轉化生長因子β在胰腺癌發生發展中的作用

張 浩，劉林勛，趙占學，潘洪帥，侯曉凡，霍 崢

1青海大學研究生院，西寧 810000；2青海省人民醫院膽胰脾外科，西寧 810000

近年來，胰腺癌的發病率在國內外均呈顯著的增高趨勢，2021年中國國家癌癥中心統計數據表明，胰腺癌位居我國男性惡性腫瘤發生率的第7位，女性第11位，占惡性腫瘤相關死亡率的第6位［1］。2018年最新的全球癌癥數據庫GLOBOCAN統計，胰腺癌占全球新發癌癥的2.5%，死亡率占所有癌癥死亡的4.5%［2］。其致死率與發病率幾乎一致，5年總生存率僅約9%［3］。胰腺癌具有惡性程度高、病情隱匿、死亡率高等特點，同時由于在其早期診斷治療中缺乏有效的手段，導致手術R0切除率相對較低，患者預后欠佳。目前，有關胰腺癌的發病機制尚不明確，其發病為多步驟、多因素、多基因變異的生物學演變過程。隨著細胞生物學、分子生物學及免疫技術的不斷發展，臨床上開展了許多對胰腺癌分子水平上致病機制的研究［4］。轉化生長因子β（TGFβ）是一種廣泛表達的細胞因子，介導或調節生物過程，包括胚胎發育、細胞內穩態維持、血管生成和免疫調節。其在腫瘤的發生發展過程中可提供適宜的微環境。另有研究表明，TGFβ的高度表達與癌癥的不良預后有關。現就TGFβ在胰腺癌中發揮的作用作一綜述，希望對今后胰腺癌的靶向藥物治療提供理論依據。

1 TGFβ概述

1.1 TGFβ的結構及功能 TGFβ是由112個氨基酸構成的多肽，被位于19號染色體長臂上的基因編碼。TGFβ有5種同分異構體形式存在，被人為標記為β1～β5，同源性為60%～80%［5］。TGFβ1～3主要在人類、哺乳動物和鳥類中表達，而TGFβ4～5在鳥類和兩棲動物中表達。在人體中，其主要的存在亞型是TGFβ1，幾乎能被體內所有的細胞合成。TGFβ2在膠質瘤細胞和角質形成細胞中合成。TGFβ3主要出現在胚胎心臟和肺組織中，在肝、脾和腎中少量表達［5］。TGFβ1主要由血小板、巨噬細胞/單核細胞、淋巴細胞、成纖維細胞、上皮細胞和樹突狀細胞等合成。在體外，TGFβ亞型對組織發揮著類似的生物學效應，但在體內的各個亞型發揮的作用是不盡相同的。在體內，這些亞型表現出不同的生物學效應，主要由它們在不同的組織中的分布以及靶細胞分化的程度決定［6］。在正常組織中TGFβ通過抑制腫瘤細胞增殖、維持組織結構、抑制基因不穩定性和誘導腫瘤細胞的衰老和凋亡，發揮腫瘤抑制劑的作用。隨著腫瘤進展至晚期階段時，TGFβ會過度表達，并且通過抑制免疫監視、促進血管生成、誘導上皮－間質轉化（epithelial－to－mesenchymal transition，EMT）來起到促進腫瘤生長的作用［7］。

1.2 TGFβ受體（TGFBR）的結構及功能 TGFβ在人體內一些重要細胞中均表達，并在其正常發育和體內穩態中起到關鍵性作用。TGFβ在人體中的表達主要有3種形式（TGFβ1、2和3），它們是受體配體，有著類似的生物活性，在調節細胞的增殖、遷移、分化和凋亡等過程中發揮重要作用。TGFβ受體也有3種，分別為轉化生長因子β受體1（TGFBR1）、轉化生長因子β受體2（TGFBR2）、轉化生長因子β受體3（TGFBR3），這3種受體幾乎存在于所有非轉化細胞的細胞膜上。

