基于TGF-β信號(hào)通路探討中醫(yī)藥改善腫瘤免疫微環(huán)境的研究進(jìn)展?

陳蘭玉，胡凱文

(北京中醫(yī)藥大學(xué)東方醫(yī)院，北京 100078)

轉(zhuǎn)化生長因子(transformation growth factor -β，TGF-β)是一種多功能的細(xì)胞生長因子，影響細(xì)胞的增殖、分化、黏附、轉(zhuǎn)移和凋亡，與人類多種疾病尤其是腫瘤密切相關(guān)。研究顯示，TGF-β信號(hào)通路影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展，TGF-β還參與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)、腫瘤血管形成及調(diào)節(jié)腫瘤免疫細(xì)胞的聚集、激活過程。因此，本文就TGF-β生物功能、在腫瘤免疫微環(huán)境中的作用及中醫(yī)藥調(diào)控TGF-β表達(dá)改善腫瘤微環(huán)境進(jìn)行綜述，為中醫(yī)藥防治腫瘤的理論和機(jī)制研究提供參考。

1 TGF-β信號(hào)通路在腫瘤微環(huán)境中作用機(jī)制

TGF-β是一組調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和分化的細(xì)胞因子，屬于TGF-β超家族成員，能使正常的成纖維細(xì)胞表型發(fā)生改變。TGF-β有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3 3個(gè)亞型，其中TGF-β1表達(dá)最廣泛、含量最多[1]。作為腫瘤免疫逃逸的主要調(diào)控因子，幾乎所有腫瘤細(xì)胞內(nèi)都能檢測到TGF-β mRNA表達(dá)上升且以TGF-β1增高為主[2]。

大量研究證明，TGF-β信號(hào)通路是調(diào)控干細(xì)胞活性和器官形成的關(guān)鍵參與者，其調(diào)節(jié)失常會(huì)導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生發(fā)展。當(dāng)TGF-β激活TGF-β I型受體(TGF-β IR)組成二聚體受體復(fù)合物后，TGF-β 信號(hào)通路即被激活。活化的TGF-β IR磷酸化受體相關(guān)Smad蛋白，Smad蛋白在細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核之間進(jìn)行磷酸化穿梭，介導(dǎo)與核心蛋白、輸入蛋白、輸出蛋白的直接聯(lián)系。Smad蛋白與TGF-βR結(jié)合后轉(zhuǎn)移進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，通過與不同的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，激活或抑制對(duì)應(yīng)的靶基因，TGF-β/Smad信號(hào)通路即被激活[3]。

1.1 TGF-β促進(jìn)腫瘤微環(huán)境形成，誘導(dǎo)腫瘤免疫逃逸

腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment，TME)是腫瘤賴以生存的綜合內(nèi)環(huán)境，其中免疫微環(huán)境作為腫瘤的“第七大標(biāo)記性特征”，是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分[1]。免疫微環(huán)境之所以能成為腫瘤的重要標(biāo)志，是因?yàn)樗軒椭[瘤細(xì)胞逃逸機(jī)體的免疫監(jiān)視功能，而TGF-β是腫瘤免疫逃逸的主要調(diào)控因子，可誘導(dǎo)免疫細(xì)胞功能不全或直接凋亡，或抑制多種免疫細(xì)胞的增殖分化[4]。具體表現(xiàn)為，一是誘導(dǎo)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor associated macrophages，TAMs)和中性粒細(xì)胞(tumor associated neutrophil，TAN)極化[4]；二是阻斷樹突狀細(xì)胞(dendritic cell，DC)成熟，對(duì)信號(hào)通路反應(yīng)性降低，無法激活T淋巴細(xì)胞誘導(dǎo)免疫耐受[5]；三是促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell，Treg)產(chǎn)生，抑制多種免疫細(xì)胞功能，誘導(dǎo)和維持腫瘤免疫逃逸狀態(tài)[6-7]；四是通過上調(diào)miR-55和miR-21表達(dá)，招募髓系抑制性細(xì)胞(myeloid derived suppressor cell，MDSC)抑制抗腫瘤T細(xì)胞效應(yīng)功能，最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞無限增殖[8]。綜上，TGF-β有助于形成腫瘤微環(huán)境，誘導(dǎo)腫瘤免疫逃逸。

