姜楠，臧晨孜，傅蓉，吳照球

（中國藥科大學，江蘇 南京 211100）

0 引言

惡性腫瘤的骨轉移比原發(fā)性骨腫瘤更常見，在器官轉移中僅次于肝轉移與肺轉移，多發(fā)于乳腺癌、前列腺癌等實體瘤中[1]。骨轉移常伴隨骨相關事件如骨骼疼痛、病理性骨折等，嚴重降低了患者的生活質量與生存率。TGF-β是骨組織中重要的生長因子，調節(jié)成骨與破骨的動態(tài)平衡。TGF-β對腫瘤具有雙重作用，在早期起抑制作用，在晚期則促進侵襲轉移。骨轉移處于腫瘤發(fā)展的晚期階段，在伴有骨轉移的乳腺癌與前列腺癌患者的血清中TGF-β的水平明顯高于無骨轉移的患者[2]。許多影響骨轉移的細胞因子都是TGF-β的下游分子，因此阻斷TGF-β及其信號通路是治療惡性腫瘤骨轉移的有效方法。本文就TGF-β影響惡性腫瘤骨轉移的機制以及針對TGF-β的相關治療方法進行綜述。

1 TGF-β的結構

TGF-β超家族包含TGF-β、骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）、生長分化因子（GDFs）等。TGF-β由二硫鍵連接兩個亞基形成無生物活性的前體蛋白，當細胞外基質的pH改變時，前體復合物被活化形成同源二聚體。哺乳動物的TGF-β共有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3三種異構體，在不同的組織中表達水平不同，如TGF-β1在骨中的表達量比較高，TGF-β2主要表達在上皮細胞中[3]。TGF-β與受體TβRⅠ與TβRⅡ結合，磷酸化Smad2與Smad3，與Smad4一起進入細胞核，結合特定DNA序列，與一些共刺激因子或共抑制因子共同調節(jié)靶基因的轉錄。此外，TGF-β還可以調節(jié)如p38、ERK等非Smad通路[4]。

2 TGF-β在腫瘤中的作用

根據(jù)腫瘤微環(huán)境與發(fā)展階段，TGF-β可以作為腫瘤抑制因子，也可以促進腫瘤侵襲和轉移。早期TGF-β通過抗增殖和促凋亡作用抑制腫瘤生長。TGF-β抑制G1到S期相關的周期蛋白依賴激酶（CDK）活性，阻止其磷酸化Rb，使細胞阻滯在G1期[5]。在腫瘤進展過程中，TGF-β成為促癌因子，誘導血管生成、免疫抑制、侵襲轉移。TGF-β通過TGF-β/ALK1信號通路激活內皮細胞，促進腫瘤血管的生成[6]。TGF-β可以促進調節(jié)型T細胞（Tregs）的分化，抑制CD8+T細胞的增殖與活性，使腫瘤逃脫免疫清除作用[7]。TGF-β可以激活一些轉錄因子如Snail、Slug等，抑制編碼E-cadherin的基因轉錄，使腫瘤細胞發(fā)生EMT[8]。

3 TGF-β在骨中的作用

TGF-β是骨基質中含量最高的生長因子之一，在骨形成與骨吸收過程中均發(fā)揮重要作用。成骨細胞分泌TGF-β后儲存在礦化的骨基質中，當破骨細胞吸收骨基質時，TGF-β被釋放、活化，同時骨基質還會產(chǎn)生一些促成骨因子如胰島素生長因子（IGF）等，作用于成骨細胞的前體細胞，促進其增殖與遷移。在人骨髓基質細胞與人成骨細胞的培養(yǎng)基中加入TGF-β1可以促進成骨細胞的增殖、分化以及基質的形成[9]。小鼠全身敲除TGF-β1后，長骨的長度、礦質密度相比野生型小鼠明顯降低[10]。由于骨環(huán)境的變化，在成骨后期TGF-β/Smad通路又會抑制成骨細胞分化。

TGF-β對于破骨細胞的影響也十分重要。TGF-β促進成骨細胞與骨髓間質細胞分泌骨保護素（OPG），減少核因子κB受體活化因子配體（RANKL）的分泌。RANKL由成骨細胞和基質細胞產(chǎn)生，與破骨細胞或破骨細胞前體細胞的膜受體RANK結合，信號通過核轉錄因子NF-κB傳遞，促進破骨細胞生成的相關基因轉錄，誘導破骨前體細胞分化成熟。OPG與RANK的結合能力強于RANKL，競爭性地阻止了RANKL與RANK結合，抑制破骨細胞的增殖與分化。TGF-β可以與RANKL協(xié)同誘導RAW264.7細胞向破骨細胞分化，證明TGF-β可以促進破骨細胞前體細胞的成熟[11]。

