TGF-β/Smad信号通路在胰腺癌上皮间质转化过程中的作用

姚瑶 林堃 黄浩杰 李兆申

·综述与讲座·

TGF-β/Smad信号通路在胰腺癌上皮间质转化过程中的作用

姚瑶 林堃 黄浩杰 李兆申

胰腺导管腺癌( pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC)发病率逐年升高，早期诊断困难，5年生存率低，死亡率高，目前的治疗效果仍不理想[1-3]。PDAC具有间质比重大，乏血供的特征，癌周间质与癌细胞相互作用促进胰腺癌进展[4]，上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)在其中起着关键的作用。因此，众多研究将肿瘤的治疗针对诱导细胞发生EMT的关键因子转化生长因子-β(transforming growth factor beta，TGF-β)。本文就TGF-β/Smad信号通路在胰腺癌EMT过程中的作用进行综述。

一、EMT过程

EMT的概念最早于1982年由Greenburg和Hay[5]提出，EMT是指在某些特殊的生理或病理条件下，上皮细胞失去了与基底膜的连接等上皮表型，极性消失，获得较高的迁移与侵袭、抗凋亡和降解细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的能力等间质表型，即转变为具有活动能力、能在ECM中移动的间质细胞的过程。它分为3种类型[6]：第一种是原肠胚胎时期，原始的上皮细胞发生EMT,参与多细胞生物胚胎发育和器官形成；第二种是内皮或上皮转化为组织成纤维细胞，参与组织的伤口愈合和器官纤维化等过程；第三种是上皮来源的细胞失去极性转化为具有侵袭和迁移运动能力的肿瘤细胞。有研究认为发生EMT的细胞能够在类似于人体内基底膜的基质胶上生长并穿透基质胶，提示EMT可能是肿瘤细胞突破基底膜浸润性生长的一个重要机制[7-8]。

二、TGF-β/Smad信号通路的组成及其在EMT中的作用

目前发现EMT涉及的一些通路主要有TGF-β/Smad通路、Wnt/β-catenin通路、PI3K/AKT通路、Notch通路等。其中TGF-β在诱导EMT过程中的作用已经比较明确，是诱导EMT的主要因子之一，主要通过Smad和非Smad信号通路诱导肿瘤细胞发生EMT，与肿瘤侵袭转移密切相关[9-11]。

TGF-β是广泛存在于细胞间且具有多种生物学效应的细胞因子，对细胞及机体的发育、增殖、分化、凋亡、血管生成、间质形成、代谢等功能起到关键作用[12]。机体多种细胞均可分泌非活性状态的TGF-β。在体外，非活性状态的TGF-β可通过酸处理活化；在体内，酸性环境可存在于骨折附近和正在愈合的伤口，蛋白本身的裂解作用也可活化TGF-β。一般在细胞分化活跃的组织常含有较高水平的TGF-β，如成骨细胞、肾脏、骨髓和胎肝的造血细胞。TGF-β通过与3个高亲和性受体Ⅰ型受体(TβRⅠ)、Ⅱ型受体(TβRⅡ)、Ⅲ型受体(TβRⅢ)相结合，才能启动跨膜信号，发挥生物学效应。Smad蛋白是TGF-β信号转导通路的始动因子。目前已发现至少9种Smad蛋白,从结构和功能上分为3个亚型：受体调节性Smad，包括Smad1、2、3、5、8；共同介导性Smad，如Smad4；抑制性Smad，如Smad6、7等。

在体内具有生物活性的TGF-β蛋白同转化生长因子结合蛋白(laetnt TGF-β binding portein，LTBP)结合后转变为无活性状态，并分泌到ECM[13]。在ECM中通过蛋白酶分解等作用，TGF-β同LTBP解离恢复活性。活化的TGF-β首先与TβRⅡ在细胞外结合，TβRⅡ通过调节TβRI胞质区的GS结构域的丝氨酸/苏氨酸磷酸化激活TβRI,活化后的TβRI使下游的信号分子Smad2/3发生磷酸化，再进一步与Smad4形成复合物进入胞核，调节相应靶基因转录，引起紧密连接蛋白、上皮生物标志物E-cadherin等表达下调，间质生物标志物蛋白表达上调，使上皮来源的肿瘤细胞失去极性呈现纤维样表型，黏附能力下降，细胞迁移和侵袭能力增强[14]。国内外均有大量文献报道，在肝脏、肺、肾脏、乳腺和胰腺等器官中，TGF-β/Smad信号通路可通过诱导EMT过程促进肿瘤的发生和转移[15-18]。