1.2 TGF-β促進(jìn)腫瘤血管生成與炎癥反應(yīng)

腫瘤的發(fā)生發(fā)展需要新生血管參與，TGF-β可以誘導(dǎo)血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)表達(dá)，TGF-β1可直接誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞遷移，增強(qiáng)腫瘤血管細(xì)胞化，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞逃脫原發(fā)部位并轉(zhuǎn)移。有研究顯示，TGF-β通過誘導(dǎo)VEGF2的旁分泌和自分泌來激活觸發(fā)腫瘤新生血管生成[9]。

炎癥細(xì)胞亦是構(gòu)成腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，這些細(xì)胞和免疫細(xì)胞及腫瘤相關(guān)的纖維母細(xì)胞、內(nèi)皮源性細(xì)胞通過分泌生長因子、黏附因子、促血管生成因子等，刺激腫瘤生長、轉(zhuǎn)移、血管生成，增強(qiáng)腫瘤侵襲能力[6]。TGF-β信號(hào)通路激活是對(duì)腫瘤發(fā)展形成炎癥缺氧的自然反應(yīng)過程，可以通過調(diào)節(jié)下游信號(hào)通路誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞在骨髓定位增殖分裂生長，因此TGF-β成為腫瘤轉(zhuǎn)移的一個(gè)潛在標(biāo)志[10]。

1.3 TGF-β信號(hào)通路誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化

已有研究證明，TGF-β是EMT的有效誘導(dǎo)劑[2]，可經(jīng)由Smad信號(hào)通路促使腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT[11]。Smad是TGF-β誘導(dǎo)EMT的關(guān)鍵因子，TGF-β可通過激活Smad信號(hào)通路活化諸多轉(zhuǎn)錄因子，使緊密連接蛋白和上皮性標(biāo)志物表達(dá)下移，間質(zhì)性標(biāo)志物表達(dá)上移，使來源于上皮的腫瘤細(xì)胞黏附力降低，侵襲、轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)[12-13]。除Smad通路，TGF-β還能活化激酶TAK1，從而激活下游信號(hào)傳導(dǎo)通路，如PI3K、MAPK等信號(hào)傳導(dǎo)通路，使其發(fā)揮各自作用[14]。另外，TGF-β通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)來調(diào)節(jié)EMT參與基因表達(dá)，這些轉(zhuǎn)錄因子包括鋅指蛋白Snail1和Snail2[15]，鋅指同源盒因子ZEB1、ZEB2[16]等。

2 中醫(yī)藥重塑腫瘤微環(huán)境

2.1 中醫(yī)對(duì)腫瘤免疫微環(huán)境的認(rèn)識(shí)

中醫(yī)認(rèn)為，“積之成者，正氣不足而邪氣踞之”，正氣虧虛是腫瘤的基本病機(jī)。正虛感邪，臟腑功能失調(diào)，受內(nèi)外多種因素誘導(dǎo)生成致病因素，導(dǎo)致機(jī)體氣血陰陽紊亂，痰瘀濕熱等病理因素蓄積，體內(nèi)平衡狀態(tài)被打破，邪氣盤踞而成積聚。這與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)腫瘤免疫的認(rèn)識(shí)不謀而合。其中腫瘤免疫抑制微環(huán)境與正氣虧虛、炎性因子與熱毒、高凝血狀態(tài)與血瘀、腫瘤微環(huán)境中大量黏附因子與痰濕等病理因素都有諸多相似之處[17]。

腫瘤免疫微環(huán)境與正氣虧虛密切相關(guān)，正氣包括先天之氣和后天之氣，“先天之本在于腎，后天之本在于脾”，正氣與脾腎密切相關(guān)。《景岳全書》云：“脾腎不足及虛弱失調(diào)之人，多有積聚之病。”張?jiān)亍痘罘C(jī)要》云：“壯人無積，虛人則有之，脾胃虛弱，氣血兩衰，四時(shí)有感，皆能成積”，說明臟腑虛弱，尤其是脾腎功能紊亂，更易導(dǎo)致痰、瘀、濕、熱等病理產(chǎn)物蓄積。故中醫(yī)調(diào)節(jié)免疫、重塑腫瘤微環(huán)境應(yīng)以益氣健脾、扶正固本為主，聯(lián)合解毒抗癌、化痰祛瘀等治法，整體多維地發(fā)揮中醫(yī)藥調(diào)節(jié)免疫平衡作用，以達(dá)到“邪去正安”的目的。

