轉(zhuǎn)化生長因子_族信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與腫瘤

1、文章編號 1000-4718(2001 04-0377-04轉(zhuǎn)化生長因子 族信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與腫瘤張 平(浙江中醫(yī)學(xué)院病理學(xué)教研室, 浙江杭州310053Signal transduction of transforming growth factor - family and tumorZ HANG Ping(Department o f Pathology , Zhejiang College o f Traditional Chinese Medicine , Hangzhou 310053, China A Review C ytokines of the transforming growt

2、h factor (TGF- family exert multiple biological ef -fects by their signal transduction pathways that undergo a basic course of ligands of TGF- fa mily receptors SMADs transcription factors DNA expression. The genetic variety of different signal molecules in trans -duction pathways of TGF- fa mily we

3、re found in various benign or malignant tumors, and this had much sig -nificance in designing effec tive therapeutic strategy.主題詞 轉(zhuǎn)化生長因子 ; 信號傳遞; 腫瘤 M eSH Trans formi ng growth factor beta; Signal transd uction; Neoplasms 中圖分類號 Q735; Q754 文獻標(biāo)識碼 A轉(zhuǎn)化生長因子 (transforming gro wth factor , TGF- 族細(xì)胞因子包括TGF-

4、類、骨成形蛋白(bone morphogenetic protein, B MP 類、活素(activin 類、抑素(inhibin 類、苗勒氏抑制物(mullerian inhibitory sub -stance 及結(jié)節(jié)物(nodal , 膠質(zhì)細(xì)胞源性促神經(jīng)因子(glial-derived neurotropic factor , Dpp(果蠅Decapenta -plegic 基因產(chǎn)物 , Vgl(蛙卵vglRNA 產(chǎn)物 等25多種相關(guān)蛋白, 它們在果蠅到人類的廣泛動物體內(nèi)參與調(diào)節(jié)胚層發(fā)育、內(nèi)臟旋轉(zhuǎn)、骨及生殖等組織的形成、組織修復(fù)、細(xì)胞外基質(zhì)的合成、免疫反應(yīng)及抑制上皮組織增生等多種生物學(xué)

5、過程。這些生物學(xué)效應(yīng)的產(chǎn)生, 是它們作為一整套重要的細(xì)胞外刺激信號, 在不同階段的不同動物組織細(xì)胞經(jīng)各自的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路, 調(diào)節(jié)一系列靶基因表達的結(jié)果。在病理條件下,TGF- 族信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的任何障礙將導(dǎo)致生物學(xué)效應(yīng)的變化, 出現(xiàn)發(fā)育不良、畸形、修復(fù)異常及腫瘤等, 其在人體的研究大多集中在腫瘤。因人體組織受TGF- 族信號所支配生物效應(yīng)的廣泛性, 其相關(guān)腫瘤涉及各系統(tǒng)不同組織, 深入研究TGF- 族信號與各腫瘤的因果關(guān)系, 對防治多種常見腫瘤具有十分重要的臨床意義。1 TGF- 族信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本過程 TGF- 族不同類細(xì)胞因子雖有其各自的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路, 但各條通路的基本過程相同。主要有如 收稿日

6、期1999-10-21 修回日期2000-02-09 下步驟: TGF- 族各因子(配體 與相應(yīng)的細(xì)胞膜上具有絲氨酸蘇氨酸激酶活性的兩型受體作用, 配體先磷酸化激活I(lǐng)I 型受體, 由活化的II 型受體再磷酸化激活I(lǐng) 型受體(TGF- 類III 型受體不直接參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo), 但可作為連接分子增加配體與I 、II 型受體間的親和力 ; 受體激活后依靠胞漿內(nèi)一類SM -AD *(包括Smad l-9 中介蛋白將TGF- 族信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至核內(nèi), 即活化的I 型受體再磷酸化通路特異性(pa thway-specific SMAD(Smad 1、Smad 2、Smad 3、Smad 5 , 后者活化后脫離受體,

7、 與公用性(common-med-i ator SMAD(Smad4 形成SMAD 異源寡聚體, 進入核內(nèi), 但胞漿中如存在抑制性SMAD(Smad6或Smad7 ,它們也可與I 型受體結(jié)合, 且結(jié)合的穩(wěn)定性比通路特異性SMAD 更強, 因而干預(yù)通路特異性SMAD 的磷酸化, 使之不能形成激活的SMAD 異源寡聚體, 是TGF- 、活素及B MP 類信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的抑制劑; 核內(nèi)SAMD 寡聚體通過其分子內(nèi)不同部位既與靶基因如纖維蛋白溶酶原活化素抑制劑-1(plasminogen act-ivator inhibitor-1, PAI-1 、癌基因蛋白JunB 、I 型膠原酶、Bc 1-2、cas

