轉(zhuǎn)化生長因子β在胰腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用

張 浩，劉林勛，趙占學(xué)，潘洪帥，侯曉凡，霍 崢

1青海大學(xué)研究生院，西寧 810000；2青海省人民醫(yī)院膽胰脾外科，西寧 810000

近年來，胰腺癌的發(fā)病率在國內(nèi)外均呈顯著的增高趨勢，2021年中國國家癌癥中心統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，胰腺癌位居我國男性惡性腫瘤發(fā)生率的第7位，女性第11位，占惡性腫瘤相關(guān)死亡率的第6位［1］。2018年最新的全球癌癥數(shù)據(jù)庫GLOBOCAN統(tǒng)計，胰腺癌占全球新發(fā)癌癥的2.5%，死亡率占所有癌癥死亡的4.5%［2］。其致死率與發(fā)病率幾乎一致，5年總生存率僅約9%［3］。胰腺癌具有惡性程度高、病情隱匿、死亡率高等特點(diǎn)，同時由于在其早期診斷治療中缺乏有效的手段，導(dǎo)致手術(shù)R0切除率相對較低，患者預(yù)后欠佳。目前，有關(guān)胰腺癌的發(fā)病機(jī)制尚不明確，其發(fā)病為多步驟、多因素、多基因變異的生物學(xué)演變過程。隨著細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)及免疫技術(shù)的不斷發(fā)展，臨床上開展了許多對胰腺癌分子水平上致病機(jī)制的研究［4］。轉(zhuǎn)化生長因子β（TGFβ）是一種廣泛表達(dá)的細(xì)胞因子，介導(dǎo)或調(diào)節(jié)生物過程，包括胚胎發(fā)育、細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)維持、血管生成和免疫調(diào)節(jié)。其在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中可提供適宜的微環(huán)境。另有研究表明，TGFβ的高度表達(dá)與癌癥的不良預(yù)后有關(guān)。現(xiàn)就TGFβ在胰腺癌中發(fā)揮的作用作一綜述，希望對今后胰腺癌的靶向藥物治療提供理論依據(jù)。

1 TGFβ概述

1.1 TGFβ的結(jié)構(gòu)及功能 TGFβ是由112個氨基酸構(gòu)成的多肽，被位于19號染色體長臂上的基因編碼。TGFβ有5種同分異構(gòu)體形式存在，被人為標(biāo)記為β1～β5，同源性為60%～80%［5］。TGFβ1～3主要在人類、哺乳動物和鳥類中表達(dá)，而TGFβ4～5在鳥類和兩棲動物中表達(dá)。在人體中，其主要的存在亞型是TGFβ1，幾乎能被體內(nèi)所有的細(xì)胞合成。TGFβ2在膠質(zhì)瘤細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞中合成。TGFβ3主要出現(xiàn)在胚胎心臟和肺組織中，在肝、脾和腎中少量表達(dá)［5］。TGFβ1主要由血小板、巨噬細(xì)胞/單核細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等合成。在體外，TGFβ亞型對組織發(fā)揮著類似的生物學(xué)效應(yīng)，但在體內(nèi)的各個亞型發(fā)揮的作用是不盡相同的。在體內(nèi)，這些亞型表現(xiàn)出不同的生物學(xué)效應(yīng)，主要由它們在不同的組織中的分布以及靶細(xì)胞分化的程度決定［6］。在正常組織中TGFβ通過抑制腫瘤細(xì)胞增殖、維持組織結(jié)構(gòu)、抑制基因不穩(wěn)定性和誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的衰老和凋亡，發(fā)揮腫瘤抑制劑的作用。隨著腫瘤進(jìn)展至晚期階段時，TGFβ會過度表達(dá)，并且通過抑制免疫監(jiān)視、促進(jìn)血管生成、誘導(dǎo)上皮－間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial－to－mesenchymal transition，EMT）來起到促進(jìn)腫瘤生長的作用［7］。

