TGF-β促进胰腺癌发展的相关研究进展

Study Progress on TGF-β Promoting the Development of Pancreatic Cancer

摘要: 胰腺癌是一种恶性程度极高的消化道肿瘤。由于早期症状不典型，大多数患者确诊时已丧失手术机会。化疗和靶向治疗是晚期患者的首选，然而目前化疗药物毒性大，总反应率低，因此探索潜在治疗靶点迫在眉睫。TGF-β (transforming growth factor beta, TGF-β)作为一种细胞因子，在肿瘤中的作用越来越受到重视。本综述针对TGF-β在胰腺癌中的作用机制进行全面综述，并探讨其在胰腺癌治疗中的潜在可能。

Abstract: Pancreatic cancer is a highly malignant tumor of the gastrointestinal tract. Due to atypical early symptoms, most patients are already lost to surgery by the time they are diagnosed. Chemotherapy and targeted therapies are the first choice for patients with advanced disease; however, the current high toxicity of chemotherapy drugs and low overall response rates make it urgent to explore potential therapeutic targets. The role of TGF-β as a cytokine in pancreatic cancer has received increasing attention. This review provides a comprehensive review of the mechanism of action of TGF-β in pancreatic cancer and explores its potential possibilities in the treatment of pancreatic cancer.

1. 引言

胰腺癌是目前已知恶性程度极高的肿瘤，是西方国家第四大癌症相关死亡原因 [1]。据发病率推测，截至2030年，胰腺癌将成为第二大癌症相关死亡原因 [2]。胰腺导管腺癌是胰腺癌主要组织学病理分型，约占所有胰腺癌的95% [3]。由于早期缺乏特异性症状，大多数患者确诊时已处于中晚期。临床上仅有15%患者确诊后具有根治性手术切除机会，即便接受手术，患者5年总生存率仅为9%，且易复发 [4]。TGF-β是一种分泌型细胞因子，在调节机体稳态和参与肿瘤发生的过程中发挥重要作用。目前已有众多研究证实胰腺癌的发生、发展、侵袭、转移与TGF-β及其下游信号传导通路失调密切相关。本篇综述重点阐述TGF-β在胰腺癌中的研究现状，并分析其作为有效治疗靶点的适用性。

2. TGF-β及其功能

TGF-β是广泛存在于人体细胞中的分泌型细胞因子，是TGF-β超家族中的成员之一。除此之外，TGF-β超家族还包括生长分化因子、激活素、抑制素、骨形态发生蛋白和胶质源性神经营养因子等30多个细胞因子 [5] [6]。大多数正常细胞和肿瘤细胞都能够分泌一种或以上的TGF-β。在哺乳动物中，TGF-β有三种亚型：TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3 [7]。TGF-β1是目前研究最广泛、肿瘤中含量最丰富、最常见的失调亚型 [8] [9]。TGF-β通路是参与细胞、组织之间信息传递的重要信号通路之一，不仅参与稳态调节，也参与肿瘤的发生。在肿瘤发生过程中，TGF-β作为枢纽物质，介导的一系列信号传递。TGF-β通路对于细胞增殖、细胞间质分化、凋亡以及炎症反应等具有重要调控作用 [10] [11]。研究人员在免疫检查点治疗无效的实验小鼠中应用TGF-β通路的阻断抗体，证实了TGF-β在肿瘤发生中发挥关键作用 [12]。

3. TGF-β在胰腺癌中作用机制

TGF-β在胰腺癌中具有双重作用。在早期胰腺癌中，TGF-β表达细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(cyclin-dependent kinase, CDK)，通过G1期阻滞，抑制细胞增殖，促进细胞凋亡。然而在晚期胰腺癌中，由于局部分泌的TGF-β水平明显升高，TGF-β对肿瘤细胞增殖抑制作用减弱，促进肿瘤进展 [6] [10] [13] [14]。TGF-β对胰腺癌的促进作用涉及多种形式，包括：影响肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)、新生血管生成、免疫抑制、上皮间充质转化(epithelial to mesenchymaltransition, EMT)以及自噬。现综述如下：

