胸腺素β10的生物學功能及臨床應用研究進展

張軼靜，劉波，陳偉

湖北醫藥學院附屬襄陽市第一人民醫院，湖北襄陽441000

胸腺素是一種從小牛胸腺中分離出來的蛋白，根據等電點不同可分為α（PI＜5）、β（5＜PI＜7）和γ（PI＞7）三種異構體，其中胸腺素β 家族包含近20 個多肽，由 40～44 個氨基酸組成，分子量約為 5 kDa［1］。胸腺素β 可與單體肌動蛋白以1：1 比例形成復合物，阻止肌動蛋白聚合成絲狀形式，發揮參與細胞骨架重組、介導細胞運動、參與血管形成、炎癥免疫反應［2-3］等多種生物學功能。胸腺素β10（Thymosin beta 10，Tβ10）是胸腺素β 家族的重要成員之一，目前已被發現與甲狀腺癌、肝癌、乳腺癌、腎細胞癌、食管癌、膽管癌、胰腺癌、膀胱癌、宮頸癌、黑色素瘤、卵巢癌等多種惡性腫瘤的發生發展密切相關，表達特點與腫瘤類型相關。Tβ10 在干燥綜合征［4］、唐氏綜合癥［5］、銀屑病［6］等非腫瘤性疾病中也存在差異性表達，但其在相關疾病發生發展中的功能和具體作用機制仍有待進一步研究。現將Tβ10 的生物學功能及其臨床應用情況最新研究進展綜述如下。

1 Tβ10的生物學功能

Tβ10 最初在哺乳動物組織中被描述為胸腺素β4 的類似物，是人類β-胸腺素的主要形式［7］。Tβ10在不同人體體液和組織中均有表達，主要存在于細胞質，編碼基因定位于第2 號染色體p11.2 位點，基因組位置84 986 274 至84 987 310，包含3 個外顯子和 2 個內含子，分布在一個 1.37 kb 的片段上［8-9］。Tβ10 由 43 個氨基酸組成，氨基酸序列與 Tβ4 相差23%（10 個氨基酸），對G-肌動蛋白的親和力是Tβ4的 2 倍［1］。Tβ10 兩端各有一個 α 螺旋，螺旋之間含有2 個轉角是Tβ10 的主要結構特征，其中所含保守序列“17LKKTET22”作為公認的肌動蛋白結合基序發揮重要作用［10］。

1.1 參與腫瘤細胞的增殖、遷移、侵襲及凋亡 研究［11］發現，Cyclin A 可促進細胞周期由 S 期向 G2期/M 期轉化，而Cyclin E 則為細胞從G0期/G1期進入S期的限速因子。Tβ10可促進多種腫瘤細胞的增殖。馬麗等［12］研究證實，加入外源性 Tβ10 能增加肺癌A549細胞中Cyclin A、Cyclin E mRNA 及蛋白的表達水平，抑制Tβ10 功能后各指標表達水平降低，提示Tβ10可能通過促進Cyclin A、Cyclin E的表達影響細胞周期，促進細胞增殖。但曲連悅等［11］發現，加入外源性Tβ10可有效抑制卵巢癌細胞增殖，其具體機制有待進一步闡明。

