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TGF综述

TGF-β信号通路在胰腺癌中的改变

陈颖1综述朱明华2审校

1：

第二军医大学附属长海医院病理科

2：

第二军医大学附属长海医院病理科，200433。

Tel:

86-21-25074604

E-mail:

mhzhu2000@

TGF-β信号通路在胰腺癌中的改变

陈颖综述朱明华*审校

长海医院病理科

摘要：

转化生长因子-β是一种功能极为复杂的细胞因子，在细胞增殖、分化、凋亡、胚胎器官发生、组织形成与更新、免疫反应等方面起着重要的作用。

现在研究发现，TGF-β参与了许多人类恶性肿瘤的发生、发展的演变过程，是关键的调控分子之一。

目前普遍认为胰腺癌是多种基因改变引起细胞恶性转化所致，甚至发生浸润、远处转移，其中TGF-β与胰腺癌的关系较为密切。

本文主要对胰腺癌中TGF-β信号通路改变情况及相关的研究进展作一简单的介绍。

关键词：

转化生长因子-β；胰腺癌；信号转导通路；

中图分类号：

R739.41,Q756；

文献标识码：

A;

文章编号：

1000-467X

AlterationofTGF-βpathwayinthepancreaticcarcinoma

CHENYing,ZHUMing-Hua

DepartmentofPathologyofChanghaiHospital,Shanghai,China.

Abstract:

Transforminggrowthfactor-β（TGF-β）isamultifunctionalcytokinethatregulatesawildspectrumofcellularactivitiessuchasproliferation,growthinhibition,immunosuppression,andupregulationofextracellularmatrixdeposition.Manycancers,includinghumanpancreaticcarcinoma，haborabnormalitiesinTGF-βsignaling.Pancreaticcarcinoma,regardedasadiseasewithpoorprognosis,possiblyresultingfromitsspeciallocationandlackingofhighlyspecificmarker,nowisthoughttobeassociatedwithsomegeneticalterationsofTGF-βsignalpathway.Thisarticlereviewstheselatestadvancesonthiscomplexfunctionalcytokinesignaling,especiallyitseffectonthepancreaticcarcinoma.

Keywords:

TGF-β,pancreaticcarcinoma,signaltransduction;

转化生长因子-β（transforminggrowthfactor-β,TGF-β）是一种具有广泛生物学活性的细胞因子，几乎作用于所有细胞，控制着细胞的一系列生命活动，包括增殖、分化、凋亡、信号识别以及胚胎发育过程中诱导特定的器官发生

（2）。

一旦TGF-β的信号通路发生改变，能引起多种人类疾病（24）。

近年来，有许多报道表明，TGF-β在人类多种肿瘤如胃肠道肿瘤（29）、乳腺癌（32）、卵巢癌（33）、神经内分泌肿瘤（30）的恶性转化、浸润及转移中起了重要的作用（28），还能影响肿瘤细胞对化疗的敏感程度（31）。

