TGFβ/Smads信号通路与前列腺癌侵袭转移

【关键词】  转化生长因子β(TGFβ)；Smads；前列腺癌；侵袭转移

     转化生长因子β(transforming growth factorβ, TGFβ)是一种具有多种生物学活性的多肽类细胞因子，对细胞的增殖、分化、凋亡等过程起重要的调节作用。研究已发现TGFβ在前列腺癌的发生、发展中具有双重作用。其可抑制正常前列腺上皮和早期前列腺癌细胞的增殖，而在进展期则可促进肿瘤的侵袭转移[1]。TGFβ可通过促血管新生、抑制宿主免疫系统、诱导细胞自身及周围基质微环境改变等多种机制参与前列腺癌的进展。Smads蛋白是TGFβ作用的唯一底物，是将TGFβ信号从细胞外转导到细胞核内的关键步骤。以下就TGFβ/Smads信号转导通路的组成、转导途径、在前列腺癌进展中的作用及可能的机制做一简要综述，为深入研究TGFβ/Smads信号通路参与前列腺癌侵袭转移的具体机制做好铺垫。

    1  转导通路的组成及转导途径

    1.1  TGFβ/Smads通路的组成  该信号转导通路由TGFβ超家族、TGFβ受体、Smads蛋白家族三部分组成。

    1.1.1  TGFβ超家族  TGFβ超家族至今发现由30多种结构相关的多肽组成，主要包括TGFβ、活化素(activins, Act)、骨形成蛋白(bone morphogenic protein, BMP)。其中TGFβ是由两个分子质量为12.5ku的单体借助链间二硫键连接而成的二聚体。哺乳动物体内有TGFβ1、TGFβ2、TGFβ3三种异构体，TGFβ1是主要存在形式，主要由淋巴细胞和单核细胞产生。TGFβ1在体内存在自分泌和旁分泌作用，广泛参与胚胎发育、创伤愈合、免疫抑制、慢性纤维化和肿瘤的发生发展等各种生理病理过程。发育中的前列腺可同时表达TGFβ1、TGFβ2、TGFβ3三种形式，但成人的前列腺以表达TGFβ1为主。前列腺上皮和基质都表达TGFβ1蛋白，但仅上皮可测到TGFβ1mRNA表达，且其表达水平与前列腺液或精液中TGFβ1的表达水平相一致。另外，TGFβ3仅由前列腺基底上皮细胞表达[2]。

    1.1.2  TGFβ受体  目前发现TGFβ受体(TβR)主要有三种，TβRⅠ、TβRⅡ、TβRⅢ，其中起信号转导作用的主要是TβRⅠ和TβRⅡ。两者均为单次跨膜的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶受体，分为胞膜外区和胞浆区，胞膜外区较短，富含半胱氨酸，胞浆区较长，主要为丝氨酸/苏氨酸激酶结构域。两种受体与TGFβ1的亲和力远远大于与TGFβ2的亲和力。胚胎期及成人前列腺上皮均表达TβRⅠ和TβRⅡ，尚未发现表达TβRⅢ [2]。

    1.1.3  Smads蛋白  Smads蛋白是TGFβ/Smads信号转导通路的重要成员，目前已鉴定出8种同源序列，分别是Smad1-Smad8，均存在于胞浆内。其结构由高度保守的N端的MH1区、C端的MH2区及中间富含脯氨酸的连接区组成。MH2区是功能效应区，可被TβRⅠ识别并磷酸化。MH1区是MH2区的功能抑制区。

    根据功能Smads蛋白可分为三类：Ⅰ类，受体调控型Smad(Receptor Regulated Smad, RSmad)，包括Smad1，2，3，5，8。其共同特点是C端存在SSXS结构(SerSerXSer基序)可被活化的TβRⅠ磷酸化，解除MH1的抑制作用后可与共用介质型Smad结合，移位于细胞核内转导特异性信号。其中Smad2，3介导TGFβ信号的转导，而Smad1，5，8参与骨形成蛋白BMP信号的转导。Ⅱ类，共用介质型Smad(common mediator smad, CSmad)，其缺乏SSXS结构，故不能被磷酸化。目前认为Smad4为CSmad，当RSmad磷酸化后即与TβRⅠ分离，Smad4便与RSmad结合形成异源寡聚体，转位至胞核内调节靶基因的转录。Ⅲ类，抑制型Smad(inhibitory Smad, ISmad)，包括Smad6，7，其可竞争性与TβRⅠ结合，从而阻断RSmad与TβRⅠ的结合，抑制信号转导[3]。

