TGF-β1在非小细胞肺癌中的研究进展

张 楠 综述，邓述恺 审校

(1.泸州医学院，四川 泸州646000;2.泸州医学院附属医院呼吸内科，四川 泸州646000)

转化生长因子－ β(transforming growth factor-β，TGF-β)是新近发现的具有多种生物学功能的生长因子超家族，在调节细胞生长和分化过程中起重要作用。近年来，许多学者在研究中发现TGF-β 与肿瘤的发生发展具有紧密的联系，表现为其对肿瘤的作用呈双相性，即在肿瘤早期抑制细胞增殖并诱导凋亡，而在肿瘤生长的进展期作为肿瘤生长的刺激因子加速肿瘤生长转移。这种在肿瘤发生初期与进展期相反的作用特点逐渐引起了人们的关注，使TGF-β 的研究成为了肿瘤学研究领域的一大热点。本文对TGF-β1 在非小细胞肺癌(non-small-cell lung cancer，NSCLC)中的研究进展做一简要综述。

1 TGF-β 及其受体的结构和生物学效应

TGF-β 是由相对分子质量为25 000 的同源二聚体组成，每个单体为112 个氯基酸，同活化素、抑制素、缪勒氏管抑制质和骨形成蛋白等共同构成调节细胞生长和分化的TGF-β 超家族［1］。TGF-β 在哺乳动物中，至少有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3 等几种亚型。其核苷酸序列具有高度同源性，且所编码的前体分子C 端都有一段保守的半胱氨酸序列。异构体间虽生物学特性非常接近，但分别由特定细胞表达。内皮细胞及结缔组织表达TGF-β1，上皮细胞及神经元细胞表达TGF-β2，间质细胞表达TGF-β3［2］。因此，人体内几乎所有正常及癌变的组织或细胞都能合成释放TGF-β，并表达其相应受体。目前，对TGF-β1 的研究最为深入。TGF-β1 的基因定位于染色体19q13，是由7 个外显子和6 个内含子组成，都是以无活性前体形式存在，需经活化后才具生物学活性。TGF-β 无论是通过自分泌途径还是旁分泌途径，都要与其受体结合才能发挥作用。TGF-β 受体(TβR)是TGF-β 细胞膜表面高亲和力结合蛋白，用标记分析法鉴定并命名了3 种TβR的亚型:Tβ-I、Tβ-Ⅱ、Tβ-Ⅲ，相对分子质量分别为53 000、70 000 ～85 000、250 000 ～350 000。其中I、Ⅱ型受体为单次跨膜的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，通过磷酸化Smads 启动信号转导，而Ⅲ型受体是一种跨膜的蛋白聚糖，单独存在时缺乏内在活性，却对TGF-β对机体发挥作用有重要影响［3］。

最初对TGF-β 的生物学功能研究主要在炎症与组织修复等方面，近年来逐渐发现TGF-β 对细胞的生长、分化和免疫功能都有重要的调节作用。具体包括了:调节细胞增殖、分化、凋亡、迁移、黏附以及细胞外基质的产生、抑制免疫活性细胞增殖和淋巴细胞的分化、抑制细胞因子产生以及影响原癌基因的表达［4］。其中TGF-β1 还能诱导c-sis 的表达，并抑制了c-myc的表达，这种诱导或抑制作用与肿瘤发生有关［5］。

2 TGF-β 的信号通路与对肿瘤影响机制

2.1 TGF-β 的信号通路 目前，对TGF-β 的信号通路中细胞表面的TβR 激活、Smad 转录复合物的形成和Smad 转录复合物的作用机制已基本清楚。Smad 介导了TGF-β 的胞内信号转导，是目前所知惟一的TβR胞内激酶的底物。近年来，越来越多的研究文献提示，还存在独立的Smad 的TGF-β 信号转导引发的细胞效应。TGF-β 的信号传导有赖于Tβ-I与Tβ-Ⅱ的共同存在，TβRⅡ可以不依赖Tβ-I而与TGF-β 结合，但需要Tβ-I向下游传递信号。Tβ-Ⅲ不直接参与信号的传递，主要是调节TGF-β 与信号受体的结合。TGF-β首先与Tβ-Ⅱ结合，TGF-β 的构像会发生改变，易被Tβ-I识别而形成Tβ-Ⅱ-TGF-β-Tβ-I复合物。活化的Tβ-I 进而特异性地识别和磷酸化受体调节性Smad蛋白。Smad 蛋白有由Smad 基因编码的相对分子质量为42 000 ～60 000 的蛋白分子，是TGF-β 受体复合物的下游信号调节蛋白，存在于细胞浆中可将信号由胞膜直接传导至胞核［6］。目前，在哺乳动物中已发现8种Smad 蛋白，从结构和功能上分为3 个亚型:1)受体调节性Smad(R-Smad)包括Smad1、2、3、5、8，作为TβRI 激酶的底物活化后入核并调节特异基因的表达;2)共同介导的Smad(Co-Smad)包括Smad4，其能与RSmad 相互作用形成异聚体;3)抑制性Smad(I-Smad)包括Smad6、7 对R-Smad 和Co-Smad 介导的基因表达通过抑制R-Smad 的磷酸化及其与Co-Smad 的结合，从而对TGF-β 信号传导起负调控作用［7］。