8、pase -1、kip -1等基因的啟動子DNA 序列Smad 結(jié)合元件(Smad binding element, SBE 、TPA(12-0-tetradecanoy1-13-acetate 反應(yīng)元件(TPA -response element, TRE 及活素反應(yīng)元件(actevin-response ele ment, ARE 等結(jié)合, 又需與其他轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)作, 調(diào)節(jié)這些相應(yīng)靶基因的轉(zhuǎn)錄, 以控制不同組織細(xì)胞的生長、分化、凋亡, 表現(xiàn)不同的生物學(xué)效應(yīng)1,2。參與各條信號通路的信息分子大致377 中國病理生理雜志 Chinese Journal of Pathophysiology 2

9、001, 17(4 :377-380表1 參與TGF- 族各類信號通路的信息分子T ab 1 Messenger molecules involved in different signal pathways of TGF- familySubfamily Type-II receptor Type-Ireceptor Pathway specific SMADs *Inhibi toryS MADs Common S MAD Transcription factors Target genes related to promoter TGF-T R-IIT R-ISmad2Smad3S ma

10、d6S mad7Smad4TFE3 SP-1AP-1P A 1-1JunB p 15p 21collagenase I B MP BMPR-II ActR-II ActR-IIBB MPR-IA MPR-IB ActR-I Smad1Smad5Smad8、9S mad6S mad7Smad4?Xom Xvent -1 Msx -1Activin ActR-II ActR-IIB ActR-I? AcrR-IB Smad2Smad3S mad6S mad7Smad4FAST-1 FAST-2Mix . 2 goosecoid DppPuntThick veins SaxophoneMAD *?v

11、g Shn*SMADs are for vertebrate homologues of S MA, homologous to MAD in C. Elegans and MAD, product of mother against dpp which is enhancer in dpp akleles of grosophila; Belonging in basic heli x -loop-helix protein; Belonging in forkhead winged-heli x transcription factors; Belonging in homeobox ge

12、nes; Vestigial gene; Schnurri gene.2 人體腫瘤中TGF- 族信息分子的變異由于TGF- 族信號隨細(xì)胞類型及內(nèi)環(huán)境的變化有復(fù)雜的效應(yīng), 它們既可抑制上皮細(xì)胞、造血細(xì)胞、免疫細(xì)胞的生長, 也可促進間葉組織成纖維細(xì)胞、成骨細(xì)胞等生長; 既影響細(xì)胞內(nèi)成分又可改變細(xì)胞外基質(zhì)的含量; 既可以自分泌方式調(diào)節(jié), 又可發(fā)揮旁分泌作用; 因此, 其信息分子的變異涉及各種組織來源或不同階段的良、惡性腫瘤。2 1 TGF - II 型受體基因突變的有關(guān)腫瘤 TGF- II 型受體基因(RII 位于3p223, 已在人頭頸部、胃、結(jié)腸、乳腺、卵巢多種惡性腫瘤中鑒定了R II 的不同形

13、式突變。在兩種頭頸部鱗狀細(xì)胞癌培養(yǎng)株中分別發(fā)現(xiàn), 細(xì)胞膜上TGF- II 型受體絲氨酸-蘇氨酸激酶中高度保留的XI 亞區(qū)內(nèi)第526(谷氨酸 谷氨酰胺 及537(精氨酸 脯氨酸 號殘基的錯義突變(E526Q及R537P , 明顯降低了受體絲氨酸-蘇氨酸激酶的活性, 從而完全取消了細(xì)胞對TGF- 信號的反應(yīng), 即阻止了TGF- 的生長抑制效應(yīng)4。在90%的微衛(wèi)星不穩(wěn)定性引起的結(jié)腸癌中發(fā)現(xiàn)有RII 的移碼突變, 這些突變在微衛(wèi)星不穩(wěn)定性引起的結(jié)腸上皮增生 腺瘤 腺癌 轉(zhuǎn)移的多階段癌變過程中具有一定時間和部位的特異性:在結(jié)腸上皮從增生發(fā)展到各種不同的組織類型(管狀或絨毛狀等 腺瘤的早期階段, 均無R

