王 敏，李春輝，李宏杰

(1.河北聯(lián)合大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河北唐山 063000；2.承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院)

胃癌組織SOX2、TGF-β/Smad信號(hào)傳導(dǎo)通路研究進(jìn)展

王 敏1、2，李春輝2，李宏杰1△

(1.河北聯(lián)合大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河北唐山 063000；2.承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院)

胃癌；SOX2；TGF-β/Smad；異常表達(dá)

胃癌是胃黏膜上皮的惡性腫瘤，占全部惡性腫瘤的第三位，占消化道惡性腫瘤的首位，居我國惡性腫瘤死亡之首[1]。其中SOX2分子與TGF-β/Smad信號(hào)通路的異常表達(dá)是胃癌發(fā)生發(fā)展的重要因素。SOX(SRY-related HMG-box)基因家族是一類編碼轉(zhuǎn)錄因子的基因，其產(chǎn)物具有一個(gè)HMG基序保守區(qū)，參與諸如性別決定、骨組織的發(fā)育、血細(xì)胞生成、神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育等多種早期胚胎發(fā)育過程[2]。而Smad3蛋白是TGF-β/Smad信號(hào)通路中的關(guān)鍵組件，它也是把TGF-β與其受體結(jié)合后產(chǎn)生的信號(hào)從胞質(zhì)傳導(dǎo)到細(xì)胞核內(nèi)的信號(hào)中介分子。在胃腫瘤細(xì)胞可能存在Smad3蛋白的異常表達(dá)，Smad3作為腫瘤抑制基因在TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中發(fā)揮重要作用[3]，與多種惡性腫瘤及其生物學(xué)行為有關(guān)。本文就SOX基因與Smad3基因的異常表達(dá)與胃癌的發(fā)生、發(fā)展作一綜述。

1 SOX2

1.1 SOX2的分子結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能 Sinclair等[4]在人類和小鼠中克隆了SRY(sex-determiningregion on Y chromosome)基因, 該基因位于人類Y染色體短臂擬常染色質(zhì)區(qū)，長850 bp，單一外顯子，它含有一個(gè)開放閱讀框，其中包含能與DNA序列結(jié)合的HMG-box基序，該區(qū)域突變或者缺失將導(dǎo)致性反轉(zhuǎn)。

根據(jù)HMG-box的保守性，SOX基因家族可以分為兩類[5]:第一大類含有多重HMG-box基序，即含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的HMG—box基序，這一類群包含了連接因子UBF和線粒體轉(zhuǎn)錄因子l(MT-TF1)，它們與DNA呈非特異性結(jié)合；第二大類以TCF、SOX、MATA等為代表，含有單個(gè)的HMG基序，并且是以序列特異的方式與靶DNA結(jié)合。最新研究結(jié)果顯示，SOX基因家族的成員仍在不斷增加，對(duì)SOX基因的研究不僅能夠幫助闡明SRY/Sry基因的進(jìn)化，并且能夠?yàn)檠芯坎煌锓N類的性別分化和胚胎發(fā)育的分子機(jī)理提供理論依據(jù)。

Wright等[6]人通過比較小鼠體內(nèi)的15個(gè)已知的SOX基因產(chǎn)物的HMG基序，并對(duì)這些HMG基序進(jìn)行比較，將SOX基因分為6組(或者稱之為亞族)，它們是:A-Sry;BSOX1,2,3;C-SOX4,11,12;D-SOX5,6,13;E-SOX8,9,10;F-SOX7。后來又發(fā)現(xiàn)了SOX15和SOX20，就增添了G組。

Bowles等[7]人利用已經(jīng)克隆的SOX基因全長序列和大量完整的HMG基序?qū)OX基因家族的分類進(jìn)行了詳細(xì)地研究，認(rèn)為可以按照Wright等人的方法，根據(jù)SOX基因的HMG基序內(nèi)的相似性進(jìn)行分類，將SOX基因分為A-J 10個(gè)亞族，同一亞族HMG基序相似性達(dá)80%以上，而不同亞族之間的相似性則明顯的低于80%。另外，同一亞族中的同一SOX基因，在脊椎動(dòng)物中，不僅在HMG基序區(qū)存在同源性，而且在其它區(qū)域也存在較大相似性，并且在某些亞族中，HMG基序的兩側(cè)序列也是十分保守的。

