TGF-β/Smads信號轉導通路與胃癌關系的研究進展

吳倩倩　孫　琦　黃　勤　于成功

南京醫(yī)科大學鼓樓臨床醫(yī)學院1(210008)　南京大學醫(yī)學院附屬鼓樓醫(yī)院病理科2　消化科3

TGF-β/Smads信號轉導通路與胃癌關系的研究進展

吳倩倩1孫琦2黃勤2于成功3*

南京醫(yī)科大學鼓樓臨床醫(yī)學院1(210008)南京大學醫(yī)學院附屬鼓樓醫(yī)院病理科2消化科3

摘要轉化生長因子β(TGF-β)是具有多種生物學活性的多肽類細胞因子，參與調節(jié)細胞多種生物學功能。TGF-β信號通路具有調控細胞增殖和分化的作用，由Smads蛋白介導的TGF-β信號轉導是該通路最經(jīng)典的轉導方式。近年研究表明，TGF-β/Smads信號通路任何環(huán)節(jié)的功能障礙均有可能導致該信號轉導異常，從而影響胃癌的發(fā)生、發(fā)展。本文就TGF-β/Smads信號轉導通路與胃癌的關系作一綜述。

關鍵詞胃腫瘤；轉化生長因子β；Smad蛋白質類；信號通路

胃癌是全球排名第四位的惡性腫瘤，亦是腫瘤致死的第二大因素[1]。近年遠端胃癌的發(fā)病率因幽門螺桿菌的有效根治而大幅下降，但近端胃(賁門)癌的發(fā)病率卻呈上升趨勢[2]。胃癌的發(fā)生、發(fā)展是多因素、多階段和多基因改變的復雜過程，涉及生命活動中多種信號轉導通路的改變。轉化生長因子β(transforming growth factor β, TGF-β)信號通路具有調控細胞增殖和分化的作用，是腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中最常發(fā)生改變的信號通路之一[3]。本文就近年TGF-β/Smads信號通路在胃癌發(fā)生機制中的研究作一綜述。

一、TGF-β/Smads信號通路

TGF-β主要通過激活兩條信號通路發(fā)揮生物調節(jié)作用，即Smads信號通路和Ras/絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路，其中TGF-β/Smads信號通路由TGF-β超家族、TGF-β受體(TβR)和Smads蛋白家族組成。

1．TGF-β超家族及其轉導途徑：TGF-β超家族是一大類具有多種生物學活性的多肽類細胞因子，包括TGF-β、活化素、骨形成蛋白(BMP)等，在調節(jié)細胞生長、黏附、遷移、分化和凋亡等過程中發(fā)揮重要作用。在哺乳動物中至少已發(fā)現(xiàn)三種TGF-β亞型(TGF-β1、2、3)。TβR分為三型(TβRⅠ、Ⅱ、Ⅲ)，TβRⅠ、TβRⅡ是具有絲/蘇氨酸激酶活性的Ⅰ型跨膜糖蛋白。TGF-β必須先與TβRⅡ結合，然后TβRⅡ通過磷酸化作用激活TβRⅠ，最后形成TβRⅠ-TGF-β-TβRⅡ異源四聚體，然后將信號轉入細胞內。TβRⅢ主要為β-聚糖和內皮因子，目前尚未發(fā)現(xiàn)通過TβRⅢ激活的細胞內信號通路。Smads蛋白是TGF-β信號通路的重要參與者和調節(jié)者，活化的TβRⅠ通過磷酸化作用激活Smad2/3，激活后的受體調控型Smad(R-Smad)與TβRⅠ分離，與Smad4形成異源復合物后移位至核內，調節(jié)靶基因的轉錄。

2. Smads蛋白家族：Smads蛋白是TGF-β信號通路中重要的介導蛋白，從多方面調節(jié)TGF-β信號轉導。Smads結構上由高度保守的氨基末端(MH1)、羧基末端(MH2)以及中間富含脯氨酸的連接區(qū)組成[4]。根據(jù)Smads蛋白結構和功能將其分為三類：①R-Smad，包括Smad1、2、3、5、8。R-Smad分子C端具有特征性絲氨酸基序(SSXS)，可被活化的TβRⅠ磷酸化從而發(fā)揮生物學效應，此外該組Smad分子決定了配體信號轉導的特異性。②共用型Smad(Co-Smad)：這類型Smads蛋白目前僅在脊椎動物中發(fā)現(xiàn)了Smad4，幾乎所有TGF-β超家族中的信號分子在轉入細胞核前，均需與Smad4結合。③抑制型Smad(I-Smad)：包括Smad6、7。I-Smad可與R-Smad競爭結合活化的TβRⅠ，因而在信號轉導中發(fā)揮負調控效應。