Tβ10可通過與G-肌動蛋白結合，在細胞內形成充足的G-肌動蛋白儲備，在細胞運動時迅速釋放G-肌動蛋白，快速形成細胞運動所需F-肌動蛋白，促進腫瘤細胞的轉移。沉默細胞Tβ10 表達可降低乳腺癌細胞中蛋白激酶B（Akt）、糖原合酶激酶3β、叉頭框轉錄因子 4（FOXO4）及FOXO3 磷酸化水平，過表達則會得出相反結果。將Akt激酶抑制劑哌立福辛應用于Tβ10過表達乳腺癌細胞時，細胞的遷移及侵襲均受到抑制，表明Tβ10可通過激活AKT/FOXO通路，促進乳腺癌細胞的進展和轉移［13］。LEE 等［14］發現，Tβ10 促進小鼠乳腺癌轉移的作用機制可能為，Tβ10 可上調基質金屬蛋白酶2（MMP2）、MMP9、骨髓基質細胞衍生因子1和信號轉導與轉錄活化因子 3 mRNA 表達。ZHANG 等［15］通過檢測 Tβ10 敲除前后腎細胞癌細胞中EMT 相關標記基因表達變化發現，敲除Tβ10后細胞α-cadherin表達上調，Vimentin、Fibronectin、Snail、Twist 表達下調，表明 Tβ10 可能通過誘導上皮—間質轉化調節腫瘤細胞的轉移。有學者［16］研究發現，沉默Tβ10 表達可促進膽管癌細胞的遷移和侵襲，加速膽管癌模型小鼠腫瘤的轉移，Ras-GTPase抑制劑FPT Ⅲ可有效阻斷Tβ10沉默相關 ERK1/2 激活、Snail 表達，表明 Tβ10 可能是通過抑制Ras、ERK1/2的激活，下調Snail、MMPs表達，促進膽管癌細胞的遷移和侵襲。

FANNL 等［17］研究發現，Tβ10 可通過通過抑制肺癌A549 細胞P53 的表達，抑制細胞凋亡。Tβ10過表達后線粒體膜電位降低，活性氧簇（ROS）產生增加，同時，卵巢癌細胞中Fas、Caspase-3 表達水平升高，表明Tβ10 過表達可促進ROS 表達，從而經由Fas 途徑促進人卵巢癌細胞的凋亡［18］。曲連悅等［11］研究發現，外源性Tβ10在卵巢癌細胞中的促凋亡作用可能是通過降低Bcl-2/BAX 的比率來實現的。牛紅丹等［13］通過體外構建 Tβ10 超表達載體，Tβ10 超表達可促進豬原代骨骼肌細胞（Pig skeletal muscle cells，PSC）凋亡，且細胞的ROS 含量增多，BAX、熱休克蛋白90（Heat shock proteins，HSP90）、HSP27和鈣蛋白酶抑制蛋白表達增高，表明Tβ10過表達可能通過氧化應激引起PSC凋亡。

1.2 參與血管生成 血管生成異常是腫瘤、角膜新生血管、缺血性疾病和動脈粥樣硬化等疾病發生發展的主要原因。Tβ10 不僅是一種肌動蛋白結合蛋白，還可阻斷參與血管生成的細胞信號級聯。Tβ10的過表達可有效抑制內皮細胞增殖、遷移、侵襲、導管形成和血管萌芽等多種血管生成過程，其可能作用機制包括直接與Ras 結合、抑制Ras 激活的MEK/ERK 信號通路等［19］。Tβ10 可通過干預腎透明細胞癌細胞中PI3K 的磷酸化及VEGF 的表達來影響血管生成。

與人Tβ10 的作用相反，鹿Tβ10 在小鼠主動脈弓試驗和雞絨毛膜尿膜囊試驗中均課促進新生血管形成，且血管生成相關蛋白VEGF、VEGF-B、VEGFC、VEGF-D 及其受體VEGFR2、VEGFR3 在過表達鹿Tβ10 的人臍靜脈內皮細胞中表達均升高。通過同源建模和分子動力學模擬發現，鹿Tβ10 和人Tβ10有93%的同源性，兩者都含有2 個α-螺旋，但鹿Tβ 10 蛋白角度較小。相比而言，人Tβ10 的分子結構更為穩定，而鹿Tβ10在分子結構上具有更高的靈活性，可能為其與其他功能蛋白相互作用提供結構基礎［20］。

1.3 參與淋巴管生成 腫瘤淋巴管生成主要受VEGF-C、VEGF-D 和 VEGFR-3 調控。LI 等［16］發現，在肺癌SPC-A-1 細胞中加入外源性Tβ10 后，P-AKT及VEGF-C 蛋白水平隨時間的延長逐漸升高，但是總AKT 水平未見明顯變化。而加入AKT 通路特異性抑制劑 LY294002 后 VEGF-C 蛋白及 mRNA 水平明顯下調。這說明Tβ10 可能是通過促進AKT 磷酸化激活進而促進VEGF-C 表達影響淋巴管生成，從而促進腫瘤的淋巴結轉移。