2.2 中醫(yī)藥對(duì)腫瘤免疫微環(huán)境調(diào)節(jié)重塑作用

中醫(yī)改善腫瘤微環(huán)境的 “整體性”“平衡性”“多系統(tǒng)”“多靶點(diǎn)”等特點(diǎn)正逐漸成為研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。有研究表明，臨床常用的幾類抗癌中藥均對(duì)重塑腫瘤微環(huán)境有積極作用[18]。一是中醫(yī)藥改善腫瘤免疫抑制。腫瘤衍生的細(xì)胞因子能誘導(dǎo)多種免疫抑制性細(xì)胞，抑制性細(xì)胞又可分泌多種細(xì)胞因子干擾機(jī)體天然免疫和適應(yīng)性免疫應(yīng)答。現(xiàn)已有研究表明，不同類型的中藥制劑(黃芪、青蒿琥酯、川芎嗪、豬苓多糖)不僅可以抑制腫瘤細(xì)胞分泌TGF-β、IL-10等免疫抑制因子，逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞介導(dǎo)的免疫抑制[19]，還能降低治療組外周血 CD4+CD25+Tr、 VEGF、sCD44v6、TGF-β1、IL-10 表達(dá)水平[20]，多途徑干預(yù)腫瘤細(xì)胞免疫逃逸，重塑腫瘤微環(huán)境；二是中醫(yī)藥增強(qiáng)患者免疫功能，機(jī)體免疫力與腫瘤發(fā)生、發(fā)展、預(yù)后、轉(zhuǎn)歸密切相關(guān)，中藥作為免疫增強(qiáng)劑和調(diào)節(jié)劑，可上調(diào)免疫相關(guān)基因表達(dá)，提高效應(yīng)細(xì)胞分泌抗體數(shù)量，增強(qiáng)機(jī)體免疫監(jiān)視及免疫清除能力。現(xiàn)有研究[18]表明，枸杞子、當(dāng)歸、蒲公英、黃芪等中藥提取物在一定濃度下可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞分泌TNF-α、IL-8、IL-6，從而促進(jìn)巨噬細(xì)胞發(fā)揮免疫功能。參麥注射液可調(diào)控惡病質(zhì)小鼠體內(nèi)免疫、代謝功能相關(guān)基因，改善癌癥惡病質(zhì)[21]。當(dāng)歸補(bǔ)血湯可提高EL-4荷瘤小鼠免疫球蛋白M抗體分泌細(xì)胞數(shù)、外周血白細(xì)胞數(shù)、紅細(xì)胞數(shù)，從而增強(qiáng)機(jī)體免疫功能，延緩腫瘤生長速度，延長荷瘤小鼠生存時(shí)間[22]。除此之外，中醫(yī)藥重塑腫瘤微環(huán)境還包括改善炎性微環(huán)境，抑制腫瘤血管生成，抑制細(xì)胞外基質(zhì)降解，改善患者體內(nèi)酸性和缺氧微環(huán)境[18]。有研究表明，清熱解毒類中藥主要通過調(diào)控凋亡相關(guān)基因及腫瘤細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路影響腫瘤微環(huán)境[23]，活血化瘀類中藥主要通過調(diào)控腫瘤血管生成對(duì)腫瘤微環(huán)境穩(wěn)態(tài)發(fā)揮作用[24]，扶正固本類中藥則通過激活機(jī)體免疫細(xì)胞功能、抗氧化應(yīng)激等改善腫瘤免疫抑制微環(huán)境[25]。