2.2 TGF-β 对肿瘤影响机制 在正常的生理条件下，TGF-β/Smad 途径在肿瘤发展的早期具有抑制肿瘤发展的作用，抑制细胞增殖，使细胞停留在G1期，诱导细胞凋亡。但在特定的情况下，如TβR 基因突变或Smad 蛋白功能的丧失，细胞丢失对TGF-β 诱导的生长抑制和凋亡信号的敏感性，细胞的生长失去调控，诱发细胞突变，导致癌变的发生。在许多人类肿瘤中发现发生TβR 的改变，表现为基因突变、水平降低、功能丧失。针对Tβ-Ⅱ重复多嘌呤区的突变在胃肿瘤和胶质瘤研究中已有发现，但在子宫内膜癌、肝癌和乳腺癌中相对较少见。另外，Tβ-I的突变虽然比较少见，但也有报道在卵巢、乳腺和胰腺恶性肿瘤以及T 细胞淋巴瘤中发现了Tβ-I的突变［8］。另外，TGF-β 下游信号Smad 家族的功能丧失同样的表现在许多人类肿瘤中，Smad 表达的丢失可使细胞逃避TGF-β 介导的生长抑制效应，导致癌变的发生。在TGF-β/Smad 信号通路中的任一环节异常都可引起信号通路紊乱，从而导致多种肿瘤的发生。目前已在前列腺癌、乳腺癌、胃癌、结肠癌、膀胱癌及白血病等肿瘤中，发现TGF-β 信号传导途径中至少有一个成分发生改变［9］。最常见的是Smad4 的突变体在胰腺癌、结肠直肠癌中的有相当高的检出率。同时转录调节因子的突变体也已在多种肿瘤细胞中被发现，如Akhurst 等［10］多次报道了在白血病、胃、肠癌组织中发现CBP/P300 的突变。TGFβ 还可诱导上皮细胞和纤维母细胞中血管生成因子和连接组织生长因子的表达，并可诱导内皮细胞和肿瘤细胞中基质金属蛋白酶-2、-9 的表达、分泌和激活，导致内皮细胞从基底膜上脱离。这一系列表现可能就是TGF-β 的癌变机制。而在临床研究中已经证实肿瘤内或外周血中TGF-β 表达的上调与肿瘤微血管的密度呈正相关，可作为患者预后不良的指标［11］。

3 TGF-β1 与NSCLC 的关系

肺癌作为我国目前发病率和致死率最高的肿瘤之一，其中又以NSCLC 为主(约占80%左右)，虽然近年来人们在NSCLC 的诊疗方面取得了较大发展，但是大多数NSCLC 患者发现时已是晚期，失去了最佳治疗时机。人们迫切需求一种较为可靠的指标早期发现诊断NSCLC，评估肿瘤进展情况及其预后，而TGF-β1 与NSCLC 发生及进展密切相关。早在1998年Asselin-Patupel 等［12］从新鲜肿瘤标本中提取mRNA 进行反转录PCR，发现所有NSCLC 均有TGF-β1 mRNA 的高表达，提出TGF-β1 与NSCLC 可能存在某种联系。而Domagała-Kulawik 等［13］通过测定肺癌患者支气管肺泡液也发现存在高含量的TGF-β1，进一步肯定了两者之间的联系。在接下来的研究中逐步证实了TGF-β1 表达也与肿瘤临床分期有关。Hasegawa 等［14］应用酶联免疫吸附法对NSCLC 组织中的TGF-β1 水平进行检测，结果显示，Ⅲ期患者与I、Ⅱ期患者相比，TGF-β1水平明显增高。同样的Saji 等［15］通过对TGF-β1 mRNA 水平的检测表明也证实TGF-β1 在肺腺癌组织中的表达明显高于非肿瘤肺组织，并且随着肿瘤分期的升高其表达也增加，同时淋巴结转移组的TGF-β1 表达水平高于无转移组，最后经过多组实验研究后指出TGF-B1 是促进NSCLC 肺转移的重要影响因子之一。马进安等［16］研究发现，TGF-β1 的阳性表达在腺癌中的表达高于鳞癌和小细胞癌，并再次验证了TGF-β1与淋巴结转移和临床分期明显相关。这可能与肿瘤细胞产生的TGF-β1 能增强纤维蛋白酶，透明质酸酶的活性，导致细胞基膜降解，从而使肿瘤运行能力提高，促进肺癌转移有关［17］。在相关动物实验中证实，小鼠的神经原癌基因中活化TGF-β 信号增加了肺转移的数目同时却延缓了原发肿瘤的生长，其结果再次强调TGF-β 在对肿瘤转移的影响及肿瘤发生的双重功能［18］。但是在李程华等［19］的实验中得出了不同的结论，其指出虽然肺癌患者的血清TGF-β1 浓度高于健康对照者肺癌患者血清TGF-β1，但诊断肺癌的灵敏度和特异性分别仅为49%和70%，并且浓度与TNM 分期、淋巴结转移、病理分型无相关性。手术前后及化疗前后血清TGF-β1 浓度差异无统计学意义。当然，肺癌的发生发展是一个极其复杂的过程其中涉及诸多因素。但可以看出，TGF-β1 在诸多研究中均表现出与NSCLC 发生发展密切相关，表明其在NSCLC 中起着非常重要的作用。作为一项监测NSCLC 发生以及判断肺癌细胞恶性程度的指标，具有较高的价值。但是，鉴于TGF-β1 生物特性相当广泛，不仅仅是多种其他恶性肿瘤表现为TGF-β1 升高，在肺纤维化、肝硬化、肾病综合征、自身免疫性疾病中均起重要作用，因此在NSCLC 中TGF β1 的特异性不高，只能成为诊断肺癌及评估预后的参考指标，不能作为单独诊断肺癌的指标，还需要结合其他诊断指标。