二、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“雙刃劍”的作用，在腫瘤形成早期TGF-β/Smad信號通路通過調節(jié)下游靶基因，如p21CDKN1A、p15CDKN2B等，使細胞阻滯于G1期，從而起抑制腫瘤細胞增殖的作用。而在腫瘤進展期，TGF-β又可通過影響免疫抑制或逃逸、促進血管生成、增加腫瘤細胞與胞外基質的相互作用等促進腫瘤的侵襲和轉移[5]。近年來，多項研究表明TGF-β與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關，在多種惡性腫瘤中均呈過表達，如前列腺癌、乳腺癌、胃癌、結直腸癌等[6-9]。

三、TGF-β/Smads信號通路與胃癌

1. TGF-β與胃癌：TGF-β1是TGF-β的主要表達形式，在維護正常免疫內穩(wěn)態(tài)、調節(jié)細胞生長凋亡、腸上皮細胞分化中具有重要作用。Docea等[10]采用免疫組化法發(fā)現(xiàn)胃癌組織中TGF-β1表達水平較對照組增高，且其表達與腫瘤分化程度呈負相關，并與Ki-67反映的細胞增殖活性有關。Ma等[11]發(fā)現(xiàn)胃癌患者血清TGF-β1、-β2表達較正常對照組明顯上調，且血清TGF-β1濃度與腫瘤大小、浸潤、轉移和臨床分期等呈正相關。TGF-β1 mRNA表達量隨正常-癌前病變-早期胃癌-進展期胃癌的病變發(fā)展呈持續(xù)上升趨勢。亦有研究[12-13]表明TGF-β1表達與胃癌的進展和預后明顯相關，與淋巴結轉移亦有一定關系。

TGF-β1可通過誘導上皮-間質轉化(EMT)而促進腫瘤的生長，且能在腫瘤微環(huán)境中減少免疫反應性和刺激血管生成[14-15]。TGF-β1可與多種基因或蛋白相互作用、相互影響。Zhang等[16]發(fā)現(xiàn)Krüppel樣因子8(Krüppel-like factor 8, KLF8)參與了TGF-β1誘導的EMT，在胃癌細胞中TGF-β1可誘導KLF8 mRNA和蛋白表達水平升高，從而加強EMT。Shen等[17]發(fā)現(xiàn)通過巨噬細胞與胃癌細胞共培養(yǎng)可加強TGF-β信號通路，促進癌細胞浸潤。TGF-β1與胃癌的侵襲、轉移密切相關，但其具體分子機制有待進一步研究。

2. TβR與胃癌：在人類腫瘤中TβR可發(fā)生變異，干擾轉錄調節(jié)因子的結合而導致其表達降低，使TGF-β產(chǎn)生的抑制腫瘤細胞生長的信號不能正常下傳，最終導致腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。Guo等[18]研究賁門腺癌TβRⅡ基因啟動子區(qū)甲基化水平，發(fā)現(xiàn)癌組織中TβRⅡ表達明顯低于癌旁組織，Ⅲ、Ⅳ期腫瘤患者中的表達顯著低于Ⅰ、Ⅱ期患者，推測TβRⅡ基因啟動子區(qū)發(fā)生甲基化導致基因沉默可能是此受體失活的主要原因[19]。TβR表達降低導致信號通路阻滯，使腫瘤細胞逃脫TGF-β的抑制作用而有利于腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。

