转化生长因子β在胶质瘤免疫中的作用

陈 莉，孙 欢(综述)，艾文兵(审校)

(三峡大学仁和医院神经外科，湖北 宜昌 443000)

转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)是一种多功能细胞因子，参与细胞的生长、存活、分化、迁移和免疫细胞的活化。在某些肿瘤中，TGF-β可以促进肿瘤的增殖、血管生成、侵袭、转移和免疫抑制，特别是其作为免疫抑制因子的作用，在胶质瘤以及其他大量肿瘤中被广泛地关注。有报道指出，胶质瘤患者血清中TGF-β水平显著地增高，且与胶质瘤的级别和临床预后密切相关[1-2]。这似乎预示着TGF-β在胶质瘤的发生、发展中起着至关重要的作用。

1 TGF-β及其介导的信号通路

TGF-β是一种多功能的细胞因子，参与调节胚胎发育和组织稳态[3]。脊椎动物 TGF-β超家族包括包括TGF-β、骨形态发生蛋白、激活素、抑制素等[4]。哺乳动物有三种TGF-β亚型：TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3，它们合成后以潜在的二聚体存在和潜在的TGF-β需通过蛋白酶处理才能成为活化形式。典型的TGF-β信号通路是指受体介导的Smad蛋白磷酸化，继而激活胞内不同的信号通路[5]。TGF-β有两种受体：1型和2型丝氨酸/苏氨酸受体(TβRⅠ和TβRⅡ)。TGF-β先与TβRⅡ结合形成受体复合物，同时激活TβRⅡ磷酸化激酶，TβRⅠ能够分辨此复合物并与其相互结合，继而又被TβRⅡ磷酸化激酶磷酸化而激活，活化的TβRⅠ磷酸化其下游重要的调控因子Smad2/3，Smad2/3蛋白结合形成复合体后与 Smad-4结合，最后进入细胞核，在其他各种转录调控因子的协同作用下调控靶基因的转录[6]。除了典型的TGF-β/Smad通路外，TGF-β还可以激活非典型的Smad信号通路，包括丝裂原激活蛋白激酶、TGF-β激活激酶1、Ras信号系统等。

2 TGF-β与肿瘤

在细胞水平，TGF-β参与细胞的生长、存活、分化、迁移和免疫细胞的活化[3]。TGF-β通过一个复杂的网络执行这些功能，不同的配体受体结合激活下游广泛的信号通路[5-6]。目前观点认为TGF-β既有肿瘤抑制功能也有肿瘤促进功能。TGF-β被认为有肿瘤抑制作用的原因是它是上皮细胞、星形胶质细胞和免疫细胞增殖的强效抑制剂。然而，一些肿瘤却能逃脱TGF-β的抑制作用，如通过突变TGF-β通路中的某一部分。某些恶性肿瘤，在有选择性地丢失TGF-β增殖抑制功能的同时，却保留其他功能的完整性[3]。在这些肿瘤中，TGF-β可以促进肿瘤增殖、血管生成、侵袭、转移和免疫抑制。因此，TGF-β在肿瘤发生中具有双重功能，但具体扮演哪种功能取决于肿瘤所在阶段和类型[3]。这种肿瘤抑制到致瘤转换也被称为“TGF-β paradox”[7]。研究表明，Smad依赖的信号导致生长抑制和凋亡，而非经典信号在许多进展和转移性肿瘤中占优势[8]。总得来说，来自于肿瘤细胞(自分泌)和微环境(旁分泌)的TGF-β影响了肿瘤的生长和进程。

3 TGF-β与恶性胶质瘤

恶性胶质瘤占中枢神经系统肿瘤的80%，基本上不可治愈，临床病理由低级别到高级别组成，并且几乎所有的低级别胶质瘤最终都会发展为高级别胶质瘤，这些肿瘤进展经历一系列阶段，包括细胞转化、细胞增殖信号活化、细胞周期失控、获得侵袭表型、增强血管生成和进一步克隆进化[9]。在与胶质瘤相关的多种信号通路中，TGF-β信号通路在调节肿瘤细胞的上述行为中起着至关重要的作用。有报道指出，胶质瘤患者血清中TGF-β水平显著地增高，且与胶质瘤的级别和预后相关[1-2]。Sasaki等[1]研究表明，恶性胶质瘤培养上清中包含活化的和潜伏的TGF-β1和TGF-β2。Kjellman等[2]用免疫组织化学法分别对胶质母细胞瘤、星形细胞瘤及胶质增生组织中的TGF-β表达进行研究，结果发现，TGF-β在这3种组织中的表达存在明显差异，在胶质增生组织表达低，而在星形细胞瘤和胶质母细胞瘤的表达明显升高，且随肿瘤恶性程度的上升其表达水平也升高。而到目前为止，还没有证据表明在胶质瘤中TGF-β有抗肿瘤作用的可能。实际上，脑肿瘤中表达的TGF-β通过增强生长、迁移、侵袭、血管生成、免疫抑制和干细胞性能，从而有利于肿瘤生存。胶质瘤中TGF-β来自胶质瘤细胞或小胶质细胞[1,10]。自分泌的TGF-β在胶质瘤细胞株和外科手术切除的胶质瘤中都被发现。

