【關(guān)鍵詞】 腸腫瘤;轉(zhuǎn)化生長因子β;信號傳遞

文章編號:1003-1383(2009)05-0599-03

中圖分類號:R 735.3+4文獻標(biāo)識碼:A

doi:10.3969/j.issn.1003-1383.2009.05.053

轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factorβ，TGFβ)是一類功能復(fù)雜的多肽類細胞因子超家族，包括TGFβ1~5，幾乎體內(nèi)的所有細胞都能產(chǎn)生并存在其受體。它不僅具有抑制上皮細胞和造血細胞的增殖，促進細胞凋亡的功能，還對多種上皮性腫瘤細胞(如肝癌、肺癌、大腸癌、胃癌、乳腺癌及前列腺癌等)的體外增殖起負向調(diào)控作用[1]。體內(nèi)多種細胞都可合成TGFβ，并通過自分泌或旁分泌方式與細胞表面的膜受體結(jié)合而起作用。研究發(fā)現(xiàn)不同的細胞株對TGFβ的反應(yīng)不同，并且存在著逃逸TGFβ負調(diào)控的現(xiàn)象。因此，TGFβ在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中是一把“雙刃劍”，雖然TGFβ從抑癌作用轉(zhuǎn)成促癌作用的機制以及轉(zhuǎn)變階段仍不十分清楚，但發(fā)現(xiàn)大腸癌患者存在TGFβ的高表達，與侵襲轉(zhuǎn)移和預(yù)后密切相關(guān)[1~4]。本文就近年來TGFβ及其受體Smad信號通路對大腸癌的調(diào)控作用作一綜述。

TGFβ及其受體與信號傳遞

TGFβ最初是從人血小板、人胎盤中分離純化而來，由于其可誘導(dǎo)正常大鼠腎成纖維細胞(NRN)轉(zhuǎn)化為腫瘤細胞，因而命名為TGFβ。TGFβ的活性結(jié)構(gòu)是25KD的二聚體，由兩條相同的12.5KD肽鏈依靠二硫鍵連接而成。TGFβ是一類具有多種生物學(xué)功能的多肽類生長因子超家族，包括TGFβ家族、Vg相關(guān)家族、抑制素/激活素家族。其中TGFβ家族有五種異構(gòu)體，分別為TGFβ₁、TGFβ₂、TGFβ₃、TGFβ₄、TGFβ₅。目前研究最為深入和活躍的是TGFβ₁，其在細胞增殖與分化、間質(zhì)形成、組織損傷修復(fù)、胚胎發(fā)育中均起重要作用。TGFβ存在于人和哺乳動物的多種正常體細胞、造血細胞和胚胎細胞中，許多轉(zhuǎn)化細胞和腫瘤細胞均有TGFβ表達，其中TGFβ₁占90%以上，活性最強。

TGFβ受體(TGFβ receptor，TβR)廣泛分布于正常和腫瘤細胞表面，是一種跨膜糖蛋白，由胞外配基結(jié)合區(qū)域、信號跨膜元件和胞內(nèi)Ser/Thr激酶區(qū)域組成。TGFβ糖蛋白受體有3種亞型，分別為TβRI、TβRⅡ、TβRⅢ型。TβRI型受體分子質(zhì)量為65KD;TβRⅡ型受體分子質(zhì)量為85110KD;TβRⅢ型受體分子質(zhì)量為600KD，由2個分子質(zhì)量為280～300KD的亞基組成，對受體克隆和定序分析后發(fā)現(xiàn)，I型受體和Ⅱ型受體具有絲氨酸/蘇氨酸激酶部位。I型受體要有Ⅱ型受體同時參與才能與TGFβ₁結(jié)合，而Ⅱ型受體不需要I型受體的存在即可與TGFβ₁結(jié)合，但要有I型受體同時參與才能進行信號傳遞。Ⅲ型受體為β糖蛋白，其與TGFβ₁有高親和性，是TGFβ₁的異側(cè)復(fù)合體，負責(zé)將TGFβ₁呈遞給受體分子，Ⅲ型受體不直接參與信號的傳遞過程[5，6]。

TGFβ₁作用機制與Smad蛋白結(jié)構(gòu)