SOX蛋白能夠與其它轉(zhuǎn)錄因子或配體蛋白形成復(fù)合體，調(diào)控靶基因的表達(dá)，在調(diào)控過程中，其表達(dá)具有時(shí)間和空間特異性，并與其它調(diào)控基因相互作用。SOX基因是一類功能性很強(qiáng)的基因，SOX基因家族在HMG-box區(qū)，其氨基酸序列從人類到果蠅都是高度保守的,如此強(qiáng)烈的進(jìn)化保守性，說明SOX家族的基因在許多物種的睪丸和其它組織分化和發(fā)育過程中起著重要作用[8]。SOX基因參與胚胎早期發(fā)育，SOX1,2,3和SOX11在發(fā)育的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)，在胚胎發(fā)育的早期階段發(fā)揮重要作用，其中B族的SOX2基因研究得較為詳盡,該基因先在鼠胚的內(nèi)胚層細(xì)胞團(tuán)和外胚層中短暫表達(dá)，然后又在發(fā)育的神經(jīng)上皮中表達(dá)，其轉(zhuǎn)錄模式與pou轉(zhuǎn)錄因子的Oct3/4是一致的[9]。還有研究發(fā)現(xiàn),參與胚胎發(fā)育的模式類似于同源框基因，定點(diǎn)打靶產(chǎn)生的SOX2缺失純合子在胚胎植入前就會(huì)死亡[10]。同時(shí)，SOX2可能也是維持干細(xì)胞全能性的重要基因[11]。SOX基因也可參與血細(xì)胞的生成和心血管的發(fā)育[12]，SOX4蛋白是T細(xì)胞和B細(xì)胞發(fā)生過程中重要的轉(zhuǎn)錄因子。在SOX參與神經(jīng)發(fā)育的過程中，SOX2蛋白可表達(dá)于早期神經(jīng)板和神經(jīng)管中，可以作為神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的標(biāo)志[13]。

1.2 SOX2與腫瘤的關(guān)系 很多研究表明，SOX家族成員可能在細(xì)胞分化各階段的致癌轉(zhuǎn)化過程中起直接或間接的作用。Tani等[14]研究發(fā)現(xiàn)，SOX2基因在胃癌組織中的表達(dá)下調(diào)對(duì)胃蛋白酶原基因C沒有明顯影響，卻使胃蛋白酶原基因A的表達(dá)下調(diào)，從而降低了PGl/PGII的值，即胃癌組織中PGI/PGII比值的減小與SOX2基因表達(dá)下調(diào)有關(guān)。Otsubo等[15]近一步研究發(fā)現(xiàn)，SOX2基因的過表達(dá)可以使胃上皮細(xì)胞中的細(xì)胞周期蛋白cyclinDl的表達(dá)水平下降，Rb蛋白磷酸化，p27 kipl蛋白表達(dá)上調(diào)，從而抑制細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)和抑制細(xì)胞從G1期到S期的轉(zhuǎn)化，使細(xì)胞周期停滯。隨后，這些處于停滯周期中的細(xì)胞會(huì)表現(xiàn)出諸如DNA降解、caspase-3被活化等細(xì)胞凋亡的特征。在胃癌組織中檢測(cè)到SOX2基因的甲基化信號(hào)，SOX2基因的甲基化使其在胃癌組織中的表達(dá)明顯下調(diào)，甚至出現(xiàn)表達(dá)缺失，從而增強(qiáng)胃癌細(xì)胞增殖能力，并使它們脫離正常的凋亡途徑。研究還發(fā)現(xiàn)，同胃癌組織中SOX2基因未被甲基化的患者相比，SOX2基因甲基化的胃癌患者存活時(shí)間明顯縮短。由此推測(cè)，SOX2基因表達(dá)下調(diào)與胃癌早期的發(fā)生有關(guān)，并且低濃度的SOX2蛋白使胃癌細(xì)胞的浸潤和轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)，進(jìn)而促進(jìn)胃癌細(xì)胞的擴(kuò)散。

