曾崎岡,戴 勇,魏成功

(廣東省中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科,廣東 佛山 528200)

肺癌是目前全球發(fā)病率和病死率增長極快的惡性腫瘤之一[1]。目前針對肺癌的治療手段包括手術(shù)、放療、化療、靶向和免疫治療,臨床治療效果較好[2]。然而,由于我國肺癌患者基數(shù)較大,部分患者手術(shù)治療條件欠缺,導(dǎo)致治療延遲、加快腫瘤進展,還有部分患者雖然接受了手術(shù)或放療、化療等,但腫瘤仍多處轉(zhuǎn)移而預(yù)后不佳[3]。近年來,中醫(yī)藥的抗腫瘤作用已逐漸在全球范圍內(nèi)得到認可和推廣,大量研究也已證實中藥單體及復(fù)方對肺癌具有獨特的抗腫瘤作用[4]。最新研究證實,中藥單體成分可通過干預(yù)轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)/ Smad(small mothers against decapentaplegic, Smad)/基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)軸上皮間質(zhì)化進程逆轉(zhuǎn)TGF-β1和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)標(biāo)志性蛋白分子的異常表達,因此,針對TGF-β/Smad/MMP軸信號通路或為抑制EMT進程提供了新的干預(yù)靶點[5]。筆者基于TGF-β/Smad/MMP軸調(diào)控在肺癌發(fā)生、發(fā)展過程中對腫瘤微環(huán)境的影響,以及調(diào)控腫瘤細胞上皮間質(zhì)化改變等機制,探討中醫(yī)藥通過調(diào)控TGF-β/Smad/MMP軸抑制腫瘤細胞增殖和侵襲、抗血管生成、抗轉(zhuǎn)移等方面的研究進展,并綜述如下。

1 TGF-β/Smad/MMP生物軸調(diào)控

TGF-β是在體細胞組織發(fā)育和穩(wěn)態(tài)過程中至關(guān)重要的細胞因子,其下游信號傳導(dǎo)調(diào)控著腫瘤進展[6]。TGF-β家族可進一步劃分為兩大亞家族:TGF-β配體和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)配體。TGF-β信號傳導(dǎo)受配體、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶誘導(dǎo),并與其同源細胞膜受體結(jié)合[7]。細胞膜受體分為Ⅰ型或Ⅱ型受體,其中Ⅱ型受體主要是組成性激活受體。配體結(jié)合后,TGF-β與Ⅰ型受體接近并進行磷酸化激活,其后TGF-β才能進一步發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng),并通過活化下游的經(jīng)典Smad通路調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄[8]。在經(jīng)典信號傳導(dǎo)中,受體激活并誘導(dǎo)Smad的C端磷酸化,磷酸化的Smads與其共介質(zhì)Smad、Smad4形成復(fù)合物,同時該復(fù)合物易位轉(zhuǎn)移到細胞核中,在細胞核中復(fù)合物與基因的特定啟動子相結(jié)合,進而控制著數(shù)百個基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。Smads還能特異性激活編碼抑制性Smads(Smad6、Smad7等)基因轉(zhuǎn)錄,并啟動負反饋環(huán)抑制信號傳導(dǎo)進行相應(yīng)調(diào)節(jié)[9]。

MMP是一類因需要Ca2+等金屬離子作為輔助因子的蛋白質(zhì)家族,MMP家族共同參與細胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)的重塑,在組織發(fā)育和維持穩(wěn)態(tài)中有一定的作用[10]。MMP家族目前已有28個成員被鑒別發(fā)現(xiàn),為MMP1-28,同時根據(jù)作用底物及片段同源性的不同,將MMP分為膠原酶、明膠酶、基質(zhì)降解素、基質(zhì)溶解素、膜型MMP和其他分泌型MMP 6類[11]。MMPs在多種類型的癌癥中表達,并通過調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和腫瘤微環(huán)境參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移的病理過程[12]。MMPs的高表達通常與大多數(shù)癌癥如結(jié)直腸癌、肺癌、乳腺癌、卵巢癌、胃癌等的生存率降低有關(guān)[13-15]。MMPs在各型肺癌的侵襲轉(zhuǎn)移中起重要作用,其在各型肺癌中的表達均有明顯增加。目前研究發(fā)現(xiàn), MMP-2和MMP-9能夠降解基底膜中的Ⅳ型膠原,是研究最廣泛的金屬蛋白酶,與各種癌癥患者的疾病進展和生存率降低相關(guān)[16]。