14、II 的突變; 而最早的突變發(fā)生在腺瘤中高度不典型增生區(qū)或晚期腺瘤中有明顯浸潤的腺癌區(qū); 突變集中在2個RII 等位基因的編碼區(qū)BAT 段中1個含10個多聚腺嘌呤堿基重復(fù)區(qū)的微衛(wèi)星位點; 由此可見, RII 突變是結(jié)腸癌變過程中的后期事件, 與微衛(wèi)星不穩(wěn)定性引起結(jié)腸腺瘤的惡變密切相關(guān)。但在少數(shù)微衛(wèi)星不穩(wěn)定性引起的結(jié)腸癌中發(fā)現(xiàn), B 激酶區(qū)活性的改變。最近發(fā)現(xiàn), 在微衛(wèi)星穩(wěn)定性結(jié)腸癌中, 也有15%出現(xiàn)RII 非BAT 段的點突變5,6。在散發(fā)性胃癌中, 應(yīng)用與TGF- II 型受體基因編碼區(qū)有關(guān)內(nèi)含子引物作非放射性單股DNA 構(gòu)象多態(tài)性(SSC P 檢測, 也發(fā)現(xiàn)2種RII 突變形式:一是2個

15、RII 等位基因中均有一段多聚腺嘌呤的缺失, 另一是在其1個等位基因中插入GA 雙核苷酸, 這些突變均限于第3個外顯子, 其它編碼區(qū)未受影響7。在散發(fā)性卵巢癌中發(fā)現(xiàn), R II 的整個編碼區(qū)均有不同形式的突變, 如在高度保留的絲氨酸-蘇氨酸激酶區(qū)或跨膜區(qū)出現(xiàn)氨基酸的替代; 在多聚腺苷酸微衛(wèi)星區(qū)插入1對堿基, 引起讀碼移位; 還發(fā)現(xiàn)這些病人的腫瘤及正常組織中均有1322號核苷酸堿基C 被T 取代8。在伴有3p22等位基因缺失或微衛(wèi)星不穩(wěn)定性的宮頸鱗狀細(xì)胞癌組織中及不伴有微衛(wèi)星不穩(wěn)定性的鱗狀上皮癌變區(qū), 均未發(fā)現(xiàn)RII 的突變, 說明宮頸癌的發(fā)生不象結(jié)直腸癌與RII 突變相關(guān), 可能與尚未鑒定的基

16、因或RII 非編碼區(qū)的突變有關(guān)9。在人分化好或未分化的甲狀腺癌及大鼠K-ras 轉(zhuǎn)化的甲狀腺細(xì)胞中, 均有R II 表達降低; 如將常人R II 轉(zhuǎn)染大鼠轉(zhuǎn)化細(xì)胞, 轉(zhuǎn)染細(xì)胞的靜止性及非靜止性生長力均降低, 并在裸鼠的致瘤性、自發(fā)轉(zhuǎn)移及人工肺轉(zhuǎn)移均比未轉(zhuǎn)染的親代細(xì)胞明顯降低, 說明RII 是甲狀腺細(xì)胞中一個較強的抑癌基因10。2 2 TGF- I 型受體基因突變的腫瘤 TGF- I 型受體基因(RI 位于9q223。最早報道有RI 突變滅活的人體腫瘤是少數(shù)乳腺癌, 其原發(fā)瘤或腋窩轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)中都有RI 第387號密碼子堿基顛換(transver -sion , 即C 被A 取代, 使受體分子中絲

17、氨酸被酪氨酸替代, 降低了TGF- 族信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。由于轉(zhuǎn)移明(237831 , 故RI 的突變可能與乳腺癌的轉(zhuǎn)移密切相關(guān)11。目前其他腫瘤中該基因的變化尚無報告。2 3 公用型SMAD 基因突變的腫瘤 最早觀察到與致癌相關(guān)的變異SMAD 蛋白是公用性Smad 4, 其基因Smad 4位于18q21, 一般認(rèn)為純合子型Smad 4缺失可致癌, 雜合子型Smad 4缺失無異常。實際在確定Smad 4參與TGF- 族信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的同時, 已在胰腺癌、結(jié)直腸癌等惡性腫瘤中確定了胰腺癌缺失基因Dpc 4(deleted in pancreatic carcinoma, locus4 , 現(xiàn)證實兩者為同一

