*基金项目:广西自然科学基金资助项目(No 桂科基0663029)收稿日期:2008 01 17T GF /Smads 信号转导通路的研究进展*张 勇 秦 娜 于 斌(广西医科大学第一附属医院放疗科 南宁 530021)关键词 转化生长因子 ;Smads;信号通路中图分类号:Q 25 文献标志码:A 文章编号:1005 930X(2009)01 0155 03 转化生长因子 (tr ansfo rming gr ow th factor beta,T GF )是一类多功能的细胞因子,由多种组织细胞合成,调控着细胞周期,影响细胞的增殖、分化、黏附、转移和凋亡,与人类多种疾病,尤其是肿瘤的发生发展密切相关。
T GF 超家族与其相应的受体、胞内信号转导分子(主要是Smad 蛋白家族)组成一个影响肿瘤发生和发展的信号通路,调节靶基因的转录。
通路中任何一个组成元件以及相关调节因子的异常均可导致信号转导紊乱,影响T GF 的生物学效应,从而对肿瘤的发生发展产生重要影响。
现就T G F /Smads 通路的主要组成、分子调节和生物学效应等方面进展予以综述。
1 TGF /Smads 通路的主要分子组成1 1 T G F 超家族:T G F 家族包括40多种相关蛋白,T GF s 是该家族的重要成员,有3种不同的亚型:T G F 1、T GF 2和T G F 3,分别定位于染色体19q13、1q41和14q24,其氨基酸序列约有64%~82%的同源性。
三者在体外的作用相似,但在体内的生物学活性却不尽相同,如T GF 2对血管内皮细胞和造血祖细胞的生长抑制作用仅为T GF 1和T GF 3的1%,T GF 1、T GF 3可抑制一些细胞的活性,T G F 2则不具有这种功能,可能为羧基端序列的差异所致。
另一方面,三者在基因表达上具有明显的组织及发育特异性:生理状态下T GF 1主要由淋巴细胞和单核细胞产生,其mRN A 表达于内皮细胞、造血细胞及一些结缔组织的细胞中,而实质细胞不表达;但在器官慢性炎症或纤维化时间质细胞对其表达增加,实质细胞对其表达也启动;T GF 2主要由骨、肺和脑组织产生,表达于上皮细胞及神经细胞中;中枢神经系统可产生T G F 3,其mRN A 更多表达于间质细胞中。
在发育过程中,T G F 1、T GF 3多在组织结构形态建成的早期表达,T G F 2则表达相对晚一些,参与了上皮细胞的分化及成熟。
1 2 T G F 受体(T GF recepto r,T R )超家族:与T G F s 信号转导相关的受体有T R 、T R 和T R ,其中 型和 型受体参与T G F 的信号转导,而 型受体与信号转导无直接关系。
T R 和T R 均是单次跨膜糖蛋白,胞外区的近膜侧富含半胱氨酸,胞浆区则含有丝氨酸/苏氨酸激酶结构,具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性。
型受体的胞浆区近膜内侧段的存在一个富含丝氨酸和甘氨酸的保守结构域(GS 结构域)是T R 活化的关键部位,在G S 区旁有一个由9个氨基酸组成的L 45环结构,它能和R Smad 蛋白M H2区的L 3环特异性地结合。
型受体不能单独与T GF s 自由结合,配体首先与 型受体结合后构象发生改变,才能被 型受体识别而形成T R T GF s T R 复合物; 型受体可发生自身磷酸化而激活,并能以较高的亲和力与T GF s 配体结合;另一方面,活化的T R 可发挥丝氨酸/苏氨酸磷酸转移酶的活性,磷酸化激活T R 胞内侧段的GS 结构域,进而使T R 特异性的识别和活化下游信号分子Smad 蛋白,启动胞内的信号级联反应。
T R 是细胞表面表达最丰富的T G F 结合蛋白,与T G F s 有较高的亲和力,具有特征性的膜镶嵌结构,不含胞内信号模体,不直接参与信号转导,可易化和增强 型、 型受体与配体的结合。
1 3 Smad 蛋白家族:Smad 家族是最早被证实的T GF 受体激酶的底物,存在于细胞质中,可将信号由胞膜直接传至胞核。
细胞内至少存在Smad1 99种分子,按结构和功能可分为3个亚型: 受体激活型Smad (recepto r activ ated Smad,R Smad),包括Smad1、2、3、5、8、9,其中Smad2、3则可被T G F 激活,作为T R 激酶的直接底物,活化后与通用型Smad(Co Smad)形成复合物异位入核,转导特异性信号,调节靶基因的转录[1]; 通用型Smad (common partner Smad,Co Smad),哺乳动物中仅有Smad4,能与活化的R Smad 形成异聚体,在信号转导中起瓶颈作用; 抑制型Smad(inhibitor y Smad,I Smad),包括Smad6、7,可阻断受体介导的R Smad 磷酸化,阻碍活化的R Smad 与Co Smad 异聚体的形成,还可与活化的受体或受体激活的Smads 竞争性结合形成无活性复合物,从而对R Smad 和Co Smad 介导的基因表达产生抑制作用。
2 T GF /Smads 信号转导通路的分子调控2 1 信号转导的分子调控:T GF /Smads 信号转导通路的相关调节因子有SAR A 、ST RA P 、Dab2及Smad6、7等。
SA RA 呈递R Smad 使之与T R 结合而发挥正性调控[2]。
