TGF撥Smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系

1、TGF?撥?/Smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系    轉(zhuǎn)化生長因子?撥?(Transforming growth factor，TGF?撥?)信號傳導(dǎo)通路在發(fā)育和生長過程中有重要作用。通路中任一環(huán)節(jié)的變化，都會導(dǎo)致信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常，可能與腫瘤發(fā)生、發(fā)展及腫瘤的轉(zhuǎn)移有密切關(guān)系1。Smads蛋白是TGF?撥攣壞淖饔玫孜錚?能把TGF?撥灤藕糯酉赴?外傳遞到細胞核的中介分子，是該信號通路中的關(guān)鍵步驟2。因此深入研究TGF?撥?/Smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑與腫瘤發(fā)生發(fā)展的相關(guān)性，對腫瘤轉(zhuǎn)移的防治有重要意義。    1 

2、TGF?撥魯?家族及其受體    1.1  TGF?撥魯?家族    TGF?撥魯?家族包含許多種結(jié)構(gòu)上相關(guān)的多肽段生長因子，包括：TGF?撥卵切停?activins/inhibins(激動子/抑制子)，骨形態(tài)發(fā)生蛋白(Bone morphgenetic proteins，BMPs)，苗勒抑制素(Mullerrian inhibiting substance,MIS)等。TGF?撥掠?5種異構(gòu)體形式，哺乳動物體內(nèi)只有TGF?撥?13 3種。大量文獻3-4 報道，TGF?撥魯?家族在調(diào)節(jié)細胞的生長、分化、凋亡、黏附、細胞外基質(zhì)

3、合成與沉積、胚胎發(fā)生和組織修復(fù)、炎癥反應(yīng)及纖維化中起著重要的作用。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常與腫瘤的發(fā)生有著密切的關(guān)系。    TGF?撥略謚琢鱟櫓?中起到了一個復(fù)雜的雙向作用。腫瘤發(fā)生早期，TGF?撥巒ü?其廣泛的多細胞抑制起到一個腫瘤抑制子的作用，而在腫瘤形成后，則起到促其增殖作用1。這可能是由于TGF?撥灤藕諾陌?內(nèi)介導(dǎo)子在腫瘤組織中失活造成TGF?撥碌腦鮒騁種譜饔眉醯停?導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，而TGF?撥倫隕磧址蠢緣謀澩鐫齦摺齦叩?TGF?撥濾涫?去了抑制腫瘤的生長作用，卻沒有喪失對免疫細胞(NK細胞，LAK細胞等)的抑制作用，因此造成腫瘤細胞發(fā)生免疫逃避，從而促進

4、腫瘤細胞的浸潤和轉(zhuǎn)移5。    1.2  TGF?撥率芴?    TGF?撥掠?xùn)V芴褰岷鮮切藕糯?導(dǎo)的第一步，現(xiàn)在認為在細胞膜表面存在著4種TGF?撥率芴澹? 受體、具有絲/蘇氨酸蛋白激酶的活性，其介導(dǎo)了兩步磷酸化級聯(lián)。TGF?撥錄易宄稍筆紫扔?xùn)V芴澧蚪岷喜睿?再與受體I結(jié)合形成復(fù)合物，并通過磷酸化途徑激活受體I。受體I、可通過其結(jié)構(gòu)區(qū)分，如：受體有一個短的胞內(nèi)片段和一個與激酶區(qū)域緊緊相連的GS區(qū)域。在這段約30個氨基酸的區(qū)域中包含一個甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸的序列TISGSGSG，GS區(qū)域的磷酸化和受體、的激活在TGF?撥灤藕胖

5、杏蟹淺匾?的作用6。受體是由853個氨基酸組成的蛋白多糖，具有特征性的膜鑲嵌結(jié)構(gòu)，可作為TGF?撥碌陌?外儲存庫，調(diào)節(jié)活性TGF?撥掠?xùn)V芴甯春銜錛淶慕喲?7。    2  Smads蛋白在TGF?撥灤藕拋?導(dǎo)中的作用    2.1  Smads蛋白亞家族    Smad是Mad和Sma蛋白及其類似物的統(tǒng)稱。至今在哺乳動物已經(jīng)分離鑒定的Smad蛋白有9種，用Smad19表示。Smad蛋白分子量為(46)×104，其一級結(jié)構(gòu)分3個功能區(qū)：高度保守的N區(qū)(MH1)和C區(qū)(MH2)及