4 TGF-β与胶质瘤介导的免疫抑制

在胶质瘤进展的各个阶段，抗肿瘤免疫应答都被大大地削弱。胶质瘤缺乏有效抗肿瘤应答的原因是胶质瘤细胞缺乏特异性的肿瘤抗原或脑组织中缺乏专职的抗原呈递细胞[11]。TGF-β作为免疫抑制因子的作用在胶质瘤以及其他大量肿瘤中被关注[11]。TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3在不同的胶质瘤组织和细胞中表达不同，但TGF-β2是多形性胶质母细胞瘤中表达上调最丰富的亚型，TGF-β2涉及胶质瘤相关的免疫抑制，然而TGF-β1被证明是胶质瘤运动的刺激物[12-13]。

TGF-β对免疫系统所有细胞都发挥着抑制作用。TGF-β阻止了细胞毒性T细胞、CD4阳性细胞的分化和成熟，抑制了胶质瘤细胞、巨噬细胞和小胶质细胞表面主要组织相容性复合体Ⅱ类分子的表达，并导致巨噬细胞/小胶质细胞吞噬活性降低[14-15]。TGF-β也能通过下调肿瘤坏死因子α、过氧化氢和一氧化氮的生成抑制巨噬细胞的活化，同时增加免疫抑制细胞因子白细胞介素10的生成[16]。TGF-β减少了胶质瘤患者自然杀伤细胞和CD8+T细胞表面自然杀伤细胞活化型受体的活化，导致它们对肿瘤细胞的杀伤力降低[17]。用小RNA技术干扰TGF-β1或者TGF-β2的表达能显著地抑制LNT-229胶质瘤细胞环境介导的免疫细胞表面自然杀伤细胞活化型受体的下调，并促进自然杀伤细胞和CD8+T细胞对肿瘤细胞的吞噬和溶解[18]。TGF-β增强了调节性T细胞的生成，调节性T细胞在TGF-β调控的免疫抑制中起重要作用，尽管本身不分泌TGF-β[19]。调节性T细胞通过下调白细胞介素2的生成，抑制T细胞的活化、抑制干扰素γ等促炎细胞因子的产生，从而减少T细胞介导的细胞免疫应答。TGF-β还可以抑制抗原呈递细胞的增殖及其功能，从而使机体免疫系统无法有效识别、杀伤肿瘤细胞。此外，最新研究显示，TGF-β还可以驱动免疫应答中分化型(Ⅰ型)抗肿瘤免疫细胞突变成未分化型(Ⅱ型)细胞，这种突变发生在固有免疫系统(中性粒细胞和巨噬细胞)以及T细胞中[20]。这些未分化型细胞会释放更多的TGF-β和白细胞介素11到肿瘤微环境中，促进肿瘤的发生[20]。

最新研究表明，关闭免疫细胞TGF-β信号通路可以显著地增强抗肿瘤免疫应答[14,21,10,22]。在动物实验中，用特殊启动子表达显性失活的TβRⅡ，胸腺瘤和黑色素瘤将得到根治[14]。在T细功能弱化的转基因前列腺癌小鼠中，转入显性失活的TβRⅡ以封闭TGF-β信号的功能，T细胞将分化成熟并分泌干扰素γ和颗粒酶B，从而抑制肿瘤的生长[21]。在胶质母细胞瘤中，采用特异性TβRⅡ-shRNA耗竭TβRⅡ，将显著地减弱巨噬细胞衍生的TGF-β功能，抑制肿瘤的生长和侵袭[10]。抑制TβRⅡ或TβRⅠ激酶活性将影响TGF-β下游蛋白(如Smad)的磷酸化水平从而抑制肿瘤的形成和侵袭[22]。这些都预示着TGF-β将成为一个极具潜力的抗肿瘤免疫治疗靶点。

5 展 望

高级别胶质瘤特点是高度的治疗抵抗和不可避免的局部或播散性复发。胶质瘤的常规治疗方法包括手术、放疗和化疗，但这些治疗方法仅使恶性胶质瘤的平均生存期达到1年左右。因此，需要开发新的有效的治疗方法，以清除手术后残余浸润的肿瘤细胞，提高恶性胶质瘤患者的生存率。TGF-β作为胶质瘤中重要的免疫抑制因子，参与胶质瘤免疫抑制微环境的建立，导致了胶质瘤的免疫逃逸。抑制TGF-β的功能，重建抗肿瘤免疫环境将成为治疗胶质瘤的一个重要策略。深入了解自然情况下的TGF-β信号通路，会发现抗TGF-β治疗存在生理上的固有风险，它在抑制肿瘤的同时可能导致新的肿瘤发生。风险和优势必须仔细权衡，在人类肿瘤治疗中，产生安全和有效的TGF-β靶向治疗效果，还有待进一步研究。

[1] Sasaki A,Naganuma H,Satoh E,etal.Secretion of transforming growth factor-beta 1 and-beta 2 by malignant glioma cells[J].Neurol Med Chir,1995,35(7):423-430.

