胃癌组织SOX2、TGF-β/Smad信号传导通路研究进展

王 敏，李春辉，李宏杰

(1.河北联合大学基础医学院，河北唐山 063000；2.承德医学院附属医院)

胃癌组织SOX2、TGF-β/Smad信号传导通路研究进展

王 敏1、2，李春辉2，李宏杰1△

(1.河北联合大学基础医学院，河北唐山 063000；2.承德医学院附属医院)

胃癌；SOX2；TGF-β/Smad；异常表达

胃癌是胃黏膜上皮的恶性肿瘤，占全部恶性肿瘤的第三位，占消化道恶性肿瘤的首位，居我国恶性肿瘤死亡之首[1]。其中SOX2分子与TGF-β/Smad信号通路的异常表达是胃癌发生发展的重要因素。SOX(SRY-related HMG-box)基因家族是一类编码转录因子的基因，其产物具有一个HMG基序保守区，参与诸如性别决定、骨组织的发育、血细胞生成、神经系统的发育等多种早期胚胎发育过程[2]。而Smad3蛋白是TGF-β/Smad信号通路中的关键组件，它也是把TGF-β与其受体结合后产生的信号从胞质传导到细胞核内的信号中介分子。在胃肿瘤细胞可能存在Smad3蛋白的异常表达，Smad3作为肿瘤抑制基因在TGF-β信号转导途径中发挥重要作用[3]，与多种恶性肿瘤及其生物学行为有关。本文就SOX基因与Smad3基因的异常表达与胃癌的发生、发展作一综述。

1 SOX2

1.1 SOX2的分子结构与生物学功能 Sinclair等[4]在人类和小鼠中克隆了SRY(sex-determiningregion on Y chromosome)基因, 该基因位于人类Y染色体短臂拟常染色质区，长850 bp，单一外显子，它含有一个开放阅读框，其中包含能与DNA序列结合的HMG-box基序，该区域突变或者缺失将导致性反转。

根据HMG-box的保守性，SOX基因家族可以分为两类[5]:第一大类含有多重HMG-box基序，即含有两个或两个以上的HMG—box基序，这一类群包含了连接因子UBF和线粒体转录因子l(MT-TF1)，它们与DNA呈非特异性结合；第二大类以TCF、SOX、MATA等为代表，含有单个的HMG基序，并且是以序列特异的方式与靶DNA结合。最新研究结果显示，SOX基因家族的成员仍在不断增加，对SOX基因的研究不仅能够帮助阐明SRY/Sry基因的进化，并且能够为研究不同生物种类的性别分化和胚胎发育的分子机理提供理论依据。

Wright等[6]人通过比较小鼠体内的15个已知的SOX基因产物的HMG基序，并对这些HMG基序进行比较，将SOX基因分为6组(或者称之为亚族)，它们是:A-Sry;BSOX1,2,3;C-SOX4,11,12;D-SOX5,6,13;E-SOX8,9,10;F-SOX7。后来又发现了SOX15和SOX20，就增添了G组。

Bowles等[7]人利用已经克隆的SOX基因全长序列和大量完整的HMG基序对SOX基因家族的分类进行了详细地研究，认为可以按照Wright等人的方法，根据SOX基因的HMG基序内的相似性进行分类，将SOX基因分为A-J 10个亚族，同一亚族HMG基序相似性达80%以上，而不同亚族之间的相似性则明显的低于80%。另外，同一亚族中的同一SOX基因，在脊椎动物中，不仅在HMG基序区存在同源性，而且在其它区域也存在较大相似性，并且在某些亚族中，HMG基序的两侧序列也是十分保守的。