6、富含脯氨酸(Pro)、序列長度不一的中間連接區(qū)(L)。MH2是功能效應(yīng)區(qū)，MH1是MH2的功能抑制區(qū)。Smad蛋白的MH1與IVIH2以結(jié)合狀態(tài)存在，當(dāng)受體與配體結(jié)合被活化后兩者解離，形成Smad復(fù)合體向核內(nèi)移行，在此引起靶基因的轉(zhuǎn)錄8。    根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能不同可分為3類：受體特異型Smad(receptor?specific Smad，R?Smad)，由受體所激活的Smad蛋白，包括Smad1、2、3、5、8等，他們在TGF?撥魯?家族信號傳遞中發(fā)揮作用。共同型Smad(common mediator Smad，Co?Smad)，在人類中是Smad4，當(dāng)受體

7、特異型Smad被磷酸化后即與受體分離，Smad4便與受體特異型Smad在胞質(zhì)中結(jié)合形成雜聚體，然后轉(zhuǎn)位至細胞核內(nèi)調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄。抑制型Smad(inhibitory Smad，I?Smad)，包括Smad6、7，在TGF?撥灤藕糯?導(dǎo)過程中起到負調(diào)節(jié)的作用。Smad7與受體特異型Smad競爭性地與受體相結(jié)合，由于Smad7與受體的親和力大于R?Smad，它可以完全抑制R?Smad與受體相互作用和磷酸化，從而抑制信號的傳遞。Smad6是TGF?撥魯?家族中BMP信號系統(tǒng)的抑制因子，它除了可以抑制受體特異型Smad與受體I相結(jié)合，還可以通過與Smad1相互作用來阻止Smad1和Smad4的結(jié)合，

8、抑制信號的傳遞。   2.2  TGF?撥灤藕磐?路傳導(dǎo)過程    TGF?撥率紫扔?xùn)V芴澧蚪岷喜?其激活，再與受體I結(jié)合通過磷酸化途徑激活受體，活化的受體依次磷酸化Smad2、3羧基端的SSXS模序，從而激活Smad2、3，受體的L45環(huán)與Smad2、3的MH2區(qū)的L3環(huán)決定了Smad2、3是受體的惟一底物9。活化的Smad2、3形成同型復(fù)合體，并與Smad4結(jié)合形成異型復(fù)合體，后易位于胞核，單獨或(和)其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子協(xié)同調(diào)節(jié)靶基因的表達10。在TGF?撥灤藕糯?導(dǎo)通路中Smad6、7通過與Smad2、3競爭相結(jié)合受體以及干擾Sma

9、d2、3和Smad4的結(jié)合來抑制TGF?撥灤藕諾拇?導(dǎo)。Smad4在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中起到瓶頸作用。    3  TGF?撥?/Smads對細胞周期的調(diào)控作用    TGF?撥巒ü?細胞周期G1期抑制不同類型細胞的增殖，其抗增殖效應(yīng)是多重機制，具有細胞特異性，例如：在人類角化細胞系，TGF?撥掄?調(diào)控CDK抑制因子p15、p21的表達，其抑制CDK4/6?cyclin D和CDK2 cyclin E介導(dǎo)成視網(wǎng)膜母細胞瘤的磷酸化。然而在其他類型細胞中，TGF?撥驢捎行腦黽?p15的轉(zhuǎn)錄。p27結(jié)合cyclin D1?CD

10、K4，其復(fù)合物可結(jié)合并抑制cyclin E?CDK2。TGF?撥率峭ü?Spl結(jié)合位點正調(diào)控p27和p15的表達。Spl是維持p15轉(zhuǎn)錄的基本因素11。TGF?撥掠盞嫉?Smad2、Smad3、Smad4與Spl結(jié)合形成復(fù)合體，促進p15的表達。    C?Myc可通過與Smads相互作用而連接到p15基因啟動子上的Sp1.Smad復(fù)合物12。近期研究13證實，c?Myc TIE由抑制性Smad連接元件(RSBE)和E2F重疊組成，至少與Smad3、Smad4、E2F4和p107連接。有研究14發(fā)現(xiàn)，c?Myc抑制TGF?撥錄?p15啟動子的過程。Myc