胰腺癌是一种预后很差的恶性肿瘤，由于胰腺位置特殊性以及缺乏特异性强、敏感性高的标志物，因而导致胰腺癌的早期诊断非常困难，从而大大降低了患者的生存率。

现研究发现，胰腺癌的发生发展与TGF-β信号通路的紊乱有关。

本文将着重阐述胰腺癌中TGF-β信号通路的改变情况。

1TGF-β信号通路

1.1TGF-β家族及其受体的结构特点。

人类TGF-β主要由42个开放阅读框架编码，带有特征性的保守的6个半胱氨酸残基，根据序列的相似程度以及活化的信号通路可分为2个亚家族：

TGF-β/Activin和BMP（bonemorphogeneticprotein,骨形态发生蛋白）

（1）。

TGF-β家族成员均享有一些共同的序列以及结构特征。

TGF-β常见的异构体有3种：

TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3。

TGF-β1则是TGF-β超家族中的经典成员。

TGF-β前体由信号肽、前在相关多肽以及成熟的TGF-β三部分组成。

成熟的TGF-β以二聚体的结构存在，每个单体由4个反向平行的β折叠和1个α螺旋组成，前者构成了两个指状结构，并由3个保守的二硫键所形成的“半胱氨酸结”固定。

单体的两个指状结构的内面与另一个单体的α螺旋疏水结合，并由二硫键坚固了这种作用

（2）。

TGF-β受体属于丝/苏氨酸激酶家族，分为I型和II型受体。

两类受体均带有约500个氨基酸，由氨基端的膜外配体结合区、跨膜区以及羧基端的丝/苏氨酸激酶区构成。

BMP/Activin/TGF-β的膜外配体结合区都呈三指结构，每指由一对反向平行的β折叠形成。

I型受体的近氨基端带有特征性的SGSGSG序列，被称为GS域，与激酶区域临近。

该区域是TGF-β信号通路中的关键调节区域，II型受体通过磷酸化该GS域而活化I型受体，并与配体共同形成受体-配体复合物。

Massague等1998年报道，某些变异型受体带有氨基端或羧基端的片断延伸，其大部分功能尚不明了。

TGF-β与II型受体具有高亲和力，但并不与游离的I型受体结合，提示了I型与II型受体的活化是一个有序的过程。

1.2Smad家族。

Smads作为TGF-βI型受体的下游底物，首次发现Drosophila（果蝇）中Mad基因和C.elegan（线虫）中Sma基因的编码产物是这些物种中类似BMP通路中受体-配体反应的下游分子。

而同时在人类基因组中也找到了功能相似蛋白产物，因而综合命名为“Smad”。

根据不同的作用，Smads可分为三大类：

受体激活型Smads（R-Smads—Smad1,Smad2,Smad3,Smad5,Smad8）；通用型Smad（Co-Smad—Smad4）；抑制型Smad（I-Smad—Smad6,Smad7）。

其中只有R-Smads是直接被I型受体磷酸化并活化的。

TGF-β亚家族的信号通路中涉及到的R-Smads主要为Smad2,Smad3，其余则参与BMP亚家族途径。

R-Smad与Co-Smad均包含两个保守的结构区域，氨基端的MH1区和羧基端的MH2区。

其中MH1区能表现出序列特异性的DNA结合活性，在核转位以及负性调控MH2区上发挥一定的功能。

R-Smad的MH2区还具有特征性的SXS基序，磷酸化该基序能激活R-Smad，并且与许多核内蛋白作用，影响转录。

而I-Smad的氨基端虽然与R-Smad存在较弱的同源性，但却不能与DNA结合（3）。

I-Smad也能发生磷酸化，但可能并不是由TGF-β受体激酶活化，具体由哪种激酶参与仍不清楚（4）。

Smad家族的所有成员的MH2区高度保守，可能与同受体相互作用，形成同源或异源寡聚体以及核浆转运有关。

尽管MH1区和MH2区之间的连接区域在Smad家族成员中变异很大，但该区域包含了多个磷酸化位点（能与其他信号通路之间形成交互）和PY基序（介导与Smurfs的作用）。

