Smad4蛋白與腫瘤發(fā)生發(fā)展關(guān)系的研究進(jìn)展

楊 松 綜述，邱明星 審校

(1.瀘州醫(yī)學(xué)院，四川 瀘州 646000；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院泌尿外科，四川 成都 610072)

Smad4蛋白與腫瘤發(fā)生發(fā)展關(guān)系的研究進(jìn)展

楊 松1綜述，邱明星2審校

(1.瀘州醫(yī)學(xué)院，四川 瀘州 646000；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院泌尿外科，四川 成都 610072)

國(guó)內(nèi)外大量研究發(fā)現(xiàn)Smad4蛋白對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展有著重要作用。其參與細(xì)胞信號(hào)通路傳導(dǎo)，并起中心分子作用；Smad4蛋白還與多種細(xì)胞因子相互作用，一起參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。對(duì)Smad4蛋白的研究有助于在腫瘤的治療方面尋找新的突破口。現(xiàn)對(duì)Smad4蛋白在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制作一簡(jiǎn)要綜述。

Smad4蛋白；腫瘤；發(fā)生機(jī)制

人類Smad4基因位于染色體18q21.1上，含有10個(gè)內(nèi)含子和11個(gè)外顯子，屬腫瘤抑制基因。Smad4是DPC4的蛋白產(chǎn)物，相對(duì)分子量為60 kD，共含有552個(gè)氨基酸，其肽鏈包含兩個(gè)高度保守的球形結(jié)構(gòu)域N區(qū)(MH1)和C區(qū)(MH2)及兩區(qū)的連接區(qū)間(L)；Smad4蛋白在Smad蛋白家族中屬共同介導(dǎo)型Smad(Co-Smad)蛋白，也是其唯一成員。MH2是受體復(fù)合體功能效應(yīng)區(qū)，含受體激酶作用位點(diǎn)，與受體結(jié)合后形成受體復(fù)合體，與磷酸化的Smad2、3結(jié)合后具有轉(zhuǎn)錄激活功能；當(dāng)受到轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)超家族信號(hào)刺激時(shí)位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的Smad4蛋白與受體激活型Smads(R-Smads)形成寡聚體復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核進(jìn)一步調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄。目前在對(duì)多種腫瘤的研究中發(fā)現(xiàn)，Smad4在細(xì)胞內(nèi)與多種細(xì)胞因子相互作用從而影響細(xì)胞信號(hào)的傳導(dǎo)，促進(jìn)細(xì)胞的增殖；Smad4缺失可能導(dǎo)致其細(xì)胞生長(zhǎng)抑制效應(yīng)的減弱或喪失，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。

1 Smad4與 Runx3在TGF-β信號(hào)通路中的協(xié)同作用

王亞?wèn)|等[1]應(yīng)用免疫組織化學(xué)法檢測(cè)56例胃癌組織及40例癌旁組織中Smad4、Runx3的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)兩者在胃癌組織和癌旁組織表達(dá)均具有顯著性差異；經(jīng)Spearman 等級(jí)相關(guān)分析，Smad4、Runx3蛋白在胃腺癌組織中的表達(dá)呈正相關(guān)[2]。Smad4、Runx3的表達(dá)受抑制與胃癌的浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移有密切關(guān)系。Leng等[3]報(bào)道胃腺癌旁組織中Smad4蛋白和Runx3蛋白的表達(dá)低于正常胃黏膜組織；高中分化癌組陽(yáng)性率高于低分化癌組。Smad4蛋白是TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路所必須的中介分子，對(duì)維持細(xì)胞的正常生長(zhǎng)發(fā)育起重要作用，Smad4蛋白通過(guò)對(duì)TGF-β信號(hào)通路中各種靶點(diǎn)的調(diào)節(jié)，使TGF-β能在不同的環(huán)境下發(fā)揮各種功能效應(yīng)。目前研究認(rèn)為Runx3的抑癌機(jī)制與具有生長(zhǎng)抑制和凋亡誘導(dǎo)功能的TGF-β信號(hào)通路密切相關(guān)；Smad4蛋白是TGF-β通路中調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄和抗增殖應(yīng)答的通用調(diào)節(jié)分子，Runx3蛋白通過(guò)協(xié)助Smad4復(fù)合物從細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核進(jìn)一步調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄的作用，可能機(jī)制是TGF-β超家族受上游的Runx3蛋白改變的影響導(dǎo)致信號(hào)傳導(dǎo)活性降低，導(dǎo)致了下游Smad4蛋白構(gòu)象發(fā)生改變，不能與磷酸化的Smad2和Smad3結(jié)合，從而影響基因轉(zhuǎn)錄。Smad4蛋白所發(fā)揮的抑制效應(yīng)減弱使細(xì)胞周期不能得到正常調(diào)節(jié)而導(dǎo)致細(xì)胞增殖紊亂，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。推測(cè)Runx3和Smad4蛋白在胃腺癌發(fā)生發(fā)展中可能起協(xié)同作用，它們?cè)谖赶侔┙M織中表達(dá)的下調(diào)或缺失與胃腺癌的發(fā)生及發(fā)展存在一定相關(guān)性，從而促進(jìn)胃癌的浸潤(rùn)、 轉(zhuǎn)移，其具體機(jī)制尚不十分清楚。