TGFBR1蛋白與TGFβ結合后活化，激活下游信號通路，促使細胞增殖、遷移。研究表明，在腫瘤組織中TGFBR1存在異常高表達［8－9］，其miRNA在核內經過RNA聚合酶Ⅱ轉錄后，通過切割產生有莖環結構的前體miRNA，經Dicer酶降解為成熟miRNA，加入到RNA誘導的沉默復合物中，與靶基因mRNA結合后調控靶基因mRNA，阻遏其轉錄后翻譯進程。miRNA的表達失去調控后，影響腫瘤細胞的增殖、分化和凋亡，在腫瘤的發生、發展中發揮顯著作用。

TGFBR2與TGFβ結合，然后TGFBR2招募TGFBR1，該受體通過絲氨酸/蘇氨酸激酶結構域，磷酸化SMAD2和SMAD3蛋白［10－11］，TGFBR1磷酸化后，SMAD2和SMAD3與SMAD4形成異聚體，然后轉運到細胞核［10－11］，最終引起核內TGFβ靶基因的改變。在腫瘤發展過程中，TGFβ信號通路通過機制改變腫瘤微環境，抑制機體免疫應答反應、刺激腫瘤血管形成等方式，加速腫瘤的產生、浸潤與轉移［12］。Guo等［13］研究表明，TGFBR2啟動子區G－875A的多態性能提高上皮細胞中TGFBR2轉錄活性，降低食管癌及胃癌的發病風險。胰腺癌晚期，可通過檢測TGFBR2表達水平，預估患者生存期長短［14］。

TGFBR3是一種廣泛表達的TGFβ超家族受體，編碼基因由16個外顯子所構成，在胚胎發育中發揮重要作用［15］。TGFBR3通過細胞外結構域與TGFβ結合，并由糖胺聚糖側鏈位點與bFGF2結合［16］。在胰腺導管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）發展過程中，TGFBR3表達受到巨噬細胞源性外泌體microRNA－501－3的調控，最終促使腫瘤細胞遷移，以及血管的形成［17］。

2 TGFβ信號通路在胰腺癌微環境表達及與免疫的關系

2.1 胰腺癌中的SMAD信號通路 在哺乳動物中共存在9種SMAD蛋白（SMAD1～9）。根據其在TGFβ信號轉導中作用差異，被分為三類：包括受體調控型SMAD，共同通路型SMAD，抑制型SMAD。其中受體調控型SMAD又包括兩類，即由激活劑TGFβ激活的AR－SMAD（SMAD2/3），和由BMP等激活的BR－SMAD（SMAD1/5/9）［18］。在典型的TGFβ/SMAD信號通路中，TGFβ先與TGFBR2結合，然后TGFBR2招募TGFBR1，受體通過絲氨酸/蘇氨酸激酶結構域，磷酸化SMAD2和SMAD3蛋白［11－12］，TGFBR1磷酸化后，SMAD2和SMAD3與SMAD4形成異聚體，最后轉運到細胞核內發揮生物學效應［11－12］（圖1），細胞核內，SMAD4通過MH1結構域與CAGAC基序關聯，并以特定方式改變基因表達［19］。在惡性胰腺上皮細胞內，該通路對細胞周期蛋白依賴性激酶（CDK）抑制劑轉錄上調來阻斷細胞周期，且通過抑制細胞周期蛋白CDK復合物，阻斷G1期到S期的轉變。在Principe等［20］研究中證實胰腺特異性敲除TGFBR2或SMAD4基因的小鼠出現腫瘤形成和早期死亡率增加，故不少研究者認為，SMAD介導的TGFβ信號通路中部分信號傳導是抑制腫瘤發生發展的。

圖1 胰腺癌微環境中TGFβ信號通路Figure 1 TGFβsignaling pathway in the pancreatic tumor microenvironment

按照目前的人類TCGA數據庫，在食道、胃、結直腸和胰腺腺癌25%～50%的病例中，均存在SMAD基因和TGFβ受體基因的突變。頭頸部、子宮內膜腺癌、肺鱗癌在10%到20%的病例也存在這種突變過程。總的來說，這種功能失調的突變，為研究TGFβ途徑對胰腺腫瘤抑制作用提供了依據。PDAC和結直腸癌的基因工程小鼠模型已經證實，TGFβ可以通過抑制惡性腫瘤前期細胞向更惡性表型的轉化，來實現對其的抑制作用。SMAD4是PDAC中最容易突變的基因之一，SMAD4基因的缺失會導致PDAC中信號發生改變，具體表現為誘導的細胞周期阻滯破壞、腫瘤細胞遷移能力增強以及對放化療敏感性的降低［21］。Shugang等［22］研究表明，SMAD4缺失或功能失活，可能與患者生存率下降、淋巴結累及、遠處轉移率增加及臨床治療失敗率的增高有著顯著相關性，故臨床中SMAD4表達與缺失可作為預后獨立的生物標志物。盡管多項研究表明SMAD4與不良預后之間存在臨床相關性［22－24］，但目前關于SMAD4信號丟失促進PDAC發生的機制尚未完全明確。

