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【摘要】胰腺癌是一种恶性程度高、治愈率低、预后差的消化道肿瘤，因为它缺乏早期的诊断标准和有效的治疗手段。目前胰腺癌的研究重点还是集中在基础研究和早期诊断方面。转化生长因子β（TGF-β）是一个多功能的细胞因子，在正常组织中可以调节细胞的生长和分化，而在胰腺癌组织中则丧失其功能。研究提示多数胰腺癌的TGF-β及相关信号转导途径存在异常。本综述总结了胰腺癌中TGF-β相关信号通路的主要信号介质，并特别讨论了TGF-β/Smads信号途径在胰腺癌发生过程中的作用。
【关键词】TGF-β；Smads蛋白；信号转导；胰腺癌
TGF-β coherent signal way and cancer of the pancreas's research
DIAO JianpingCHEN LiQIAOWanqing
【Abstract】The cancer of the pancreas is one kind of m alignant degree is high, the cure rate is low, prognosis bad digestive tract tumor, because it lacks early the diagnosis standard and the effective treatment method. At present cancer of the pancreas's research concentrates with emphasis in the basic research and the early diagnosis aspect. The transformation growth factor Beta (TGF-β) is a multi-purpose cell factor, may adjust cell's growth and the differentiation in the Normal tissue, but in the cancer of the pancreas organizes to lose its function. The research prompt most cancers of the pancreas TGF-β and the coherent signal transduction way existence is unusual. This summary summarized in the cancer of the pancreas TGF-β the coherent signal circuit's main signal medium, and discussed TGF-β the /Smads signal way specially in the pancreatic gland carcinogenesis process function.
【Key words】TGF-β; Smads protein; Signal transduction; Cancer of the pancreas
胰腺癌是一種恶性程度高、治愈率低、预后差的消化道肿瘤，因为它缺乏早期的诊断标准和有效的治疗手段。近年来，尽管胰腺癌的综合治疗水平不断提高，但并未给远期疗效和预后带来突破性的进展，总生存率仍<5%[1]。目前研究已发现有几条信号转导通路和一些已知的细胞因子在调节胰腺癌的生长方面起了重要作用，其中最重要的就是TGF-β和与其相关的信号转导通路[2，3]。
1TGF-β/Smads信号途径
TGF-β/Smads信号途径由TGF-β超家族、TGF-β受体、Smads蛋白及其调节基因组成。
1.1TGF-β及其受体。TGF-β超家族的成员包括：TGF-β、活化素（activin）、骨形态发生蛋白（ＢＭＰ）和其它相关的蛋白[3,5]。TGF-β是多功能的细胞因子，在正常细胞中，可以调节细胞的分化、生长和转移；在胰腺癌细胞中，则与血管生成、纤维化和巨噬细胞浸润等过程相关[4，5，8，9]。TGF-β目前已确定有三个亚型（TGF-β1，TGF-β2，TGF-β3），它们由不同的基因编码，具有高度（70~80%）的氨基酸序列同源性，可以与同一受体通过相同的信号途径发挥功能[6，7]。其中，TGF-β1在细胞中表达得最多最广泛，也是目前研究得深入活跃的一型。TGF-β1被分泌到细胞外基质后即形成TGF-β1二聚体和潜在TGF-β1结合蛋白的复合物（TGF-β1- TGF-β1-LTBPs），当细胞受刺激时，通过一系列激活过程（具体机制尚不清楚），TGF-β1二聚体被释放，并与相应受体结合进行信号转导[6]。