TGFβ₁無論是通過自分泌途徑還是通過旁分泌途徑，都要與TGFβ受體結(jié)合才能發(fā)揮作用。TβRI型和TβRⅡ型受體都是由細胞外配體結(jié)合區(qū)和細胞內(nèi)參與信號傳遞的具有絲氨酸/蘇氨酸激酶活性結(jié)構(gòu)的區(qū)域所組成。有研究表明，TβRI型和TβRⅡ型受體形成的異二聚體在TGFβ信號傳導(dǎo)中起主導(dǎo)作用。TGFβ₁首先直接與TβRⅡ型受體結(jié)合，形成二元復(fù)合物。此時TGFβ₁構(gòu)象發(fā)生改變，從而可被TβRI型受體所識別并結(jié)合，形成TβRⅡTGFβTβRI復(fù)合物。TβRⅡ型受體胞內(nèi)區(qū)高度保守，具有使自身磷酸化的激酶功能，可將胞內(nèi)區(qū)的絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化，磷酸化的TβRI型受體將信號放大并進一步向后傳遞，從而進一步作用于下游的Smad蛋白，產(chǎn)生相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)[6，7，8]。

Smad蛋白是由Smad基因編碼的相對分子質(zhì)量為42～60KD的蛋白質(zhì)分子，是TGFβ受體復(fù)合物的下游信號調(diào)節(jié)蛋白，存在于胞質(zhì)中，可將信號由胞膜傳導(dǎo)至胞核調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄[8]。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Smads(RSmads)，包括Smad1，2，3，5，8，作為TβRI激酶的底物，磷酸化活化后入核，轉(zhuǎn)導(dǎo)特異性信號，調(diào)節(jié)特異基因的表達;②其介導(dǎo)性Smad(COSmad即Smad4)，是不同亞型TGFβ誘導(dǎo)基因表達調(diào)控和隨后抑制生長必需的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，能與RSmads相互作用，形成異聚體;③抑制性Smads(ISmads)，包括Smad6，7，作用為阻斷RSmads磷酸化活化或干擾RSmads和COSmad形成異聚體，抑制和削弱TGFβ信號傳導(dǎo)，對Smad的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路發(fā)揮負調(diào)控作用。當(dāng)TβRI型受體被激活后，抑制性Smad才能與TβRI型受體結(jié)合。抑制性Smad與通路限制性Smad競爭性地與TβRI型受體結(jié)合，干擾通路限制性Smad與TβRI型受體的相互作用和磷酸化，從而抑制信號誘導(dǎo)，故在TGFβ信號轉(zhuǎn)錄中抑制性Smad系一種自身調(diào)節(jié)的負反饋信號[9]。

TGFβ及其受體與大腸癌發(fā)生的關(guān)系

前面提到TGFβ是一種抑癌因子，其表達或激活方面的缺陷及TGFβ受體(TβR)或受體后Smad蛋白水平缺陷，都可導(dǎo)致生長抑制作用消失而使細胞惡性增殖。TGFβ在腫瘤的早期階段，由于其具有阻斷生長周期的作用，可作為腫瘤抑制物;在腫瘤進展過程中，TGFβ可由腫瘤細胞和(或)其周圍基質(zhì)細胞產(chǎn)生，且細胞因TGFβ的抑制增殖作用消失而出現(xiàn)優(yōu)勢生長;在腫瘤生長的晚期階段，TGFβ作為腫瘤的促進因子，通過刺激血管生成，細胞播散，免疫抑制及合成細胞外基質(zhì)等提供適宜腫瘤生長、浸潤及轉(zhuǎn)移的微環(huán)境[10]。

TGFβ可依據(jù)濃度和環(huán)境的不同通過以下通路對靶細胞發(fā)揮抑制或刺激的調(diào)節(jié)作用?；罨腡GFβ(配基)與細胞膜上的TβRⅢ結(jié)合后被呈遞給TβRⅡ或直接與TβRⅡ結(jié)合，形成TβRⅡ配體 TβRI穩(wěn)定的復(fù)合物并使受體激活，激活的受體具有激酶活性，將信號放大并可使細胞內(nèi)受體調(diào)控的RSmads磷酸化，磷酸化的RSmads與COSmads形成異聚體，可進入細胞核與特異性DNA調(diào)控序列結(jié)合，活化特定靶基因的轉(zhuǎn)錄和表達，并通過介導(dǎo)G1期阻滯，促進分化和凋亡，抑制細胞生長。而抑制型Smads可阻斷受體對RSmads的磷酸化，抑制RSmads與COSmads聚合，使配體受體復(fù)合物降解，抑制信號的傳導(dǎo)[11]。也就是說TGFβ信號從細胞膜傳入細胞核，要經(jīng)歷配體受體細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子調(diào)控基因表達細胞生長抑制、分化或凋亡組成的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。該通路中任何組份的失活都會導(dǎo)致細胞對TGFβ誘導(dǎo)生長抑制和凋亡信號失調(diào)，使細胞的生長分化失去控制，誘發(fā)細胞癌變。

