TGF-β与细胞内信号通路的交互作用在肿瘤研究中的进展*

转化生长因子−β（transforming growth factor−β，TGF−β）是一种多功能细胞因子，在肿瘤进展中发挥双重调控作用。在肿瘤发生早期，TGF−β充当潜在的肿瘤抑制因子，随着肿瘤的进展，TGF−β转换为肿瘤促进因子，促进上皮间质转化（epithelial−mesenchy⁃mal transition，EMT）和肿瘤转移［1］。随着肿瘤的发生发展，TGF−β由肿瘤抑制转换为促进的现象称为“TGF−β悖论”，其具体机制尚不明确，此现象可能归因于TGF−β与细胞内其他信号通路的交互联系。TGF−β可介导经典的（small mothers against decapen⁃taplegic，Smad）信号通路和非经典的不依赖于Smad信号通路。经典Smad信号通路的激活是TGF−β首先与Ⅱ型TGF−β受体胞外段结合，其胞内段的Ser/Thr激酶被激活，进而导致Ⅰ型TGF−β受体被磷酸化，然后激活下游的Smad2/3蛋白，磷酸化的Smad2/3招募Smad4将信号向细胞内传递；此外，TGF−β激活的非Smad信号通路也在肿瘤发生发展中发挥重要作用［2］。本文集中介绍TGF−β与细胞内其他信号通路在肿瘤进展中的交互联系，旨在进一步探究上述交互作用对肿瘤进展的影响。

1 TGF-β与EGFR信号通路

表皮生长因子受体（epidermal growth factor re⁃ceptor，EGFR）是细胞表面的受体型酪氨酸激酶，在许多实体肿瘤中过表达，能够促进肿瘤细胞的增殖、迁移、侵袭并抑制细胞凋亡［3−4］。与TGF−β信号通路不同，EGFR信号通路在肿瘤的起始和进展过程中均发挥促瘤作用，在肺癌、胃癌等多种肿瘤中均存在过度激活现象［5−7］；此外，肿瘤细胞中EGFR信号通路的激活能够抵消TGF−β信号通路对细胞增殖的抑制作用。因此，两个信号通路能够协同增强肿瘤细胞的侵袭能力，此协同作用归因于在肿瘤进展过程中TGF−β与EGFR信号通路能够交互激活，且具有高度的组织和细胞特异性，如在肝癌、胃癌和肺纤维化中，TGF−β激活EGFR信号通路是通过释放EGFR的配体而实现［8］；但在皮肤鳞癌细胞中，TGF−β诱导EGFR的激活是通过H2O2依赖而实现［9］。此外，TGF−β通过上调EGFR的表达反式激活EGFR信号通路，如TGF−β可通过经典Smad3信号通路和细胞外调节蛋白激酶/特异性蛋白 1（extracellular regulated pro⁃tein kinases/specificity protein 1，ERK/Sp1）信号通路共同上调EGFR的表达水平并促进乳腺癌细胞的迁移和侵袭［10］。TGF−β通过与EGFR信号通路在多个层面之间交互联系，从而促进肿瘤的进展。

2 TGF-β与MAPK信号通路

有丝分裂原激活蛋白激酶（mitogen−activated protein kinase，MAPK）是细胞信号转导通路中的重要分子，能够调控细胞的增殖、分化、凋亡等［11］。TGF−β与MAPK信号通路的交互联系存在于多个方面。首先，TGF−β能够直接诱导MAPK信号通路的激活，如TGF−β诱导ShcA的磷酸化可促进其与Grb2和Sos的结合，导致下游MAPK信号通路活化［12］；在肝癌细胞系HepG2中，MAPK信号通路被TGF−β激活是通过磷酸化Smad2/3的作用，最终促进肝癌的发生［13］。其次，MAPK信号通路能够直接调控TGF−β/Smad通路相关基因的表达，如在上皮和平滑肌细胞中，MEK/Erk可正向调控Smad3基因的转录［14］。此外，MAPK下游的转录因子如Sp1、Ap1等还能通过与Smad蛋白相互作用促进TGF−β下游靶基因的表达，如Sp1在TGF−β诱导Ⅰ型胶原形成的过程中发挥重要作用［15］；Ap1与Smad蛋白相互作用也能促进TGF−β诱导的乳腺癌细胞侵袭［16］。提示TGF−β与MAPK信号通路的交互联系存在于多个方面，而联合阻断TGF−β与MAPK信号通路的活化可能成为肿瘤治疗的新策略。