TGF-β受体（TGF-β receptor,TβR）有三个亚型：即TGF-βⅠ型受体(TβRⅠ)、TGF-βⅡ型受体（TβRⅡ）和TGF-βⅢ型受体（TβRⅢ）。TβRⅠ和TβRⅡ 属于丝氨酸和苏氨酸激酶受体家族，均为跨膜糖蛋白，在多数细胞核组织中普遍表达，主要作用是与配体TGF-β结合向下游转导信号；TβRⅢ是细胞膜表面分布数量最多的一种大的跨膜蛋白,不直接参与信号的传递，主要是调节TGF-β与TβRⅠ和TβRⅡ的结合[6，10]。TGF-β1二聚体首先与细胞膜表面的两个 TβRⅡ 结合形成（TGF-β2）2-（TβRⅡ）2复合物，TβRⅠ可识别与TβRⅡ结合的配体，两个TβRⅠ、两个TβRⅡ和TGF-β和TGF-β二聚体形成稳定的功能性受体复合物。TβRⅡ 磷酸化TβRⅠ的ＧＳ区的丝氨酸/苏氨酸残基而激活TβRⅠ的激酶结构域。磷酸化的TβRⅠ则可在碳端的ＳＳＸＳ区识别并磷酸化下游分子（受体调节性Smad蛋白，Ｒ－Smad），从而参与TGF-β的信号转导[13]。TβRⅡ与TGF-β的结合不依赖于TβRⅠ，而需要TβRⅠ向下游转导信号，二者是信号转导必不可少的。Smad7和E3 泛醌蛋白连接酶可以对TGF-β受体进行负性调节。
1.2Smad蛋白。Smads是TGF-β受体复合物的下游信号调节蛋白，由Smad基因编码，广泛分布于细胞浆和细胞核内。按功能，Smads可分为三个亚型：受体调节性Smads（Ｒ－Smads）,包括Smad1、2、3、5、8；共同介导的Smad（Co-Smad）,是Smad4；抑制性Smads（anti-Smads）,包括Smad6、7。Smad家族具有两个高度保守且同源的MH区，即位于N末端的MH1区和位于C末端的MH2区，之间由富含脯氨酸的序列联接[6，13]。
Ｒ－Smads：在已知的5个Ｒ-Smads中，Smad2和Smad3是activin和TGF-β激活的信号通路的下游信号分子；Smad 1、5、8则参与BMP诱导的信号转导过程。活化的TβRⅠ可使Ｒ－Smads C末端的SSXS结构中的三个丝氨酸残基被磷酸化。同时，胞浆内存在某种磷酸化酶可以脱掉已磷酸化的Ｒ-Smads上的磷酸，这可以负性调控Ｒ-Smads的活化过程[5]。磷酸化的S mad2或Smad3可与Smad4（Co-Smad）结合，形成异二聚体或Smad2- Smad3 -Smad4异三聚体，由胞浆移至胞核，参与调节基因的表达。Smad2和 Smad3都可单独的转移至细胞核内，却无活性，必须与Co-Smad形成转录复合后，才能对靶基因进行调节。
Co-Smad：Smad4又被称作DPC4（胰腺癌缺失蛋白），被认为是一个重要的肿瘤抑制因子，在大于５０％的胰腺癌中表达缺失。Smad４不能被活化的TβRⅠ磷酸化，而需要与磷酸化的Smad１，２，３，５形成转录复合体，进入胞核直接作用于TGF-β靶基因的ＤＮＡ或ＤＮＡ结合蛋白。
anti-Smads：Smad6和Smad7是TGF-β信号转导途径的一个负性调节因子，基础状态下存在于细胞核内。其主要的作用机制是：细胞在受到TGF-β1刺激后，Smad6和 Smad7过度表达并由胞核移至胞浆，阻断TβRⅠ特异性识别和磷酸化Ｒ－Smads，使Ｒ－Smads不能与Smad４形成异二聚体[5]。
1.3TGF-β／Smad对靶基因转录调节。Smad４与Ｒ-Smads形成复合体后被转运到细胞核内，调节特定靶基因的转录。Smad３和Smad４可通过MH1结构与含有特定DNA序列（５'－ＧＴＣＴＡＧＡＣ－３'）的基因结合，ＭＨ２区则提供与转录因子（如AP-1，ｓｐ１，μＥ３和ＶＤ受体）的作用位点，从而使基因组的某些部位被激活；另一方面，Smad可以通过与DNA结合蛋白（如活化素反应因子,ARF）相互作用来调节基因转录；另外，Smad还可以与辅助激活因子（如CBP和P300）和辅助抑制因子(TGIF)相作用调节基因转录[3，5]。
2TGF-β／Smad途径与胰腺癌
研究发现：在Panc-1和PT45细胞中，TGF-β和TβR的表达下调或缺失，导致活化的Ｒ－Smads/ Co-Smad复合体在核内的存留时间缩短，P21失表达，最终导致细胞加速生长；Smad2、3、4的MH1或MH2区出现缺陷后，加速Smad的降解，使信号转导减弱或中断，细胞生长不受抑制； anti-Smads过度表达参与了胰腺癌的发生发展；５０％的胰腺癌Smad４基因发生突变，使TGF-β对细胞周期的调控作用被阻断或削弱。尽管TGF-β/Smad途径的任何一个因子失活，都可导致TGF-β/Smad信号转导的紊乱，增加胰腺癌的发生发展机会，但是胰腺癌中发生最多的是Smad４基因发生突变。