MMP-9和MMP-2作為目前研究最為充分的兩種金屬蛋白酶,研究較為清晰廣泛[17]。研究發(fā)現(xiàn),這兩種MMP可通過切割未激活的TGF-β前體并產(chǎn)生不同的TGF-β蛋白水解切割產(chǎn)物,從而影響并調(diào)節(jié)TGF-β活化水平,影響其下游信號因子產(chǎn)生[18]。MMP-9還可以通過特異性結(jié)合CD44,產(chǎn)生降解纖連蛋白效應(yīng),從而激活、釋放TGF-β[19]。癌細胞中MMP-9、MMP-2等表達水平不僅影響TGF-β蛋白水解水平,還影響TGF-β和TGF信號通路下游物質(zhì)的表達。目前有研究在對乳腺癌中MMP-9和TGF信號通路之間的關(guān)系進行探索時發(fā)現(xiàn),乳腺癌細胞中MMP-9過表達不僅顯著上調(diào)了Smad2、Smad3和Smad4等的表達,還增強了SMAD2的磷酸化,從而促進乳腺癌細胞增殖與侵襲能力[20]。

2 TGF-β/Smad/MMP生物軸對非小細胞肺癌作用機制

2.1 TGF-β/Smad/MMP生物軸調(diào)節(jié)肺癌細胞遷移和增殖

TGF-β/Smad/MMP軸對實體腫瘤和部分血液系統(tǒng)腫瘤的遷移、增殖有重要作用。SONG P等[21]研究發(fā)現(xiàn),雙酚S(BPS)可以通過ERK1/2介導(dǎo)的TGF-β/Smad2/3通路的激活來觸發(fā)非小細胞肺癌細胞的體外遷移,只有靶向抑制TGF-β才能阻斷BPS誘導(dǎo)的細胞遷移。Da等[22]發(fā)現(xiàn),川陳皮素在體外可顯著抑制TGF-β1誘導(dǎo)的EMT、遷移、侵襲和黏附,同時降低MMP-2、MMP-9等表達,其機制主要是通過抑制TGF-β1/Smad3信號通路來限制相關(guān)EMT關(guān)鍵因子的表達。Lian等[23]發(fā)現(xiàn),Smad7激動劑亞麻酸和Smad3抑制劑柚皮素聯(lián)合治療機制即通過靶向調(diào)控TGF-β/smad信號通路改變MMP2轉(zhuǎn)錄、翻譯后激活和功能,抑制黑色素瘤和肺癌的侵襲和轉(zhuǎn)移。Smad3分別通過與MMP2的5′UTR和TIMP2的3′UTR結(jié)合,作為MMP2的轉(zhuǎn)錄激活因子和金屬蛋白酶-2組織抑制劑(TIMP2)的轉(zhuǎn)錄抑制因子發(fā)揮作用。柚皮素處理后能夠顯著抑制Smad3介導(dǎo)的MMP2轉(zhuǎn)錄,同時增加TIMP;而亞麻酸則可顯著增強Smad7表達,從而抑制TGF-β/Smad3信號通路,并通過靶向核因子κB (NF-κB)-1型MMP(MT1-MMP)軸激活MMP2。