3.1. 胰腺癌肿瘤微环境

TME是由多种活跃细胞构成的致密微环境，在肿瘤发生、发展、侵袭、转移过程中发挥重要作用 [15] [16]。细胞外基质(extracellular matrix, ECM)的广泛沉积以及过度纤维化是胰腺癌TME的主要特点。TGF-β作为TME中必要的细胞因子，当TGF-β过表达时，可以激活肿瘤基质和诱导纤维化 [14]，促进ECM的广泛沉积 [17]，导致免疫功能障碍、组织纤维化和肿瘤的发生 [18]。TGF-β信号的失调通过广泛ECM沉积促进病理性纤维化和肿瘤发生。ECM的过度沉积通过连接Smad4、BRAF、TP53突变和MYC扩增触发纤维化过程和免疫抑制，并促进癌症相关成纤维细胞表型。研究人员发现抑制TGF-β信号通路及其下游信号通路可显著减轻纤维化 [17]。在组织纤维化过程中，TGF-β等细胞因子可以将正常的纤维细胞重新编程为CAFs (cancer-associated fibroblasts, CAFs) [19] [20]。CAFs是胰腺癌TME中TGF-β的主要来源 [7]，具有基质沉积和重构等作用 [21]。研究表明，CAFs通过高度表达TGF-β1，激活Smad2/3通路，从而上调胰腺癌细胞中ATF4的表达。ATF4在胰腺癌中过表达，促进了吉西他滨的耐药性 [22]。此外，当肿瘤发生时，TGF-β诱导静止的CAFs而激活和浸润。激活后的CAFs，一方面通过分泌小分子如血小板衍生生长因子(platelet derived growth factor, PDGF)和基质细胞衍生分子-1 (stromal cell-derived factor-1, SDF-1) 等促进肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移，另一方面产生过量的胶原蛋白等基质成分，形成物理屏障，对抗免疫细胞和抗肿瘤药物，形成具有促肿瘤作用的病理性TME [23]。由于胰腺癌中的TGF-β通过改变成分和降解ECM，诱导出了一种促进侵袭、转移的TME [24]，因此胰腺癌TME表现新出高度的免疫抑制性，同时致密连接的ECM对于宿主抑制抗肿瘤免疫反应，发挥重要作用 [16]。上调TME中TGF-β的含量，能促进EMT、炎症因子、新生血管的生成和免疫逃逸，这对于上皮肿瘤的发生、进展是重要的 [25]。在胰腺癌TME中，基质沉积和过度纤维化过程不可避免的压迫基质中的血管，营造出胰腺癌乏氧、乏血供的环境 [26]。乏氧条件影响了T淋巴细胞的代谢，使其只能通过糖酵解少量供能，严重限制了其抗肿瘤效果 [27]。同时，肿瘤细胞通过无氧酵解生成大量乳酸，导致胰腺癌TME中T细胞和NK细胞的活化受到抑制，进一步发挥免疫抑制作用 [28]。乏血供条件抑制了药物吸收和有效渗透，导致胰腺癌传统治疗效果欠佳 [26]。

3.2. 胰腺癌新生血管生成

肿瘤诱导新生血管生成的能力，被视为肿瘤发生、转移的基础。TGF-β通过调控内皮细胞增殖、迁移和毛细血管形成，促进血管生成，这主要是由血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor, VEGF)介导的 [14]。VEGF是血管生成的关键刺激因子，被认为是肿瘤血管新生过程中最重要的始动因素 [29]。Seo Y等人研究得出93%的胰腺导管腺癌VEGF蛋白呈阳性。一项研究显示：在胰腺癌组织中，VEGF阳性表达率高达77%，但在临近的正常组织中，VEGF阳性表达率仅为15% [30]。TGF-β促血管生成活性包括促进毛细血管生成和VEGF-A (Vascular endothelial growth factor-A, VEGF-A)等血管生成因子表达。此外，TGF-β还能诱导间充质干细胞分化为内皮细胞 [7]。同时内皮细胞分泌的TGFβ促进血管周围细胞和肌成纤维细胞的募集，支持功能性血管完整性。值得注意的是，TGFβ表达的增加与某些肿瘤类型中微血管密度的增加有关 [7]。在胰腺癌小鼠模型中抑制TGFβ后发现微血管密度下降。微血管较高的胰腺癌患者无病生存期和总生存期较短 [24]。作为肿瘤新生血管的关键因素，TGFβ刺激血管生成是直接作用和间接作用共同参与的结果。直接作用包括：血管生成因子和碱性成纤维细胞生长因子的相互作用和诱导。间接作用包括：TGF-β对单核细胞和小胶质细胞具有化学吸引的特性，这种特性促使单核细胞和小胶质细胞释放促血管生成因子。TGF-β可以诱导基质金属蛋白酶-2 (matrix metalloproteinase-2, MMP-2)和基质金属蛋白酶-9 (matrix metalloproteinase-9, MMP-9)的表达、释放以及激活，还可以下调内皮细胞和肿瘤细胞中金属蛋白酶组织抑制剂的表达。MMP活性的增加使内皮细胞迁移能力增强，这正是肿瘤血管生长所必须的 [24]。在胰腺癌TGF-β/Smad通路中，Smad2/Smad3被认为是TGF-β信号在肿瘤发生中的重要介质，Smad3诱导TSP-4上调，通过调节TGF-β诱导的血管生成促进肿瘤生长 [31]。Smad4蛋白降低VEGF的表达，增加血栓反应蛋白1 (一种血管生成抑制剂)的水平，导致体内外有效血管生成转化为抗血管生成，从而抑制胰腺癌的发展 [14]。