2 Smad3

2.1 Smad3的分子結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能 Smads是細(xì)胞質(zhì)內(nèi)TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子, Smad3基因?qū)儆赟mad基因家族成員之一，定位于15q21-22，含有9個(gè)外顯子和8個(gè)內(nèi)含子，轉(zhuǎn)錄片段全長約5.7 kb。Smad3在哺乳動(dòng)物的不同種屬中具有高度保守性，其基因產(chǎn)物是TGF-信號(hào)通路中的細(xì)胞漿成分，具有3個(gè)功能域，即MH1、MH2區(qū)和L區(qū)。它可以將TGF2β信號(hào)直接由細(xì)胞膜轉(zhuǎn)導(dǎo)入細(xì)胞核內(nèi)。其一級(jí)結(jié)構(gòu)分為 3個(gè)功能區(qū)：高度保守的N端的MH1區(qū)、C端的MH2區(qū)及中間的富含脯氨酸的連接區(qū)[16]。

迄今為止，在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了8種不同的Smad 蛋白，即Smad1-8。Smad3為I型受體激酶的底物，其共同特點(diǎn)是C端MH2區(qū)存在SSXS結(jié)構(gòu)(Ser-Ser-X-Ser 基序），可以被活化的TβRI磷酸化，解除MH1區(qū)的抑制作用后可與通用型Smad結(jié)合，移位于細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)特異性信號(hào)，其中Smad1、Smad5、Smad8限于轉(zhuǎn)導(dǎo)BMPs通路的信號(hào)，Smad2、Smad3限于轉(zhuǎn)導(dǎo)TGF-β和活素類通路信號(hào)。Smad2和Smad3在氨基酸水平具有92%的同源性，都是由高度保守的MHl和MH2通過一個(gè)富含脯氨酸的絞鏈區(qū)相連[17]。

在由Smad3介導(dǎo)的TGF-β/Smads信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑包括：TGF-β首先識(shí)別并結(jié)合細(xì)胞膜表面的Tβ RII，使其構(gòu)象發(fā)生改變，并發(fā)生自身磷酸化，磷酸化后的Tβ RII具有磷酸激酶活性，可以與TβRI結(jié)合，形成三者的復(fù)合物，繼而磷酸化TβRI的GS結(jié)構(gòu)域，從而激活TβRI的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性，活化的TβRI再進(jìn)一步特異性地識(shí)別并結(jié)合下游的R-Smads(Smad2和Smad3)，磷酸化其MH2區(qū)的SSXS基序，使其活化，并解除MH1區(qū)對(duì)MH2區(qū)的抑制作用。激活后的R-Smads與Tβ RI分離，并與Smad4形成異源復(fù)合物后移位至核內(nèi)，并在細(xì)胞核積聚[18]。

在受體水平，TGF-β結(jié)合輔助受體從而促進(jìn)配體結(jié)合，轉(zhuǎn)運(yùn)TGF-β受體也起到重要調(diào)節(jié)作用，從它與數(shù)目眾多的運(yùn)輸系統(tǒng)緊密連接得以證實(shí)。受體復(fù)合物和Smurf也結(jié)合Par6和其它極性復(fù)合物，進(jìn)而調(diào)節(jié)從上皮到間質(zhì)的轉(zhuǎn)化[19]。在細(xì)胞核，Smad2/3/4復(fù)合物與廣泛的DNA結(jié)合伴侶相聯(lián)系,這些伴侶添補(bǔ)Smad到靶基因的調(diào)控元件，Smad反過來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄子輸出通過結(jié)合到核轉(zhuǎn)錄輔助因子P300等。另外，Smad途徑一直與其它研究成熟的傳導(dǎo)通路間相互信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，如AKT1、ERK等通路[20]。