2.2 TGF-β/Smad/MMP生物軸調(diào)節(jié)肺癌細胞黏附

細胞黏附與上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化后癌細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力高度相關(guān),使其在多種腫瘤中均有重要的預(yù)后意義。王勝等[24]采用RT-PCR法檢測肺癌細胞株及人胚肺成纖維細胞中miR-424的表達,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在腫瘤細胞株中miR-424表達量明顯升高,而下調(diào)miR-424表達后能通過抑制TGF-β1/Smad3信號通路進而抑制A549細胞黏附水平,從而抑制腫瘤細胞遷移能力。王進[25]研究認為,長期香煙煙霧暴露能夠誘導(dǎo)肺泡細胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化,使肺癌細胞成瘤性、遷移能力和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化能力明顯增強;miR-106b/miR-93在吸煙所致惡性轉(zhuǎn)化細胞和肺癌組織中的表達顯著增高,且其靶基因Smad7表達顯著降低;Smad7高表達在不吸煙非小細胞肺癌患者中具有很好的預(yù)后,且與包括TGF-β/Smad/MMP在內(nèi)的腫瘤發(fā)生發(fā)展相關(guān)多個信號通路顯著相關(guān)。

2.3 TGF-β/Smad/MMP生物軸調(diào)節(jié)肺癌細胞轉(zhuǎn)移

研究[26]發(fā)現(xiàn),TGF-β/Smad級聯(lián)在骨肉瘤轉(zhuǎn)移進展中起著至關(guān)重要的作用,常山酮可通過誘導(dǎo)Caspase-3依賴性細胞凋亡,抑制TGF-β/Smad3級聯(lián)反應(yīng),調(diào)控參與腫瘤轉(zhuǎn)移擴散過程的TGF-β關(guān)鍵靶點如MMP-2等的表達,從而靶向改變腫瘤細胞和腫瘤微環(huán)境,減少原發(fā)性骨肉瘤的發(fā)展和相關(guān)肺轉(zhuǎn)移。曾園園[27]研究發(fā)現(xiàn),TGF-β/Smad通路介導(dǎo)的EMT過程及癌細胞遷移和侵襲需要JAK/STAT3信號通路的參與,且IL-6/JAK/STAT3信號通路和TGF-β/Smad信號通路可以協(xié)同作用來促進EMT進程及癌細胞的轉(zhuǎn)移。在肺癌細胞中外源性加入IL-6激活STAT3,可以增強TGF-β1誘導(dǎo)的Smad3磷酸化,增加Snail的表達量,加速TGF-β1介導(dǎo)的細胞遷移和侵襲。抑制TGF-β/Smad、IL-6/JAK/STAT3兩個信號通路可能是針對肺癌轉(zhuǎn)移的一個潛在治療手段。陳正庭[28]探索LAC放射后肺癌細胞侵襲轉(zhuǎn)移能力和免疫功能變化及PTTG1和TGF-β1/SMAD3通路在其中的作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn),PTTG1通過TGF-β1/SMAD3通路影響EMT調(diào)控放射后LAC細胞的侵襲能力,敲除PTTG1可通過影響TGF-β1/SMAD3通路活性削弱放射誘導(dǎo)的免疫抑制,增強放射誘導(dǎo)的局部和全身的抗腫瘤免疫反應(yīng),提示靶向PTTG1和TGF-β1/SAMD3通路可能是提高肺癌放射治療和聯(lián)合免疫治療療效的策略之一。

2.4 TGF-β/Smad/MMP生物軸調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境

田敏敏[29]通過體外培養(yǎng)人肺腺癌上皮細胞(A549細胞)毒性模型探索TGF-β1介導(dǎo)的Smad和MAPK信號通路在納米NiO致A549細胞膠原形成中的作用機制,研究發(fā)現(xiàn),納米NiO誘導(dǎo)A549細胞MAPK信號通路活化,進而導(dǎo)致MMPs/TIMPs失衡,從而形成A549細胞中膠原形成過量,進一步促進了A549細胞轉(zhuǎn)移侵襲等發(fā)展。申景嶺[30]采用熒光免疫組化和RT-PCR方法進行轉(zhuǎn)染前后肺癌細胞中TGF-β/Smad信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、細胞周期調(diào)控因子和腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)基因表達的分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)染后肺癌細胞中Smad4基因和蛋白表達明顯增強,并顯著抑制了腫瘤細胞增殖;TβRI、TβRII、Smad2、Smad3和Smad7的表達及亞細胞定位均有改變,其中MMP-9和caspase-3 mRNA水平的表達增強,提示TGF-β/Smad/MMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑可通過對細胞周期調(diào)控因子和相關(guān)基因等微環(huán)境調(diào)節(jié)改變作用來抑制腫瘤細胞的增殖和轉(zhuǎn)移潛能。

