1、曹宁转化生长因子 在肿瘤微环境中的作用 分 子药理学 姓名：曹宁 专业：药理学 学号：104753141002 2104年11月 转化生长因子 在肿瘤微环境中的作用【关键词】转化生化因子； 免疫系统； 肿瘤微环境； 间质干细胞； 成纤维细胞； 免疫应答； 综述1. TGF 信号通路 TGF-是具有广泛生物学活性的多肽家族，是一类由双硫键联结的碱性蛋白质。多种细胞如淋巴细胞、血小板、巨噬细胞等均可分泌TGF-，在哺乳动物中至少发现有TGF-1、TGF-2、TGF-3 3 个亚型3。TGF- 配体是TGF- 信号通路的主要媒介，可作为非活性的二聚体多肽分泌，包含了一个潜在的TGF- 相连蛋白位点，
2、被储存在细胞外基质（ECM）中。TGF- 家族的受体（TGF-R）存在着、型3 种形式（TR、TR、TR），均为受体丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶，是单次跨膜蛋白受体，在细胞内具有Ser/Thr 蛋白激酶活性，该受体以异二聚体形式行使功能。Smads 蛋白是TGF- 超家族表达细胞内重要的信号转导和调控分子。多种DNA 结合蛋白可与Smads 结合，直接影响其所调控基因的差异。Smads 蛋白在DNA 共结合因子辅助下，招募转录激活因子或转录抑制因子调控靶基因的转录。 TGF- 结合到TR，可引起TR的聚集和磷酸化，导致下游信号通路被激活4。配体与TR的结合亲和力有差异，此信号的强度
3、依赖于其与哪种配体结合。TR是TGF- 信号通路中的辅助受体，可通过促进不同配体结合来增强信号级联放大的初始化。最后具有活性的受体复合物通过Smad 相关信号通路启动下游信号4。经典的信号通路涉及Smad，Smads 家族蛋白在将TGF- 信号从细胞表面受体传导至细胞核的过程中起到关键性作用，且不同的Smad 介导不同的TGF- 家族成员的信号转导。TGF- 作为配体形成的受体复合物，激活Smads 进入核内，共同激活或抑制它们调节的靶基因的转录。Smad 2 和Smad 3 蛋白能被TRI 激活，其内部调制器是羧基末端的Ser 残基磷酸化。这种磷酸化诱导Smad 2、Smad 3 与Smad
4、 4 聚合形成复合物，而这是核易位所必需的，通过与多种不同的转录激活因子或抑制因子相互作用，从而导致下游基因的转录激活或转录抑制，这里的Smad蛋白显示出信号依赖的细胞核内定位特征，因此可直接结合DNA而调控转录5。除了经典的Smad 2/3/4 信号转导通路外，TGF- 还可通过非Smad 2/3 依赖型通路参与信号转导，由活性的异聚体受体来激活，包括PI3K-Akt，RhoA 和MAPK 等途径6。 TGF-对肿瘤的作用是比较复杂的。已有研究报道，TGF-信号具有双重作用，在肿瘤早期可抑制细胞增殖、启动细胞分化并诱导凋亡，但在肿瘤的进展期则通过诱导上皮-间质转化（EMT）和细胞迁移、侵袭来
5、推进肿瘤的进展。TGF- 信号通路对肿瘤细胞自身的作用在肿瘤抑制和肿瘤发展机制中有重要意义。在上皮细胞中，这些信号通路将导致细胞增殖的抑制或诱导细胞迁移和侵袭。对上皮细胞中TGF-信号对肿瘤微环境细胞影响的了解，能更好地帮助理解TGF-对肿瘤的发生和发展的不同作用。2. TGF-信号对肿瘤的影响 有趣的是，TGF-信号的缺失并没有完全停止上皮细胞的迁移，而是使细胞向迁移表型转变7。TGF-信号通路的异常对于肿瘤的发生、发展有着密切的关系。即使没有引入致癌的变化，在正常上皮细胞中TGF-信号的改变也将导致基质中的表型变化。TGF-通路的失活通常会导致肿瘤的发生。例如，在乳腺上皮细胞表达组成型活性