3 TGF-β与PI3K/AKT信号通路

磷脂酰肌醇−3−激酶（phosphatidylinositol 3 ki⁃nase，PI3K）能够招募和调控一系列下游靶基因，其中最重要的靶分子是Ser/Thr蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称为AKT）。激活的AKT会使大量的下游底物磷酸化，进而调控靶基因的表达，从而介导肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移［17］。PI3K/AKT与TGF−β信号通路的交互作用发生在肿瘤发生发展的各个时期。在早期，PI3K/AKT信号通路拮抗TGF−β诱导的细胞生长抑制作用和促凋亡应答反应，如AKT与Smad3直接相互作用使其不能入核，同时抑制了Smad3磷酸化，导致Smad蛋白复合物不能形成，从而抑制了TGF−β/Smad介导的细胞凋亡［18］。在晚期，TGF−β与PI3K/AKT信号通路在多个方面存在交互联系，与肿瘤细胞的迁移、侵袭、EMT等密切相关［19］。在侵袭性乳腺癌中，AKT能够磷酸化Twist1的42位丝氨酸，磷酸化的Twist1转录激活TGF−β2，导致TGF−β信号通路的活化增强，进一步激活PI3K/AKT信号通路，使TGF−β与PI3K/AKT信号通路形成正反馈环［20］。此外，肿瘤细胞EMT发生的诱导因子Snail受GSK−3β调控，若被GSK−3β磷酸化，Snail易被泛素化而降解。当TGF−β诱导肿瘤细胞中PI3K/AKT激活后，AKT能够诱导GSK−3β失活，使其不能磷酸化Snail，解除对Snail的抑制作用，Snail入核抑制上皮细胞钙黏蛋白（epithelia cadherin，E−cadherin）的表达，最终促进肿瘤细胞发生EMT［21］。因此，在肿瘤发生早期，PI3K/AKT信号通路的激活能够拮抗TGF−β/Smad诱导肿瘤细胞的生长抑制作用和凋亡应答反应，促进肿瘤的发生；而随着肿瘤进展，PI3K/AKT与TGF−β/Smad信号通路能够协同促进肿瘤细胞的侵袭和转移。

4 TGF-β与IL-6信号通路

白细胞介素−6（interleukin−6，IL−6）是多功能的细胞因子，发挥抗炎症和促炎症的双重作用［22］。多项研究表明，IL−6与TGF−β信号通路的交互联系在肿瘤进展中发挥关键作用。如在非小细胞肺癌中，TGF−β信号通路增强可上调IL−6表达水平，进而促进肿瘤进展［23］，表明TGF−β从抑制肿瘤转换为促进肿瘤过程中，IL−6的激活可能发挥重要作用。除直接上调IL−6的表达外，TGF−β还可通过激活IL−6下游的信号通路来促进肿瘤进展，如在结肠癌中，TGF−β通过激活IL−6下游的STAT3信号通路促进肿瘤进展，抑制IL−6信号通路，阻止TGF−β的促瘤作用［24］。有研究显示［25］，IL−6信号通路在许多细胞应答过程中也可调控TGF−β信号通路的激活，如在肺癌细胞中，外源性IL−6刺激引起下游JAK/STAT3信号通路的激活，从而增强TGF−β诱导Smad3磷酸化和Snail表达，进而促进肺癌细胞发生EMT。TGF−β与IL−6信号通路在肿瘤中的交互联系复杂多样，二者可相互影响共同促进肿瘤的发展。

5 TGF-β与Notch信号通路

Notch信号通路在肿瘤的增殖、EMT、迁移、侵袭、血管生成和转移中发挥重要作用［26］。在早期，Notch可拮抗TGF−β信号通路，导致细胞周期的阻滞和细胞凋亡。如在乳腺癌中，Notch信号通路的下游靶基因HEYL通过结合Smad蛋白抑制TGF−β信号通路的激活，阻滞乳腺癌细胞生长［27］。而在肿瘤进展过程中，两个信号通路的交互作用既表现在TGF−β可诱导Notch下游靶基因（如Hes−1）的表达［28］，又表现在Notch能够增强TGF−β诱导的EMT，促进肿瘤侵袭与转移［29］。此外，TGF−β与Notch信号通路还可通过形成正反馈环共同调控EMT。在卵巢癌中，Notch1激活并上调TGF−β受体的表达，而TGF−β处理后也可促进Notch下游靶基因Jagged1和Hes−1的表达，从而形成正反馈环促进肿瘤细胞发生EMT［30］。在肿瘤发生早期，Notch与TGF−β信号通路存在相互拮抗；而在肿瘤进展中，二者则相互促进。