3.3. 胰腺癌免疫抑制

免疫抑制目前被认为是肿瘤的又一大特点和肿瘤发生的必要条件。一方面，先天性免疫细胞和适应性免疫细胞对肿瘤细胞、基质细胞、免疫细胞释放的TGF-β产生反应，导致免疫抑制性TME [7]。另一方面，肿瘤细胞通过操控TGF-β1，调控免疫抑制微环境，帮助胰腺癌逃避免疫杀伤，间接促进逃逸 [17] [32]。在胰腺癌中，肿瘤细胞通过积累TGF-β信号级联中的Smad4蛋白突变来逃避TGF-β的抗肿瘤监测 [17]。早期研究表明，TGF-β可以有效抑制T细胞的增殖。Zhang和Bevan研究发现，T淋巴细胞产生的TGF-β1可能对T细胞的活化、增殖、分化、迁移产生抑制。通常情况下，TGF-β抑制原始CD4+T细胞诱导、分化为不同效应的子亚型。但是有研究表明，TGF-β可以促进转录因子FoxP3的表达，诱导原始T细胞转变为调节性T细胞(Regulatory T, Treg) [7] [33]。一方面，TGF-β信号可以直接促进Treg细胞的扩增，调节调节性CD4+T细胞的免疫应答。另一方面TGF-β通过调控效应T细胞的功能来控制适应性免疫。此外，TGF-β通过抑制自然杀伤细胞和调节巨噬细胞、抗原呈递树突状细胞和粒细胞的增殖来控制先天免疫系统的发育和功能 [17]。树突状细胞(dendritic cells, DC)将肿瘤抗原加工后呈递给CD4+T和CD8+T，TGF-β抑制DC的抗原呈递，从而抑制T细胞介导的抗肿瘤反应 [7]。同时有实验证明，TGF-β的下调，导致CD8+T细胞克隆扩增增强 [34]。TGF-β的上调，抑制CD8+T细胞的分化和功能，导致CD8+T细胞凋亡增强 [33] [35]。TGF-β通过抑制树突状细胞表达和肿瘤抗原的修饰加工，阻断细胞毒性CD8+T细胞的活化、成熟，同时还可以通过抑制白介素(interleukin, IL)和IFN-γ表达，抑制CD8+T细胞增殖。此外，TGF-β诱导T细胞衰竭还可以通过促进T细胞中程序性死亡受体-1 (programmed death receptor-1, PD-1)的表达来实现 [7]。TGF-β靶向药物如：抗TGF-β抗体、TβR抑制剂和重组蛋白联合PD-1等抗原是目前流行的治疗策略 [17]。现已发现TGF-β能够抑制辅助型T细胞2 (T helper 2 cell, Th2)介导的癌症免疫，当阻断CD4+T细胞中TGF-信号通路时可重塑肿瘤微环境，抑制癌症进展 [36]。另外有研究证明，通过电离辐射结合热疗和免疫检查点抑制剂疗法，可以治疗TGF-β诱导的免疫耐受和炎症反应 [17]。除此之外，TGF-β还可以调控大部分参与组织纤维化和肿瘤微环境的细胞，促进肌成纤维细胞分化和免疫细胞募集，抑制抗肿瘤免疫反应 [14]。