6、TGF-的失活可导致围绕乳腺导管上皮以更大胶原沉积的乳腺增生病。在乳腺肿瘤细胞活化的TGF-信号也通过Smad 非依赖途径诱导基质金属蛋白酶类（MMPs）的表达来促进肿瘤进展，导致新生血管的增加和肿瘤细胞的侵袭增强。 干扰TGF-信号在恶性上皮肿瘤微环境作用可能涉及对微小RNA（miRNA）的调控改变。miRNAs，是信使RNA 强有力的调节器，其在许多癌症类型中异常表达并与一些致瘤性和抗肿瘤的功能相关8。TGF-信号能抑制特定miRNA 的功能，例如，在肝细胞癌细胞TGF- 表达通过抑制miR-34a 的表达而引起CC 趋化因子配体22（CCL 22）的表达9，并促进调节性T 细胞（Treg
7、）的募集。TGF- 也可以对肿瘤基质的一部分细胞有直接影响，例如，其可增加miR-21 的表达，改变血管平滑肌细胞的收缩特性。在人类和小鼠的内皮细胞中TGF- 信号同样增加miR-29a 的表达，在非肿瘤模型诱导血管生成的增加10。miR-29a 是以抑癌基因（PTEN）的mRNA 作为目标，并且因而增加AKT 信号转导途径的活性。TGF-还可以增加miR-494 在髓源抑制细胞（MDSCs）的表达，并增加趋化因子基质细胞衍生因子1 特异受体介导的MDSCs肿瘤趋化作用。TGF- 信号导致PTEN 表达的降低，使得AKT 活性增加和亲致瘤性肝精氨酸酶1、MMP 2、MMP 13 和MMP 14
8、 表达增加，并促进肿瘤细胞的侵袭和转移11。 这些研究结果提出了一个有趣的概念，解释了许多关于上皮细胞TGF-信号传导的损伤最终能促进肿瘤转移的现象。如果按照许多研究所说，基质微环境是转移的一个预后因素，其可能会推翻先前建立的与肿瘤细胞迁移、侵袭和转移相关的细胞自主信号事件。因此，尽管缺乏TGF-反应的肿瘤细胞不再获得任何来自TGF-生产的以上皮为中心的转移性优势，间质改变作为一种为TGF- 表达改变的结果可能会继续促进转移。肿瘤是异质的，可能包含有和没有TGF-反应能力的细胞，但其对肿瘤进展的影响尚未得到充分认识。3. TGF-对基质细胞的作用虽然TGF-的持续表达对上皮肿瘤演进过程的影响已
9、明确，但对肿瘤基质的作用最近才有了一定的研究。虽然没有迹象显示它们是否存在因果关系或仅仅只是进程演变中的一个影响因素，但是在乳腺癌演进过程中的特定阶段，基质中特殊基因表达的变化是显著的12。因此，可认为与肿瘤演进过程相关的基因表达变化存在于肿瘤基质中。基质成分在每种肿瘤中的不同影响，并且突出了基质细胞影响肿瘤演进的重要性。但是，这些变化背后的机制和导致特殊基因表达变化的旁路还需要进一步证实。考虑到TGF-作用的多向性和其在调节可影响肿瘤演进的基质细胞发展和功能方面的作用，将描述肿瘤微环境的成分并分析TGF-在各个成分中的作用。3.1 MSCs TGF-在维持MSCs 的功能中有很多作用。MSC