SOX蛋白能够与其它转录因子或配体蛋白形成复合体，调控靶基因的表达，在调控过程中，其表达具有时间和空间特异性，并与其它调控基因相互作用。SOX基因是一类功能性很强的基因，SOX基因家族在HMG-box区，其氨基酸序列从人类到果蝇都是高度保守的,如此强烈的进化保守性，说明SOX家族的基因在许多物种的睾丸和其它组织分化和发育过程中起着重要作用[8]。SOX基因参与胚胎早期发育，SOX1,2,3和SOX11在发育的中枢神经系统中表达，在胚胎发育的早期阶段发挥重要作用，其中B族的SOX2基因研究得较为详尽,该基因先在鼠胚的内胚层细胞团和外胚层中短暂表达，然后又在发育的神经上皮中表达，其转录模式与pou转录因子的Oct3/4是一致的[9]。还有研究发现,参与胚胎发育的模式类似于同源框基因，定点打靶产生的SOX2缺失纯合子在胚胎植入前就会死亡[10]。同时，SOX2可能也是维持干细胞全能性的重要基因[11]。SOX基因也可参与血细胞的生成和心血管的发育[12]，SOX4蛋白是T细胞和B细胞发生过程中重要的转录因子。在SOX参与神经发育的过程中，SOX2蛋白可表达于早期神经板和神经管中，可以作为神经系统发育的标志[13]。

1.2 SOX2与肿瘤的关系 很多研究表明，SOX家族成员可能在细胞分化各阶段的致癌转化过程中起直接或间接的作用。Tani等[14]研究发现，SOX2基因在胃癌组织中的表达下调对胃蛋白酶原基因C没有明显影响，却使胃蛋白酶原基因A的表达下调，从而降低了PGl/PGII的值，即胃癌组织中PGI/PGII比值的减小与SOX2基因表达下调有关。Otsubo等[15]近一步研究发现，SOX2基因的过表达可以使胃上皮细胞中的细胞周期蛋白cyclinDl的表达水平下降，Rb蛋白磷酸化，p27 kipl蛋白表达上调，从而抑制细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)和抑制细胞从G1期到S期的转化，使细胞周期停滞。随后，这些处于停滞周期中的细胞会表现出诸如DNA降解、caspase-3被活化等细胞凋亡的特征。在胃癌组织中检测到SOX2基因的甲基化信号，SOX2基因的甲基化使其在胃癌组织中的表达明显下调，甚至出现表达缺失，从而增强胃癌细胞增殖能力，并使它们脱离正常的凋亡途径。研究还发现，同胃癌组织中SOX2基因未被甲基化的患者相比，SOX2基因甲基化的胃癌患者存活时间明显缩短。由此推测，SOX2基因表达下调与胃癌早期的发生有关，并且低浓度的SOX2蛋白使胃癌细胞的浸润和转移能力增强，进而促进胃癌细胞的扩散。

2 Smad3

2.1 Smad3的分子结构与生物学功能 Smads是细胞质内TGF-β信号转导分子, Smad3基因属于Smad基因家族成员之一，定位于15q21-22，含有9个外显子和8个内含子，转录片段全长约5.7 kb。Smad3在哺乳动物的不同种属中具有高度保守性，其基因产物是TGF-信号通路中的细胞浆成分，具有3个功能域，即MH1、MH2区和L区。它可以将TGF2β信号直接由细胞膜转导入细胞核内。其一级结构分为 3个功能区：高度保守的N端的MH1区、C端的MH2区及中间的富含脯氨酸的连接区[16]。

迄今为止，在哺乳动物中发现了8种不同的Smad 蛋白，即Smad1-8。Smad3为I型受体激酶的底物，其共同特点是C端MH2区存在SSXS结构(Ser-Ser-X-Ser 基序），可以被活化的TβRI磷酸化，解除MH1区的抑制作用后可与通用型Smad结合，移位于细胞核内转导特异性信号，其中Smad1、Smad5、Smad8限于转导BMPs通路的信号，Smad2、Smad3限于转导TGF-β和活素类通路信号。Smad2和Smad3在氨基酸水平具有92%的同源性，都是由高度保守的MHl和MH2通过一个富含脯氨酸的绞链区相连[17]。