    1.2  TGFβ/Smads通路的转导途径  TGFβ首先识别并结合细胞膜表面的TβRⅡ，使其构象发生改变，然后被TβRⅠ识别形成三者的复合物。期间TβRⅡ可发生自体磷酸化，继而磷酸化TβRⅠ的GS结构域，从而激活TβRⅠ的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性。活化的TβRⅠ再进一步特异性地识别并结合下游的Smad2或Smad3，磷酸化其SSXS结构区，使MH1区和MH2区间的抑制作用解除。磷酸化的Smad2或Smad3与TβRⅠ分离，与Smad4形成异聚体进入细胞核内。在核内，Smad3和Smad4，而不是Smad2，可结合于特定的DNA序列如Smad结合元件(SBE)，SBE协同其他转录因子共同调控靶基因的转录[4]。在TGFβ信号转导通路中， Smad6、7可通过与Smad2、3竞争性结合TβRⅠ，干扰Smad2、3与Smad4结合来抑制TGFβ信号转导。Smad4在信号转导过程中起到瓶颈作用。

    2  TGFβ/Smads通路在前列腺癌进展中的作用

    2.1  TGFβ可促进前列腺癌进展  TGFβ主要由前列腺基质细胞产生，以旁分泌的方式调控前列腺上皮细胞的增殖与分化，诱导细胞凋亡，避免肿瘤的发生[5]。但TGFβ/Smads信号转导通路的某一环节异常时，如由于基因突变或丢失造成TGFβ过表达、TGFβ受体或其下游信号蛋白表达异常时，均会丧失其对细胞增殖的抑制作用[2]。

    前列腺癌中TGFβ表达水平较正常前列腺组织明显增高，TGFβ的高表达，往往与临床预后不良有关[6]。Shariat等通过检测302例行前列腺癌根治术的患者术前、术后血浆TGFβ1、IL6及其受体的表达，发现TGFβ1血浆浓度升高与前列腺癌局部浸润、精囊腺累计、淋巴转移相关，提示TGFβ表达上调与前列腺癌侵袭、激素抵抗相关[7]。Barrack等的系列研究证实，在多个大鼠前列腺癌细胞系中，TGFβ的表达水平与肿瘤的侵袭性正相关。过表达TGFβ的Dunning 3327 MATLyLu大鼠前列腺癌细胞与其最初来源的肿瘤细胞株相比，具有生长速度快、坏死率低、转移率高等特点。并发现TGFβ对前列腺癌细胞的作用与其所处环境有关。体内环境下TGFβ可促进肿瘤的迁移、侵袭，但不直接影响肿瘤细胞的增殖[8]。

    国内有关TGFβ与前列腺癌的研究较少。最近李泽良等[9]用RTPCR法检测前列腺癌组织中TGFβ1的表达，结果发现TGFβ1 mRNA的表达与前列腺癌临床分期、病理分级呈负相关。丁国芳等[10]用免疫组化方法检测前列腺癌组织中TGFβ的表达，结果显示前列腺癌组织TGFβ1的表达率明显高于癌旁正常组织，低分化癌、转移癌TGFβ1表达的阳性率明显高于高分化癌，提示TGFβ1可促进前列腺癌的生长，增强前列腺癌的侵袭能力，导致患者生存率降低。

   2.2  TGFβ促进前列腺癌进展可能的机制  上述多项研究证实TGFβ与前列腺癌进展有关，可促进肿瘤侵袭、转移，但具体机制尚未完全阐明。目前认为TGFβ可能通过以下环节参与调节前列腺癌的进展。

    2.2.1  TGFβ促肿瘤血管新生  新生血管的形成对肿瘤的生长及侵袭转移至关重要，肿瘤血管为肿瘤提供必需的营养和氧，而肿瘤细胞又可渗入血管向远处转移。TGFβ的高表达可能间接作用于血管生成因子(VEGF)，促进肿瘤局部新生血管的形成[11]。Wikstrom等研究发现，前列腺癌标本中TGFβ表达增高、TβRⅡ表达降低、肿瘤的血管计数与肿瘤转移呈正相关，提示TGFβ可能通过刺激促血管生成因子如VEGF等生成，间接促进肿瘤血管形成，增加前列腺癌的转移能力[6]。Tuxhorn等研究发现，反应基质(Reactive Stoma)可促进前列腺癌LNCaP细胞皮下移植模型肿瘤血管的形成与生长，而TGFβ的抑制剂可减少血管的形成，并使肿瘤体积缩小[12]。

    2.2.2  TGFβ抑制机体免疫防御  TGFβ可抑制机体的免疫监视系统，抑制宿主B淋巴细胞或细胞毒性T淋巴细胞(CTL)的增殖与分化，灭活或清除巨噬细胞及自然杀伤细胞，从而使肿瘤细胞逃避免疫监视，防止被免疫细胞识别杀伤，以促进肿瘤的发生与生长[13]。Contractor及Lee先后利用Dunning MATLyLu大鼠前列腺癌模型证实，细胞本身高表达TGFβ1可抑制机体免疫反应，便于肿瘤的形成与生长[6]。Mathews等也发现，下调Dunning MATLyLu大鼠前列腺癌细胞内源性TGFβ1的表达后，机体对肿瘤重新获得免疫原性，启动免疫监视，杀伤肿瘤细胞，抑制肿瘤的形成与进展[14]。