10、s 来源于骨髓和各种组织并且在正常的生理机能中起重要作用，包括维持稳定的骨髓环境和分化为骨髓生理功能所需的各种细胞13。就生理功能而言，TGF-通过诱导连环素的核积累来促进MSCs 的增殖，这是由Smad 3 的磷酸化作用介导的14。另外，在骨髓中MSCs 的一个重要功能就是储存未分化的无活性造血干细胞13。这是通过分泌包括TGF-在内的大量因子而完成的。MSCs另一个已知的功能是在不同的情况下可以分化为成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞和成纤维细胞。这种分化可维持骨髓的微环境，调节骨组织代谢和软骨组织的稳定性和通过细胞群的动态调节促进组织稳态的适应性。在正常和恶性疾病中，TGF-介导分化过程，主要
11、诱导软骨细胞和成纤维细胞的分化和抑制脂肪细胞的分化15。虽然MSCs 的许多功能都是由TGF-推动，但介导这些不同反应的前后机制仍不明确。TGF- 还通过促进组织损伤部位和肿瘤病变部位的趋化作用来调节MSCs 的功能15。 在肿瘤中，MSCs 已显示可通过自身和分化成其他细胞类型来促进肿瘤进展16。干细胞分泌大量的细胞因子可增强肿瘤细胞的增殖，促使血管生成和影响肿瘤细胞对化疗药物的抵抗性。MSCs 可以通过与肿瘤细胞相互作用来增加肿瘤转移，诱导CCL 5的表达。此外，MSCs 能抑制T 细胞的增殖和活化，从而大大增加了其的肿瘤促进作用。MSCs 的另一种正常的生理功能是其能分化成其它MSCs1
12、7。有报道表明，约20癌相关成纤维细胞（CAFs）起源于骨髓，由MSCs 分化产生17。一旦分化，这些成纤维细胞以依赖TGF- 的方式促进肿瘤演进，事实上，通过骨形态发生蛋白（BMP）和激活膜结合抑制剂同源物（BAMBI）抑制TGF-介导的MSCs 分化成CAFs 的过程可终止MSCs 促进肿瘤演进的能力18。3.2 成纤维细胞细胞分化的调控主要依赖细胞因子和细胞外基质分子的相互作用，而在众多的细胞因子中，TGF-被认为是肌成纤维表型的最直接诱导因子，这是因为无论是在体内还是体外TGF-都能上调成纤维细胞胞浆内具有特征识别的a-平滑肌肌动蛋白（a-SM actin）和胶原质的表达，这导致胶原沉
13、积增加和ECM重塑。在小鼠皮肤成纤维细胞中的持续活性TGF-R1 的表达可导致纤维化的增加，并导致化学诱导的肿瘤中已知的成纤维细胞特异性的TGF-靶基因表达增加。以TGF-水平增加为特征的肿瘤和成纤维细胞激活增加与胶原蛋白沉积有关已被证实。此外，来自肺小细胞癌的成纤维细胞与正常肺成纤维细胞相比显示出富集的TGF-信号，并且肿瘤来源的成纤维细胞其TGF-富集的基因标记预示着患者的预后差19。许多研究表明，TGF-介导的信号传导参与肿瘤细胞和基质的相互作用。然而直到最近，这些相互作用对有转移潜能肿瘤的影响才被认可。在TGF-无反应型结肠癌细胞系中的TGF-过表达可促使这些肿瘤细胞的转移增加， 在这
14、种情况下，TGF-的表达改变了在成纤维细胞中TGF-靶基因的表达，包括白介素2（IL-2），血管生成素相关蛋白4 和结缔组织生长因子。重要的是，这些来自成纤维细胞的TGF-驱动基因信号可被用来预测人结肠癌的复发。这种TGF-诱导的基因表达变化被认为是上皮肿瘤细胞导致的，因此，无论肿瘤细胞对TGF-的应答能力如何，在高表达TGF-的肿瘤中仍可发现TGF-诱导的致瘤性基因谱表达。 如同上皮细胞TGF-信号，在研究成纤维细胞中TGF-对肿瘤进展的作用中已发现该通路对于肿瘤进展有相反的作用。尽管有优势证据支持基质成纤维细胞的TGF-对肿瘤促进作用，也有大量文献显示出其对肿瘤的抑制作用。Cheng 等2