4 TGF-β對腫瘤骨轉移的作用

骨轉移是一個多步驟過程：腫瘤細胞從原發(fā)灶脫離，進入循環(huán)，逃脫免疫清除向遠端擴散，外滲進入骨髓，適應新的微環(huán)境，最終形成骨轉移。礦化的骨基質中儲存有大量的TGF-β,在骨吸收時被釋放，促進腫瘤細胞的生長與侵襲。Korpal在不同時間調控Smad4的表達，發(fā)現(xiàn)抑制TGF-β/Smad通路可以在早期抑制乳腺癌細胞SCP28骨轉移，但在后期則沒有顯著抑制效果；在腫瘤細胞接種前三天開始注射TβRⅠ激酶抑制劑LY2109761可以顯著抑制骨轉移，而接種后第21天開始給藥則沒有明顯抑制作用，證明TGF-β影響骨轉移具有時間依賴性[12]。Kang使用高骨轉移傾向的乳腺癌細胞SCP2將其敲除Smad4，發(fā)現(xiàn)接種敲除Smad4的細胞組骨轉移明顯減少，證明抑制TGF-β/Smad通路可以減緩乳腺癌的骨轉移過程[13]。Huang發(fā)現(xiàn)miR-582-3p與miR-582-5p同時抑制TGF-β/Smad通路的多個靶點如Smad2、TβRⅠ等，減少前列腺癌的骨轉移[14]。在黑色素瘤細胞1206Lu中過表達TGF-β通路抑制因子Smad7，發(fā)現(xiàn)過表達組的腿骨溶骨區(qū)域明顯減少，小鼠的生存期延長，證明抑制TGF-β/Smad通路可以減少黑色素瘤的骨轉移[15]。

骨微環(huán)境中的TGF-β使腫瘤細胞分泌溶骨因子如甲狀旁腺激素相關蛋白（PTHrP）等。臨床研究顯示乳腺癌伴骨轉移患者的PTHrP水平顯著高于無骨轉移患者，PTHrP的陽性表達率與骨轉移發(fā)生概率呈正相關[16]。PTHrP與成骨細胞或基質細胞表面的甲狀旁腺激素受體結合，促進RANKL的表達，抑制細胞表達OPG。RANKL與破骨細胞表面RANK結合后通過MAPK和NF-κB信號促進破骨細胞分化與成熟。PTHrP也作用于腫瘤細胞本身，通過PKC-ERK1/2信號通路促進MMP-13表達，破骨細胞成熟后釋放組織蛋白酶K，這些酶導致骨基質被破壞[17]。骨基質又分泌大量TGF-β進入微環(huán)境，促進了腫瘤細胞的增殖，產(chǎn)生更多的PTHrP，形成了溶骨破壞與腫瘤增殖的惡性循環(huán)。Yin使MDA-MB-231細胞表達突變受體TβRIIΔcyt阻斷TGF-β的生物學效應，抑制了TGF-β誘導腫瘤細胞產(chǎn)生PTHrP；受體突變組明顯減少了骨轉移的溶骨區(qū)域，延長了小鼠的生存期[18]。Kakonen在接種MDA-MB-231細胞的小鼠中使用PTHrP抗體，顯著抑制了溶骨性骨轉移；使用P38 MAP抑制劑聯(lián)合轉染突變型Smad2、Smad3或Smad4可以完全抑制TGF-β誘導的PTHrP表達，證明TGF-β可以通過P38 MAP與Smad通路影響乳腺癌的骨轉移[19]。Fournier使用TβRⅠ的小分子激酶抑制劑SD-208抑制了前列腺癌細胞PC-3的溶骨性骨轉移；給藥組細胞Smad2的磷酸化水平降低，降低了PTHrP的分泌[20]。