目前比较清楚的是，TGF-β/Smad途径在肿瘤发展的早期具有抑制肿瘤发展的作用，抑制细胞增殖使细胞停留在G1期，诱导细胞凋亡；而在肿瘤进展期，TGF-β/Smad途径出现转导障碍，癌细胞失去对TGF-β1抑癌作用的敏感性，同时自身分泌大量的TGF-β1并通过TGF-β1使细胞发生上皮间质化转变而增加侵袭性。
3TGF-β的非Smad信号途径
除Smad蛋白外，TGF-β信号途径的下游还存在其他蛋白介导的通路，如MAPKs、ERK、PI3K、PP2A/P70s6K蛋白等。其中 ，TGF-β活化激酶途径是另外一条研究较多的途径：TGF-β激活TGF-β活化激酶结合蛋白，使其与TGF-β活化激酶途径丝/苏氨酸蛋白激酶结构域结合，TGF-β活化激酶途径再激活p38MAPK家族中的MKK6（丝裂原活化蛋白激酶激酶）/MKK3/MKK4，再经MKK6/MKK3/MKK4激活p38MAPK，p38MAPK直接使活化的转录因子2磷酸化，增强活化转录因子2的转录活性，与TGF-β/Smad 途径存在协同作用。
4结语
TGF-β信号通路在正常细胞中抑制细胞增殖反应，而在肿瘤细胞中则促进肿瘤的生长，这一转变过程的确切机制尚不清楚。但是越来越多的证据表明，TGF-β信号通路中的介质和其他相关分子出现缺陷，可促进转录基因的表达，导致细胞过度增殖和胰腺癌进展。肿瘤抑制蛋白发生异常改变，尤其是Smad４，可以使细胞对TGF-β的抑制作用敏感性下降。目前针对胰腺癌的可行的治疗方法并不能提高患者的生存率。因此，想要寻找诊断、治疗和预防胰腺癌的新方法，就需要在复杂而交织的信号转导途径与胰腺癌进展关系方面做出不断的努力。
参考文献
[1]袁耀宗. 当今胰腺疾病研究的热点. 中华消化杂志. 2004,24(3):129-130
[2]Moore PS, Beghelli S, Zamboni G. et al. Genetic abnormalities in pancreatic cancer. Mol Cancer. 2003,2:7-11
[3]Derynck R. and Zhang Y.E. Smad-dependent and Smad-independent pathways in TGF-beta family signaling. Nature. 2003,425:577-584
[4]Rane SG, Lee JH, Lin HM. Transforming growth factor-beta pathway: role in pancreas development and pancreatic disease. Cytokine Growth Factor Rev 2006;17:107-119
[5]Shi Y, Massague J. Mechanisms of TGF-beta signaling from cell membrane to the nucleus. Cell 2003;113:685-700
[6]Bian Y, Kaklamani VG, Reich J, Pasche B: TGF-beta signaling alterations in cancer; in Frank DA (ed): Signal Transduction in Cancer. Boston, Kluwer Academic, 2002, pp 73-94
[7]Elliott RL, Blobe GC: Role of transforming growth factor beta in human cancer. J Clin Oncol 2005;23:2078-2093
[8]Ten Dijke P, Goumans M.J., Itoh F. and Itoh S. Regulation of cell proliferation by Smad proteins. J. Cell. Physiol.2002,191:1-16
[9]Massague J. and wotton D.Transcriptional control by the TGF-beta/Smad signaling system. EMBO J. 2000,19:1745-1754
