Smad4蛋白与肿瘤发生发展关系的研究进展

杨 松 综述，邱明星 审校

(1.泸州医学院，四川 泸州 646000；2.四川省医学科学院·四川省人民医院泌尿外科，四川 成都 610072)

Smad4蛋白与肿瘤发生发展关系的研究进展

杨 松1综述，邱明星2审校

(1.泸州医学院，四川 泸州 646000；2.四川省医学科学院·四川省人民医院泌尿外科，四川 成都 610072)

国内外大量研究发现Smad4蛋白对肿瘤的发生发展有着重要作用。其参与细胞信号通路传导，并起中心分子作用；Smad4蛋白还与多种细胞因子相互作用，一起参与肿瘤的发生发展。对Smad4蛋白的研究有助于在肿瘤的治疗方面寻找新的突破口。现对Smad4蛋白在肿瘤的发生发展中的作用机制作一简要综述。

Smad4蛋白；肿瘤；发生机制

人类Smad4基因位于染色体18q21.1上，含有10个内含子和11个外显子，属肿瘤抑制基因。Smad4是DPC4的蛋白产物，相对分子量为60 kD，共含有552个氨基酸，其肽链包含两个高度保守的球形结构域N区(MH1)和C区(MH2)及两区的连接区间(L)；Smad4蛋白在Smad蛋白家族中属共同介导型Smad(Co-Smad)蛋白，也是其唯一成员。MH2是受体复合体功能效应区，含受体激酶作用位点，与受体结合后形成受体复合体，与磷酸化的Smad2、3结合后具有转录激活功能；当受到转化生长因子β(TGF-β)超家族信号刺激时位于细胞质内的Smad4蛋白与受体激活型Smads(R-Smads)形成寡聚体复合物进入细胞核进一步调节靶基因的转录。目前在对多种肿瘤的研究中发现，Smad4在细胞内与多种细胞因子相互作用从而影响细胞信号的传导，促进细胞的增殖；Smad4缺失可能导致其细胞生长抑制效应的减弱或丧失，导致肿瘤的发生与发展。

1 Smad4与 Runx3在TGF-β信号通路中的协同作用

王亚东等[1]应用免疫组织化学法检测56例胃癌组织及40例癌旁组织中Smad4、Runx3的表达，发现两者在胃癌组织和癌旁组织表达均具有显著性差异；经Spearman 等级相关分析，Smad4、Runx3蛋白在胃腺癌组织中的表达呈正相关[2]。Smad4、Runx3的表达受抑制与胃癌的浸润和转移有密切关系。Leng等[3]报道胃腺癌旁组织中Smad4蛋白和Runx3蛋白的表达低于正常胃黏膜组织；高中分化癌组阳性率高于低分化癌组。Smad4蛋白是TGF-β信号转导通路所必须的中介分子，对维持细胞的正常生长发育起重要作用，Smad4蛋白通过对TGF-β信号通路中各种靶点的调节，使TGF-β能在不同的环境下发挥各种功能效应。目前研究认为Runx3的抑癌机制与具有生长抑制和凋亡诱导功能的TGF-β信号通路密切相关；Smad4蛋白是TGF-β通路中调节转录和抗增殖应答的通用调节分子，Runx3蛋白通过协助Smad4复合物从细胞质进入细胞核进一步调节靶基因转录的作用，可能机制是TGF-β超家族受上游的Runx3蛋白改变的影响导致信号传导活性降低，导致了下游Smad4蛋白构象发生改变，不能与磷酸化的Smad2和Smad3结合，从而影响基因转录。Smad4蛋白所发挥的抑制效应减弱使细胞周期不能得到正常调节而导致细胞增殖紊乱，促进肿瘤的发生和发展。推测Runx3和Smad4蛋白在胃腺癌发生发展中可能起协同作用，它们在胃腺癌组织中表达的下调或缺失与胃腺癌的发生及发展存在一定相关性，从而促进胃癌的浸润、 转移，其具体机制尚不十分清楚。