2 Smad4與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF-A)、VEGF-C相互作用促進(jìn)血管、淋巴管生成導(dǎo)致腫瘤的轉(zhuǎn)移和侵襲

腫瘤組織血管和淋巴管的生成是影響腫瘤進(jìn)展、轉(zhuǎn)移及預(yù)后的重要因素。VEGF-C是已知明確能夠調(diào)節(jié)淋巴管生成的分子，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床病理實(shí)驗(yàn)均證實(shí)腫瘤組織淋巴管生成數(shù)量及腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移與VEGF-C蛋白表達(dá)呈顯著正相關(guān)[4]。范淮等[5]對(duì)膀胱癌、卵巢癌、結(jié)腸癌組織的研究中發(fā)現(xiàn)，VEGF-C、VEGF-A、VEGFR-3與Smad4蛋白的表達(dá)之間呈顯著負(fù)相關(guān)，根據(jù)腫瘤分期和分級(jí)，惡性程度越高其組織中淋巴管密度(LVD)越高。VEGF是腫瘤血管生成的主要調(diào)節(jié)因子，TGF-β1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在微血管的形成中有重要作用，Smad4蛋白能影響TGF-β1信號(hào)通路，TGF-β1-Smad4與VEGF-C/VEGFR-3信號(hào)通路存在交互作用，Smad4 的表達(dá)下降促使了TGF-β1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路紊亂，TGF-β1的表達(dá)上升導(dǎo)致VEGF表達(dá)也上調(diào)，促進(jìn)腫瘤血管的生成導(dǎo)致腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移。Smad4通過(guò)影響VEGF-A蛋白的表達(dá)進(jìn)而抑制人卵巢癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移；在體外恢復(fù)Smad4表達(dá)后能抑制VEGF和堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子表達(dá)，從而抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移或新生血管形成。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)Smad4陽(yáng)性胰腺癌的裸鼠移植瘤毛細(xì)血管稍微減少，而中到大血管減少更為明顯。Ke等[6]對(duì)小細(xì)胞型肺癌的研究顯示，有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組Smad4表達(dá)比無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組低；Kazama等[7]研究發(fā)現(xiàn)Smad4陽(yáng)性的結(jié)腸癌組織中淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移少，同時(shí)存在淋巴管密度小，且Smad4表達(dá)與VEGF-C的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。推測(cè)Smad4可能影響了VEGF-A和VEGF-C上游的共同啟動(dòng)子，通過(guò)促進(jìn)VEGF表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)腫瘤淋巴管和血管的生成導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移及浸襲。