[10]DelReE, babitt I, Piraini A, et al. In the abscdencde of type Ⅲ receptor, the transforming growth factor (TGF)-beta type Ⅱ-B receptor requires the typeⅠ receptor to bind TGF-beta2 . J Biol Chem. 2004,279(21:22765-22772
作者單位：110001中国医科大学
【关键词】TGF-β；Smads蛋白；信号转导；胰腺癌
TGF-β coherent signal way and cancer of the pancreas's research
DIAO JianpingCHEN LiQIAOWanqing
【Abstract】The cancer of the pancreas is one kind of m alignant degree is high, the cure rate is low, prognosis bad digestive tract tumor, because it lacks early the diagnosis standard and the effective treatment method. At present cancer of the pancreas's research concentrates with emphasis in the basic research and the early diagnosis aspect. The transformation growth factor Beta (TGF-β) is a multi-purpose cell factor, may adjust cell's growth and the differentiation in the Normal tissue, but in the cancer of the pancreas organizes to lose its function. The research prompt most cancers of the pancreas TGF-β and the coherent signal transduction way existence is unusual. This summary summarized in the cancer of the pancreas TGF-β the coherent signal circuit's main signal medium, and discussed TGF-β the /Smads signal way specially in the pancreatic gland carcinogenesis process function.
【Key words】TGF-β; Smads protein; Signal transduction; Cancer of the pancreas
胰腺癌是一種恶性程度高、治愈率低、预后差的消化道肿瘤，因为它缺乏早期的诊断标准和有效的治疗手段。近年来，尽管胰腺癌的综合治疗水平不断提高，但并未给远期疗效和预后带来突破性的进展，总生存率仍<5%[1]。目前研究已发现有几条信号转导通路和一些已知的细胞因子在调节胰腺癌的生长方面起了重要作用，其中最重要的就是TGF-β和与其相关的信号转导通路[2，3]。
1TGF-β/Smads信号途径
TGF-β/Smads信号途径由TGF-β超家族、TGF-β受体、Smads蛋白及其调节基因组成。
1.1TGF-β及其受体。TGF-β超家族的成员包括：TGF-β、活化素（activin）、骨形态发生蛋白（ＢＭＰ）和其它相关的蛋白[3,5]。TGF-β是多功能的细胞因子，在正常细胞中，可以调节细胞的分化、生长和转移；在胰腺癌细胞中，则与血管生成、纤维化和巨噬细胞浸润等过程相关[4，5，8，9]。TGF-β目前已确定有三个亚型（TGF-β1，TGF-β2，TGF-β3），它们由不同的基因编码，具有高度（70~80%）的氨基酸序列同源性，可以与同一受体通过相同的信号途径发挥功能[6，7]。其中，TGF-β1在细胞中表达得最多最广泛，也是目前研究得深入活跃的一型。TGF-β1被分泌到细胞外基质后即形成TGF-β1二聚体和潜在TGF-β1结合蛋白的复合物（TGF-β1- TGF-β1-LTBPs），当细胞受刺激时，通过一系列激活过程（具体机制尚不清楚），TGF-β1二聚体被释放，并与相应受体结合进行信号转导[6]。