11、相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(Miz?1)，可與CDK抑制因子p15啟動子轉(zhuǎn)錄起始元件(Inr)結(jié)合，促進p15表達，在缺乏TGF?撥露?c?Myc的抑制時，c?Myc和Max與Miz?1形成復(fù)合物，阻斷了Miz?1與Inr結(jié)合而激活的轉(zhuǎn)錄作用。    4  TGF?撥?/Smads信號傳導(dǎo)通路與腫瘤    現(xiàn)代腫瘤分子生物學(xué)研究表明，TGF?撥?/Smads與腫瘤的發(fā)展密切相關(guān)。在早期，對腫瘤的生長呈抑制作用，通路中任一元件發(fā)生突變都將會影響信號的傳遞，使細胞逃避TGF?撥陸櫚嫉納?長抑制作用，從而具有選擇性生長優(yōu)勢，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生與發(fā)展

12、1。但對于進展期和晚期腫瘤呈促進作用，并能增強其侵襲力和惡性程度15。4.1  TGF?撥?/Smads在腫瘤中的突變    多項研究證明多種不同病理類型實體瘤細胞(如胃腸道癌、肝癌、肺癌、食管癌)存在著多種TGF?撥?/Smads信號傳導(dǎo)通路的突變。TGF?撥率芴搴?Smads的突變可使腫瘤細胞對TGF?撥掠盞嫉納?長抑制和凋亡作用有抗性。TGF?撥壟裥褪芴寤?因位于9p22，惡性腫瘤中TGF?撥壟裥褪芴迦筆蟯槐湎嘍隕偌?。TGF?撥壟蛐褪芴寤?因位于3p22， 已在人頭頸部、胃、結(jié)腸、乳腺、卵巢多種腫瘤中鑒定了TGF?撥壟蛐褪芴宓牟煌?形式突變。目前

13、已證實，腫瘤細胞逃避TGF?撥賂旱骺氐某?機制是TGF?撥率芴灞澩鍤芤種啤繚誑誶渙郯?TGF?撥率芴灞澩鏘陸擔(dān)?16。將dnTGF?撥壟蛐褪芴?cDNA轉(zhuǎn)染到TGF?撥亂種頻目誶渙郯赴?系，促進腫瘤細胞的生長和肺轉(zhuǎn)移17。由此可知TGF?撥壟蛐褪芴寤?因的改變及因此造成的mRNA及蛋白質(zhì)的變化，是造成癌細胞逃避TGF?撥碌淖苑置詡芭苑置誑刂頻幕?制之一。    Smads基因突變或功能失活在人類腫瘤的發(fā)生中起著重要的作用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)約50%胰腺癌存在Smad4/DPC4缺失和突變；直腸癌、頭頸部腫瘤中發(fā)現(xiàn)Smad2突變，肝細胞癌有Smad2和Smad4基因突變。二者

14、均定位于18q21，在Smad2和Smad4的MH2結(jié)構(gòu)域經(jīng)常發(fā)生點突變和移碼突變，產(chǎn)生早熟的蛋白。Smad4的MH2結(jié)構(gòu)域突變破壞了蛋白的核心結(jié)構(gòu)，從而喪失了形成Smads蛋白復(fù)合體，阻斷了受體依賴的R?Smad磷酸化作用或產(chǎn)生不穩(wěn)定的Smads蛋白，并可以引發(fā)MH1和MH2親和力增加，進而阻滯TGF?撥露園赴?的抑制作用6。在MDCK細胞系中，過表達兩種Smad2的腫瘤突變體(Smad2.D450E和Smad2.P445H)可促進誘導(dǎo)的細胞浸潤。兩種突變體保留了部分TGF?撥亂覽檔男藕糯?導(dǎo)功能。Smad4蛋白MH1結(jié)構(gòu)域的錯義突變導(dǎo)致Smad4蛋白與DNA 結(jié)合能力明顯降低，MH1結(jié)構(gòu)域