3 骨形成蛋白(bone morphogenetic proteins，BMP)與Smad4的關(guān)系

骨形成蛋白BMPs，除BMP-1最早于1960s在礦化骨骼中提取出來(lái)，存在于細(xì)胞外，屬于TGF-β超家族中的一員，參與多種細(xì)胞增殖分化和凋亡的調(diào)節(jié)[8]。BMP通過(guò)與細(xì)胞膜上受體結(jié)合后促使胞質(zhì)內(nèi)Smad1、5、8磷酸化，同時(shí)與Smad4蛋白結(jié)合進(jìn)入細(xì)胞核調(diào)節(jié)BMP靶基因的轉(zhuǎn)錄。BMPs通過(guò)結(jié)合絲氨酸、蘇氨酸激酶受體形成異聚體復(fù)合物，將BMP信號(hào)傳遞給下游作用物引起一系列細(xì)胞內(nèi)分子事件[9]；其中BMP-2在骨形成蛋白調(diào)控因子中處于重要地位，與乳腺癌、結(jié)腸癌、胃癌等[10，11]腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)BMP-2通過(guò)對(duì)TGF-β-Smads信號(hào)途徑進(jìn)行調(diào)控作用，Smad4 與Smad1形成異源聚合物后進(jìn)入細(xì)胞核進(jìn)一步影響 BMP通路基因的轉(zhuǎn)錄[12，13]，Smad4是BMP信號(hào)通路的中間調(diào)節(jié)因素。Arnold等[14]研究顯示，重組人BMP-2能降低乳腺癌細(xì)胞的增殖，它既能抑制高轉(zhuǎn)移細(xì)胞系同時(shí)也能抑制低轉(zhuǎn)移細(xì)胞系細(xì)胞的增殖，但其抑制高轉(zhuǎn)移細(xì)胞的活性比低轉(zhuǎn)移低。Smad4的表達(dá)失活阻礙了BMP信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)使其減弱或失去對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制作用，增強(qiáng)了腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移能力[15]。

4 Smad4蛋白在Wnt-catenin信號(hào)通路中與基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)家族中的MMP-2 、MMP-7的關(guān)系

Smad4蛋白發(fā)揮其腫瘤抑制作用還存在于Wnt-catenin 信號(hào)途徑中[16]。Smad4蛋白與MMP家族中的MMP-2 、MMP-7在腫瘤的發(fā)生及侵襲轉(zhuǎn)移的過(guò)程中存在一定相關(guān)性。韓聚強(qiáng)等[17]利用免疫組化法分別檢測(cè)80例食管癌組織中Smad4蛋白和MMP-2的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)食管癌組織中MMP-2表達(dá)量明顯高于癌旁不典型增生組織，同時(shí)Smad4蛋白在食管癌組織中表達(dá)量卻相反，明顯低于癌旁不典型增生組織；MMP-2蛋白高表達(dá)及Smad4蛋白的表達(dá)缺失與食管癌患者的性別、年齡及癌組織分化程度均無(wú)關(guān)，與腫瘤的浸潤(rùn)深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及臨床分期密切相關(guān)[18，19]，MMP-2和Smad4在食管癌組織中表達(dá)呈負(fù)相關(guān)性。MMP-2在細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)和基底膜主要結(jié)構(gòu)中起關(guān)鍵酶作用[20，21]，Smad4蛋白在臨床分期Ⅰ+Ⅱ A期和無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的食管癌組織表達(dá)陽(yáng)性明顯高于臨床分期ⅡB+Ⅲ期和有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的食管癌組織。Smad4蛋白與MMP-2在食管癌的病理過(guò)程可能存在負(fù)調(diào)節(jié)的協(xié)同作用，這可能與Smads基因突變或功能失活，導(dǎo)致TGF-β 信號(hào)途徑傳導(dǎo)中斷，誘導(dǎo)表達(dá)MMP-2，產(chǎn)生過(guò)多作用于腫瘤細(xì)胞的負(fù)調(diào)控金屬蛋白酶抑制因子，從而為蛋白酶提供豐富的微環(huán)境，有利于腫瘤細(xì)胞的遷移和浸潤(rùn)。MMP-7屬Wnt-catenin 信號(hào)通路的下游靶基因之一[22]，是間質(zhì)溶解素的一種，在基質(zhì)金屬蛋白酶家族中分子最小，可同時(shí)降解Ⅳ、Ⅶ型膠原糖蛋白、纖維素和黏附素；MMP-7的過(guò)表達(dá)能降解細(xì)胞外基質(zhì)使腫瘤向深層浸潤(rùn)并通過(guò)誘導(dǎo)和促進(jìn)血管生成等機(jī)制促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移。Smad4蛋白抑制了信號(hào)通路活性同時(shí)可能通過(guò)降低基質(zhì)溶解酶活性抑制血管生成等途徑來(lái)抑制腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移。

