TGFβ/Smads信号转导途径与肿瘤的关

【关键词】 转化生长因子β;smads;肿瘤

转化生长因子β（tgfβ）超家族生长分化因子是一种具有多功能生物学活性的细胞因子，在调节细胞的生长、分化、凋亡、黏附、细胞外基质合成与沉积、胚胎发生和组织修复、炎症反应及纤维化中起着重要的作用［1］。smads蛋白是tgfβ唯一的作用底物，能将tgfβ信号从细胞外传递到细胞核的中介分子，是该信号通路中的关键步骤。本文对tgfβ/smads信号转导途径与肿瘤的关系作如下综述。

1 tgfβ超家族及其受体

1.1 tgfβ超家族结构特征

tgfβ超家族包含许多结构上相关的多肽段生长因子，包括：tgfβ亚型、激动子/抑制子（activins/inhins）、骨形态发生蛋白（bone morphgenetic protein, bmps）、苗勒抑制素（mullerrian inhibiting substance, mis）等。tgfβ有5种异构体形式，哺乳动物体内只有tgfβ1～3 3种形式，它由一个成熟的tgfβ和n末端前体残基（又称为潜态相关蛋白，lap）组成［2］。在高尔基体内经内源性蛋白酶裂解，释放出一个大约110～140个氨基酸的成熟多肽［2,3］。每个成熟单位亚单位内有7个高度保守的半胱氨酸残基，其中6个残基形成3个分子内二硫键，使其具有“半胱氨酸”结构，2个二硫键形成环状结构，第3个二硫键穿过其中，最后一个形成半胱氨酸残基链间二硫键，将两个单体联结成具有生物活性的二聚体［4］。根据结构中是否含有与tgfβ1相同的7个半胱氨酸残基，tgfβ超家族可分为密切相关组和疏水组相关组及一些分类不明者。

1.2 tgfβ受体

现已发现4种tgfβ的受体，但只有i 、ii型受体是tgfβ/smads信号转导的必须分子。tgfβⅰ型受体（tβri）和tgfβⅱ型受体（tβrii）的相对分子质量分别为53×103和75×103，它们都有一跨膜片段，外端暴露于细胞膜外，内段插在胞质中。胞质内区域有丝氨酸/苏氨酸激酶的结构域，tβri各激酶的结构间氨基酸同源性较高，而tβrii各激酶结构域间同源性小于40%。tβri在细胞外区有半胱氨酸间隔区和富含丝氨酸、甘氨酸的片段，该片段与激酶结构的n末端相邻，在tgfβ/smads的信号转导过程中，tβri和tβrii两者相互依赖、相互作用，协同转导信号。tβrii可以在无配体结合的情况下，受体发生自体磷酸化，即非配体依赖性自体磷酸化激活，这是tβrii的丝氨酸/苏氨酸激酶系统启动、激活的特点，tβri可识别与tβrii结合的配体，三者形成稳定的三体复合结构。tβrii复合物在征募tβri的过程中，由于tβrii的构象作用，致使tβri的丝氨酸/苏氨酸残基发生磷酸化，磷酸化反应发生在tβri的gs结构域内。tβrii激酶结构域或tβri的gs结构域发生氨基酸突变都不能使tβri磷酸化，也不能进行信号传递。tβrii自体磷酸化后与配体结合使tβfi磷酸化，tβri在把信号传递给tgfβ反应的下游底物［5］。

2 smads蛋白家族

smads蛋白家族是tgfβ/smsds信号通路中重要成员，包括smads 1～9,它们都存在于胞质中，作用是将tgfβ/smads信号转导入核内并参与tgfβ靶基因的调节，根据smads蛋白家族的功能将其分为3类：第1类为受体调节型smads,包括smad1～3、5、8,其结构由n端的mh1区、c端的mh2区和两者间连接区组成，在c区还含有ssxs结构，后两个丝氨酸可被i型受体直接磷酸化。rsmads根据功能可分为bmp激活的smad 1、5、8和tgfβ激活的smad 2、3两类。rsmadsmiii区的作用主要是抑制mh2区，直接结合dna，是信号转导的抑制性结构域；而mh2区的作用又可抑制mh1区，与受体相互作用，可以磷酸化，可与其他smads结合，与dna结合蛋白协同活化因子或协同抑制因子结合，具有转录活化作用，所以主要是信号转导的功能性结构域［6］。mh1区和mh2区相互抑制，从而抑制了smads异源寡聚体的形成，但并不抑制同源寡聚体的形成，当mh2区的c端ssxs基序被磷酸化后，可除去mh1的抑制作用。第2类是通用调节型smads,也具有mh1、mh2和连接区，但缺乏ssxs基序，不能被磷酸化，也不能结合tgfβ或bmp受体，但可稳定smads低聚物的结构，使smads复合物具有有效的转录活性［7］。目前smad4被认为是通用调节分子，因为它几乎能与所有活化的受体调节型smads蛋白结合，并形成低聚体复合物，参与调节tgfβ/smads信号转导［8］。同时,rsmads和cosmad的mh1区都具有β发夹结构，可以直接结合dna。第3类是抑制型smads,包括smad6、7,其作用是抑制tgfβ信号转导，smad7比smad6作用更强。在结构上，抑制型smads尚未发现典型的mh1样结构，但其具有mh2区。

