TGF-β信號通路在急性白血病中的研究進展

文/王晨，劉嘉怡，李夢珍，倪蕾

免疫抑制細胞因子轉化生長因子-β(TGF-β)是多種細胞類型分泌的多功能多肽，包括T 細胞、巨噬細胞，甚至腫瘤細胞。TGF-β 的作用和潛在調節機制已經被發現是非常復雜的。已有研究表明，TGF-β 在調控急性髓細胞性白血病、急性淋巴細胞白血病發生發展等潛在機制中有一定意義，并有可能成為急性白血病治療的潛在靶點。以下將討論TGF-β信號通路在急性白血病中的潛在機制及意義。

1 TGF-β超家族及信號轉導通路

1.1 TGF-β

人類細胞因子TGF-β 超家族由30 多個因子組成，抗勒氏桿菌激素、抑制素、肌肉生長抑制素、骨形態發生蛋白等，它們存在于所有多細胞生物中。哺乳動物基因組編碼三種不同的TGF-β 異構體，TGF-β1,-β2 和-β3，它們作為二硫化物連接的二聚體。

1.2 TGF-β受體

TGF-β 受體廣泛存在于多種細胞的表面，目前廣泛研究有三種TGF-βRI、TGF-βRII 和TGFβRIII。TGF-βRI 和TGF-βRII 細胞質結構域均含有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，而TGF-βRIII 沒有激酶活性。TGF-β 超家族成員與含有絲氨酸/蘇氨酸激酶活性的I 型(TβRI)和II 型(TβRII)受體的異聚體受體復合物結合。輔助受體(也稱為III 型受體，TβRIII)幫助TGF-β 超家族成員獲得信號受體?；罨腡GF-β 配體與TβRII 相互作用形成異四聚體，這是一種活性受體復合物，在絲氨酸和蘇氨酸的特定殘基上招募和磷酸化TβRI。該復合物作為功能性受體，調節下游Smad 依賴的規范通路激活以及Smad不依賴或非規范通路激活。

1.3 Smad蛋白

Smad 由組合在一起的蛋白質組成，是TGF-β的下游信號蛋白，主要將細胞外信號直接傳遞給細胞核。目前根據結構和功能可分為三類：（1）受體調節型Smad（R-Smad），即由激活素TGF-β 激活的AR-Smads，包括Smad2、Smad3 和由骨形態發生蛋白 （bone morphogenetic protein,BMP）等激活的BRSmads, 包括Smad1、Smad5、Smad8 和Smad9 ；（2）共同通路型Smad（Co-Smad），Smad4；（3）抑制型Smad（I-Smad），包括Smad6 和Smad7。

1.4 TGF-β信號傳導通路

1.4.1 經典的TGF-β/Smad信號通路

在經典的Smad 信號通路中，TGF-β 與細胞膜表面的TGF-βRII 結合，然后磷酸化TGF-βRI。磷酸化的TGF-βRI/TGF-βRII 磷酸化Smad2 和Smad3蛋白，與Smad 4 形成復合物?；罨腟mad 復合體移動到細胞核并結合到稱為Smad 結合元件(SBEs)的特定DNA 序列基序上。然后，它與其他轉錄因子相互作用，調節TGF-β 靶基因的表達。