15、與DNA結(jié)合。一些突變引起Smad蛋白穩(wěn)定性降低，特別是Smad4.R1ooT和Smad2.R133C迅速通過泛素?駁鞍酌竿揪督到狻行?Smad4突變蛋白(Smad4.G65V、Smad4.P130S)，TGF?撥麓碳笤諍四諢?累，并不執(zhí)行功能18。這樣，Smad基因的錯義突變通過不同的機制削弱或改變了TGF?撥灤藕拋?導(dǎo)途徑，誘導(dǎo)腫瘤的始動。     4.2  TGF?撥?/Smads信號傳導(dǎo)通路與腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移    對4NQO誘導(dǎo)的15個大鼠口腔癌細胞系TGF?撥碌淖苑置謐純齙?研究中發(fā)現(xiàn)，與正常對照組相比，有12個

16、細胞系TGF?撥碌姆置詡跎伲?其中6個細胞系未檢出TGF?撥攏?而另外3個細胞系分泌了較多的TGF?撥攏?還發(fā)現(xiàn)TGF?撥路置諏康畝嗌儆脛琢齠裥猿潭任薰亍腥私?TGF?撥? cDNA轉(zhuǎn)染到人惡性口腔上皮角化細胞系(BICR31和H314)，可抑制細胞的生長和腫瘤的形成。同時有研究發(fā)現(xiàn)，TGF?撥虜喚鲆種葡赴?的生長，同時還抑制腫瘤細胞的肺轉(zhuǎn)移 。而Dunning等19研究發(fā)現(xiàn)TGF?撥?1基因的單核苷酸多態(tài)(single nucleotide polymorphisms)連鎖不均衡可引起TGF?撥?1分泌增加，促使乳腺癌細胞侵襲力增強。    對腫瘤的生長和浸潤起

17、重要作用的是腫瘤血管，血管提供腫瘤細胞營養(yǎng)和氧分。腫瘤細胞內(nèi)滲到血液系統(tǒng)，導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移。TGF?撥略謖?常的血管發(fā)生和保持血管完整性有重要作用。TGF?撥略謚琢魷赴?中可誘導(dǎo)表達血管內(nèi)皮生長因子、金屬蛋白酶MMP?2和MMP?9，負調(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，有利于腫瘤細胞的遷移和浸潤適當(dāng)?shù)难苌掀ぜ毎?，直接或間接的縱容了腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移。腫瘤細胞的浸潤和轉(zhuǎn)移，必然會引起血液中和繼發(fā)灶的免疫應(yīng)答反應(yīng)。TGF?撥率喬痹詰拿庖咭種埔蜃櫻?同時也是免疫調(diào)控因子。激活的TGF?撥灤藕畔低郴箍梢種屏馨拖赴?的分化、增殖和功能的激活；TGF?撥灤藕嘔箍梢種?B細胞免疫球蛋白的合成，

18、TGF?撥?1在腫瘤細胞中過量表達破壞了宿主T細胞介導(dǎo)的細胞毒性作用，縱容了腫瘤細胞的進一步發(fā)展。    5  展望    TGF?撥率腔?體正常細胞及上皮性腫瘤細胞生長的負調(diào)控因子。大量研究表明，TGF?撥率侵匾?的腫瘤抑制物，但也參與了腫瘤的發(fā)生、進展和轉(zhuǎn)移等各個方面。其受體尤其是TGF?撥壟蛐褪芴宓謀澩鍶筆?是腫瘤發(fā)生的一個重要原因。Smads是TGF?撥錄易逯兄匾?的細胞內(nèi)介質(zhì)，由胞膜上絲氨酸，蘇氨酸激酶受體激活，將信號傳導(dǎo)至細胞核，并在細胞核中起轉(zhuǎn)錄子的作用。不同的刺激可對Smads蛋白的活性起到正調(diào)控或負調(diào)控作用

19、。Smads基因突變或功能失活與人類腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。隨著對TGF?撥?/Smads信號傳導(dǎo)通路及其與腫瘤關(guān)系研究的不斷深入，人們對此通路在腫瘤演進過程中的作用機制的認識不斷增加，這對闡明腫瘤的發(fā)生機制及對腫瘤預(yù)防和臨床治療都將具有十分重要的意義。 【參考文獻】  1 Subramanian G, Schwarz R E, Higgins L, et al. Targeting endogenous transforming growth factor beta receptor signaling in SMAD4?deficient pancreatic carcin

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