3 中醫(yī)藥調(diào)控TGF-β表達(dá)改善腫瘤微環(huán)境

既往中醫(yī)研究主要集中在腫瘤本身，對(duì)其所處的微環(huán)境研究較少。隨著近年來免疫研究的快速進(jìn)展，越來越多的學(xué)者認(rèn)識(shí)到腫瘤的復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移與腫瘤微環(huán)境密切相關(guān)，這也為中醫(yī)防治腫瘤復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移的機(jī)制研究提供了一個(gè)嶄新的視野。TGF-β信號(hào)通路在惡性腫瘤中均有表達(dá)，不僅參與腫瘤免疫逃逸，也在腫瘤細(xì)胞的EMT和誘導(dǎo)腫瘤血管形成的過程中發(fā)揮重要作用，為惡性腫瘤的治療提供了一個(gè)新靶標(biāo)，可以通過抑制TGF-β的產(chǎn)生或阻斷TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)通路等手段，逆轉(zhuǎn)EMT過程，抑制腫瘤血管生成，增強(qiáng)腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞的抗腫瘤免疫應(yīng)答，重塑腫瘤免疫微環(huán)境。

3.1 中藥調(diào)控TGF-β表達(dá)，抑制多個(gè)信號(hào)傳導(dǎo)通路誘導(dǎo)的上皮-間質(zhì)化

TGF-β是誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生上皮-間質(zhì)化的關(guān)鍵因子，可經(jīng)由Smad及非Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路活化諸多轉(zhuǎn)錄因子，這些核轉(zhuǎn)錄因子導(dǎo)致緊密連接蛋白和上皮性標(biāo)志物表達(dá)下調(diào)，間質(zhì)性標(biāo)志物表達(dá)上調(diào)，使腫瘤細(xì)胞發(fā)生上皮-間質(zhì)化，黏附能力降低，侵襲和轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)。李潔玭[26]等研究發(fā)現(xiàn)，中藥桂皮的有效成分桂皮醛可通過調(diào)節(jié)PI3K/Akt信號(hào)通路抑制TGF-β表達(dá)，從而抑制下游信號(hào)傳導(dǎo)通路活化，如Erk、PI3K及p38MAPK等激酶信號(hào)傳導(dǎo)通路，最終抑制結(jié)腸癌LoVo細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，降低其侵襲、轉(zhuǎn)移能力。劉蕾等用不同濃度的苦參提取物苦參堿干預(yù)肺泡II型上皮細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化。研究發(fā)現(xiàn)，苦參堿能通過抑制Smad信號(hào)通路有效抑制多種轉(zhuǎn)錄因子活化，從而導(dǎo)致緊密連接蛋白及上皮標(biāo)志物E-鈣黏蛋白表達(dá)上調(diào)，間質(zhì)性標(biāo)志物Vimentin表達(dá)下調(diào)，使腫瘤細(xì)胞黏附性增強(qiáng)失去纖維性，最終抑制上皮-間質(zhì)化，使腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移能力減弱[27]。沈國強(qiáng)[28]等發(fā)現(xiàn)，華蟾素可通過促進(jìn)E-鈣黏蛋白表達(dá)，下調(diào)波形蛋白表達(dá)，從而抑制TGF-β1誘導(dǎo)的人結(jié)腸癌細(xì)胞SW480增殖，最終抑制TGF-β1誘導(dǎo)的上皮-間質(zhì)化過程。

3.2 中藥通過抑制TGF-β表達(dá)，改善其誘導(dǎo)腫瘤免疫抑制狀態(tài)