1.4.2 非Smad信號通路

TGF-β 還可以激活許多非Smad 信號通路，包括PI3K/AKT、JNK/P38、ERK/MAPK 信號通路等。參與腫瘤發生、侵襲和轉移。

2 TGF-β信號通路與急性白血病

2.1 TGF-β信號通路與急性髓細胞性白血病(acute myeloid leukemia，AML)

研究表明，TGF-β 在AML 中高度上調。研究報道了在人類癌癥中，轉錄因子缺氧誘導因子1(HIF-1)和激活蛋白1(AP-1)參與了轉化生長因子β1(TGF-β1)表達的上調，通過自分泌作用導致轉錄因子Smad3 的激活。這一過程在急性髓性白血病中引發半乳糖凝集素-9 表達上調[1]。半乳糖凝集素-9是各種類型的癌細胞用來抑制細胞毒性免疫反應從而逃避免疫監視的關鍵蛋白之一。急性髓系白血病(AML)能夠分泌該蛋白，而其他癌細胞將半凝集素-9轉運到表面，并利用它來破壞細胞毒性淋巴樣細胞如細胞毒性T 淋巴細胞和自然殺傷細胞(NK)的抗癌活性。有報道稱，人類癌細胞產生轉化生長因子β1型(TGF-β1，又稱TGF-β)，通過與TGF-β 受體(TGFBR)結合而表現出自分泌活性[2]。已知TGF-β通過Smad3 轉錄因子轉導其信號，從而觸發靶基因的表達。半乳糖凝集素-9 基因LGALS9 啟動子區有幾個(至少5 個)Smad3 應答元件，有報道稱Smad3可誘導半乳糖凝集素-9 表達[3]。此外，TGF-β 編碼基因在其啟動子區域至少有9 個Smad3 應答元件，因此也可以自分泌方式上調TGF-β 的表達，能夠在沒有外部信號的情況下支持自身。低氧誘導因子1 (hypoxiainducible factor 1,HIF-1)轉錄復合物可誘導TGF-β 的初始活化，HIF-1 轉錄復合物包含兩個亞基-組成型β 亞基和誘導型α 亞基。HIF-1 在腫瘤生長的早期階段表現出高活性，因此可以啟動TGF-β 表達[4]，然后可以觸發上述導致半乳糖凝集素-9 的自分泌途徑過度表達。

此外，癌細胞中產生活性氧(ROS)的酶，如NADPH 氧化酶和黃嘌呤氧化酶的活性升高[5]。ROS水平升高導致凋亡信號調節激酶1(apoptosis signal regulatory kinase 1,ASK1)及其下游通路激活，導致AP-1(activator protein 1)轉錄復合物激活，從而上調TGF-β 的表達。有研究表明，重新診斷患者分離的AML 細胞與從健康供體分離的原代白細胞培養24h進行比較。AML 細胞顯示出明顯上調的黃嘌呤氧化酶和NADPH 氧化酶活性水平，這表明AML 細胞中存在更高水平的氧化應激。HIF-1α 和phosphoS423/S425-Smad3 在原代健康白細胞中幾乎檢測不到，但在AML 細胞中可以明顯檢測到。與健康白細胞相比，AML 細胞釋放的TGF-β 量顯著增加。因此，TGF-β 被認為是促癌因子，許多腫瘤類型大量產生TGF-β 以發揮促瘤免疫的不利作用，并且在宿主-腫瘤免疫監測下與侵襲性疾病的進展有關。

2.2 TGF-β信號通路與急性淋巴細胞白血病(acute lymphocytic leukemia，ALL)

急性淋巴細胞白血病(acute lymphocytic leukemia，ALL)是一種嚴重威脅人類健康的血液惡性腫瘤。目前，ALL 缺乏有效的治療方法，因為腫瘤細胞的免疫逃逸嚴重阻礙了治療效果。有研究表明，ALL 來源的外泌體通過TGF 途徑抑制NK 細胞的增殖、細胞毒性和細胞毒性顆粒的釋放，從而逃避先天免疫監視[6]。

外泌體作為細胞間通信的重要介質，通過傳遞膜蛋白和其他內容物(如蛋白質、脂質、mRNA 和非編碼RNA)，不僅參與腫瘤轉移和血管生成引起的腫瘤發生，而且在免疫逃逸過程中發揮重要作用[7]。外泌體不僅通過為白血病細胞的生長創造微環境、支持白血病耐藥、細胞轉移和免疫逃逸來加速白血病的進展，而且還可以通過裝載攔截這些途徑的分子來阻礙白血病細胞的進展。白血病衍生的外泌體裝載RNA，引導造血祖細胞抑制其功能，并將骨髓生態位重塑為允許白血病生長的微環境。自然殺傷(NK)細胞在控制腫瘤生長、轉移和擴散中起著免疫監測和一線防御作用。在腫瘤微環境中，NK 細胞主要通過表面活化受體識別腫瘤抗原，并依靠穿孔素、顆粒酶等細胞毒性分子的分泌，直接裂解和殺傷腫瘤細胞。NK 細胞修飾的嵌合抗原受體(CAR)對fms 樣酪氨酸激酶3(FLT3)陽性B-ALL 細胞具有選擇性細胞毒性，并在體內抑制白血病的發展[8]。重要的是，從NK 細胞中提取的細胞外囊泡可以通過多種細胞毒性蛋白和殺傷機制靶向并殺死腫瘤細胞。而NK 細胞在腫瘤微環境中的毒性可被癌細胞調節，引起腫瘤免疫逃逸。