1.2 TGFβ受體（TGFBR）的結(jié)構(gòu)及功能 TGFβ在人體內(nèi)一些重要細(xì)胞中均表達(dá)，并在其正常發(fā)育和體內(nèi)穩(wěn)態(tài)中起到關(guān)鍵性作用。TGFβ在人體中的表達(dá)主要有3種形式（TGFβ1、2和3），它們是受體配體，有著類似的生物活性，在調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、遷移、分化和凋亡等過程中發(fā)揮重要作用。TGFβ受體也有3種，分別為轉(zhuǎn)化生長因子β受體1（TGFBR1）、轉(zhuǎn)化生長因子β受體2（TGFBR2）、轉(zhuǎn)化生長因子β受體3（TGFBR3），這3種受體幾乎存在于所有非轉(zhuǎn)化細(xì)胞的細(xì)胞膜上。

TGFBR1蛋白與TGFβ結(jié)合后活化，激活下游信號通路，促使細(xì)胞增殖、遷移。研究表明，在腫瘤組織中TGFBR1存在異常高表達(dá)［8－9］，其miRNA在核內(nèi)經(jīng)過RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄后，通過切割產(chǎn)生有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的前體miRNA，經(jīng)Dicer酶降解為成熟miRNA，加入到RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物中，與靶基因mRNA結(jié)合后調(diào)控靶基因mRNA，阻遏其轉(zhuǎn)錄后翻譯進(jìn)程。miRNA的表達(dá)失去調(diào)控后，影響腫瘤細(xì)胞的增殖、分化和凋亡，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮顯著作用。

TGFBR2與TGFβ結(jié)合，然后TGFBR2招募TGFBR1，該受體通過絲氨酸/蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)域，磷酸化SMAD2和SMAD3蛋白［10－11］，TGFBR1磷酸化后，SMAD2和SMAD3與SMAD4形成異聚體，然后轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核［10－11］，最終引起核內(nèi)TGFβ靶基因的改變。在腫瘤發(fā)展過程中，TGFβ信號通路通過機(jī)制改變腫瘤微環(huán)境，抑制機(jī)體免疫應(yīng)答反應(yīng)、刺激腫瘤血管形成等方式，加速腫瘤的產(chǎn)生、浸潤與轉(zhuǎn)移［12］。Guo等［13］研究表明，TGFBR2啟動子區(qū)G－875A的多態(tài)性能提高上皮細(xì)胞中TGFBR2轉(zhuǎn)錄活性，降低食管癌及胃癌的發(fā)病風(fēng)險。胰腺癌晚期，可通過檢測TGFBR2表達(dá)水平，預(yù)估患者生存期長短［14］。

TGFBR3是一種廣泛表達(dá)的TGFβ超家族受體，編碼基因由16個外顯子所構(gòu)成，在胚胎發(fā)育中發(fā)揮重要作用［15］。TGFBR3通過細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域與TGFβ結(jié)合，并由糖胺聚糖側(cè)鏈位點(diǎn)與bFGF2結(jié)合［16］。在胰腺導(dǎo)管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）發(fā)展過程中，TGFBR3表達(dá)受到巨噬細(xì)胞源性外泌體microRNA－501－3的調(diào)控，最終促使腫瘤細(xì)胞遷移，以及血管的形成［17］。

2 TGFβ信號通路在胰腺癌微環(huán)境表達(dá)及與免疫的關(guān)系

2.1 胰腺癌中的SMAD信號通路 在哺乳動物中共存在9種SMAD蛋白（SMAD1～9）。根據(jù)其在TGFβ信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中作用差異，被分為三類：包括受體調(diào)控型SMAD，共同通路型SMAD，抑制型SMAD。其中受體調(diào)控型SMAD又包括兩類，即由激活劑TGFβ激活的AR－SMAD（SMAD2/3），和由BMP等激活的BR－SMAD（SMAD1/5/9）［18］。在典型的TGFβ/SMAD信號通路中，TGFβ先與TGFBR2結(jié)合，然后TGFBR2招募TGFBR1，受體通過絲氨酸/蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)域，磷酸化SMAD2和SMAD3蛋白［11－12］，TGFBR1磷酸化后，SMAD2和SMAD3與SMAD4形成異聚體，最后轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)［11－12］（圖1），細(xì)胞核內(nèi)，SMAD4通過MH1結(jié)構(gòu)域與CAGAC基序關(guān)聯(lián)，并以特定方式改變基因表達(dá)［19］。在惡性胰腺上皮細(xì)胞內(nèi)，該通路對細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（CDK）抑制劑轉(zhuǎn)錄上調(diào)來阻斷細(xì)胞周期，且通過抑制細(xì)胞周期蛋白CDK復(fù)合物，阻斷G1期到S期的轉(zhuǎn)變。在Principe等［20］研究中證實(shí)胰腺特異性敲除TGFBR2或SMAD4基因的小鼠出現(xiàn)腫瘤形成和早期死亡率增加，故不少研究者認(rèn)為，SMAD介導(dǎo)的TGFβ信號通路中部分信號傳導(dǎo)是抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的。