15、0研究表明，在小鼠成纤维细胞中TGF-R2 的缺失引发自发性癌变，而缺乏TGF-信号传导的成纤维细胞可促进的乳腺癌、前列腺癌和鳞状细胞癌以及黑色素瘤的进展21。与成纤维细胞信息传导轴缺失相关的重要基因表达的变化主要发生在编码细胞因子和趋化因子的基因中，特别是在已经抑制了TGF- 信号的成纤维细胞中观察到CXCL 1，CXCL 5，CXCL 12 和TGF-1 表达的增加。这表明，当成纤维细胞失去TGF- 的反应，通过免疫细胞浸润的增强来调节肿瘤微环境是促进肿瘤进展的主要驱动力22。也有研究表明，在由抑制成纤维细胞TGF-信号发展而来的自发性贲门窦癌中可观察到炎症显著增加23。有趣的是，这种炎性
16、反应似乎通过甲基CDKN1A 启动子沉默CDKN1A 表达促使肿瘤的形成。使用抗炎药可显著延迟肿瘤的发病和增加总体生存率，这些结果支持免疫细胞浸润促进的肿瘤发展。乳腺癌的发展从正常到乳腺导管内癌，然后到浸润性导管癌，也支持TR2 表达在乳腺癌的发展过程中具有重要作用的观点。当这些肿瘤向侵袭性发展，间质TR2表达减少12。而大肠癌患者免疫组织化学的研究也出现了类似的趋势，但需更进一步证明基质中的TR2 低表达是否可以作为患者预后差的独立预测因子22。3.3 先天免疫系统先天免疫系统是免疫应答时的第一道防御。其由各种吞噬细胞和抗原呈递细胞组分组成，包括巨噬细胞、嗜中性粒细胞、自然杀伤细胞和树突状细
17、胞。TGF-在调节这些细胞的聚集、激活和其功能方面发挥重要作用22。TGF-作为主要免疫功能的拮抗剂，可降对低肿瘤细胞的识别和清除。TGF-在这方面最显著的一种功能是诱导M2 巨噬细胞极化。TGF-可诱导一氧化氮合酶（iNOS）促使NO 的产生来抑制单核细胞介导的细胞死亡，其表达与这种极化相关联24。TGF- 对嗜中性粒细胞产生类似于巨噬细胞的效果25。最近的研究表明，嗜中性粒细胞暴露于TGF- 可诱导亲致瘤N2 中性粒细胞表达谱，而TGF-信号的抑制使得这种细胞表型转换为抗肿瘤N1 型26。 然而，TGF-对树突状细胞也有拮抗作用，其抑制抗肿瘤特性27。最近的工作表明，在树突状细胞中TGF-
18、信号的受损，可显著增加这些细胞的呈外抗原并激活适应性免疫系统的能力28。这些反应将促进肿瘤细胞的杀灭，在TGF- 丰富的环境中树突状细胞成熟会被削弱，从而有利于肿瘤的生长和发展。3.4 适应性免疫系统生长因子在调节适应性免疫系统功能中起重要作用，TGF-1 的整体性表达的缺失导致许多器官自身免疫介导炎症的发展。此外，TGF-信号缺失特别是在T 细胞中的失活导致了类似的自身免疫应答29。TGF- 调控适应性免疫的机制是通过Smad 介导的抑制T 细胞增殖和TH1 细胞表型30。最近的研究还表明，TGF- 介导T 细胞免疫抑制的分化，TGF-作用于幼稚T 细胞可诱导叉状头转录因子P3（FOXP3）