    2.2.3  TGFβ诱导肿瘤基质微环境改变  肿瘤细胞发生侵袭、转移，必须破坏与其接触连接的邻近细胞，穿过基底膜，浸润周围间质。TGFβ可通过诱导肿瘤周围基质微环境发生改变，促进蛋白酶如基质金属蛋白酶、尿激酶等产生，参与基质微环境的降解和重塑，增强肿瘤细胞的侵袭、转移能力。Gerdes的研究发现，TGFβ1可通过使大鼠前列腺间充质细胞系PS1的雄激素受体由胞核向胞浆转移，调控前列腺间充质细胞成肌分化。提示TGFβ1可能与雄激素相互协作，参与前列腺癌发生、发展中间充质细胞的成肌分化过程[15]。前列腺癌具有骨转移倾向，成骨细胞分泌TGFβ1到细胞外基质(ECM)，参与前列腺癌骨转移。Festuccia等用培养成骨细胞后的培养液培养人前列腺癌PC3细胞株，发现PC3细胞的趋化性、黏附性、侵袭力及迁移力显著增强，而这种作用可被TGFβ1抗体阻断。原因可能是成骨细胞分泌TGFβ1到ECM，被前列腺癌上皮高度表达的PSA、uPA等蛋白酶激活，从而增强前列腺癌细胞的侵袭、转移[16]。Wilson等的研究表明，TGFβ可促进前列腺上皮表达、分泌基质金属蛋白酶(MMPs)，如MMP2和MMP9，降解细胞外基质，以利于肿瘤游走[17]。

    2.2.4  TGFβ诱导肿瘤细胞本身改变  在肿瘤进展期，在前列腺癌细胞中丧失TGFβ对生长的负性调控作用，可能与肿瘤细胞本身抑制转录活性、靶基因突变等导致TGFβ受体或Smads无法激活有关。前列腺癌TGFβ受体表达下调，尤其是TβRⅡ表达下调，与前列腺癌侵袭力增强、雄激素抵抗密切相关。同时，前列腺癌细胞还可通过改变起协同激活或抑制作用的核转录因子的表达或活性来促进肿瘤的进展。雄激素受体(androgen receptor, AR)作为Smads协同抑制因子和Smads作为AR协同激活因子的发现，提示TGFβ/Smads通路可能与雄激素信号通路交联，共同参与早期前列腺癌向激素非依赖型甚至激素抵抗型的转化过程[6]。

    TGFβ可诱导肿瘤细胞发生上皮细胞间质转化。上皮细胞间质转化(epithelial mesenchymal transition, EMT)指上皮细胞与周围间质相互作用过程中逐渐获得某些间质细胞特有表型的现象，目前被认为是肿瘤转移的关键启动步骤，参与包括前列腺癌在内的多种肿瘤的侵袭、转移过程[18]。其主要特征有细胞黏附分子如E钙黏素表达的降低、细胞骨架蛋白如波形蛋白表达的增高及形态学的改变(由上皮样立方形或鹅卵石形演变为间质样纺锤体形或梭形)、体内外细胞侵袭力增强。TGFβ/Smads信号通路被证实是诱导EMT的经典通路，在慢性肾纤维化及多种肿瘤中被广泛证实，TGFβ可能同样参与前列腺癌EMT过程，但当前相关报道尚少。

    Yang等发现TGFβ超家族成员BMP7可诱导人前列腺癌细胞株PC3发生EMT，但TGFβ本身不能[19]。Ao等发现TGFβ可抑制非致瘤性前列腺细胞株BPH1的生长，但可诱导致瘤性的前列腺细胞株BPH1CAFTD1、BPH1CAFTD3、BPH1CAFTD5发生EMT[20]。雄激素依赖型人前列腺癌细胞株LNCaP为未EMT化的细胞，但目前尚未见TGFβ诱导LNCaP细胞株发生EMT的报道，原因可能是对LNCaP细胞株TGFβ受体表达情况尚存在争议。Kim等研究证实，LNCaP细胞株表达TβRⅡ、不表达TβRⅠ，且其ALK5基因已发生点突变。雄激素可通过促进TβRⅡ的表达，增强细胞对TGFβ的敏感性。但Jakowlew等研究发现，LNCaP细胞株表达TβRⅠ和TβRⅡ的mRNA与蛋白，TGFβ可抑制细胞的生长。Guo等研究认为，LNCaP细胞株不表达TβRⅡ，转染TβRⅡ可使其对TGFβ敏感性增强[1]。

    综上，TGFβ可通过促血管新生、抑制宿主免疫系统、诱导细胞自身及周围基质微环境改变等多种机制促使前列腺癌进展，但前列腺癌侵袭、转移是一个涉及多种细胞因子的复杂过程，TGFβ/Smads通路可能与其他信号转导途径相互交联、共同参与，其具体机制尚待进一步研究。同时，近年来对TGFβ信号通路又有了更为全面的认识，尤其是对非Smad途径的TGFβ通路的研究，如对TGFβ激活MAPK、RhoA、TAK1/MEKK1等通路的研究，将为阐明前列腺癌晚期TGFβ促进肿瘤侵袭、转移机制提供崭新的途径和方法[3]。

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作者单位：西安交通大学泌尿外科研究所，陕西西安 710061