18、基因。大約在半數(shù)的胰腺癌中, 表現(xiàn)有Smad 4純合子型缺失或雜合子缺失伴殘留染色體Smad 4點突變, 因產(chǎn)物Smad 4直接與啟動子DNA 序列SBE 、TRE 及多種轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合形成信號, 控制參與調(diào)節(jié)細(xì)胞生長分化的靶基因表達, 癌細(xì)胞中Smad 4的完全失活或點突變引起Smad 4氨基末端1 3區(qū)內(nèi)氨基酸的替換, 消除或降低其與DNA 結(jié)合, 使TGF- 抑制生長的信號阻滯在Smad 4, 細(xì)胞生長失控而癌變12。應(yīng)用單股DNA 構(gòu)象多態(tài)性檢測, 發(fā)現(xiàn)原發(fā)性膽道癌癌變過程中也涉及Smad 4, 其點突變常發(fā)生在編碼Smad 4羧基末端區(qū)的第811個外顯子內(nèi), Smad 4的滅活在膽總管

19、癌中更為常見13。利用人體家族性腺瘤樣息肉病模型Tpc 716 基因剔除 (knockout 小鼠, Takaku 等建立了1種在同1條18號染色體上既有Apc 、又有Smad 4復(fù)合突變的雜合子小鼠, 當(dāng)其另1條18號染色體缺失后, 該2個基因均純合子型滅活, 這種小鼠腸息肉惡變明顯高于僅Apc 716小鼠, 也說明Smad 4的滅活在結(jié)直腸良性腺瘤惡變過程中起重要作用14。2 4 自分泌TGF- 類因子的腫瘤 有些腫瘤無上述信息分子變異而保留完整的TGF- 族信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路, 并自分泌多量TGF- 類因子, 使信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能更強。如人小細(xì)胞肺癌株、前列腺癌或黑色素瘤等瘤細(xì)胞均可自泌TGF- ;

20、 在某些人黑色素瘤細(xì)胞株, 即使有轉(zhuǎn)移性者, 仍保留有完整的經(jīng)兩型受體、SMAD 轉(zhuǎn)導(dǎo)的TGF- (包括自分泌TGF- 信號功能, 而瘤細(xì)胞還能抵抗TGF- 的抑制作用繼續(xù)呈惡性生長15, 提示自分泌TGF- 產(chǎn)生的信號在維持惡性生長過程中也有作用, 但機制不清?？赡茏苑置赥GF- 信號調(diào)節(jié)的靶基因不是直接控制生長抑制的基因, 而是其它如細(xì)胞外基質(zhì)蛋白降解酶或I 型膠原酶等基因, 因細(xì)胞外基質(zhì)蛋白等其他因素也可影響細(xì)胞的生長狀態(tài); 另外, 自分泌TGF- 還可發(fā)揮旁分泌作用, 是否通過抑制免疫細(xì)胞生長, 麻痹免疫監(jiān)視功能, 以利于瘤細(xì)胞的惡性生長, 須進一步證實。上述腫瘤中有些因信息分子的變異

21、均導(dǎo)致TGF - 類信號轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙, 有些因自分泌TGF- 而保留類信號參與瘤變的機制十分復(fù)雜。實際在同一腫瘤也是如此, 已在幾種乳腺癌細(xì)胞株中發(fā)現(xiàn), 有些因Smad 4缺失或無RII 表現(xiàn)TGF- 類信號轉(zhuǎn)障礙而失去對TGF- 的反應(yīng)性; 有些雖無信息分子的變異而對TGF- 類信號的效應(yīng)發(fā)生了變化, 如MCF-7株保留對TGF- 生長抑制反應(yīng), 而MDA-MB-231株保留對TGF- 誘發(fā)PAI-1的效應(yīng), B T-20株則無反應(yīng), 可能這些癌細(xì)胞在TGF- 刺激后出現(xiàn)轉(zhuǎn)錄效應(yīng)與抑制增生效應(yīng)間的偏差16, 這須考慮TGF- 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中是否還受其它細(xì)胞因子信號系統(tǒng)的干擾, 已發(fā)現(xiàn)TGF- 族

22、信號還受到分裂原激活的蛋白激酶(MAPK類信號系統(tǒng)中細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(e xtracellular signa-l re gulated protein kinase, E RK 的交叉調(diào)節(jié)。如由EGF 激活其受體酪氨酸蛋白激酶產(chǎn)生的ERK 也作用于B MP 類信號中通路特異性Smad 1, 使Smad 1連接部的PXSP 區(qū)磷酸化; 而B MP 類信號轉(zhuǎn)導(dǎo)時I 型受體磷酸化位于Smad 1羧基末端部的SSXS 區(qū)并使Smad 1從胞漿進入核內(nèi), 前者因磷酸化部位的不同, 阻止其進入核內(nèi), 中斷了信號, 因而可對抗B MP 的生物學(xué)效應(yīng)17。3 與癌變有關(guān)的TGF- 族信號的靶基因確定癌