TGFβ/SMAD通路還是公認的EMT、腫瘤細胞轉移的介質。胰腺導管上皮細胞中，SMAD4基因敲除或缺失后，影響TGFβ誘導的腫瘤遷移和侵襲［25］。Leung等［26］體外研究表明，SMAD4基因完全缺失，能夠增加胰腺導管上皮細胞惡性程度、提升腫瘤轉移概率，而對SMAD4基因進行修復后，胰腺導管上皮細胞惡性程度以及腫瘤轉移概率均相對下降。最后，最新的證據表明SMAD通路和晝夜節律之間存在相互作用，SMAD通路對時鐘蛋白基因DEC1、DEC2和CRY1進行轉錄控制，通路激活使得時鐘改變，從而導致細胞周期阻滯、細胞凋亡增加、免疫逃避和對吉西他濱的敏感性增強［27］。

2.2 胰腺癌中非SMAD信號通路 TGFβ信號通路還涉及幾個非SMAD信號通路，包括MAPK、PI3K－Akt、NF－κB、JAKSTAT、Rho－GTPase等，通過這些通路的激活，介導腫瘤細胞的增殖、遷移。非TGFβ/SMAD信號通路是高度復雜的，受到其他幾個信號級聯干擾。TGFβ信號通路途經就是通過直接磷酸化ShcA啟動了ERK/MAPK通路［28］。研究［29］表明，ERK信號通路具有促進腫瘤發生發展的作用，主要表現在ERK信號通路通過增強細胞的增殖、EMT、遷移和侵襲來加速腫瘤的形成。在非小細胞肺癌、結腸癌上皮細胞中，通過抑制ERK通路激活，進而誘導多種上皮表型生成，從而阻遏了TGFβ誘導EMT［30］。在非惡性的胰腺導管上皮細胞中，ERK是TGFβ誘導的p21表達所必需的，藥物抑制ERK的激活可以防止TGFβ誘導的p21和CDK2的復合物的形成［31］。但在表達SMAD4的PDAC細胞中，ERK的激活對TGFβ誘導的p21表達沒有影響。

除了上述ERK/MAPK途徑，PDAC中的TGFβ信號還涉及到其他信號級聯干擾，并且許多已在TGFβ誘導的EMT中得到相關研究。最新研究［32－33］表明，TGFβ誘導EMT相關的活性氧（reactive oxygen species，ROS）的改變，TGFβ在EMT期間通過改變腫瘤線粒體功能，增加ROS的產生。敲除TGFβ配體的PDAC細胞顯示出NOX4依賴的ROS產生增加，以及包括p38和JNK在內的幾個應激激活蛋白激酶的激活。上述數據表明，TGFβ信號傳導和氧化還原系統之間交集復雜，并涉及到其他效應器，值得今后再進一步研究。