3 tgfβ/smads信号传导通路与肿瘤

现代肿瘤分子生物学研究表明，tgfβ/smads与肿瘤的发展密切相关。在早期，对肿瘤的生长呈抑制作用，通路中任一元件发生突变都将会传递信号，使细胞逃避tgfβ介导的生长抑制作用，从而具有选择性生长优势，导致肿瘤的发生与发展［9］。但对于进展期和晚期肿瘤呈促进作用，并能增强其侵袭力和恶性程度［10］。

3.1 tgfβ/smads在肿瘤中的突变

多项研究证明多种不同病理类型实体瘤细胞（如肝癌、肺癌、食管癌、胃肠道癌）存在着多种tgfβ/smads信号传导通路的突变。tgfβ i型受体基因位于9p22,恶性肿瘤中tgfβ i型受体缺失或突变相对少见。tgfβii型受体基因位于3p22,已在人头颈部、胃、结肠、乳腺、卵巢多种肿瘤中鉴定了tgfβii型受体的不同形式突变。目前已证实，肿瘤细胞逃避tgfβ负调控的常见机制是tgfβ受体表达受抑制。

smads基因突变或功能失活在人类肿瘤的发生中起着重要作用。已经发现约50%胰腺癌存在smads/dpc4缺失和突变；直肠癌、头颈部肿瘤中发现smad2突变，肝细胞癌有smad2和smad4的mh2结构域经常发生点突变和移码突变，产生早熟的蛋白。smad4的mh2结构域突变破坏了蛋白的核心结构，从而丧失了形成smads蛋白复合体，阻断了受体依赖的rsmad磷酸化作用或产生不稳定的smads蛋白，并可以引发mh1和mh2亲和力增加，进而阻滞tgfβ对癌细胞抑制作用［11］。在mdck细胞系中，过表达两种smad2的肿瘤突变体（smad2.d450e和smad2.p445ii）可促进诱导的细胞浸润，两种突变体保留了部分tgfβ依赖的信号转导功能。smad4蛋白mh1结构域的错义突变导致smad4蛋白与dna结合能力明显降低，mh1结构域与dna结合。一些突变引起smad蛋白稳定性降低，特别是和33c迅速通过泛素蛋白酶途径降解。有些smad4突变蛋白（smad4.g65v smad4.p130s）tgfβ刺激后在核内积累，并不执行功能［12］。这样，smad基因的错义突变通过不同的机制削弱或改变了tgfβ信号转导途径，诱导肿瘤的始动。

3.2 tgfβ/smads信号转导通路与肿瘤的浸润和转移

tgfβ和肿瘤的转移有密切关系， tgfβ ii型受体的异常表达可抑制肿瘤的浸润和转移。肿瘤细胞的转移是一个可逆的上皮到间充质的转化过程，在体内这可能是一个瞬时的分化事件，引起细胞的可塑性增加，允许细胞脱离原发瘤进入血液循环［13］。体内研究表明抑制tgfβ ii型受体的表达，可以完全抑制高转移肿瘤细胞的转移，tgfβ和tgfβ ii型受体可提高肿瘤的浸润和转移。tgfβ诱导上皮到间充质转化的机制非常复杂，ras/磷酸肌醇3激酶信号和tgfβ诱导的smad和rhoa激活可能起重要作用。在肿瘤发生的后期tgfβ直接作用于肿瘤细胞，加速肿瘤的进程。tgfβ能够诱导乳房和皮肤上皮细胞分化转变为纤维样细胞，具有高浸润和高转移表型。