TGFβ異常表達與大腸癌侵襲轉(zhuǎn)移

大腸癌患者血清及組織中存在TGFβ₁的異常表達。Dinberg等[12]的研究發(fā)現(xiàn)，TGFβ₁的前體在大腸癌中表達水平較癌周組織明顯降低，聚合酶聯(lián)反應(yīng)分析TGFβ₁的基因表達水平在大腸癌和正常組織中無明顯差異，表明在TGFβ₁基因轉(zhuǎn)錄水平前或TGFβ₁蛋白翻譯水平后存在某些機制控制TGFβ₁的前體蛋白表達，此過程可能與大腸癌發(fā)生有關(guān)。Narai等[13]的研究結(jié)果顯示，大腸癌患者血清TGFβ₁水平明顯高于健康者(P<0.01)，并發(fā)現(xiàn)TGFβ₁在DukesI、Ⅱ型的患者中均高于DukesⅢ、Ⅵ型(P<0.01)，Ⅲ、Ⅵ型患者行根治術(shù)7 d和14 d后，TGFβ₁水平逐漸降至正常。唐華等[14]采用免疫組化SP法檢測了大腸癌組織和正常腸黏膜的TGFβ₁表達，結(jié)果顯示癌組織TGFβ₁陽性表達率為52.9%，顯著高于正常腸黏膜的10%(P<0.01);有無區(qū)域淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移者其陽性表達率分別為65%和36.7%(P<0.05);DukesⅢ型患者TGFβ₁陽性表達率(64.3%)明顯高于I型(27.3%)和Ⅱ型(41.2%)，與GuzinskaUstymowicz等[15]的研究結(jié)果一致。統(tǒng)計顯示TGFβ₁陽性表達率與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠處轉(zhuǎn)移差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，提示TGFβ₁促進了大腸癌的浸潤和轉(zhuǎn)移，表明TGFβ₁可作為反映腸腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的參考指標(biāo)[1~4]。Chakrabarty等[16]對3株結(jié)腸腺瘤細胞株和5株結(jié)腸癌細胞株進行TGFβ₁生長調(diào)控的研究表明，3株腺瘤細胞株在低濃度TGFβ₁(0.05～0.5 μg/L)條件下生長即受到抑制;而5株結(jié)腸癌細胞株在同樣條件下對較高濃度的TGFβ₁(2.0～10.0 μg/L)則表現(xiàn)出對生長抑制的拮抗，表明TGFβ₁具有調(diào)控人腸上皮細胞生長的作用。當(dāng)腸上皮細胞從良性向惡性表型轉(zhuǎn)化時，可出現(xiàn)對TGFβ₁生長抑制作用的反應(yīng)性下降。

研究還發(fā)現(xiàn)TGFβ₁受體，尤其是TβRⅡ的表達減少，是機體細胞逃逸TGFβ₁負調(diào)控作用的一個重要機制，可能是大腸癌形成的一個重要因素[17]。Nagayama等[18]通過對32例廣泛浸潤型結(jié)直腸癌(DICC)和60例普通結(jié)直腸癌(CCC)的對比研究，發(fā)現(xiàn)前者TGFβ₁表達顯著增加而TβRⅡ的表達顯著降低，提示TβRⅡ失表達有助于提高組織對TGFβ₁的生長抑制作用的抵抗，也增強了癌細胞的侵襲力。表明除了TGFβ₁本身的異常表達外，TβRⅡ失表達也參與結(jié)腸癌的進展與轉(zhuǎn)移。臨床隨訪發(fā)現(xiàn)，TβRⅡ陽性表達者其3年和5年生存率顯著高于陰性表達者[19]。由此推測TβRⅡ表達水平越低，TGFβ₁表達水平越高，癌細胞浸潤轉(zhuǎn)移的能力越強，癌癥相關(guān)的死亡率增高;并且這種聯(lián)系與患者年齡、腫瘤大小無關(guān)。