在由Smad3介导的TGF-β/Smads信号通路的转导途径包括：TGF-β首先识别并结合细胞膜表面的Tβ RII，使其构象发生改变，并发生自身磷酸化，磷酸化后的Tβ RII具有磷酸激酶活性，可以与TβRI结合，形成三者的复合物，继而磷酸化TβRI的GS结构域，从而激活TβRI的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性，活化的TβRI再进一步特异性地识别并结合下游的R-Smads(Smad2和Smad3)，磷酸化其MH2区的SSXS基序，使其活化，并解除MH1区对MH2区的抑制作用。激活后的R-Smads与Tβ RI分离，并与Smad4形成异源复合物后移位至核内，并在细胞核积聚[18]。

在受体水平，TGF-β结合辅助受体从而促进配体结合，转运TGF-β受体也起到重要调节作用，从它与数目众多的运输系统紧密连接得以证实。受体复合物和Smurf也结合Par6和其它极性复合物，进而调节从上皮到间质的转化[19]。在细胞核，Smad2/3/4复合物与广泛的DNA结合伴侣相联系,这些伴侣添补Smad到靶基因的调控元件，Smad反过来调节转录子输出通过结合到核转录辅助因子P300等。另外，Smad途径一直与其它研究成熟的传导通路间相互信号转导，如AKT1、ERK等通路[20]。

2.2 Smad3与肿瘤 Smads蛋白是TGF-β/Smads信号通路的关键成员，将TGF-β信号从胞外传递到核内。Smads的突变或表达缺失使TGF-β信号传递中断，细胞逃脱TGF-β的生长抑制作用，进而导致许多肿瘤的发生、发展[21]。

TGFβ1调控的基因通常依赖于TGFβ1活化的R-smad中的一个，即smad2或smad3，smad2磷酸化和核转位主要发生在静止和中间细胞，smad3激活主要发生在活化的细胞[22]。大多数调控的TGFβ转录反应由smad3、smad4介导，Smad3通过结合靶基因启动子区的Smad3/smad4 DNA结合序列，直接启动靶基因的转录。TGFβ介导的生长抑制由smad3介导，smad3调节c-myc、p21Cipl的表达及Rb磷酸化状态[23]。在IBD(炎症性肠病）病人肠道内，smad7显著增高，伴有smad3磷酸化下降[24]。Han等[25]研究发现，缺乏Smad3的胃癌细胞不受TGF-β的生长抑制作用,而重新导入Smad3之后又表现出生长抑制。有研究结果显示，Smad7也可通过抑制smad3的活化、smad3/smad4异源复合物的形成及核转位，从而拮抗TGFβ对细胞的生长抑制效应。

Smad3在TGF-β抑制T细胞的活化及增殖功能方面发挥重要作用。将胚胎干细胞Smad3基因敲除后得到的Smad3缺陷小鼠，虽然在胚胎期不会出现致命性病变，但是在出生后1-6个月中，由于黏膜免疫缺陷而致全身感染死亡。这些小鼠虽然在免疫系统发育上没有缺陷，但是存在功能障碍，它们的脾细胞受到特异性刺激后不能出现增殖反应，而且原代培养的脾细胞经TGF-β刺激后也不能合成并分泌相关的细胞因子[26]。

Smad3在TGF-β诱导的生长抑制中起重要作用。有学者[27]建立了无Smad3的小鼠胚胎成纤维细胞株(MEF)，结果发现MEF细胞中不能形成Smad3-DNA复合物，与野生型Smad3对照组相比，TGF-β作用后，MEFs仍有部分增殖作用。但是，Smad3对细胞生长的作用是双向的，既有促进，也有抑制，具体机制目前尚未完全清楚。Smad3突变小鼠出生4-6个月时，100%出现特征性的大肠腺癌，最终导致死亡。然而Smad3基因敲除的小鼠又被发现具有抵抗化学物质诱导皮肤癌形成的功能[28]。

3 结语

以TGF-β/Smads信号通路作为靶点，将为胃癌的临床治疗提供新的思路。然而，此通路还有许多问题尚待解决，如TGF-β/Smads信号通路与其它信号通路（如SOX基因）的联系具体如何等。这些问题的解决，将不断增加SOX基因与TGF-β/Smads信号通路在胃癌演进过程中的作用及机制的认识，也将对胃癌的预防和临床治疗产生重要的影响。

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(综述讲座栏目编辑:张玉亭)

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