19、的表达，从而促使幼稚T 细胞表型转化为Treg 细胞。有趣的是，Treg 细胞诱导的抑制适应性免疫应答是通过TGF- 的表达来介导的31。将IL-6 添加到TGF-处理的幼稚T 细胞中，可诱导出与将IL-6 添加到Treg细胞的中完全不同的细胞表型。IL-6 和TGF- 通过抑制FOXP3和转录因子孤独核受体gt（RORgt）激活诱导TH-17 细胞的分化32。TH17 细胞的各种促肿瘤发生和抗肿瘤作用主要是通过IL-17 在这些细胞中的表达而介导的。虽然先天和适应性免疫系统的各个组件无疑在肿瘤进展中起重要作用，但当考虑到治疗干预时，涉及免疫应答的所有细胞以及其间的相互影响，整体地思考显得非常
20、重要。在宏观上看，从各种研究可以得出的结论是TGF-信号在免疫系统中起到拮抗剂的作用，抑制肿瘤细胞的识别和清除。正是TGF-信号的这种功能，推动了目前的研究，以通过利用抗TGF-的治疗方案，激活T 细胞活性，从而改善目前的化疗药物。4. 靶向TGF- 的治疗研究 虽然许多的TGF-的促肿瘤发生作用被归结于其促进上皮细胞EMT 的能力，最近发现该细胞因子在基质上的影响已被证明是一个同样重要的促肿瘤转移机制。鉴于控制TGF-反应性在肿瘤进展的重要作用，有效干预TGF-途径仍然是许多研究人员的目标。Jain33长期以来是基质正常化假说的支持者，他认为抑制和逆转在肿瘤发生的基质变化将减缓肿瘤进展和有助
21、于治疗干预。血管内皮生长因子抑制剂和松弛素的使用，就是基于这个假说；而TGF-抑制剂，也最近被添加至这一类药物34。使用传统的化疗药物与特定的TGF-靶向抗体1D11 以及非特异性抑制剂如氯沙坦（已被证实是可降低肿瘤中活性TGF-水平的血管紧张素受体抑制剂），可显著提高化疗方案的输送和功效。在小鼠模型中使用这些抑制剂可促进血管的稳定，减少胶原沉积和显著改善多柔比星和阿霉素疗法的功效35。 TGF-抑制治疗方案被应用于众多不同癌症类型的小鼠模型，在早期的临床试验阶段，该方案都显示出其优势，而抗肿瘤免疫细胞的活性增加被认为是其主要原因。然而，抑制TGF-信号通路的微环境中的特定成分，却再次引进了T
22、GF- 研究领域有争议的结果：在成纤维细胞中抑制TGF-信号，却发现通过炎性细胞的扩增促进了肿瘤进展23。尽管由于不同基质组合物的复杂性和TGF- 作用的多效性，导致试验始终未能获得一致的结果，涉及TGF-抑制的临床试验，无论是通过基因敲除降低TGF-的敏感性（例如由表达的TR 的显性负形式的T 细胞过继性转移）还是通过使用抑制性抗体，都取得了进展。 阐明TGF-信号在特定的细胞基质成分的功能，必须解决肿瘤微环境中TGF-前后的依赖关系。由于在细胞成分及其相互作用这一微环境背景下，未来的研究将需要解决的不仅是信号强弱，还需要观察基质环境的响应。在没有透彻地理解TGF-信号在基质中前后的依赖关系
23、情况下，由于肿瘤的异质性，针对于TGF-通路整体性疗法的实施将很可能产生不确定的结果。 综上所述，针对于特异性靶向某种细胞类型或避免逃逸途径激活新传递方法的建立，将有利于肿瘤的TGF- 靶向治疗。参考文献1 杨媛. 转化生长因子TGF- 在肿瘤微环境中的作用J. 遵义医学院学报，2013，2，36（1）：89-92.2 王倩荣. 肿瘤微环境与肿瘤转移J. 中国肿瘤生物治疗杂志，2010，18（5）：569-573.3 Moustakas A，Heldin CH Smad regulation in TGF-beta signaltransductionJ. J Cell Sci，2001，11
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