Smurfs是含有HECT区域的E3泛素连接酶，能通过26S蛋白酶靶向降解Smad以及Smad相关的TGF-β受体。

1.3TGF-β信号通路的经典途径。

TGF-β首先与II型受体的胞外区域紧密结合，活化了II型受体，引起其胞内区结构改变，暴露了I型受体的结合表位，磷酸化I型受体的GS域。

I型受体激活后，继而发挥丝/苏氨酸激酶活性，磷酸化下游分子（Smad2和Smad3）。

活化后R-Smads发生变构，不仅增加了同Co-Smad（Smad4）的亲和力，而且也暴露了自身的具有核转位功能的MH2区。

R-Smads与Co-Smad形成的复合物，由胞浆转入核内。

Co-Smad（Smad4）以及除Smad2以外的所有R-Smads都能与DNA特异性结合,最短的Smad结合元件（SBE）仅有4对碱基：

5’-AGAC-3’（5）、（6）。

Smad2之所以与DNA的结合能力差，是因为其MH1区中结合DNA的β发夹结构与H2螺旋之间插入了30个氨基酸，从而破坏了与DNA的高亲和力。

Smads复合物入核结合特定的序列，协同转录因子上调或下调靶基因的表达，产生生物学效应。

但是细胞受到TGF-β刺激后究竟会引起怎样的反应？

现普遍认为，这主要取决于特定类型细胞中存在的Smad的伴侣蛋白（7）以及当时细胞所处的外环境。

1.4TGF-β信号通路的旁路途径。

TGF-β不仅存在Smad4依赖性的经典途径，Dai等在Smad4缺失的胰腺癌细胞株中发现TGF-β同样也能引起细胞的生长抑制以及其他一些促进基因转录活性，这种抑制增殖的反应并不是通过抑制Ras或c-Raf-1的活性形成的，而是由于TGF-β诱导产生了某种丝/苏氨酸磷酸酶，进而抑制了ERK2（extracellularsignal-regualtedkinase2,是一种被有丝分裂原活化的激酶）的活性，属于Smad4非依赖性途径（11）、（15）。

刘和华等发现TGF-β1能通过抑制p38MAPK的活性及神经酰胺的生成来抑制无血清诱导的NIH3T3细胞的凋亡，并且诸多研究表明，MAPK的激活是不依赖SMAD的，也说明了SMAD介导的信号通路并非TGF-β发挥效应的唯一途径（27）。

2.TGF-β信号通路的改变与胰腺癌发生、发展的关系。

正常体内TGF-β的主要作用是抑制上皮源性细胞生长，调节免疫反应，抑制免疫功能以及促进间质来源的细胞的增殖和细胞外基质的再生

（2）。

携带某些突变基因的细胞由于增强了对TGF-β的促基质生成和免疫抑制作用的敏感性，就能导致肿瘤的发生，并促进其浸润、转移。

Villanueva等发现多种基因改变引起TGF-β信号通路异常在胰腺癌的发生、发展过程中起了重要作用（9）。

2.1TGF-β1的异常表达。

胰腺癌中多见TGF-β1-3,EGF,FGF等多种生长因子的过度表达，而且与肿瘤分化程度较差及低生存率有关（17）。

现在普遍认为，TGF-β1在胰腺癌的发生发展过程中充当双重角色。

因为TGF-β1信号通路中的关键分子Smad4的失活多发生于较晚阶段（≥PanIN3）（20）、（21），因而早期（PanIN1～2），TGF-β1抑制细胞增殖仍处于主导地位，个别发生恶变的细胞也无法无限生长，此时TGF-β1相当于发挥了抑癌基因的作用；但随着恶性细胞的突变基因的积累，Smad4也发生了突变，抑癌基因的功能丧失，部分肿瘤细胞能表达内源性TGF-β1。

虽然TGF-β1依赖Smad4的抑癌通路被阻断，但它却能通过其他途径增加VEGF等的表达，影响间质及血管的生成，降低机体免疫力，为肿瘤细胞的浸润、转移提供了机会，这时TGF-β1又具有了癌基因的活性。

Hitoshi等对32例胰腺癌标本进行了TGF-β1的免疫组化标记，发现TGF-β1的表达高低与肿瘤组织的静脉浸润具有显著相关性，而且在肿瘤细胞的周围基质中呈强阳性，通过细胞实验也表明TGF-β1能增强胰腺癌细胞株Capan-2和SW1990中MMP-2和u-PA的表达（此两种蛋白能降解细胞外基质，加强肿瘤细胞的侵袭力），但对细胞增殖影响不大，也支持TGF-β的“双面性”学说（28）。

国内外均有报道，与正常胰腺、慢性胰腺炎相比，TGF-β1在胰腺癌呈过度表达，而且与肿瘤的临床分期有关，Ⅲ期和Ⅳ期的阳性率要明显高于Ⅰ期和Ⅱ期患者，也表明了TGF-β1在胰腺癌晚期能促进肿瘤的进展及转移（23）、（28）。