5 Smad4抑制緊密連接蛋白1(Claudin-1)和鈣黏蛋白(E-cadherin)的表達(dá)

在腫瘤組織中，大多數(shù)緊密連接蛋白家族(Claudins)成員表達(dá)減少，Claudin-1已被證實(shí)是Wnt-catenin信號(hào)通路下游的重要靶基因之一，發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸癌組織中Smad4蛋白對(duì) Claudin-1表達(dá)具有抑制作用，Shiou等[16]在結(jié)腸癌細(xì)胞中重建Smad4蛋白能降低Claudin-1。田笑笑等[23]通過(guò)Smad4基因轉(zhuǎn)染結(jié)腸癌SW480細(xì)胞，RT-PCR檢測(cè)轉(zhuǎn)染前后Claudin-1的變化結(jié)果顯示轉(zhuǎn)染組Claudin-1表達(dá)明顯降低，其機(jī)制可能是Smad4蛋白在轉(zhuǎn)錄水平上直接抑制了啟動(dòng)子的活性，降低Wnt-catenin信號(hào)通路活性，降低下游Claudin-1蛋白的表達(dá)。劉慶宏等[24]利用Smad4轉(zhuǎn)染人胰腺癌細(xì)胞BxPC3，采用RT-PCR和Western blot檢測(cè)轉(zhuǎn)染陽(yáng)性細(xì)胞克隆E-cadherin 表達(dá)的變化，證實(shí)了E-cadherin及其蛋白表達(dá)均升高，推測(cè)Smad4基因可增加胰腺癌細(xì)胞E-cadherin的表達(dá)并抑制腫瘤增殖，Smad4可能對(duì)胰腺癌具有基因治療的效果。Waldhoff等[25]運(yùn)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，發(fā)現(xiàn)Smad4可以抑制胰腺癌細(xì)胞的形成，這些研究提示恢復(fù)或上調(diào)胰腺癌細(xì)胞Smad4基因表達(dá)，有可能抑制胰腺癌的發(fā)生。Nagaishi等[26]發(fā)現(xiàn)Smad4蛋白直接或間接與轉(zhuǎn)錄因子Snail、Slug相互競(jìng)爭(zhēng)而減少了這些因子對(duì)鈣黏蛋白E-cadherin的阻遏作用，從而導(dǎo)致E-cadherin表達(dá)增強(qiáng)。

6 Smad4與p53基因在腫瘤組織中的表達(dá)呈正相關(guān)性

閆繼東等[27]利用免疫組化法檢測(cè)150例非小細(xì)胞肺癌組織及60例距離腫瘤10 cm以上的正常肺組織中Smad4與p53的表達(dá)情況，結(jié)果顯示非小細(xì)胞肺癌中Smad4和p53蛋白的表達(dá)與腫瘤的分化程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、胸膜侵犯及臨床分期密切相關(guān)，提示兩者參與腫瘤的進(jìn)展。野生型p53基因能避免損傷的DNA傳給子代細(xì)胞，穩(wěn)定基因組和抑制細(xì)胞突變，從而抑制腫瘤發(fā)生。突變型p53基因使其結(jié)合DNA的特殊部位及激活鄰近基因的功能喪夫，因而減弱或失去抑制細(xì)胞增殖的功能，引起細(xì)胞過(guò)度增殖導(dǎo)致癌變。在對(duì)直腸癌的研究中發(fā)現(xiàn)Smad4與p53二者均可以促進(jìn)細(xì)胞低分化轉(zhuǎn)化和無(wú)控性增殖，推測(cè)腫瘤中Smad4和P53可能存在一定的關(guān)聯(lián)[28，29]。Smad4 蛋白表達(dá)減少后對(duì)細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)能力下降，引起細(xì)胞的過(guò)度增殖。Smad4和 p53二者均可以促進(jìn)細(xì)胞轉(zhuǎn)化和增殖，因此腫瘤中Smad4和p53表達(dá)可能是有一定的關(guān)聯(lián)。

7 展望

目前多種研究表明Smad4蛋白在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，其機(jī)制可能是通過(guò)TGF-β超家族中各信號(hào)通路系統(tǒng)影響信號(hào)的傳導(dǎo)、細(xì)胞的增殖，同時(shí)與多種細(xì)胞因子相互作用共同影響細(xì)胞增殖，Smad4蛋白在TGF-β、Wnt-catenin信號(hào)傳導(dǎo)通路發(fā)揮中心分子作用，除此之外還與p53、MMP、BMP、RUNX3等細(xì)胞因子相互作用導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生發(fā)展，但其具體機(jī)制尚不清楚，有待進(jìn)一步深入研究。對(duì)Smad4蛋白的研究有助于對(duì)腫瘤的治療提供新的途徑。

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Progress on the development of relations of Smad4 protein and tumorigenesis

YANG Song，QIU Ming-xing

R737.14

B

1672-6170(2015)01-0158-04

2014-05-05；

2014-11-16)