3.4. 胰腺癌上皮间充质转化

EMT是指在特定的程序调控下，上皮细胞通过改变细胞表型，转变成具有细胞间质特性的细胞 [37]。EMT不仅在正常胚胎发育过程中发挥作用，还参与慢性炎症、组织纤维化过程和肿瘤转移的过程。在胰腺癌EMT过程中，具有上皮表型特性的蛋白质，如：E-钙黏蛋白表达减少，同时具有间充质特性的蛋白质表达增加 [38]。

TGF-β已经被证实是胰腺肿瘤细胞EMT的强效诱导剂 [24]。肿瘤细胞利用TGF-β，促进自身EMT。在Smad相关信号通路中，细胞外活化的TGF-β1首先与TGF-βRII结合，然后TGF-βRII的丝氨酸/苏氨酸激酶活性磷酸化TGF-βRI，在TGF-βRI的GS域创建停靠点，继而招募下游的信号分子Smad2和Smad3，使之发生磷酸化。磷酸后的Smad2/3与Smad4结合，形成低聚络合物，Smad信号级联被激活，导致Smad4的核移位，从而驱动广泛的肿瘤促进因子转录 [32] [39]。转录后的肿瘤促进因子通过与E-钙黏蛋白启动子中保守序列E-box结合，抑制E-钙黏蛋白的表达。在正常组织中，E-钙黏蛋白稳定表达，维持细胞间的黏附力。但在恶性肿瘤中，E-钙黏蛋白表现为低表达。这种低表达导致细胞间黏附力下降，可能是肿瘤细胞获得去分化和转移能力的第一步。研究表明，在低表达E-钙黏蛋白的肿瘤细胞中重新表达E-钙黏蛋白，可以阻止肿瘤的进展、转移 [40]。这在一定程度上证实了E-钙黏蛋白具有黏附功能，限制细胞运动。而在非Smad相关通路中，成熟的TGF-β激活细胞外信号调节激酶1/2 (Erk1/2)通路，Erk信号通路影响EMT，促进老年疾病的纤维化和癌症转移 [17]。

另一项研究也证实，TGF-β对胰腺癌的抑制作用与EMT有关。TGF-β诱导胰腺癌细胞发生依赖Smad4的EMT，破坏胰腺癌发生的转录网络，进而诱导凋亡 [41]。

3.5. 胰腺癌自噬

自噬是一种广泛存在的细胞自我保护机制，涉及大自噬、微自噬、伴侣介导的自噬和非规范自噬等在内的多种细胞过程 [42]。自噬在胰腺癌的生长、上皮–间充质转化、代谢、免疫治疗和耐药机制中起着重要作用。LC3-II的水平被认为是细胞自噬水平的标志，在胰腺癌细胞中，TGF-β1通过提高自噬通量，增加LC3-I向LC3-II的转化，促进自溶酶体的形成。TGF-β1还可诱导EMT在胰腺癌中产生恶性表型 [43]。虞先濬团队研究发现并且证实了TGF-β1的表达与自噬指标LC3B呈正相关。在Smad4缺失的胰腺癌患者中，LC3B高表达人群往往有着较差的预后，进一步证实了TGF-β1诱导的自噬参与胰腺癌的进展。Smad4作为TGF-β信号的中心介质，大约有60%胰腺癌患者存在Smad4突变 [44]。此外虞先濬团队还发现TGF-β1通过Smad4依赖途径和Smad4非依赖途径，诱导胰腺癌细胞内自噬的发生。在Smad4阳性的胰腺癌细胞中，TGF-β1诱导的自噬可以阻止Smad4进入细胞核，进而表现出促进肿瘤细胞增殖抑制侵袭的能力。相反，在Smad4缺失的胰腺癌细胞中，TGF-β1诱导的自噬可以通过调节MAPK/ERK通路的激活抑制增殖，促进侵袭 [45]。

4. 总结与展望

综上所述，胰腺癌是一种恶性程度极高的消化道肿瘤，预后极差。尽管近年来关于胰腺癌的研究不断深入，针对胰腺癌的治疗方案不断改进，但是患者预后仍未得到显著改善。因此探索潜在的治疗靶点迫在眉睫。作为调控胰腺癌的重要靶点，TGF-β在胰腺癌中相关分子机制已有一定的突破，但是将TGF-β作为治疗靶点的药物和相关临床试验仍待深入研究。在这里我们强调TGF-β作为潜在治疗靶点的重要性，以期为未来胰腺癌的治疗提供一个新的视角。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。