腫瘤細胞還會分泌其他溶骨因子如白介素-11（IL-11）、結締組織生長因子（CTGF）、趨化因子受體4（CXCR4）等。Kang通過基因序列分析比較MDA-MB-231與SCP2發(fā)現(xiàn)，高骨轉移性的SCP2中IL-11、CTGF、CXCR4與MMP1明顯上調[13]。這些因子在黑色素瘤中同樣高表達，將TGF-β加入黑色素瘤細胞1205Lu的培養(yǎng)基中，TGF-β的靶基因IL-11、CTGF和Runx2的表達明顯上調[15]。IL-11主要由腫瘤細胞、成骨細胞等分泌，可以促進破骨細胞的分化。過表達IL-11的乳腺癌細胞系會增加小鼠骨轉移模型中的腫瘤負荷和溶骨性損傷，乳腺癌骨轉移患者的血清IL-11水平也顯著高于無骨轉移患者。在MDA-MB-231細胞培養(yǎng)基中加入TGF-β顯著提高了IL-11的分泌水平，激活非依賴RANKL的JAK1/STAT3信號通路,促進了靶基因c-Myc的表達,促進破骨細胞的分化[21]。CTGF由成骨細胞分泌，參與細胞外基質(ECM)相關蛋白的合成, 促進腫瘤細胞轉移。CTGF是TGF-β1的下游因子，受Smad3、Smad4以及Erk與Src信號通路調控。CTGF通過乙酰轉移酶p300乙?；D錄因子Runx2增加其穩(wěn)定性，使RANKL的啟動子募集Runx2，增加RANKL的表達，促使破骨細胞的成熟[22]。CXCR4主要表達在外周血淋巴細胞、血管內皮細胞中，是一種跨膜G蛋白偶聯(lián)受體，與配體CXCL12結合并啟動下游信號通路如JNK/p38 MAP等。阻斷CXCR4與CXCL12的相互作用可以抑制前列腺癌細胞從骨髓向內皮細胞的遷移，抑制小鼠前列腺癌的骨轉移[23]。

骨是一個缺氧的環(huán)境，腫瘤的增殖、轉移也與缺氧有關。TGF-β和缺氧信號通路通過缺氧誘導因子-1α(HIF-1α)誘導VEGF和CXCR4的表達。通過shRNA敲除HIF-1α或通過DNTβRII抑制TGF-β可顯著減少乳腺癌骨轉移，但同時阻斷這兩條通路時未產(chǎn)生更強的抑制作用，證明了缺氧信號通路與TGF-β可以獨立地調控腫瘤微環(huán)境，影響腫瘤的骨轉移[24]。

5 TGF-β在腫瘤骨轉移中的治療

阻斷TGF-β可通過促進抗腫瘤免疫活性和抑制骨破壞來減輕骨腫瘤負荷，具有廣闊的研究前景。目前臨床前研究與臨床上的抑制TGF-β的藥物主要作用機制包括抑制TGF-β及其受體表達、干擾受體激酶信號轉導、阻斷TGF-β配體和受體結合等。

抑制TGF-β以治療骨轉移的藥物主要是TβRI、TβRII激酶活性的小分子抑制劑，通過ATP競爭抑制TβRI/ALK5或TβRII/ALK5的激酶活性發(fā)揮作用。TβRI/ALK5抑制劑Ki26894抑制MDA-MB-231細胞中TGF-β信號通路，抑制Smad2的磷酸化，減少了PTHrP和IL-11的分泌[25]。另一種TβRI激酶小分子抑制劑SD-208可抑制Smad2/3磷酸化，降低MDA-MB-231細胞中IL-11、PTHrP、CTGF的轉錄水平，抑制了溶骨性病灶的大小，延長了小鼠生存期[12]。

此外，還可以通過抗TGF-β抗體如1D11識別TGF-β，干 擾TGF-β與 受 體 的 結 合，中 和TGF-β的 活 性，減 少前列腺癌與肺癌的骨轉移[26]。一些天然產(chǎn)物衍生物如halofuginone (Hfg)，在黑色素瘤小鼠骨轉移模型中，Hfg組小鼠的溶骨性損傷和骨骼腫瘤負荷明顯低于溶媒組小鼠。但HFg抑制TGF-β通路的具體機制尚不明確，可能與Smad7的表達有關[27]。

將抑制TGF-β的藥物與其他治療方法聯(lián)合使用可以減少患者的藥物使用劑量、降低副作用。聯(lián)合使用TβRI抑制劑SD-208和骨吸收抑制劑唑來膦酸相比兩種藥物單獨治療，可以更有效地減緩乳腺癌溶骨性轉移[28]。

6 結語

癌癥的骨轉移嚴重影響患者的生存質量，目前許多研究已經(jīng)證明TGF-β與惡性腫瘤骨轉移，尤其與溶骨性病變密切相關，阻斷TGF-β信號通路是治療癌癥骨轉移的有效手段。因此，需要進一步研究抗TGF-β藥物，單獨使用或聯(lián)合其他治療方法以預防和減緩骨轉移。但TGF-β在癌癥中具有雙重作用，所以對于特定的癌癥以及不同的發(fā)展階段需要慎重選擇以TGF-β為靶點的治療方法。抗TGF-β治療的應用前景廣闊而充滿挑戰(zhàn)，未來需要結合對癌癥骨轉移患者的早期診斷與進展監(jiān)測結果，減緩患者的骨轉移進程，改善患者的預后。