1.4 參與唾液腺發育 IAVARONE 等［18］通過對人類胚胎和胎兒發育不同階段的大、小唾液腺中Tβ10表達進行分析，發現Tβ10在腮腺和頜下腺中的表達水平最高，在小涎腺中的表達水平極低。Tβ10主要定位于幼齡（13周）胚胎的細胞外、20周未成熟導管細胞的細胞質、33 周胎兒的腺泡細胞和導管腔內。胚胎發育不同階段定位的變化提示其在不同胎齡中的不同作用：當定位于細胞外時，可發揮旁分泌作用，有利于發育不全上皮細胞的增殖、生長和分枝；當Tβ10 定位于導管細胞的細胞質時，Tβ10 可能有利于腺泡細胞的分化；最終在腺泡細胞細胞質和管腔內定位的Tβ10 可能表示唾液腺完全成熟，導致Tβ10 通過唾液分泌入口腔。IAVARONE 等［19］也通過基于質譜的自上而下蛋白質組學方法驗證了Tβ 10在齦溝液中的表達。

1.5 促進牙胚發育 小鼠下頜骨、牙胚及小鼠牙髓細胞和小鼠牙上皮細胞中Tβ10 表達上調，沉默Tβ 10 可有效抑制培養器官的牙胚發育及牙源性上皮和間充質細胞的增殖［20］。在生根階段Tβ10 在前成牙本質細胞和前成釉細胞中均有較強表達，表明Tβ 10 參與了牙根輪廓的形成和牙根的延伸。但Tβ10在牙胚發育過程中的上下游信號轉導途徑尚不清楚，需要進一步研究。

1.6 參與炎癥及免疫反應 乙型肝炎及腎炎模型小鼠血清Tβ10 表達水平均升高。而在人體發生炎癥反應或免疫反應時，單核巨噬細胞中的Tβ10表達水平也有所增加。

2 Tβ10的臨床應用

Tβ10 可作為相關疾病診斷的分子診斷標記物。Tβ10 與多種腫瘤的臨床分期、預后密切相關，可能是預測患者不良預后的獨立危險因素。Tβ10 可用于腫瘤的靶向治療、軟骨修復（如骨關節炎）及促進血管生成（如鹿Tβ10 治療糖尿病足）等方面。Tβ10可用于幫助化療患者治療分層并可能成為增敏化療的靶點。而通過設計Tβ10變體、替換天然啟動子和融合TAT 可增加其活性或更有針對性地發揮其臨床應用價值。Tβ10 在甲狀腺乳頭狀癌、肺癌、乳腺癌、結腸癌、食管癌、膀胱癌、腦膠質瘤、人類皮膚黑色素瘤等多數腫瘤組織中表達水平增高，乳腺癌、胰腺癌、腎癌、膀胱癌等腫瘤細胞及乳腺癌患者血清中Tβ10 的表達也明顯高于正常對照組［21-26］。而相反，Tβ10在原發性膽管癌組織中表達較高，在轉移性膽管癌中則顯著減少［27］。Tβ10 的 mRNA 和蛋白在正常卵巢組織中高表達，在所有漿液性癌、黏液性癌和永生化卵巢癌細胞系中呈低表達［28］。Tβ10 在肝細胞癌組織中的表達水平存在一定爭議。曹驥等［29］研究發現，Tβ10 的mRNA 在肝癌組織中表達顯著低于正常肝組織及癌旁肝組織，且對早期的肝癌患者癌組織Tβ10 mRNA 表達水平高于中晚期患者，提示隨肝癌病情進展Tβ10 的抑癌作用減弱。但SONG等［30］發現，肝細胞癌組織中Tβ10 mRNA 和蛋白表達均高于鄰近正常肝組織，高表達的Tβ10 mRNA和蛋白可促進肝癌細胞的增殖、侵襲及遷移。

Tβ10 高表達的乳腺癌患者化療后的無病生存期長于Tβ10低表達患者，但在接受內分泌治療或未接受全身治療的患者中未見此現象，提示Tβ10可作為預測化療反應的潛在指標，用于乳腺癌治療的患者分層［12］。

