小药谈肿瘤免疫：TGF-β

前言

转化生长因子β（TGF－β）的最初发现是因为它能刺激大鼠成纤维细胞株的生长。近三十年来，TGF－β得到了进一步深入的研究，尤其是其在肿瘤微环境（TME）中的双重作用，即被称为“TGF－β悖论”，可为亦正亦邪的存在。

在早期肿瘤中，TGF－β通路诱导细胞凋亡，抑制肿瘤细胞增殖。相反，到晚期，它通过调节基因组不稳定性、上皮间质转换（EMT）、新血管生成、免疫逃避、细胞运动和转移等方面具有促进肿瘤的作用。TGF－β作为一种免疫抑制细胞因子，通过不同的机制对免疫应答具有广泛的抑制作用。
临床前或临床试验中越来越多的数据表明，阻断TGF－β信号是治疗肿瘤的有效方法，它能减轻Treg介导的免疫抑制，增加T细胞毒性，促进T细胞向肿瘤中心的渗透，从而引起强烈的抗肿瘤免疫和肿瘤消退。此外，阻断TGF－β信号增强了肿瘤对免疫检查点抑制剂（ICI）的反应，如抗程序性死亡受体1（PD－1）或PD－1配体（PD－L1）的抗体。
目前，TGF－β靶向剂已成为新的热门研究方向，了解TGF－β信号转导机制，了解TGF－β抑制剂的应用现状，对于肿瘤治疗的疗效和减少副作用至关重要。
TGF－β超家族成员

自从TGF－β1被发现以来，已有超过30个TGF－β超家族成员被鉴定和表征，它们在合成、信号转导机制和功能方面具有共同点。根据其结构和功能的相似性，TGF－β超家族分为TGF－β和骨形态发生蛋白（BMP）亚家族。

通常，TGF－β亚家族包括TGF－βs、activins， Nodal，而BMP亚家族则含有BMP、生长和分化因子（GDF）和抗Mullerian激素（AMH）。

哺乳动物中存在三种高度同源的TGF－β亚型，即TGF－β1、TGF－β2、TGF－β3。在TGF－β超家族中，TGF－β亚型的研究最为广泛。根据癌症基因组图谱（TCGA）的数据，TGF－β1是大多数人类癌症中表达最为普遍的亚型。此外，与TGF－β2和TGF－β3相比，TGF－β1的表达与TGF－β信号激活最密切相关。

TGF－β分泌与活化

TGF－β作为一种非活性前体合成的蛋白，需要活化才能发挥作用。TGF－β前体由三部分组成：一个信号肽，一个称为潜伏相关肽（LAP）的N端长前体，以及C端对应于成熟细胞因子的短片段。在内切酶Furin裂解后，通过二硫键连接的TGF－β同源二聚体与二硫键连接的LAP同源二聚体通过二硫键结合。

这种被称为小潜伏复合物（SLC）的分子通常通过二硫键与潜在的TGF－β结合蛋白（LTBP）交联，形成大潜伏复合物（LLC），与细胞外基质（ECM）中的纤维蛋白相互作用，使潜伏的TGF－β稳定储存而不是进一步激活。

此外，潜伏的TGF－β还可与Treg或巨噬细胞表面的跨膜糖蛋白A为主的重复序列蛋白（GARP）和LRRC33结合。在LAP上的Arg－Gly－Asp（RGD）序列与整合素αvβ6或αvβ8相互作用后， TGF－β1和TGF－β3才从其潜伏复合物中变构释放。只有从潜伏复合物中释放出来，TGF－β才能具有活性并激活其受体。

TGF－β信号通路

TGF－β通过TGF－βI型受体（TGF－βRI或ALK5）和TGF－βII型受体（TGF－βRII）触发信号传导，这两种受体都是跨膜丝氨酸／苏氨酸激酶受体。

与TGF－β结合后，TGF－βRII作为高亲和力的TGF－β受体招募并磷酸化TGF－βRI的胞内结构域，形成异四聚体，随后激活下游信号的SMAD蛋白。

SMAD依赖的经典通路是TGFβ信号传导的核心部分。哺乳动物中有8种SMAD蛋白分为三类，包括受体相关SMADs（R－SMADs）、协同SMADs（co－SMADs）和抑制性SMAD（I－SMADs）。

TGF－β与受体结合激活受体可导致R－SMADs的活化，一旦激活，SMAD2／3与受体分离并与SMAD4形成异源三聚体结构，然后转移到细胞核，在那里它们与DNA转录因子和辅因子结合，激活或抑制数百个靶基因。

I－SMADs的表达是由TGF－β信号作为反馈反应诱导的。SMADs通常通过不同激酶的磷酸化和不同泛素连接酶的泛素化来激活或抑制SMADs，从而控制SMADs的稳定性和活性。SMAD6和SMAD7通过与R－SMADs竞争与TGF－β受体复合物的结合来降低R－SMAD的磷酸化和活化。

除了TGF－β信号转导的典型途径已被深入研究并证明具有重要作用外，非经典的（非SMAD）信号通路仍然存在，但人们对其了解较少。虽然TGF－β信号转导的核心机制已经得到了很好的研究，但是这种信号与特定因子和其他信号通路的相互作用在TGF－β级联调节中形成了一个密集的网络，这表明TGF－β在微环境中的作用是复杂的。任何影响TGF－β信号传导元件的细胞信号都会改变其有效性。

TGF－β在肿瘤微环境中的作用

TGF－β在TME中起着双重作用，这是由于肿瘤发展的不同阶段和基因改变背景决定的。在早期肿瘤中，TGF－β途径可诱导细胞凋亡并抑制包括癌细胞在内的细胞增殖。

矛盾的是，在晚期，它通过调节基因组不稳定性、EMT、新生血管生成、免疫逃避和转移，具有促肿瘤作用。当促肿瘤功能压倒细胞中TGF－β信号的抗肿瘤作用时，它将以一致的方式作为肿瘤促进剂发挥作用。

TGF－β诱导细胞周期阻滞与凋亡研究表明，在多种培养的真核细胞（包括上皮细胞、内皮细胞、造血细胞和皮肤角质形成细胞）中，TGF－β的暴露通过不同的机制促进了细胞周期的停止。TGF－β介导的生长停滞抑制通常发生在细胞周期的G1期，此时细胞对TGF－β敏感。其中一个重要的机制是TGF－β抑制MYC的转录，MYC是G1期向S期发展所必需的。
肿瘤细胞TGF－β信号的改变在许多癌症中发现了很多遗传和表观遗传的改变，这些改变导致TGF－β信号从肿瘤抑制到促进的自主转换。许多研究表明，SMAD2、SMAD3、SMAD4、TGF－βRI和TGF－βRII在许多肿瘤类型都存在基因突变或缺失。SMAD4是最常见的变化，在癌症发生过程中起主导作用，其突变导致多个TGF－β超家族成员的肿瘤抑制作用丧失。SMAD2基因突变在肝细胞癌（HCC）、大肠癌和肺癌中也有报道。
TGF－β对肿瘤EMT的调控作用普遍认为，TGF－β诱导的EMT是肿瘤侵袭和转移的重要步骤。E－钙粘蛋白是维持上皮细胞粘附在粘附连接处的关键蛋白，TGF－β诱导转录因子SNAIL、ZEB和TWIST的表达，抑制E－钙粘蛋白的表达，从而调节细胞粘附、极性和重组细胞骨架。此外，TGF－β增强金属蛋白酶（MMP）的活性，允许细胞骨架的重塑。