3 TGF-β/Smad/MMP生物軸與肺癌治療

目前除PD-1/PD-L1外,其他一些免疫相關(guān)的靶點得到越來越多的開發(fā)和深入研究,TGF-β靶點及其通路就是當(dāng)前的熱點之一。目前基于免疫相關(guān)TGF-β/TGF-βR/Smad通路的研究已進入較為深入的探索。針對TGF-β的阻斷,目前已有融合蛋白luspatercept獲批上市,用于治療輸血依賴性β地中海貧血和骨髓增生異常綜合征(MDS)?？贵w方面,主要有Fresolimumab(單抗)、SAR439459(單抗)、M7824(雙抗)等。小分子藥物開發(fā)主要針對的是受體抑制劑的開發(fā),臨床進展迅速,品種十余個,是開發(fā)熱點;且國內(nèi)對于該靶點的開發(fā)也處于進度前列,主要有勁方醫(yī)藥的GFH018和上海瓔黎的YL-13027。此外,尚見部分報道如川陳皮素具有治療癌癥的價值,其治療機制可能與其能在體外顯著抑制TGF-β1誘導(dǎo)的EMT、遷移、侵襲和黏附,同時降低MMP-2、MMP-9、p-Src、p-FAK、p-Paxillin、Snail、Slug、Twist和ZEB1的表達有關(guān)[22]。CX-4945作為新近發(fā)現(xiàn)的一種可藥物化的癌癥靶點,已被認為是治療肺癌轉(zhuǎn)移的一種有前途的治療策略,其作為單一藥物治療實體瘤和多發(fā)性骨髓瘤的臨床評估已經(jīng)建立了良好的藥代動力學(xué)、藥效學(xué)和安全性[31]。尚有研究報道,胡椒堿[32]也具有很強的抗腫瘤特性,其作用機制主要為抑制TGF-β1治療誘導(dǎo)的EMT,以及抑制ERK1/2和SMAD2磷酸化;未來胡椒堿將進一步運用于轉(zhuǎn)移性肺癌和EMT等治療中。

4 TGF-β/Smad/MMP生物軸與中醫(yī)中藥治療

近年來,中醫(yī)藥通過多靶點調(diào)控TGF-β/Smad/MMP生物軸抗腫瘤的研究日益增多,許多中藥單體及復(fù)方制劑均從分子生物學(xué)水平進行了詳細的抗腫瘤機制的探索。研究表明,中醫(yī)中藥能夠通過靶向并干預(yù)TGF-β/Smad/MMP生物軸發(fā)揮抑制腫瘤細胞遷移、侵襲的作用。

4.1 中醫(yī)藥調(diào)控TGF-β/Smad/MMP生物軸影響腫瘤微環(huán)境

李小江等[33]通過定量聚合酶鏈反應(yīng)檢測消巖湯干預(yù)肺癌干細胞中多種炎性蛋白及因子表達的變化,結(jié)果顯示,實驗組白細胞介素-6(IL-6)、TGF-β、磷酸化Smad3(p-Smad3)、MMP-9蛋白等表達均較對照組顯著下降,提示消巖湯主要通過抑制肺癌炎性微環(huán)境中的TGF-β/Smad3信號通路傳導(dǎo)來影響非小細胞肺癌的轉(zhuǎn)移。