TGF-β 是一種強大的NK 細胞抗腫瘤反應抑制劑，在ALL 患者中高表達[9]。有實驗研究結果顯示，jurkat 衍生外泌體孵育后，NK92-MI 細胞中TGF-β通路的17 個經典分子均上調，僅生長分化因子3(GDF3)下調12。TGF-β 通過調節多種細胞殺傷因子和激活受體抑制NK 細胞表型。例如，TGF-β1 可減少穿孔素和顆粒酶的釋放，下調CD16、DNAM-1、NKG2D、TRAIL 和NKp30 等活化受體的表達，從而降低NK 細胞的細胞毒性[10]。此外，在NK92-MI 細胞中，骨髓增生異常綜合征1(MDS1)和親生態病毒整合位點-1(EVI1)復合體位點(MECOM)和同源結構域相互作用蛋白激酶2(HIPK2)的表達水平顯著響應jurkat 來源的外泌體誘導。MECOM 由MDS1 和EVI1復合體位點組成，后者是一種與白血病相關的侵襲性癌基因，EVI1 的表達延長了STAT1 的磷酸化和干擾素(IFN)依賴性報告基因的激活，并完全消除了IFN-α 的抗增殖和凋亡作用[11]。因此，MECOM 可能有助于ALL 源性外泌體誘導的NK 細胞的免疫抑制。此外，HIPK2 對于IFN 精確調節免疫穩態是不可或缺的[12]。體內外均可通過TGF-β 誘導HIPK2 的表達，激活下游信號通路的表達，包括Notch、NFκB、Smad 和Wnt/β-catenin 通路，從而控制細胞功能[13]。因此，HIPK2 可能是由ALL 來源的外泌體誘導的NK 細胞免疫抑制的另一個貢獻基因。因此，急性淋巴細胞白血病來源的外泌體通過TGF-β 信號通路抑制自然殺傷細胞的細胞毒性，為阻斷ALL 細胞的免疫逃逸，提高ALL 的治療效率提供了新的視角。

3 TGF-β信號通路在急性白血病治療中的應用與展望

有研究首次報道了在人類癌癥中，轉錄因子缺氧誘導因子1(HIF-1)和激活蛋白1(AP-1)參與了轉化生長因子β1(TGF-β1)表達的上調，通過自分泌作用導致轉錄因子Smad3 的激活，這一過程在急性髓性白血病中引發半乳糖凝集素-9 表達上調。半乳糖凝集素-9 是各種類型的癌細胞用來抑制細胞毒性免疫反應從而逃避免疫監視的關鍵蛋白之一。了解TGF-β 信號通路及其與半乳糖凝集素-9 的關系等機制將大大提高我們對惡性腫瘤免疫逃逸的生物化學認識，使TGF-β1 信號通路作為急性白血病免疫治療的潛在高效靶點成為可能。此外，有研究報道，ALL 來源的外泌體通過TGF 途徑抑制NK 細胞的增殖、細胞毒性和細胞毒性顆粒的釋放，從而逃避先天免疫監視。外泌體不僅參與腫瘤轉移和血管生成引起的腫瘤發生，而且在免疫逃逸過程中發揮著重要作用。ALL 來源的外泌體增強了NK92-MI 細胞中TGF-β 信號通路的表達，通過誘導TGF-β 通路促進免疫逃逸來調節NK 細胞的生物學功能。深入探索腫瘤微環境中急性淋巴細胞白血病外泌體對NK 細胞的調控機制，將有助于確定急性淋巴細胞白血病治療的分子靶點，并為預防治療后復發提供理論依據。