圖1 胰腺癌微環(huán)境中TGFβ信號通路Figure 1 TGFβsignaling pathway in the pancreatic tumor microenvironment

按照目前的人類TCGA數(shù)據(jù)庫，在食道、胃、結(jié)直腸和胰腺腺癌25%～50%的病例中，均存在SMAD基因和TGFβ受體基因的突變。頭頸部、子宮內(nèi)膜腺癌、肺鱗癌在10%到20%的病例也存在這種突變過程?？偟膩碚f，這種功能失調(diào)的突變，為研究TGFβ途徑對胰腺腫瘤抑制作用提供了依據(jù)。PDAC和結(jié)直腸癌的基因工程小鼠模型已經(jīng)證實(shí)，TGFβ可以通過抑制惡性腫瘤前期細(xì)胞向更惡性表型的轉(zhuǎn)化，來實(shí)現(xiàn)對其的抑制作用。SMAD4是PDAC中最容易突變的基因之一，SMAD4基因的缺失會導(dǎo)致PDAC中信號發(fā)生改變，具體表現(xiàn)為誘導(dǎo)的細(xì)胞周期阻滯破壞、腫瘤細(xì)胞遷移能力增強(qiáng)以及對放化療敏感性的降低［21］。Shugang等［22］研究表明，SMAD4缺失或功能失活，可能與患者生存率下降、淋巴結(jié)累及、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移率增加及臨床治療失敗率的增高有著顯著相關(guān)性，故臨床中SMAD4表達(dá)與缺失可作為預(yù)后獨(dú)立的生物標(biāo)志物。盡管多項(xiàng)研究表明SMAD4與不良預(yù)后之間存在臨床相關(guān)性［22－24］，但目前關(guān)于SMAD4信號丟失促進(jìn)PDAC發(fā)生的機(jī)制尚未完全明確。

TGFβ/SMAD通路還是公認(rèn)的EMT、腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的介質(zhì)。胰腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞中，SMAD4基因敲除或缺失后，影響TGFβ誘導(dǎo)的腫瘤遷移和侵襲［25］。Leung等［26］體外研究表明，SMAD4基因完全缺失，能夠增加胰腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞惡性程度、提升腫瘤轉(zhuǎn)移概率，而對SMAD4基因進(jìn)行修復(fù)后，胰腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞惡性程度以及腫瘤轉(zhuǎn)移概率均相對下降。最后，最新的證據(jù)表明SMAD通路和晝夜節(jié)律之間存在相互作用，SMAD通路對時鐘蛋白基因DEC1、DEC2和CRY1進(jìn)行轉(zhuǎn)錄控制，通路激活使得時鐘改變，從而導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯、細(xì)胞凋亡增加、免疫逃避和對吉西他濱的敏感性增強(qiáng)［27］。