2 Smad4与血管内皮生长因子(VEGF-A)、VEGF-C相互作用促进血管、淋巴管生成导致肿瘤的转移和侵袭

肿瘤组织血管和淋巴管的生成是影响肿瘤进展、转移及预后的重要因素。VEGF-C是已知明确能够调节淋巴管生成的分子，动物实验及临床病理实验均证实肿瘤组织淋巴管生成数量及肿瘤淋巴结转移与VEGF-C蛋白表达呈显著正相关[4]。范淮等[5]对膀胱癌、卵巢癌、结肠癌组织的研究中发现，VEGF-C、VEGF-A、VEGFR-3与Smad4蛋白的表达之间呈显著负相关，根据肿瘤分期和分级，恶性程度越高其组织中淋巴管密度(LVD)越高。VEGF是肿瘤血管生成的主要调节因子，TGF-β1信号转导通路在微血管的形成中有重要作用，Smad4蛋白能影响TGF-β1信号通路，TGF-β1-Smad4与VEGF-C/VEGFR-3信号通路存在交互作用，Smad4 的表达下降促使了TGF-β1信号转导通路紊乱，TGF-β1的表达上升导致VEGF表达也上调，促进肿瘤血管的生成导致肿瘤侵袭和转移。Smad4通过影响VEGF-A蛋白的表达进而抑制人卵巢癌细胞转移；在体外恢复Smad4表达后能抑制VEGF和碱性成纤维细胞生长因子表达，从而抑制血管内皮细胞迁移或新生血管形成。动物实验证实Smad4阳性胰腺癌的裸鼠移植瘤毛细血管稍微减少，而中到大血管减少更为明显。Ke等[6]对小细胞型肺癌的研究显示，有淋巴结转移组Smad4表达比无淋巴结转移组低；Kazama等[7]研究发现Smad4阳性的结肠癌组织中淋巴结转移少，同时存在淋巴管密度小，且Smad4表达与VEGF-C的表达呈负相关。推测Smad4可能影响了VEGF-A和VEGF-C上游的共同启动子，通过促进VEGF表达进而促进肿瘤淋巴管和血管的生成导致肿瘤转移及浸袭。

3 骨形成蛋白(bone morphogenetic proteins，BMP)与Smad4的关系

骨形成蛋白BMPs，除BMP-1最早于1960s在矿化骨骼中提取出来，存在于细胞外，属于TGF-β超家族中的一员，参与多种细胞增殖分化和凋亡的调节[8]。BMP通过与细胞膜上受体结合后促使胞质内Smad1、5、8磷酸化，同时与Smad4蛋白结合进入细胞核调节BMP靶基因的转录。BMPs通过结合丝氨酸、苏氨酸激酶受体形成异聚体复合物，将BMP信号传递给下游作用物引起一系列细胞内分子事件[9]；其中BMP-2在骨形成蛋白调控因子中处于重要地位，与乳腺癌、结肠癌、胃癌等[10，11]肿瘤的发生发展有关。研究发现BMP-2通过对TGF-β-Smads信号途径进行调控作用，Smad4 与Smad1形成异源聚合物后进入细胞核进一步影响 BMP通路基因的转录[12，13]，Smad4是BMP信号通路的中间调节因素。Arnold等[14]研究显示，重组人BMP-2能降低乳腺癌细胞的增殖，它既能抑制高转移细胞系同时也能抑制低转移细胞系细胞的增殖，但其抑制高转移细胞的活性比低转移低。Smad4的表达失活阻碍了BMP信号通路的转导使其减弱或失去对细胞的生长抑制作用，增强了肿瘤的侵袭和转移能力[15]。

4 Smad4蛋白在Wnt-catenin信号通路中与基质金属蛋白酶(MMP)家族中的MMP-2 、MMP-7的关系

Smad4蛋白发挥其肿瘤抑制作用还存在于Wnt-catenin 信号途径中[16]。Smad4蛋白与MMP家族中的MMP-2 、MMP-7在肿瘤的发生及侵袭转移的过程中存在一定相关性。韩聚强等[17]利用免疫组化法分别检测80例食管癌组织中Smad4蛋白和MMP-2的表达，发现食管癌组织中MMP-2表达量明显高于癌旁不典型增生组织，同时Smad4蛋白在食管癌组织中表达量却相反，明显低于癌旁不典型增生组织；MMP-2蛋白高表达及Smad4蛋白的表达缺失与食管癌患者的性别、年龄及癌组织分化程度均无关，与肿瘤的浸润深度、淋巴结转移及临床分期密切相关[18，19]，MMP-2和Smad4在食管癌组织中表达呈负相关性。MMP-2在细胞外基质(ECM)和基底膜主要结构中起关键酶作用[20，21]，Smad4蛋白在临床分期Ⅰ+Ⅱ A期和无淋巴结转移的食管癌组织表达阳性明显高于临床分期ⅡB+Ⅲ期和有淋巴结转移的食管癌组织。Smad4蛋白与MMP-2在食管癌的病理过程可能存在负调节的协同作用，这可能与Smads基因突变或功能失活，导致TGF-β 信号途径传导中断，诱导表达MMP-2，产生过多作用于肿瘤细胞的负调控金属蛋白酶抑制因子，从而为蛋白酶提供丰富的微环境，有利于肿瘤细胞的迁移和浸润。MMP-7属Wnt-catenin 信号通路的下游靶基因之一[22]，是间质溶解素的一种，在基质金属蛋白酶家族中分子最小，可同时降解Ⅳ、Ⅶ型胶原糖蛋白、纤维素和黏附素；MMP-7的过表达能降解细胞外基质使肿瘤向深层浸润并通过诱导和促进血管生成等机制促进肿瘤的转移。Smad4蛋白抑制了信号通路活性同时可能通过降低基质溶解酶活性抑制血管生成等途径来抑制肿瘤侵袭和转移。