三、胰腺癌EMT与TGF-β/Smad信号通路的关系

1．TGF-β信号通路在胰腺癌发展过程中的作用：近年来遗传学及表观遗传学研究发现，从正常胰腺导管上皮到上皮内瘤变，以及最终进展为胰腺癌的过程中存在一些表达显著改变的基因如K-ras、p53、Smad4、p16等[19-21]。Smad4是TGF-β信号通路的关键分子，且TGF-β信号通路在胰腺癌的间质形成、ECM沉积中起关键作用[22]。TGF-β1在肿瘤发生发展过程中具有两面性，在胰腺癌早期TGF-β1可以使细胞停留在G1期抑制细胞增殖，发挥抑癌作用；当胰腺癌进展后，Smad4发生突变失活，TGF-β1依赖Smad4的抑癌作用被阻挡，此时肿瘤细胞自身分泌大量的TGF-β1使上皮细胞出现间质化改变，进而促进胰腺癌生长、侵袭及转移[23-24]。

2．胰腺癌间质的成分与特点：间质是肿瘤细胞间及其周围的组织，包含成纤维细胞、星状细胞、血管神经、炎症细胞、免疫细胞等多种成分[25]，在胰腺癌发展过程中参与形成肿瘤细胞的微环境，间质内部各种成分之间及间质与肿瘤细胞间均存在信号通路之间的相互作用，共同参与肿瘤发生、发展及药物抵抗等过程[26-28]。多项研究证实上皮细胞是胰腺癌肿瘤间质中纤维成分的重要来源之一，而TGF-β信号通路在EMT过程中起到了核心作用[29]。

3．TGF-β/Smad信号通路参与胰腺癌EMT并促进肿瘤发展：在胰腺癌间质形成过程中，间质与胰腺癌细胞的相互作用称为促结缔组织增生反应(desmoplastic reaction，DR)。肿瘤细胞通过旁分泌方式分泌的配体可以激活间质中TGF-β信号通路，促进ECM沉淀。国内外均有文献报道TGF-β信号通路参与间质的起源[30-32]。目前认为胰腺癌间质有多种来源，主要包括已存在的间质细胞、间充质干细胞转分化、EMT、肿瘤干细胞分化而来。体外实验发现TGF-β可以诱导纤维母细胞表达成纤维细胞标志物并且使其具有成纤维细胞的形态特征，还可以通过活化癌周的间质细胞，促进肿瘤细胞募集间质细胞形成肿瘤血管[33]。有学者报道在胰腺癌细胞株及手术切除的胰腺癌组织中发现EMT现象的存在[34]。大量的信号通路包括TGF-β、Wnt、Hh、PDGF等都参与胰腺癌间质形成过程并促进肿瘤的进展。Sannino等[35]发现胰腺癌细胞中上皮细胞标记物β-catenin的协同因子BCL9L表达水平升高，并通过TGF-β信号通路诱导EMT，从而导致胰腺癌的进展，而敲除该基因可抑制肿瘤细胞的生长和肝转移。Thakur等[36]发现p53的一种同源蛋白Tap73在胰腺癌中过表达，并促进胰腺癌的发展，在小鼠胰腺癌模型中发现Tap73缺失增加了EMT程度，进一步证明了Tap73的缺失可通过上调Bgn、Sma及Smad等TGF-β信号通路的关键蛋白的表达水平和活性从而促进EMT的发生，导致肿瘤发展。Zhao等[37]研究发现一种抑制肿瘤生长的因子miRNA-34a及其下游靶基因Sirt1和Notch1通过调节EMT相关基因表达参与EMT过程，从而促进慢性胰腺炎向胰腺癌的发展。Lin等[38]认为钙调蛋白家族成员之一Tagln2在胰腺癌的增殖和侵袭过程中起重要的调节作用，TGF-β/Smad信号通路可通过Smad受体磷酸化诱导Tagln2在胰腺细胞的高表达，从而促进胰腺癌的转移。

四、展望

胰腺癌具有间质比例高、成分多等特征，在肿瘤发展过程中由于基因累积突变，间质与肿瘤细胞相互作用，不断改变肿瘤微环境以利于肿瘤生长。TGF-β1信号通路参与了由正常胰腺导管上皮转变为胰腺癌的过程。近年来学者们热衷研究的TGF-β/Smad信号通路为探索胰腺癌侵袭转移机制、寻找新的诊断分子标记物和治疗靶点提供了很有前景的研究方向。但由于TGF-β/Smad信号通路调控机制复杂，涉及相关基因数量众多，众多研究报道的结果仍众说纷纭。因此，还需要更多、更加深入的关于TGF-β/Smad信号通路介导胰腺癌EMT作用机制的研究，从而进一步阐明胰腺癌发生发展的机制，为胰腺癌侵袭转移的分子干预提供潜在的作用靶点，以期在基因水平实现治疗目的。

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(本文编辑：屠振兴)

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2017.01.019

200433 上海，第二军医大学长海医院消化内科

李兆申，Email: zhsli@81890.net;黄浩杰，Email:pea1920@hotmail.com

2016-04-12)