SIRINAPA 等［31］發現，5-氟尿嘧啶作用于膽管癌細胞后Tβ10表達水平明顯增高，通過建立5-氟尿嘧啶耐藥的膽管癌細胞株M214-5FUR，發現M214-5FUR 比膽管癌細胞 M214 相比，Tβ10 表達水平增高了16 倍，提示Tβ10 參與膽管癌細胞對5-FU的耐藥。同時，進一步研究發現，用SiRNA 沉默M214-5FUR 中 Tβ10 表達顯著降低 ABC 轉運蛋白ABCC3 的表達，表明 Tβ10 通過增強 ABC 轉運蛋白的表達介導5-FU耐藥。Tβ10可能作為預測5-FU耐藥的生物標志物，并可能成為增敏化療的靶點。但Tβ10 在膽管癌患者多藥耐藥中可能的分子機制和信號通路尚有待進一步研究。

Wiskott-Aldrich 綜合征蛋白同源區2（Wiskott-Aldrich syndrome protein homology 2，WH2）結構域是指C 末端30 個氨基酸序列的WASP 同源結構域2。Tβ10 中也存在 WH2，直接介導 N-WASP 與單體肌動蛋白的結合。WH2/Tβ與G-肌動蛋白-ATP 1：1結合到帶刺末端，可增強基于肌動蛋白的運動能力，調節肌動蛋白的組裝，具有Profilin 樣功能，促進肌動蛋白纖維形成。進一步理解WH2/βT 結構域的結構-功能關系有助于更好控制β 胸腺肽在細胞存活和修復的多效性，設計出對疾病治療更有效的Tβ變體［32］。

端粒酶逆轉錄酶（Telomerase reverse transcriptase，TERT）已被證實在大多數腫瘤組織中高表達，而在正常組織中不表達。 Kim 等［18］通過構建重組腺病毒Ad. TERT. Tβ10將天然Tβ10基因啟動子替換為人TERT 啟動子驅動Tβ10 表達，發現Ad.TERT. Tβ10 在人卵巢癌細胞與正常成纖維細胞共培養模型中顯著誘導Tβ10 的腫瘤特異性表達和凋亡，與抗癌藥物（如紫杉醇和順鉑）聯合應用后作用放大，提示 Ad. TERT. Tβ10 誘導的 Tβ10 腫瘤特異性過表達可能是一種有效、無副作用的卵巢癌治療方法。

融合反式轉錄激活因子（Transactivator of transcription，TAT）具有極強的細胞穿透力，可介導10～100 KDa 蛋白進行細胞跨膜轉運。JIA 等［33］利用N 端融合TAT，在大腸桿菌表達系統中成功表達出 N 端含有 TAT 的 Tβ10 重組蛋白，增加 Tβ10 活性。進一步功能分析結果表明，重組Tβ10蛋白在雞胚絨毛尿膜囊實驗和劃痕實驗中，可明顯抑制血管生成、血管內皮細胞遷移。

綜上所述，Tβ10 作為一種天然小分子多肽，可參與多種類型腫瘤的發生、增殖、凋亡、侵襲和轉移等。Tβ10在在疾病診斷、預后預測及治療中有廣泛的應用前景。Tβ10 在腫瘤中發揮的作用主要取決于惡性腫瘤組織類型和腫瘤細胞性質，且Tβ10作為腫瘤的生物標志物尚缺乏大樣本的數據支持。因此深入闡明Tβ10在不同部位、不同類型惡性腫瘤中的作用機制和作用靶點，尋找更多信號轉導通路的關鍵節點，成為下一步研究Tβ10 對腫瘤作用的重點。而Tβ10在血管生成、細胞生物學行為等生物學功能表現出的雙向調節作用，以及鹿Tβ10 和人Tβ10 的結構功能差異，提示Tβ10在疾病治療中有多種可能性，因此，針對Tβ10的不同功能設計各種變體、根據需要誘導其特異性表達或增強其活性對于Tβ10 廣泛應用于臨床同樣至關重要。