TGF-β受体（TGF-β receptor,TβR）有三个亚型：即TGF-βⅠ型受体(TβRⅠ)、TGF-βⅡ型受体（TβRⅡ）和TGF-βⅢ型受体（TβRⅢ）。TβRⅠ和TβRⅡ 属于丝氨酸和苏氨酸激酶受体家族，均为跨膜糖蛋白，在多数细胞核组织中普遍表达，主要作用是与配体TGF-β结合向下游转导信号；TβRⅢ是细胞膜表面分布数量最多的一种大的跨膜蛋白,不直接参与信号的传递，主要是调节TGF-β与TβRⅠ和TβRⅡ的结合[6，10]。TGF-β1二聚体首先与细胞膜表面的两个 TβRⅡ 结合形成（TGF-β2）2-（TβRⅡ）2复合物，TβRⅠ可识别与TβRⅡ结合的配体，两个TβRⅠ、两个TβRⅡ和TGF-β和TGF-β二聚体形成稳定的功能性受体复合物。TβRⅡ 磷酸化TβRⅠ的ＧＳ区的丝氨酸/苏氨酸残基而激活TβRⅠ的激酶结构域。磷酸化的TβRⅠ则可在碳端的ＳＳＸＳ区识别并磷酸化下游分子（受体调节性Smad蛋白，Ｒ－Smad），从而参与TGF-β的信号转导[13]。TβRⅡ与TGF-β的结合不依赖于TβRⅠ，而需要TβRⅠ向下游转导信号，二者是信号转导必不可少的。Smad7和E3 泛醌蛋白连接酶可以对TGF-β受体进行负性调节。
1.2Smad蛋白。Smads是TGF-β受体复合物的下游信号调节蛋白，由Smad基因编码，广泛分布于细胞浆和细胞核内。按功能，Smads可分为三个亚型：受体调节性Smads（Ｒ－Smads）,包括Smad1、2、3、5、8；共同介导的Smad（Co-Smad）,是Smad4；抑制性Smads（anti-Smads）,包括Smad6、7。Smad家族具有两个高度保守且同源的MH区，即位于N末端的MH1区和位于C末端的MH2区，之间由富含脯氨酸的序列联接[6，13]。
Ｒ－Smads：在已知的5个Ｒ-Smads中，Smad2和Smad3是activin和TGF-β激活的信号通路的下游信号分子；Smad 1、5、8则参与BMP诱导的信号转导过程。活化的TβRⅠ可使Ｒ－Smads C末端的SSXS结构中的三个丝氨酸残基被磷酸化。同时，胞浆内存在某种磷酸化酶可以脱掉已磷酸化的Ｒ-Smads上的磷酸，这可以负性调控Ｒ-Smads的活化过程[5]。磷酸化的S mad2或Smad3可与Smad4（Co-Smad）结合，形成异二聚体或Smad2- Smad3 -Smad4异三聚体，由胞浆移至胞核，参与调节基因的表达。Smad2和 Smad3都可单独的转移至细胞核内，却无活性，必须与Co-Smad形成转录复合后，才能对靶基因进行调节。
Co-Smad：Smad4又被称作DPC4（胰腺癌缺失蛋白），被认为是一个重要的肿瘤抑制因子，在大于５０％的胰腺癌中表达缺失。Smad４不能被活化的TβRⅠ磷酸化，而需要与磷酸化的Smad１，２，３，５形成转录复合体，进入胞核直接作用于TGF-β靶基因的ＤＮＡ或ＤＮＡ结合蛋白。
anti-Smads：Smad6和Smad7是TGF-β信号转导途径的一个负性调节因子，基础状态下存在于细胞核内。其主要的作用机制是：细胞在受到TGF-β1刺激后，Smad6和 Smad7过度表达并由胞核移至胞浆，阻断TβRⅠ特异性识别和磷酸化Ｒ－Smads，使Ｒ－Smads不能与Smad４形成异二聚体[5]。
1.3TGF-β／Smad对靶基因转录调节。Smad４与Ｒ-Smads形成复合体后被转运到细胞核内，调节特定靶基因的转录。Smad３和Smad４可通过MH1结构与含有特定DNA序列（５'－ＧＴＣＴＡＧＡＣ－３'）的基因结合，ＭＨ２区则提供与转录因子（如AP-1，ｓｐ１，μＥ３和ＶＤ受体）的作用位点，从而使基因组的某些部位被激活；另一方面，Smad可以通过与DNA结合蛋白（如活化素反应因子,ARF）相互作用来调节基因转录；另外，Smad还可以与辅助激活因子（如CBP和P300）和辅助抑制因子(TGIF)相作用调节基因转录[3，5]。
2TGF-β／Smad途径与胰腺癌
研究发现：在Panc-1和PT45细胞中，TGF-β和TβR的表达下调或缺失，导致活化的Ｒ－Smads/ Co-Smad复合体在核内的存留时间缩短，P21失表达，最终导致细胞加速生长；Smad2、3、4的MH1或MH2区出现缺陷后，加速Smad的降解，使信号转导减弱或中断，细胞生长不受抑制； anti-Smads过度表达参与了胰腺癌的发生发展；５０％的胰腺癌Smad４基因发生突变，使TGF-β对细胞周期的调控作用被阻断或削弱。尽管TGF-β/Smad途径的任何一个因子失活，都可导致TGF-β/Smad信号转导的紊乱，增加胰腺癌的发生发展机会，但是胰腺癌中发生最多的是Smad４基因发生突变。
