑SD-208可抑制Smad2/3磷酸化，降低MDA-MB-231細(xì)胞中IL-11、PTHrP、CTGF的轉(zhuǎn)錄水平，抑制了溶骨性病灶的大小，延長了小鼠生存期[12]。

此外，還可以通過抗TGF-β抗體如1D11識(shí)別TGF-β，干 擾TGF-β與 受 體 的 結(jié) 合，中 和TGF-β的 活 性，減 少前列腺癌與肺癌的骨轉(zhuǎn)移[26]。一些天然產(chǎn)物衍生物如halofuginone (Hfg)，在黑色素瘤小鼠骨轉(zhuǎn)移模型中，Hfg組小鼠的溶骨性損傷和骨骼腫瘤負(fù)荷明顯低于溶媒組小鼠。但HFg抑制TGF-β通路的具體機(jī)制尚不明確，可能與Smad7的表達(dá)有關(guān)[27]。

將抑制TGF-β的藥物與其他治療方法聯(lián)合使用可以減少患者的藥物使用劑量、降低副作用。聯(lián)合使用TβRI抑制劑SD-208和骨吸收抑制劑唑來膦酸相比兩種藥物單獨(dú)治療，可以更有效地減緩乳腺癌溶骨性轉(zhuǎn)移[28]。

6 結(jié)語

癌癥的骨轉(zhuǎn)移嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量，目前許多研究已經(jīng)證明TGF-β與惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移，尤其與溶骨性病變密切相關(guān)，阻斷TGF-β信號(hào)通路是治療癌癥骨轉(zhuǎn)移的有效手段。因此，需要進(jìn)一步研究抗TGF-β藥物，單獨(dú)使用或聯(lián)合其他治療方法以預(yù)防和減緩骨轉(zhuǎn)移。但TGF-β在癌癥中具有雙重作用，所以對于特定的癌癥以及不同的發(fā)展階段需要慎重選擇以TGF-β為靶點(diǎn)的治療方法?？筎GF-β治療的應(yīng)用前景廣闊而充滿挑戰(zhàn)，未來需要結(jié)合對癌癥骨轉(zhuǎn)移患者的早期診斷與進(jìn)展監(jiān)測結(jié)果，減緩患者的骨轉(zhuǎn)移進(jìn)程，改善患者的預(yù)后。