4 TGF-β1 在肺癌辅助诊断及治疗中的应用前景

由于上述的原因，TGF-β1 特异性不高，这需结合其他诊断指标综合做出正确评价，这就还需要研究诊断肺癌的最优血清肿瘤标志物组合，从而有效提高肺癌诊断的准确性。国内有研究［20］表明，将血清中神经元特异性烯醇化酶、胃泌素释放肽前体、细胞角蛋白l9、p53 抗体和癌胚抗原等5 种肿瘤标志物联合检测，敏感性明显比检测单项血清肿瘤标志物要高。那么联合TGF-β1 这一指标的检测是否能提高检测的敏感性，能否对早期的NSCLC 诊断提供帮助，目前还缺少相关的研究，但TGF-β1 作为补充检测指标具有广阔的前景和研究价值。同时患者治疗前后TGF-β1 水平的变化，其在检测肺癌治疗后的疗效及复发方面的价值，目前仍无统一的结论，也有待进一步研究。可以肯定的是TGF-β 在肿瘤发展的不同时期起着相反的作用，那么在肿瘤的早期预防和进展期治疗方面TGF-β都将发挥重要作用。一方面在肿瘤早期，细胞微环境中生理活性的TGF-β 作为抑癌因子存在，因此对肿瘤高发人群应用TGF-β 诱导剂有预防癌发生的作用。另一方面，在癌变进展期，多数肿瘤细胞对TGF-β 是耐受的，此时期对肿瘤治疗的关键在于恢复癌细胞对TGF-β 的敏感性及抑制过度表达的TGF-β，从这两方面着手来抑制肿瘤的浸润和转移是可行的。目前，已经有用TGF-β 结合蛋白通过阻断TβR 的作用，阻断其上游信号转导从而抑制肿瘤的发生和发展的研究［21-22］。随着对Smad 介导的TGF-β 胞内信号转导研究的深入，有望通过对胞内与核内信号过程进行干预来达到治疗疾病的目的。基因敲除动物模型及日益发展的分子生物学技术为这些研究提供了很好的条件。在针对TGF-β 信号通路在NSCLC 中的治疗面临的挑战是:如何恢复早期丟失的肿瘤抑制功能，而不是完全消除TGF-β 的其他功能［23］。在2010年Ganapathy 等［24］的研究中TGF-β 拮抗剂可能的临床应用试验中表明了其在治疗上的前景。2 个TGF-β 拮抗剂小鼠单克隆泛TGF-β 中和抗体以及Tβ-I和Tβ-Ⅱ激酶化学抑制剂被证明有效地阻止在体外受体相关的Smad蛋白，此外这2 种拮抗剂显著的减少了肿瘤向肺脏与骨的转移，关于针对TGF-β 的靶向治疗有望成为一种新的靶向药物用于临床治疗。不幸的是晚期NSCLC的典型特征是局部或全身性的TGF-β 的水平升高，TGF-β 对肿瘤抑制减弱导致肿瘤进展。TGF-β 拮抗剂可能对此是有效的，然而TGF-β 拮抗剂可能对正常组织细胞产生不良作用。如何才能达到治疗作用的同时消除对正常组织细胞的不良作用有待于接下来进一步研究。

5 小结

综上所述，随着基础和临床研究的开展，人类对TGF-β1 的认识将更加全面，TGF-β1 在肺癌的研究还存在着广阔的空间和研究前景。而对TGF-β1 与肿瘤发生发展关系的作用机制的进一步研究，可以为肿瘤病因学研究提供新的认识，为肿瘤的预防和治疗提供新的方法，为肿瘤学的发展提供更为广阔的前景。

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