陈国平，等.tgfβ/smads信号转导途径与肿瘤的关系 肿瘤血管对肿瘤的生长和浸润起重要作用，血管提供给肿瘤细胞营养和氧分，肿瘤细胞内渗到血液系统，导致肿瘤转移。tgfβ在正常的血管发生和保持血管完整性有重要作用，tgfβ在肿瘤细胞中可诱导表达血管内皮生长因子、金属蛋白酶mmp2和mmp9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适当的血管上皮细胞，直接或间接地纵容了肿瘤细胞转移，激活的tgfβ信号系统还可抑制淋巴细胞的分化、增殖和功能的激活；tgfβ信号还可抑制b细胞免疫球蛋白的合成，tgfβ1在肿瘤细胞中过量表达破坏了宿主t细胞介导的细胞毒性作用，并引起ctl(cytolyic t cell)［14 ，15］纵容肿瘤细胞的进一步发展。

tgfβ是机体正常细胞及上皮性肿瘤细胞的负调控因子，大量研究表明tgfβ尽管是重要的肿瘤抑制物，但其也参与了肿瘤的发生、进展和转移等各个方面，并在其中扮演了不可替代的角色，其受体尤其是tgfβ ii型受体的表达缺失是肿瘤发生的一个重要原因。smads是tgfβ家族成员中重要的细胞内介质，由胞膜上丝氨酸/苏氨酸激酶受体激活，将信号转导至细胞核，并在细胞核中起转录子的作用，不同的刺激可对smads蛋白的活性起到正调控或负调控作用，smads基因突变或功能失活与人类肿瘤的发生密切相关。tgfβ/smads信号传导通路在肿瘤演进过程中的作用及机制的认识也将不断增加，这对于阐明肿瘤的发生机制和对肿瘤的预防和临床治疗都将具有十分重要的意义。

【参考文献】
1 massague transforming growth factorbets family［j］.annu rev cell biol,1990,6:597641.

2 munger js,harpel jg,gleizes pe,et transforming growth factorb;structural factures and mechanisms of activation［j］.kidney int,1997,51(5):13761382.

3 taipale j,keskioja factors in the extracellular matrix［j］.faseb j,1997,11:5159.

4 hinch ap,archer sj,qian sw,et orming growth factorbeta 1;threedimensional structure in solution and comparision with the xray structure of transforming growth factorbeta 2［j］.biochemstry,1996,35:85178534.

5 roberls beta singaling from receptors to the nueleus［j］.mierobers infect,1999,15:12651273.

6 warner dr, roberts ea, greene rm, et fieation of novel smad binding proteins ［j］.biochem biophys res commun,2003,312(4):11851190.

7 kuang c, chen y. tumor derived cterminal mutations of smad4 with decreased dxa binding activity and enhaneed intramolecular interacion［j］.oneogene,2004,23(5):10211029.

8 de caestecker mp, pick e, roberts of transforming growth factorbeta singaling in cancer［j］.j natl cancer inst,2000,92(17):13881402.

9 staller p,peukert k, kiermaier a,et sion of p15ink4b expression by mye through association with mizl［j］.nature cell biology,2001,3(4):392399.

10 maurice d,pierreux c e,howell m,et of smad4 function in panereatic tumors;cterminal truneation leads to decreased stability［j］.j bilo chem,2001,276(46):4317543181.

11 huntley sp, davies m, matthews jb, et ated type ii tgfbeta receptor singaling in human malignant oral keratinoeytes induces a less diferentialed with matatic dissemination［j］.int j cancer,2004,110(2):170176.

12 kang y,mariano j m,angdisen j,et ed toumorigenesis and reducedtransforming growth factorbeta type ii receptor in lung tumors from mice with reduced gene dosage of transforming growth factorbeta［j］.mol careinog,2000,29(2):112126.

13 thiery j, choipin lial cell plasticity in development and tumor progression［j］. cancer metastasis rev,1999,18:3142.

14 bouchard c, fridman wh, santes c. effect of tgfbeta1 on cell cycle regulatory proteins in lpsstimulated noumal mouse b lymphcytes［j］.j immunol,1997,159(9):41554164.

15 kehrl jh, taylor a, kim sj, et al. transforming growth factorbeta is a potent negative regulator of human lymphocytes［j］. ann ny acad sci,1991,628:345353.

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