3. Smads蛋白與胃癌：Smads蛋白是將TGF-β通路信號從胞外轉至胞核內的關鍵蛋白，其發(fā)生突變或異常表達可能導致TGF-β/Smads信號轉導受阻甚至中斷，使TGF-β生長抑制作用喪失，導致多種腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。有研究[20]報道，在Smad3缺失的SNU-484人胃癌細胞株中轉染Smad3，可使細胞恢復TGF-β信號轉導，同時減少血管生成刺激因子，促進E鈣黏蛋白表達。Wu等[21]的研究發(fā)現(xiàn)胃癌組織中Smad2/3 mRNA表達較正常組織下調。Smad3基因敲除小鼠模型的研究[22]發(fā)現(xiàn)，從前胃小彎側開始發(fā)生腸化生、侵襲性胃癌形成。此外，有研究[21，23]顯示Smad2/3表達下調與胃癌預后不良有關。Smad7作為I-Smad發(fā)揮負調控效應維持信號通路的平衡，在正常胃黏膜中很少表達，但在低分化、有遠處轉移的胃癌中表達明顯上調，Smad7陰性表達者的生存率高于陽性表達者，表明Smad7與腫瘤分化程度、轉移、預后等相關[24-25]。

Smad4為抑癌基因，突變類型以點突變?yōu)橹?。突變后的Smad4蛋白構象發(fā)生改變，不能與磷酸化Smad2/3結合，進而不能發(fā)揮調節(jié)轉錄作用。有研究[26]采用免疫組化染色發(fā)現(xiàn)胃癌組織中Smad4蛋白陽性表達率明顯低于正常胃黏膜，并與胃癌分化程度、淋巴結轉移和TNM分期有關。Leng等[25]報道胃癌組織中Smad4表達明顯低于癌旁組織，且低分化胃癌組的表達較高分化組明顯降低，在淋巴結轉移者中的表達亦低于無淋巴結轉移者，提示Smad4蛋白缺乏或下調可能是胃癌細胞逃逸TGF-β通路腫瘤抑制作用的關鍵之一。有類似研究顯示Smad4在胃癌組織中低表達，但Smad4在早期胃癌中很少發(fā)生突變，認為其基因缺失或突變發(fā)生在腫瘤進展后期，屬于胃癌晚期分子事件[27]。Smad4表達陽性的胃癌患者生存率和生存時間優(yōu)于表達陰性者[24]，因此，Smad4是評估預后的重要指標。

四、展望

TGF-β信號通路參與細胞增殖、分化、凋亡、黏附、遷移等多方面調節(jié)，任何環(huán)節(jié)的功能障礙均可能導致信號轉導異常，從而導致腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。Smads的研究為臨床靶向治療胃癌提供了新的靶點，同時對評估預后亦有重要意義。近年近端胃(賁門)癌的發(fā)病率有上升趨勢，由于賁門組織的特殊性，不能簡單將其劃分為食管癌或胃癌，應單獨列出進行研究。對于Smads和其他TGF-β信號通路相關蛋白在近端胃(賁門)癌中的表達，以及其與非近端胃癌相比是否有差異還需深入研究。只有對TGF-β/Smads信號通路作用的具體機制有清楚的認識，才能更好地解決疾病的預防、治療、預后等問題。

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(2014-03-28收稿；2014-04-15修回)

Advances in Study on Relationship between TGF-β/Smads Signaling Pathway and Gastric Cancer

WUQianqian1,SUNQi2,HUANGQin2,YUChenggong3.1DrumTowerSchoolofClinicalMedicine,NanjingMedicalUniversity,Nanjing(210008);2DepartmentofPathology,3DepartmentofGastroenterology,NanjingDrumTowerHospital,theAffiliatedHospitalofNanjingUniversityMedicalSchool,Nanjing

Correspondence to: YU Chenggong , Email: chenggong.yu@gmail.com

AbstractTransforming growth factor-β (TGF-β) is a polypeptide cytokine with numerous biological activities, which takes part in regulating many cell biological functions. TGF-β signaling pathway plays an important role in regulating cell proliferation and differentiation, and the pathway mediated by Smads protein is the most classic pattern. Many studies in recent years indicated that disruption of TGF-β signaling due to alterations in any member of TGF-β/Smads signaling pathway might affect the occurrence and development of gastric cancer. This article reviewed the advances in study on relationship between TGF-β/Smads signaling pathway and gastric cancer.

Key wordsStomach Neoplasms;Transforming Growth Factor beta;Smad Proteins;Signaling Pathway

通信作者*本文，Email: chenggong.yu@gmail.com

DOI:10.3969/j.issn.1008-7125.2015.01.015