2.3 TGFβ與胰腺癌微環境中免疫的關系 TGFβ是免疫平衡和耐受的主要執行者，可以控制免疫系統組成部分的功能，信號傳遞的障礙是炎癥性病變的關鍵，從而促使了癌癥的發生。TGFβ同時也是腫瘤微環境中免疫抑制的關鍵，最近研究表明其在腫瘤免疫逃避和腫瘤免疫治療反應不佳中起到關鍵作用。TGFβ可以控制多種免疫細胞產生和效應功能［34］，通過直接誘導調節性T淋巴細胞的擴增，以及抑制效應性T淋巴細胞和抗原呈遞樹突狀細胞的生成和功能，來調控機體適應性免疫。同時TGFβ也可以通過抑制自然殺傷（NK）細胞和調節巨噬細胞及中性粒細胞的復雜活動來控制先天性免疫，并由此建立一個負性免疫調節輸入網絡。TGFβ在免疫調節中的作用，屬于細胞因子及家族成員在發育、平衡和組織再生中更廣泛的作用。這一途徑出現問題后會導致先天性缺陷、纖維化疾病、免疫失調和癌癥的發生。TGFβ通過對惡性腫瘤前期細胞的生長抑制和凋亡，產生了有效的腫瘤抑制作用［35］。去除TGFβ途徑或使其與細胞凋亡脫鉤的突變，不僅使細胞轉化為完全的惡性，而且同時它們能夠利用TGFβ創造一個免疫抑制的腫瘤微環境，形成額外的基質修飾物，促進腫瘤的生長和轉移。

TGFβ作為腫瘤抑制因子，可誘發惡性腫瘤前期細胞的凋亡，從而阻止癌細胞的生長。但是，TGFβ途徑失活或與腫瘤抑制作用脫鉤的癌細胞克隆可利用TGFβ促進腫瘤的發展。在這種改變背景下，腫瘤衍生的TGFβ可以誘導癌細胞和基質中致瘤和促轉移反應，包括形成免疫抑制的腫瘤微環境［36］。在腫瘤發生最初階段，TGFβ作為主要的腫瘤抑制因子發揮作用，在腫瘤細胞中實施細胞抑制和凋亡程序，促使炎癥的環境產生，使得腫瘤發生。

3 TGFβ藥物治療進展

基于抑制TGFβ途徑的治療方法的開發進展緩慢，其在制藥業中的低優先級可能是有以下兩個原因：第一，長期以來有證據支持TGFβ途徑在一些情況下具有腫瘤抑制作用，這引發了人們對抑制TGFβ信號傳導可能惡化而非治愈腫瘤的擔憂；第二，發現第一代TGFBR1抑制劑在實驗模型中出現了明顯的心臟毒性［37］。在過去的幾年中，TGFβ信號通路成分在不同的免疫細胞類型（包括CD4＋、CD8＋T淋巴細胞、NK細胞或樹突狀細胞）中的遺傳消融，在腫瘤的臨床前模型中引發了強大的抗腫瘤反應。以上研究，加上大量證據表明晚期腫瘤利用TGFβ進行侵襲和轉移，引發了旨在阻斷腫瘤中TGFβ信號的多種方案的發展。其中測試最廣泛的化合物是Galunisertib（LY2157299），一種抑制TGFBR1激酶活性的小分子。Galunisertib聯合吉西他濱在一項針對胰腺癌的Ⅱ期臨床試驗中顯示出明顯的治療活性［38］。另一項Ⅱ期臨床試驗表明，用Galunisertib作為單藥治療的一部分肝細胞癌患者有治療反應［39］。值得注意的是，Galunisertib在各種臨床試驗中顯示出安全特征，并沒有出現明顯的心臟毒性［40］。

4 結語

綜上所述，TGFβ家族作為功能最廣泛的調節因子，不僅在控制胚胎發育、細胞增殖、分化、遷移、血管生成，以及免疫調控等方面發揮著生物學效應，而且在晚期PDAC的發生發展中通過促進腫瘤轉移、促進腫瘤細胞免疫逃避，以及促進血管的生成來發揮其促癌作用。但是，目前關于TGFβ信號對腫瘤的雙重效應機制研究不完全，通路中相關因子的表達產生的影響也尚有待進一步研究。不管最終機制如何，由于TGFβ家族表達與晚期胰腺腫瘤的增殖及侵襲能力增強都存在著明顯的相關性，而且TGFβ家族的表達與晚期胰腺腫瘤細胞的免疫逃避也有著一定的關聯性。上述研究成果均證明將TGFβ家族作為一個重要的抗胰腺腫瘤治療靶點是一個不錯的選擇，故TGFβ家族活性調節劑在臨床上作為抗胰腺腫瘤細胞異常增殖研究有著十分重要的應用前景。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：張浩負責課題設計，資料分析，撰寫論文；侯曉凡、霍崢負責查閱文獻；劉林勛、趙占學、潘洪帥負責校正，修改論文，最后定稿。