23、變過程中有關(guān)TGF- 族信號的靶基因, 是目前研究的重點。在伴有TGF- 族信號轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙的腫瘤中, 已觀察到, 細(xì)胞凋亡及細(xì)胞周期的某些調(diào)節(jié)基因是TGF- 族信號的靶基因。如將R II 轉(zhuǎn)染人前列腺癌細(xì)胞株LNCaP 使其RII 過度表達, 結(jié)果轉(zhuǎn)染細(xì)胞在用TGF- 1處理后細(xì)胞凋亡的發(fā)生率明顯高于親代細(xì)胞, 恢復(fù)了對TGF- 1生長抑制的敏感性; 經(jīng)Western 印跡分析、RT-PCR 等檢測, 細(xì)胞內(nèi)bcl -2減少, bax 增加, 在TGF- 1處理后的一段時間內(nèi)細(xì)胞中出現(xiàn)caspase -1的mRNA 及其蛋白質(zhì),同時周期素依賴激酶抑制劑p27kipl也增加; 說明了bcl -2、

24、cas pase -1、kip -1等基因都可能是TGF-族信號調(diào)節(jié)的靶基因18。環(huán)氧酶(cyclooxygenase -2的基因也可能是癌變時TGF- 族信號的靶基因。因免疫組化證實人結(jié)腸癌中環(huán)氧酶-2很豐富, 而正常腸粘膜中陰性, TGF- 1的分布特點與環(huán)氧酶-2相同; 同時觀察致癌原氧化偶氮甲烷(azoxyme thane, AOM 誘發(fā)大鼠腸上皮瘤變過程, 也證實AOM 誘發(fā)的腸腺瘤及腺癌中環(huán)氧酶-2及TGF- 明顯增加; 用TGF- 處理大鼠腸上皮細(xì)胞后動態(tài)分析細(xì)胞內(nèi)環(huán)氧酶-2m RNA 的變化過程, 在處理后1h 環(huán)氧酶-2mRNA 增加, 在處理9h 或50d 后分別增加9或1

25、2倍, TGF- 從培養(yǎng)基撤去20d 后下降到原來基線, 均說明結(jié)腸腺瘤惡變時TGF- 誘導(dǎo)環(huán)氧酶-2表達的作用19。在保留完整TGF- 族信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程的腫瘤中, 是否還有其它TGF- 族信號的靶基因3794 利用TGF- 族信號的治療前景盡管TGF- 族信號轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙的致癌機制尚未完全明了, 但從現(xiàn)有觀點出發(fā)也開始設(shè)計了一些治療方案。如對那些過度產(chǎn)生TGF- 、保留完整TGF - 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的腫瘤, 可采用阻斷TGF- 族信號的治療法。如在小鼠的胸腺瘤細(xì)胞株, 因瘤細(xì)胞產(chǎn)生大量TGF- 抑制了細(xì)胞免疫, 故用編碼可溶性RII 的重組病毒轉(zhuǎn)染胸腺瘤細(xì)胞, 使其產(chǎn)生僅含TGF - RII 細(xì)胞外

26、部分的可溶性RII , 將這種轉(zhuǎn)染細(xì)胞皮下接種于小鼠, 致瘤性明顯降低, 這是由于可溶性RII 結(jié)合了TGF- , 阻斷了TGF- 族信號的轉(zhuǎn)導(dǎo), 也就阻斷對細(xì)胞免疫的抑制, 恢復(fù)了特異性腫瘤免疫力。因此, 誘導(dǎo)可溶性RII 的表達可作為自分泌TGF- 晚期腫瘤的治療方法20。同樣, 誘發(fā)人乳腺癌細(xì)胞株(MDA-MB-231 表達TGF- III 型受體的可溶性細(xì)胞外成分, 抵制癌細(xì)胞自分泌TGF- , 也可降低癌細(xì)胞的生長及轉(zhuǎn)移力21。此外, 還有應(yīng)用TGF- 的反義基因治療大鼠顱內(nèi)膠質(zhì)細(xì)胞瘤及用I L-2基因轉(zhuǎn)染瘤細(xì)胞后表達的IL-2可拮抗TGF- 信號的報告。參 考 文 獻1 Deryn

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