2.2 胰腺癌中非SMAD信號通路 TGFβ信號通路還涉及幾個非SMAD信號通路，包括MAPK、PI3K－Akt、NF－κB、JAKSTAT、Rho－GTPase等，通過這些通路的激活，介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移。非TGFβ/SMAD信號通路是高度復(fù)雜的，受到其他幾個信號級聯(lián)干擾。TGFβ信號通路途經(jīng)就是通過直接磷酸化ShcA啟動了ERK/MAPK通路［28］。研究［29］表明，ERK信號通路具有促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用，主要表現(xiàn)在ERK信號通路通過增強(qiáng)細(xì)胞的增殖、EMT、遷移和侵襲來加速腫瘤的形成。在非小細(xì)胞肺癌、結(jié)腸癌上皮細(xì)胞中，通過抑制ERK通路激活，進(jìn)而誘導(dǎo)多種上皮表型生成，從而阻遏了TGFβ誘導(dǎo)EMT［30］。在非惡性的胰腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞中，ERK是TGFβ誘導(dǎo)的p21表達(dá)所必需的，藥物抑制ERK的激活可以防止TGFβ誘導(dǎo)的p21和CDK2的復(fù)合物的形成［31］。但在表達(dá)SMAD4的PDAC細(xì)胞中，ERK的激活對TGFβ誘導(dǎo)的p21表達(dá)沒有影響。

除了上述ERK/MAPK途徑，PDAC中的TGFβ信號還涉及到其他信號級聯(lián)干擾，并且許多已在TGFβ誘導(dǎo)的EMT中得到相關(guān)研究。最新研究［32－33］表明，TGFβ誘導(dǎo)EMT相關(guān)的活性氧（reactive oxygen species，ROS）的改變，TGFβ在EMT期間通過改變腫瘤線粒體功能，增加ROS的產(chǎn)生。敲除TGFβ配體的PDAC細(xì)胞顯示出NOX4依賴的ROS產(chǎn)生增加，以及包括p38和JNK在內(nèi)的幾個應(yīng)激激活蛋白激酶的激活。上述數(shù)據(jù)表明，TGFβ信號傳導(dǎo)和氧化還原系統(tǒng)之間交集復(fù)雜，并涉及到其他效應(yīng)器，值得今后再進(jìn)一步研究。

2.3 TGFβ與胰腺癌微環(huán)境中免疫的關(guān)系 TGFβ是免疫平衡和耐受的主要執(zhí)行者，可以控制免疫系統(tǒng)組成部分的功能，信號傳遞的障礙是炎癥性病變的關(guān)鍵，從而促使了癌癥的發(fā)生。TGFβ同時也是腫瘤微環(huán)境中免疫抑制的關(guān)鍵，最近研究表明其在腫瘤免疫逃避和腫瘤免疫治療反應(yīng)不佳中起到關(guān)鍵作用。TGFβ可以控制多種免疫細(xì)胞產(chǎn)生和效應(yīng)功能［34］，通過直接誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞的擴(kuò)增，以及抑制效應(yīng)性T淋巴細(xì)胞和抗原呈遞樹突狀細(xì)胞的生成和功能，來調(diào)控機(jī)體適應(yīng)性免疫。同時TGFβ也可以通過抑制自然殺傷（NK）細(xì)胞和調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞及中性粒細(xì)胞的復(fù)雜活動來控制先天性免疫，并由此建立一個負(fù)性免疫調(diào)節(jié)輸入網(wǎng)絡(luò)。TGFβ在免疫調(diào)節(jié)中的作用，屬于細(xì)胞因子及家族成員在發(fā)育、平衡和組織再生中更廣泛的作用。這一途徑出現(xiàn)問題后會導(dǎo)致先天性缺陷、纖維化疾病、免疫失調(diào)和癌癥的發(fā)生。TGFβ通過對惡性腫瘤前期細(xì)胞的生長抑制和凋亡，產(chǎn)生了有效的腫瘤抑制作用［35］。去除TGFβ途徑或使其與細(xì)胞凋亡脫鉤的突變，不僅使細(xì)胞轉(zhuǎn)化為完全的惡性，而且同時它們能夠利用TGFβ創(chuàng)造一個免疫抑制的腫瘤微環(huán)境，形成額外的基質(zhì)修飾物，促進(jìn)腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移。