目前比较清楚的是，TGF-β/Smad途径在肿瘤发展的早期具有抑制肿瘤发展的作用，抑制细胞增殖使细胞停留在G1期，诱导细胞凋亡；而在肿瘤进展期，TGF-β/Smad途径出现转导障碍，癌细胞失去对TGF-β1抑癌作用的敏感性，同时自身分泌大量的TGF-β1并通过TGF-β1使细胞发生上皮间质化转变而增加侵袭性。
3TGF-β的非Smad信号途径
除Smad蛋白外，TGF-β信号途径的下游还存在其他蛋白介导的通路，如MAPKs、ERK、PI3K、PP2A/P70s6K蛋白等。其中 ，TGF-β活化激酶途径是另外一条研究较多的途径：TGF-β激活TGF-β活化激酶结合蛋白，使其与TGF-β活化激酶途径丝/苏氨酸蛋白激酶结构域结合，TGF-β活化激酶途径再激活p38MAPK家族中的MKK6（丝裂原活化蛋白激酶激酶）/MKK3/MKK4，再经MKK6/MKK3/MKK4激活p38MAPK，p38MAPK直接使活化的转录因子2磷酸化，增强活化转录因子2的转录活性，与TGF-β/Smad 途径存在协同作用。
4结语
TGF-β信号通路在正常细胞中抑制细胞增殖反应，而在肿瘤细胞中则促进肿瘤的生长，这一转变过程的确切机制尚不清楚。但是越来越多的证据表明，TGF-β信号通路中的介质和其他相关分子出现缺陷，可促进转录基因的表达，导致细胞过度增殖和胰腺癌进展。肿瘤抑制蛋白发生异常改变，尤其是Smad４，可以使细胞对TGF-β的抑制作用敏感性下降。目前针对胰腺癌的可行的治疗方法并不能提高患者的生存率。因此，想要寻找诊断、治疗和预防胰腺癌的新方法，就需要在复杂而交织的信号转导途径与胰腺癌进展关系方面做出不断的努力。
参考文献
[1]袁耀宗. 当今胰腺疾病研究的热点. 中华消化杂志. 2004,24(3):129-130
[2]Moore PS, Beghelli S, Zamboni G. et al. Genetic abnormalities in pancreatic cancer. Mol Cancer. 2003,2:7-11
[3]Derynck R. and Zhang Y.E. Smad-dependent and Smad-independent pathways in TGF-beta family signaling. Nature. 2003,425:577-584
[4]Rane SG, Lee JH, Lin HM. Transforming growth factor-beta pathway: role in pancreas development and pancreatic disease. Cytokine Growth Factor Rev 2006;17:107-119
[5]Shi Y, Massague J. Mechanisms of TGF-beta signaling from cell membrane to the nucleus. Cell 2003;113:685-700
[6]Bian Y, Kaklamani VG, Reich J, Pasche B: TGF-beta signaling alterations in cancer; in Frank DA (ed): Signal Transduction in Cancer. Boston, Kluwer Academic, 2002, pp 73-94
[7]Elliott RL, Blobe GC: Role of transforming growth factor beta in human cancer. J Clin Oncol 2005;23:2078-2093
[8]Ten Dijke P, Goumans M.J., Itoh F. and Itoh S. Regulation of cell proliferation by Smad proteins. J. Cell. Physiol.2002,191:1-16
[9]Massague J. and wotton D.Transcriptional control by the TGF-beta/Smad signaling system. EMBO J. 2000,19:1745-1754
[10]DelReE, babitt I, Piraini A, et al. In the abscdencde of type Ⅲ receptor, the transforming growth factor (TGF)-beta type Ⅱ-B receptor requires the typeⅠ receptor to bind TGF-beta2 . J Biol Chem. 2004,279(21:22765-22772
作者單位：110001中国医科大学