而ST R AP 则呈递Smad7使之与T R 结合而发挥负性调广西医科大学学报JOU R NA L OF GU A N GXI M ED ICAL U N IV ERSIT Y2009Feb;26(1)可与Smad2的SH2区域结合,调节Smad2的磷酸化,促进Smad2与Smad4结合[3]。
2 2 核内靶基因转录的分子调控:研究已证实,Smad2不能直接与DN A结合,必须与核DN A连接蛋白F AST家族成员连接,才能与Smad4协同激活靶基因的转录[4]。
Smad3和Smad4可通过M H1区的发夹样结构与D NA上的SBE直接结合[1],但这种结合很疏松,需要在核内其他DN A结合辅助因子的帮助下,才能更好的发挥诱导和调节靶基因转录的作用。
主要的辅助激活因子有CBP、p300、lef 1等,CBP和p300不仅具有内在组蛋白乙酰化转移酶的活性,能使染色质松弛DN A暴露易于转录进行,还可以直接将 型RN A聚合酶召集到启动子上,从而正性调节基因的转录。
主要的辅助抑制因子有病毒癌蛋白E1A,原癌基因c Ski、SnoN、Sip1和T GIF蛋白等。
E1A可在多个水平抑制CBP和p300的功能,进而阻断T GF 介导的转录激活;c Ski可与R Smad竞争结合Smad4而妨碍Smads异聚复合物的形成,阻止Smad 依赖的基因表达[5];SnoN则承担了T GF 的中间调节,当T GF 缺乏时,SnoN与胞核Smad4结合,通过对核内阻遏物复合体的补充,阻遏T G F 对启动子的活化;T G IF(T G in ter acting facto r)是一种同源区蛋白,可与Smad复合物结合,并通过调节组蛋白去乙酰转移酶(HD ACs)来抑制启动子的活性,它们在T GF 信号通路中负性调节靶基因的转录[6]。
3 TGF /Smads信号通路与其他通路的 交谈(cross talk)T GF /Smads信号通路与其他信号途径之间存在广泛交流,如与G蛋白 A C cAM P通路之间,cA M P通过PK A依赖性的、CREB介导的途径抑制T G F /Smads信号转导及其介导的基因转录活性[7]。
另外,与酶受体介导的下游信号途径之间也存在交流,丝裂霉素激活的蛋白激酶(M A PK)通路是激活后向核内转移并作用于核内转录因子的一个蛋白激酶家族[8],M A PK s可激活多种蛋白激酶、核蛋白及转录因子而介导下游信号转导,M A PK系统对R Smads具有双重调节作用,既可通过对配体依赖性R Smads易位磷酸化修饰来放大T GF 信号的生物学效应;又可使R Smad在L区的[S/T]P或PX[S/T]位点发生磷酸化,从而抑制其向核内的转移,并阻止R Smad的核内聚积。
还有研究表明[9],磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)信号转导通路可以被T G F 调节,阻断PI3K可以降低Smad3的活性。
表皮生长因子(EGF)、脂多糖等由Jak/stat介导,肿瘤坏死因子(T N F)、白细胞介素 1 (IL 1 )等由N F B介导,均可诱导Samd7产生,而与T GF 信号通路交联。
此外,T GF 信号还可与W nt信号、P38、c myc等相互作用,这种通路间的 串话 纵横交错,共同构成4 1 T G F 的主要生物学效应:T GF 受体广泛表达于机体组织细胞,因此,T GF 对许多细胞的生长分化都能发挥调节作用。
生长调控方面,在不同环境或发育阶段的细胞中,T GF 表现出生长抑制或促进这两个完全相反的效应, T G F 对细胞的作用表现为刺激还是抑制,主要取决于细胞的类型、来源、分化状态和生长条件,研究表明,T G F 对成纤维细胞、成骨细胞或其他间叶组织等间质起源的细胞表现为生长刺激作用,如胶原合成增加,刺激血管生成,有利于胚胎发育、组织修复、伤口愈合和肿瘤生长中间质的合成;而对上皮或神经外胚层来源的细胞则表现为生长抑制作用[10,11]。
免疫调节方面,炎症初期T GF 具有免疫刺激作用,可作为化学趋化剂募集炎症细胞和促进前炎症细胞因子生成;而在炎症消散期其免疫抑制活性表现得更为突出,表现为抑制T、B淋巴细胞的增殖与活化,抑制N K细胞功能,抑制细胞因子的生成,诱导细胞因子拮抗剂的表达,改变细胞黏附分子,抑制淋巴细胞与内皮细胞的黏附,抑制巨噬细胞的吞噬能力,以及抑制免疫球蛋白的分泌等[12]。
4 2 T G F 与细胞周期调控:T G F 抑制细胞增殖的重要机制是对细胞周期的阻滞作用,主要通过对细胞周期素(cyc lin)、细胞周期素依赖激酶(CDK)、细胞周期素依赖激酶抑制因子(CK I)以及c my c的表达水平及功能状态进行调控,使细胞停滞在G1期。
细胞顺利通过染色质复制的G1期中的控制点是完成一次正常分裂的前提条件,CDK2或CDK4与cyclinD复合物的形成是G1期向S期转变的关键所在,可以磷酸化一系列靶蛋白如R b蛋白,磷酸化的R b蛋白与转录因子E2F解离,释放的E2F可促进细胞周期的进程[13~16]。
CKI包括:P15、P16、P21、P27等,可通过与cyclin CDK复合物结合而抑制CDK的活性,对细胞周期进程起负调控作用[17,18]。
T GF 能降低G1期细胞cyclins和CDKs的活性与表达水平,亦可通过诱导CKI s的表达来实现细胞周期的阻滞作用;原癌基因c m yc是促进细胞从G1到S期进程的转录激活因子,T GF 在多数细胞中还能通过下调c my c的表达而达到对细胞生长的抑制。