5 Smad4抑制紧密连接蛋白1(Claudin-1)和钙黏蛋白(E-cadherin)的表达

在肿瘤组织中，大多数紧密连接蛋白家族(Claudins)成员表达减少，Claudin-1已被证实是Wnt-catenin信号通路下游的重要靶基因之一，发现在结肠癌组织中Smad4蛋白对 Claudin-1表达具有抑制作用，Shiou等[16]在结肠癌细胞中重建Smad4蛋白能降低Claudin-1。田笑笑等[23]通过Smad4基因转染结肠癌SW480细胞，RT-PCR检测转染前后Claudin-1的变化结果显示转染组Claudin-1表达明显降低，其机制可能是Smad4蛋白在转录水平上直接抑制了启动子的活性，降低Wnt-catenin信号通路活性，降低下游Claudin-1蛋白的表达。刘庆宏等[24]利用Smad4转染人胰腺癌细胞BxPC3，采用RT-PCR和Western blot检测转染阳性细胞克隆E-cadherin 表达的变化，证实了E-cadherin及其蛋白表达均升高，推测Smad4基因可增加胰腺癌细胞E-cadherin的表达并抑制肿瘤增殖，Smad4可能对胰腺癌具有基因治疗的效果。Waldhoff等[25]运用转基因技术，发现Smad4可以抑制胰腺癌细胞的形成，这些研究提示恢复或上调胰腺癌细胞Smad4基因表达，有可能抑制胰腺癌的发生。Nagaishi等[26]发现Smad4蛋白直接或间接与转录因子Snail、Slug相互竞争而减少了这些因子对钙黏蛋白E-cadherin的阻遏作用，从而导致E-cadherin表达增强。

6 Smad4与p53基因在肿瘤组织中的表达呈正相关性

闫继东等[27]利用免疫组化法检测150例非小细胞肺癌组织及60例距离肿瘤10 cm以上的正常肺组织中Smad4与p53的表达情况，结果显示非小细胞肺癌中Smad4和p53蛋白的表达与肿瘤的分化程度、淋巴结转移、胸膜侵犯及临床分期密切相关，提示两者参与肿瘤的进展。野生型p53基因能避免损伤的DNA传给子代细胞，稳定基因组和抑制细胞突变，从而抑制肿瘤发生。突变型p53基因使其结合DNA的特殊部位及激活邻近基因的功能丧夫，因而减弱或失去抑制细胞增殖的功能，引起细胞过度增殖导致癌变。在对直肠癌的研究中发现Smad4与p53二者均可以促进细胞低分化转化和无控性增殖，推测肿瘤中Smad4和P53可能存在一定的关联[28，29]。Smad4 蛋白表达减少后对细胞分化的调节能力下降，引起细胞的过度增殖。Smad4和 p53二者均可以促进细胞转化和增殖，因此肿瘤中Smad4和p53表达可能是有一定的关联。

7 展望

目前多种研究表明Smad4蛋白在肿瘤的发生发展中起着重要作用，其机制可能是通过TGF-β超家族中各信号通路系统影响信号的传导、细胞的增殖，同时与多种细胞因子相互作用共同影响细胞增殖，Smad4蛋白在TGF-β、Wnt-catenin信号传导通路发挥中心分子作用，除此之外还与p53、MMP、BMP、RUNX3等细胞因子相互作用导致肿瘤的发生发展，但其具体机制尚不清楚，有待进一步深入研究。对Smad4蛋白的研究有助于对肿瘤的治疗提供新的途径。

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Progress on the development of relations of Smad4 protein and tumorigenesis

YANG Song，QIU Ming-xing

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2014-05-05；

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