在腫瘤微環(huán)境免疫抑制網(wǎng)絡(luò)中TGF-β發(fā)揮關(guān)鍵作用，腫瘤細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞、腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞等均可分泌高水平TGF-β，而TGF-β可誘導(dǎo)局部效應(yīng)細(xì)胞功能障礙，激活抑制性免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞和細(xì)胞因子的免疫負(fù)調(diào)節(jié)作用[29]。孫龍華等研究發(fā)現(xiàn)，中藥解毒扶正散(由三張葉、仙鶴草、青天葵、生龍骨、野菊花、白花蛇舌草、黃芪、白術(shù)組成)能夠有效降低肺癌患者外周血TGF-β水平，提高IFN-γ、IL-2水平及CD4+CD25+T細(xì)胞比例[30]。CD4+CD25+T細(xì)胞是一種免疫調(diào)節(jié)類細(xì)胞，表達(dá)L-10等免疫抑制因子，發(fā)揮免疫抑制作用。解毒扶正散通過抑制TGF-β表達(dá)，提高IFN-γ、IL-2水平及CD4+CD25+T細(xì)胞比例，干預(yù)腫瘤微環(huán)境改善肺癌免疫抑制狀態(tài)。高平[31]等發(fā)現(xiàn)，華蟾素聯(lián)合化療能顯著下調(diào)TGF-β表達(dá)，提高輔助性T細(xì)胞Th17及其相關(guān)細(xì)胞因子IL-17水平，促進(jìn)抗腫瘤免疫作用，減弱腫瘤免疫抑制效應(yīng)，改善腫瘤患者免疫功能。李慧杰[32]等研究發(fā)現(xiàn)，芪連扶正膠囊(由生黃芪、連翹、莪術(shù)、清半夏、天南星、白花蛇舌草、仙鶴草、全蝎、蜈蚣、蛤蚧、女貞子組成)可抑制肺癌干細(xì)胞TGF-β1、IL-10表達(dá)，改善細(xì)胞免疫狀態(tài)，重塑免疫微環(huán)境，從而抑制肺癌轉(zhuǎn)移。

3.3 中藥通過控制腫瘤細(xì)胞分泌TGF-β，抑制腫瘤新生血管生成

TGF-β1能直接誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞黏附并形成血管結(jié)構(gòu)，與其他細(xì)胞因子如VEGF、缺氧誘導(dǎo)因子(HIF-1α)協(xié)同作用，共同誘導(dǎo)腫瘤新生血管生成。喬鵬等發(fā)現(xiàn)，鴉膽子油乳能降低治療組VEGF、HIF-1α、TGF-β1的mRNA和蛋白含量，從而減少血管新生因子表達(dá)，抑制腫瘤新生血管生成[33]。有研究顯示，臨床常用的艾迪注射液(斑蝥、人參、黃芪、刺五加的有效提取液)能改善肺癌患者體內(nèi)TGF-β、IL-6、TNF-α等細(xì)胞因子水平，抑制腫瘤血管再生過程[34]。

3.4 中藥抑制TGF-β/Smad信號(hào)傳導(dǎo)通路，影響基因轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡

TGF-β通過細(xì)胞周期阻滯和凋亡基因表達(dá)來誘導(dǎo)上皮細(xì)胞的抗增殖作用，協(xié)同Wnt信號(hào)通路參與調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖、分化、極化等過程。宋璟等研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)方桂術(shù)膠囊(由黃芪、法半夏、栝樓皮、仙鶴草、肉桂、墨旱蓮組成)通過下調(diào)TGF-β表達(dá)，影響TGF-β/Smad信號(hào)通路，抑制Wnt/β-catenin和細(xì)胞周期蛋白D1異常表達(dá)，使肺癌細(xì)胞周期停留在G0/G1期，進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞增殖[35]。劉松[36]等實(shí)驗(yàn)證明，青蒿琥酯抑制裸鼠移植結(jié)腸癌腫瘤細(xì)胞生長，抑制細(xì)胞的增殖及侵襲，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，其機(jī)制可能與抑制TGF-β1表達(dá)，調(diào)控TGF-β1/Smad4信號(hào)通路有關(guān)。中藥皂莢子提取物亦能調(diào)節(jié)肝癌細(xì)胞TGF-β/Smad信號(hào)通路，抑制人肝癌細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡[37]。

4 結(jié)語

目前對(duì)TGF-β信號(hào)通路的研究已經(jīng)取得了不少進(jìn)展，但仍有許多問題尚不明確，如TGF-β在腫瘤發(fā)展不同階段發(fā)揮的作用是否并不相同，及其與其他信號(hào)通路之間的傳導(dǎo)交流情況與作用機(jī)制等。隨著對(duì)TGF-β通路研究的進(jìn)一步深入，有望為中醫(yī)藥抗腫瘤提供更多高效的治療靶點(diǎn)與路徑。