[2] Kjellman C,Olofsson SP,Hansson O,etal.Expression of TGF-beta isoforms,TGF-beta receptors and SMAD moleules at different states of human glioma[J].Int J Cancer,2000,89(3):251-258.

[3] Meulmeester E,Ten Dijke P.The dynamic roles of TGF-β in cancer[J].J Pathol,2011,223(2):205-218.

[5] Cheng X,Alborzinia H,Merz KH,etal.Indirubin derivatives modulate TGFβ/BMP signaling at different levels and trigger ubiquitin-mediated depletion of nonactivated R-Smads[J].Chem Biol,2012,19(11):1423-1436.

[6] Burch ML,Yang SN,Ballinger ML,etal.TGF-beta stimulates biglycan synthesis via p38 and ERK phosphorylation of the linker region of Smad2[J].Cell Mol Life Sci,2010,67(12):2077-2090.

[7] Tian M,Schiemann WP.The TGF-β paradox in human cancer:an update[J].Future Oncol,2009,5(2):259-271.

[8] Wendt MK,Tian M,Schiemann WP.Deconstructing the mechanisms and consequences of TGF-b-induced EMT during cancer progression[J].Cell Tissue Res,2012,347(1):85-101.

[9] Louis DN.Molecular pathology of malignant gliomas[J].Annu Rev Pathol,2006,1:97-117.

[10] Wesolowska A,Kwiatkowska A,Slomnicki L,etal.Microglia-derived TGF-beta as an important regulator of glioblastoma invasion—an inhibition of TGF-beta-dependent effects by shRNA against human TGF-beta type II receptor[J].Oncogene,2008,27(7):918-930.

[11] Thomas AA,Ernstoff MS,Fadul CE,etal.Immunotherapy for the treatment of glioblastoma[J].Cancer J,2012,18(1):59-68.

[12] Hardee ME,Marciscano AE,Medina-Ramirez CM,etal.Resistance of glioblastoma-initiating cells to radiation mediated by the tumor microenvironment can be abolished by inhibiting transforming growth factor-β[J].Cancer Res,2012,72(16):4119-4129.

[13] Barcellos-Hoff MH,Akhurst RJ.Transforming growth factor-beta in breast cancer:too much,too late[J].Breast Cancer Res,2009,11(1):202.

[14] Gorelik L,Flavell RA.Immune-mediated eradication of tumors through the blockade of transforming growth factor-beta signaling in T cells[J].Nat Med,2001,7(10):1118-1122.

[15] Zagzag D,Salnikow K,Chiriboga L,etal.Downregulation of major histocompatibility complex antigens in invading glioma cells:stealth invasion of the brain[J].Lab Invest,2005,85(3):328-341.

[16] Maeda H,Kuwahara H,Ichimura Y,etal.TGF-beta enhances macrophage ability to produce IL-10 in normal and tumor-bearing mice[J].J Immunol,1995,155(10):4926-4932.

[17] Crane CA,Han SJ,Barry JJ,etal.TGF-beta downregulates the activating receptor NKG2D on NK cells and CD8+T cells in glioma patients[J].Neuro Oncol,2010,12(1):7-13.

[18] Friese MA,Wischhusen J,Wick W,etal.RNA interference targeting transforming growth factor-beta enhances NKG2D-mediated antiglioma immune response,inhibits glioma cell migration and invasiveness,and abrogates tumorigenicity in vivo[J].Cancer Res,2004,64(20):7596-7603.

[19] Ksendzovsky A,Feinstein D,Zengou R,etal.Investigation of immunosuppressive mechanisms in a mouse glioma model[J].J Neurooncol,2009,93(1):107-114.

[20] Connolly EC,Freimuth J,Akhurst RJ,etal.Complexities of TGF-β targeted cancer therapy[J].Int J Biol Sci,2012,8(7):964-978.

[21] Donkor MK,Sarkar A,Savage PA,etal.T cell surveillance of oncogene-induced prostate cancer is impeded by T cell-derived TGF-β1cytokine[J].Immunity,2011,35(1):123-134.

[22] Anido J,Sáez-Borderías A,Gonzàlez-Juncà A,etal.TGF-β receptor inhibitors target the CD44(High)/Id1(High) glioma-initiating cell population in human glioblastoma[J].Cancer Cell,2010,18(6):655-668.