Smad基因突變與大腸癌發(fā)生密切相關(guān)

TβRⅡ的失活與其基因突變密切相關(guān)[6，7，18]。主要發(fā)現(xiàn)為該基因位于790718核苷酸間的poly(A)10區(qū)腺苷酸(A)的插入或缺失，這種改變可使基因發(fā)生框架移位，后續(xù)的密碼子改變，可表達出異常的TβRⅡ受體，使TβRⅡ傳遞信號的功能喪失，從而使細胞失去對TGFβ₁的反應(yīng)。Kim等[20]認為，TβRⅡ基因啟動子突變或CPG島的高甲基化，可使TβRⅡ基因表達下降，也是導(dǎo)致腫瘤細胞逃脫TGFβ₁負調(diào)控的重要原因。

Zanetti等[17]研究發(fā)現(xiàn)，存在TβRI、TβRⅡ受體部位缺失的結(jié)腸癌CaCo細胞系在10 μg/L TGFβ₁作用下能誘導(dǎo)細胞凋亡，提示在整個TGFβTβRSmads信號傳導(dǎo)通路中，除了以上TGFβ、TβR異常表達外，下游的Smads蛋白表達也可發(fā)生異常[5，6，10]，尤其是Smad4已成為研究的熱點，認為Smad4是TGFβ₁信號通路中重要的胞質(zhì)，其失活或突變同樣可以導(dǎo)致TGFβ生長抑制作用消失，與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。Smad4/DPC₄是最早發(fā)現(xiàn)的Smad異常，大腸癌常伴有該染色體的缺失或突變。在大腸癌中常有Smad2，4基因的失活。Smad2或Smad4/DPC₄在腫瘤中通過錯義突變，無義突變、小的缺失、移碼突變或在條染色體相關(guān)區(qū)域的缺失或失活，Woodford等[21]證實大腸癌中18q21等位基因的缺失導(dǎo)致了Smad4的突變。Smad2，4的失活導(dǎo)致TGFβ介導(dǎo)的細胞生長、凋亡過程受損。Muraoka等[22]在大腸癌細胞中用基因同源重組設(shè)計刪除Smad4基因后，導(dǎo)致TGFβ及TGFβ家族的活化素失活，從而使細胞對TGFβ信號傳導(dǎo)無反應(yīng)。Karolien[23]報道，結(jié)腸腺瘤Smad4基因突變陽性率為0，結(jié)腸癌變后Smad4基因突變陽性率為10%，而結(jié)腸癌伴轉(zhuǎn)移后Smad4基因突變陽性率高達35%，顯示中、低分化結(jié)腸癌中突變Smad4的表達較高分化腫瘤顯著下降(P<0.05)。DukesⅡ型和DukesⅢ、Ⅵ型患者的Smad4表達也明顯減少(P<0.05)，這表明Smad4表達異常(突變或數(shù)量減少)與腫瘤分化程度及Dukes分期相關(guān)。

目前對TGFβ的研究，是基于TGFβ受體結(jié)構(gòu)的確立，為針對TGFβ受體進行的基因治療，將TGFβRIcDNA和TGFβRⅡcDNA轉(zhuǎn)入結(jié)腸癌GEO細胞株，使受體得以正常表達，恢復(fù)了TGFβ的細胞抑制作用。這些研究結(jié)果為TGFβ作為腫瘤抑制因子，進入基因水平調(diào)控和治療奠定了豐富的理論基礎(chǔ)。雖然針對TGFβ及其受體的治療措施尚處于實驗階段，如何使大腸癌細胞恢復(fù)對TGFβ生長抑制的敏感性或使TGFβ失活已成為治療的重要策略之一?？梢栽O(shè)想，隨著對該轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及其功能變化的深入了解，對于闡明腫瘤發(fā)病機制乃至預(yù)后判斷都有重要意義，并將成為大腸癌預(yù)防和治療的新靶點。

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(收稿日期:2009-06-29 修回日期:2009-09-05)

(編輯:崔群飛)