4.2 中醫(yī)藥調(diào)控TGF-β/Smad/MMP生物軸影響血管增殖

黨輝等[34]觀察不同劑量半夏當(dāng)歸赤小豆湯灌胃小鼠后腫瘤組織中Ki67及血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)表達情況,結(jié)果顯示,半夏當(dāng)歸赤小豆湯組的腫瘤細胞增殖速率及PCNA表達顯著降低,凋亡細胞百分比及BAX表達顯著升高,VEGF、MMP-2、MMP-9、TGF-β、Smad2和Smad3表達顯著減少,表明半夏當(dāng)歸赤小豆湯含藥血清可通過抑制肺癌細胞中TGF-β/Smad信號通路的激活,顯著降低肺癌A549細胞的血管增殖及細胞遷移能力。

4.3 中醫(yī)藥調(diào)控TGF-β/Smad/MMP生物軸影響肺癌細胞轉(zhuǎn)移

陳濱海等[35]研究發(fā)現(xiàn),將梯度濃度的肺金生方凍干粉作用于肺癌A549細胞可顯著抑制A549細胞的活力,肺金生方下調(diào)了TGF-β1、p-Smad2/3的表達,上調(diào)了Smad7的表達,因此認為肺金生方能通過調(diào)控TGF-β/Smad信號通路達到抗肺癌轉(zhuǎn)移的作用。齊元富等[36]研究芪連扶正膠囊對TGF-β/Smad通路相關(guān)分子表達的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),芪連扶正膠囊含藥血清可上調(diào)TβRI、TβRII、Smad2/3、Smad4表達,下調(diào)Smad7、TGF-β1 mRNA在肺癌A549細胞中的表達,表明芪連扶正膠囊含藥血清可通過糾正TGF-β/Smad通路紊亂發(fā)揮抗肺癌轉(zhuǎn)移作用。

5 小結(jié)與展望

針對腫瘤微環(huán)境及腫瘤調(diào)控關(guān)鍵因子、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等的研究和治療日益受到重視,TGF-β/Smad/MMP生物軸在肺癌腫瘤靶向調(diào)控中扮演著重要角色。TGF-β/Smad是目前研究較為充分的肺癌腫瘤增殖與轉(zhuǎn)移調(diào)控機制靶點,MMPs介導(dǎo)肺癌微環(huán)境中腫瘤細胞遷移及與基質(zhì)細胞的黏附作用。許多研究證實,多種藥物及分子均能在轉(zhuǎn)錄后抑制TGFβR1及其介導(dǎo)的TGF-β/Smads信號級聯(lián)反應(yīng),進而抑制TGF-β誘導(dǎo)的肺癌細胞的EMT、侵襲和轉(zhuǎn)移。目前基于免疫相關(guān)TGF-β/Smad信號通路所開發(fā)的小分子藥物已蓬勃開展,大量國際多中心、開放性、非隨機Ⅰ～Ⅲ期臨床試驗正在逐步開展進行,隨著這些臨床試驗的開展,TGF-β/Smad/MMP生物軸有望成為實體腫瘤治療的新靶點。

近年來,中醫(yī)中藥靶向治療實體腫瘤的研究迅速發(fā)展,為中醫(yī)中藥多途徑、多靶點抗腫瘤治療提供了新思路和新方向。西醫(yī)治療肺癌雖然具有特定優(yōu)勢,但普遍靶向治療方案和藥物的價格較為昂貴,在一定程度上也限制了藥物的廣泛運用。中醫(yī)藥因其價格優(yōu)廉、療效可靠、副作用少等優(yōu)點具有廣闊的市場前景。雖然目前中醫(yī)藥調(diào)控TGF-β/Smad/MMP生物軸抗肺癌的作用研究仍處于起步和積累階段,需要大量體內(nèi)外實驗研究、臨床試驗進一步評價其安全性、有效性,以及驗證其作用機制,但相信未來中醫(yī)中藥作為臨床聯(lián)合治療方案可以造福更多患者,為中醫(yī)藥防治肺癌提供科學(xué)依據(jù)。