6 TGF-β与Wnt信号通路

Wnt信号通路在胚胎发育、细胞增殖、分化等方面发挥多重调控作用［31］。TGF−β与Wnt信号通路之间的交互联系近年来受到广泛关注。在口腔鳞癌中，TGF−β信号通路通过上调Wnt5b促进细胞侵袭［32］。两个信号通路的下游信号分子间也存在交互作用，如Lef1能够介导Smad4与β−连环蛋白（β−catenin）的相互作用［33］。有研究发现［34］，Wnt信号通路的关键分子Axin通过与Smad蛋白相互作用促进其与Ⅰ型TGF−β受体结合，激活TGF−β信号通路。除Smad2/3/4外，Smad抑制性蛋白Smad7信号分子在TGF−β与Wnt信号通路的交互联系中也发挥重要作用［35］。此外，两个信号通路在功能上也会相互促进，如在乳腺癌中，TGF−β诱导乳腺癌细胞转移依赖于Wnt信号通路的激活［36］。

7 TGF-β与Hedgehog信号通路

Hedgehog（Hh）信号通路的异常激活与肿瘤细胞的增殖、凋亡、迁移、侵袭和EMT密切相关［37］。Hh通路的激活过程为：Hh配体与膜受体Ptch结合后，解除对受体Smo的抑制作用，Smo蛋白激活后可促使下游GLI蛋白的激活，从而通过GLI蛋白转录调控下游靶基因的表达，GLI家族包括GLI1、GLI2和GLI3［37］。目前，在多种肿瘤中均发现Hh和TGF−β信号通路存在交互作用，并与肿瘤的进展相关。如在三阴性乳腺癌中，TGF−β上调Hh信号通路分子GLI1的表达水平，从而促进Hh信号通路的活化［38］；在黑色素瘤中，TGF−β通过诱导GLI2表达导致E−cadherin丢失和细胞侵袭能力增强［39］。E−cadherin丢失为EMT发生的关键事件，而TGF−β通路的激活在EMT过程中发挥重要作用，说明Hh信号通路可能参与了TGF−β诱导的EMT过程。在乳腺导管原位癌向浸润性癌转化过程中，TGF−β上调GLI2表达并促进GLI2的转录激活，而TGF−β诱导GLI2的表达上调是通过Smad3/4和β−catenin形成转录复合物结合到GLI2的启动子上而实现的［40］。但在膀胱癌中，TGF−β诱导的GLI2表达独立于Hh信号通路，而是直接调控下游靶基因的转录，从而促进肿瘤侵袭［41］，单独靶向Hh信号通路对肿瘤治疗并无显著疗效。TGF−β和Hh信号通路形成一个正反馈环促进GLI1和GLI2介导肿瘤细胞的迁移、侵袭和转移。因此，进一步研究上述两个信号通路交互联系的作用机制有助于为肿瘤的靶向治疗提供新的靶点。

8 结语

本文总结了TGF−β信号通路与细胞内其他信号通路之间的交互联系，这些交互作用对于深入理解TGF−β在肿瘤发生发展过程中由肿瘤抑制转变为促进具有重要意义。这种信号通路间的交互作用能够减弱或消除TGF−β对细胞的生长抑制和促凋亡作用，从而促进肿瘤侵袭、迁移等作用显现；这种交互作用还能够进一步促进肿瘤细胞的血管生成、EMT和转移，从而促进肿瘤的进展和恶化。上述现象提示，在临床肿瘤治疗中，仅单独靶向其中的一条信号通路可能会使治疗效果不佳，而联合抑制多个信号通路则有助于提高治疗效果。因此，明确TGF−β与细胞内其他信号通路间交互联系的作用机制，有助于改善和提高肿瘤靶向治疗的效果，针对不同信号通路交互联系的研究也可以为肿瘤靶向治疗提供新的思路。