2.2TGF-β受体。

在关于TGF-β如何促进肿瘤形成、演变的各种假说中，有种观点认为，I型和II型受体缺失是肿瘤细胞抵抗TGF-β的生长抑制效应的重要方面、、（26），在胃肠道肿瘤多见（24）。

胰腺癌中也发现TGF-β受体存在低频率的突变，I型受体约为1%（22），II型约为4%，提示它们并不是基因突变的热点，而是带有选择性的失活（29）。

部分肿瘤细胞能抵抗TGF-β的生长抑制效应，除了Smad4功能失活，其TGF-β受体功能失活也起了一定的作用。

有实验发现大部分胰腺癌细胞株低表达TGF-βI型受体，对TGF-β不敏感，但重新转染了I型受体基因后能大大提高对TGF-β生长抑制效应的反应性（24）。

Jonson等研究了14种胰腺癌细胞株中TGF-β各型受体及SMADs的表达情况，42%存在SMAD4基因重排，未发现TGFBR1或TGFBR2突变，其中4种出现I型受体启动子区域甲基化，9种为I型受体表达明显降低，12种为II型受体表达增强，提示TGF-βI型受体与SMAD4是TGF-β信号通路中失活的主要靶点（14）。

结肠癌中TGF-βII型受体基因出现MSI（微卫星不稳定性）所致突变较多见，而在胰腺癌中的发生率相对要低些。

Venkatasubbarao等也发现了TGF-βII型受体的多聚腺苷酸片段也能发生MSI，而且还能增加其他位点对MSI的敏感性（25）。

2.3Smad蛋白。

Smad2、Smad4作为新的抑癌基因，是TGF-β抗增殖应答中的重要组成分子，其功能失活能诱导肿瘤的发生。

同时，Smad4还能通过降低VEGF的表达抑制血管生成而阻滞肿瘤发展（16）。

接近50%胰腺癌能出现Smad4失活。

Smad4的羧基端（MH2区）是高度保守的，能诱导配体特异性反应以及与上游其他Smads形成异源复合物，此区域是突变的主要靶点（10）。

Wilentz等利用免疫组织化学研究了188例的PanIN（pancreaticintracepithelialneoplasia,胰腺上皮内瘤样病变）中Smad4的表达情况，发现所有的低级别导管病变（PanIN-1和PanIN-2）均有Smad4表达，而31%的严重异性增生病变（PanIN-3和原位癌）则表达缺失。

提示Smad4突变主要发生于恶变的较晚阶段，促进肿瘤的进展、浸润（12）。

相对而言，Smad2的失活在结肠癌中更为常见。

Xu等从结肠癌和胰腺癌中分别抽提出在MH1区带有一个错义突变的SMAD2和SMAD4,发现此突变并不影响SMAD蛋白的活性，却令它们比野生型蛋白产物更容易降解。

这一过程主要是通过泛素连接酶UbcH5家族来完成的（13）。

Maurice等截去了Smad4蛋白羧基端38个氨基酸，发现此突变体不仅更易降解，而且也无法与活化的Smad2形成异源多聚体，或是结合核内的转录因子促进基因转录，是不具备功能的蛋白质（18）。

部分Smad4表达阳性的胰腺癌患者的预后及生存时间都要优于阴性的患者（19）。

TGF-β信号通路是一个十分复杂的细胞因子网络，其中涉及了许多媒介蛋白和转录因子，具有多条旁路途径，能影响广泛的基因表达，生物学活性十分活跃。

胰腺癌现被认为是种基因病，它的发生发展是多种基因突变共同作用下产生的，与TGF-β信号通路改变关系密切，可能与TGF-β引起的血管生成、免疫抑制、增加细胞外基质表达等有关，但其中具体的机制仍不清楚。

了解TGF-β信号通路在胰腺癌中的改变情况，进一步明确胰腺癌发生的分子机制，对寻找胰腺癌的早期诊断的标记物、提高患者的生存率将有很大帮助。

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