TGFβ作為腫瘤抑制因子，可誘發(fā)惡性腫瘤前期細(xì)胞的凋亡，從而阻止癌細(xì)胞的生長。但是，TGFβ途徑失活或與腫瘤抑制作用脫鉤的癌細(xì)胞克隆可利用TGFβ促進(jìn)腫瘤的發(fā)展。在這種改變背景下，腫瘤衍生的TGFβ可以誘導(dǎo)癌細(xì)胞和基質(zhì)中致瘤和促轉(zhuǎn)移反應(yīng)，包括形成免疫抑制的腫瘤微環(huán)境［36］。在腫瘤發(fā)生最初階段，TGFβ作為主要的腫瘤抑制因子發(fā)揮作用，在腫瘤細(xì)胞中實(shí)施細(xì)胞抑制和凋亡程序，促使炎癥的環(huán)境產(chǎn)生，使得腫瘤發(fā)生。

3 TGFβ藥物治療進(jìn)展

基于抑制TGFβ途徑的治療方法的開發(fā)進(jìn)展緩慢，其在制藥業(yè)中的低優(yōu)先級可能是有以下兩個原因：第一，長期以來有證據(jù)支持TGFβ途徑在一些情況下具有腫瘤抑制作用，這引發(fā)了人們對抑制TGFβ信號傳導(dǎo)可能惡化而非治愈腫瘤的擔(dān)憂；第二，發(fā)現(xiàn)第一代TGFBR1抑制劑在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谐霈F(xiàn)了明顯的心臟毒性［37］。在過去的幾年中，TGFβ信號通路成分在不同的免疫細(xì)胞類型（包括CD4＋、CD8＋T淋巴細(xì)胞、NK細(xì)胞或樹突狀細(xì)胞）中的遺傳消融，在腫瘤的臨床前模型中引發(fā)了強(qiáng)大的抗腫瘤反應(yīng)。以上研究，加上大量證據(jù)表明晚期腫瘤利用TGFβ進(jìn)行侵襲和轉(zhuǎn)移，引發(fā)了旨在阻斷腫瘤中TGFβ信號的多種方案的發(fā)展。其中測試最廣泛的化合物是Galunisertib（LY2157299），一種抑制TGFBR1激酶活性的小分子。Galunisertib聯(lián)合吉西他濱在一項(xiàng)針對胰腺癌的Ⅱ期臨床試驗(yàn)中顯示出明顯的治療活性［38］。另一項(xiàng)Ⅱ期臨床試驗(yàn)表明，用Galunisertib作為單藥治療的一部分肝細(xì)胞癌患者有治療反應(yīng)［39］。值得注意的是，Galunisertib在各種臨床試驗(yàn)中顯示出安全特征，并沒有出現(xiàn)明顯的心臟毒性［40］。

4 結(jié)語

綜上所述，TGFβ家族作為功能最廣泛的調(diào)節(jié)因子，不僅在控制胚胎發(fā)育、細(xì)胞增殖、分化、遷移、血管生成，以及免疫調(diào)控等方面發(fā)揮著生物學(xué)效應(yīng)，而且在晚期PDAC的發(fā)生發(fā)展中通過促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞免疫逃避，以及促進(jìn)血管的生成來發(fā)揮其促癌作用。但是，目前關(guān)于TGFβ信號對腫瘤的雙重效應(yīng)機(jī)制研究不完全，通路中相關(guān)因子的表達(dá)產(chǎn)生的影響也尚有待進(jìn)一步研究。不管最終機(jī)制如何，由于TGFβ家族表達(dá)與晚期胰腺腫瘤的增殖及侵襲能力增強(qiáng)都存在著明顯的相關(guān)性，而且TGFβ家族的表達(dá)與晚期胰腺腫瘤細(xì)胞的免疫逃避也有著一定的關(guān)聯(lián)性。上述研究成果均證明將TGFβ家族作為一個重要的抗胰腺腫瘤治療靶點(diǎn)是一個不錯的選擇，故TGFβ家族活性調(diào)節(jié)劑在臨床上作為抗胰腺腫瘤細(xì)胞異常增殖研究有著十分重要的應(yīng)用前景。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：張浩負(fù)責(zé)課題設(shè)計，資料分析，撰寫論文；侯曉凡、霍崢負(fù)責(zé)查閱文獻(xiàn)；劉林勛、趙占學(xué)、潘洪帥負(fù)責(zé)校正，修改論文，最后定稿。