2.2 Smad3與腫瘤 Smads蛋白是TGF-β/Smads信號(hào)通路的關(guān)鍵成員，將TGF-β信號(hào)從胞外傳遞到核內(nèi)。Smads的突變或表達(dá)缺失使TGF-β信號(hào)傳遞中斷，細(xì)胞逃脫TGF-β的生長抑制作用，進(jìn)而導(dǎo)致許多腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[21]。

TGFβ1調(diào)控的基因通常依賴于TGFβ1活化的R-smad中的一個(gè)，即smad2或smad3，smad2磷酸化和核轉(zhuǎn)位主要發(fā)生在靜止和中間細(xì)胞，smad3激活主要發(fā)生在活化的細(xì)胞[22]。大多數(shù)調(diào)控的TGFβ轉(zhuǎn)錄反應(yīng)由smad3、smad4介導(dǎo)，Smad3通過結(jié)合靶基因啟動(dòng)子區(qū)的Smad3/smad4 DNA結(jié)合序列，直接啟動(dòng)靶基因的轉(zhuǎn)錄。TGFβ介導(dǎo)的生長抑制由smad3介導(dǎo)，smad3調(diào)節(jié)c-myc、p21Cipl的表達(dá)及Rb磷酸化狀態(tài)[23]。在IBD(炎癥性腸病）病人腸道內(nèi)，smad7顯著增高，伴有smad3磷酸化下降[24]。Han等[25]研究發(fā)現(xiàn)，缺乏Smad3的胃癌細(xì)胞不受TGF-β的生長抑制作用,而重新導(dǎo)入Smad3之后又表現(xiàn)出生長抑制。有研究結(jié)果顯示，Smad7也可通過抑制smad3的活化、smad3/smad4異源復(fù)合物的形成及核轉(zhuǎn)位，從而拮抗TGFβ對(duì)細(xì)胞的生長抑制效應(yīng)。

Smad3在TGF-β抑制T細(xì)胞的活化及增殖功能方面發(fā)揮重要作用。將胚胎干細(xì)胞Smad3基因敲除后得到的Smad3缺陷小鼠，雖然在胚胎期不會(huì)出現(xiàn)致命性病變，但是在出生后1-6個(gè)月中，由于黏膜免疫缺陷而致全身感染死亡。這些小鼠雖然在免疫系統(tǒng)發(fā)育上沒有缺陷，但是存在功能障礙，它們的脾細(xì)胞受到特異性刺激后不能出現(xiàn)增殖反應(yīng)，而且原代培養(yǎng)的脾細(xì)胞經(jīng)TGF-β刺激后也不能合成并分泌相關(guān)的細(xì)胞因子[26]。

Smad3在TGF-β誘導(dǎo)的生長抑制中起重要作用。有學(xué)者[27]建立了無Smad3的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞株(MEF)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)MEF細(xì)胞中不能形成Smad3-DNA復(fù)合物，與野生型Smad3對(duì)照組相比，TGF-β作用后，MEFs仍有部分增殖作用。但是，Smad3對(duì)細(xì)胞生長的作用是雙向的，既有促進(jìn)，也有抑制，具體機(jī)制目前尚未完全清楚。Smad3突變小鼠出生4-6個(gè)月時(shí)，100%出現(xiàn)特征性的大腸腺癌，最終導(dǎo)致死亡。然而Smad3基因敲除的小鼠又被發(fā)現(xiàn)具有抵抗化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)皮膚癌形成的功能[28]。

3 結(jié)語

以TGF-β/Smads信號(hào)通路作為靶點(diǎn)，將為胃癌的臨床治療提供新的思路。然而，此通路還有許多問題尚待解決，如TGF-β/Smads信號(hào)通路與其它信號(hào)通路（如SOX基因）的聯(lián)系具體如何等。這些問題的解決，將不斷增加SOX基因與TGF-β/Smads信號(hào)通路在胃癌演進(jìn)過程中的作用及機(jī)制的認(rèn)識(shí)，也將對(duì)胃癌的預(yù)防和臨床治療產(chǎn)生重要的影響。

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(綜述講座欄目編輯:張玉亭)

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