基于TGF-β信號通路探討中醫藥改善腫瘤免疫微環境的研究進展?

陳蘭玉，胡凱文

(北京中醫藥大學東方醫院，北京 100078)

轉化生長因子(transformation growth factor -β，TGF-β)是一種多功能的細胞生長因子，影響細胞的增殖、分化、黏附、轉移和凋亡，與人類多種疾病尤其是腫瘤密切相關。研究顯示，TGF-β信號通路影響腫瘤的發生發展，TGF-β還參與上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)、腫瘤血管形成及調節腫瘤免疫細胞的聚集、激活過程。因此，本文就TGF-β生物功能、在腫瘤免疫微環境中的作用及中醫藥調控TGF-β表達改善腫瘤微環境進行綜述，為中醫藥防治腫瘤的理論和機制研究提供參考。

1 TGF-β信號通路在腫瘤微環境中作用機制

TGF-β是一組調節細胞生長和分化的細胞因子，屬于TGF-β超家族成員，能使正常的成纖維細胞表型發生改變。TGF-β有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3 3個亞型，其中TGF-β1表達最廣泛、含量最多[1]。作為腫瘤免疫逃逸的主要調控因子，幾乎所有腫瘤細胞內都能檢測到TGF-β mRNA表達上升且以TGF-β1增高為主[2]。

大量研究證明，TGF-β信號通路是調控干細胞活性和器官形成的關鍵參與者，其調節失常會導致腫瘤的發生發展。當TGF-β激活TGF-β I型受體(TGF-β IR)組成二聚體受體復合物后，TGF-β 信號通路即被激活。活化的TGF-β IR磷酸化受體相關Smad蛋白，Smad蛋白在細胞質、細胞核之間進行磷酸化穿梭，介導與核心蛋白、輸入蛋白、輸出蛋白的直接聯系。Smad蛋白與TGF-βR結合后轉移進入細胞核內，通過與不同的轉錄因子結合，激活或抑制對應的靶基因，TGF-β/Smad信號通路即被激活[3]。

1.1 TGF-β促進腫瘤微環境形成，誘導腫瘤免疫逃逸

腫瘤微環境(tumor microenvironment，TME)是腫瘤賴以生存的綜合內環境，其中免疫微環境作為腫瘤的“第七大標記性特征”，是腫瘤微環境的重要組成部分[1]。免疫微環境之所以能成為腫瘤的重要標志，是因為它能幫助腫瘤細胞逃逸機體的免疫監視功能，而TGF-β是腫瘤免疫逃逸的主要調控因子，可誘導免疫細胞功能不全或直接凋亡，或抑制多種免疫細胞的增殖分化[4]。具體表現為，一是誘導腫瘤相關巨噬細胞(tumor associated macrophages，TAMs)和中性粒細胞(tumor associated neutrophil，TAN)極化[4]；二是阻斷樹突狀細胞(dendritic cell，DC)成熟，對信號通路反應性降低，無法激活T淋巴細胞誘導免疫耐受[5]；三是促進調節性T細胞(regulatory T cell，Treg)產生，抑制多種免疫細胞功能，誘導和維持腫瘤免疫逃逸狀態[6-7]；四是通過上調miR-55和miR-21表達，招募髓系抑制性細胞(myeloid derived suppressor cell，MDSC)抑制抗腫瘤T細胞效應功能，最終導致腫瘤細胞無限增殖[8]。綜上，TGF-β有助于形成腫瘤微環境，誘導腫瘤免疫逃逸。

1.2 TGF-β促進腫瘤血管生成與炎癥反應

腫瘤的發生發展需要新生血管參與，TGF-β可以誘導血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)表達，TGF-β1可直接誘導內皮細胞遷移，增強腫瘤血管細胞化，誘導腫瘤細胞逃脫原發部位并轉移。有研究顯示，TGF-β通過誘導VEGF2的旁分泌和自分泌來激活觸發腫瘤新生血管生成[9]。

炎癥細胞亦是構成腫瘤微環境的重要組成部分，這些細胞和免疫細胞及腫瘤相關的纖維母細胞、內皮源性細胞通過分泌生長因子、黏附因子、促血管生成因子等，刺激腫瘤生長、轉移、血管生成，增強腫瘤侵襲能力[6]。TGF-β信號通路激活是對腫瘤發展形成炎癥缺氧的自然反應過程，可以通過調節下游信號通路誘導腫瘤細胞在骨髓定位增殖分裂生長，因此TGF-β成為腫瘤轉移的一個潛在標志[10]。

1.3 TGF-β信號通路誘導腫瘤細胞上皮-間質轉化

已有研究證明，TGF-β是EMT的有效誘導劑[2]，可經由Smad信號通路促使腫瘤細胞發生EMT[11]。Smad是TGF-β誘導EMT的關鍵因子，TGF-β可通過激活Smad信號通路活化諸多轉錄因子，使緊密連接蛋白和上皮性標志物表達下移，間質性標志物表達上移，使來源于上皮的腫瘤細胞黏附力降低，侵襲、轉移能力增強[12-13]。除Smad通路，TGF-β還能活化激酶TAK1，從而激活下游信號傳導通路，如PI3K、MAPK等信號傳導通路，使其發揮各自作用[14]。另外，TGF-β通過調節轉錄因子的表達來調節EMT參與基因表達，這些轉錄因子包括鋅指蛋白Snail1和Snail2[15]，鋅指同源盒因子ZEB1、ZEB2[16]等。

2 中醫藥重塑腫瘤微環境

2.1 中醫對腫瘤免疫微環境的認識

中醫認為，“積之成者，正氣不足而邪氣踞之”，正氣虧虛是腫瘤的基本病機。正虛感邪，臟腑功能失調，受內外多種因素誘導生成致病因素，導致機體氣血陰陽紊亂，痰瘀濕熱等病理因素蓄積，體內平衡狀態被打破，邪氣盤踞而成積聚。這與現代醫學對腫瘤免疫的認識不謀而合。其中腫瘤免疫抑制微環境與正氣虧虛、炎性因子與熱毒、高凝血狀態與血瘀、腫瘤微環境中大量黏附因子與痰濕等病理因素都有諸多相似之處[17]。

腫瘤免疫微環境與正氣虧虛密切相關，正氣包括先天之氣和后天之氣，“先天之本在于腎，后天之本在于脾”，正氣與脾腎密切相關。《景岳全書》云：“脾腎不足及虛弱失調之人，多有積聚之病。”張元素《活法機要》云：“壯人無積，虛人則有之，脾胃虛弱，氣血兩衰，四時有感，皆能成積”，說明臟腑虛弱，尤其是脾腎功能紊亂，更易導致痰、瘀、濕、熱等病理產物蓄積。故中醫調節免疫、重塑腫瘤微環境應以益氣健脾、扶正固本為主，聯合解毒抗癌、化痰祛瘀等治法，整體多維地發揮中醫藥調節免疫平衡作用，以達到“邪去正安”的目的。

2.2 中醫藥對腫瘤免疫微環境調節重塑作用

中醫改善腫瘤微環境的 “整體性”“平衡性”“多系統”“多靶點”等特點正逐漸成為研究者關注的熱點。有研究表明，臨床常用的幾類抗癌中藥均對重塑腫瘤微環境有積極作用[18]。一是中醫藥改善腫瘤免疫抑制。腫瘤衍生的細胞因子能誘導多種免疫抑制性細胞，抑制性細胞又可分泌多種細胞因子干擾機體天然免疫和適應性免疫應答。現已有研究表明，不同類型的中藥制劑(黃芪、青蒿琥酯、川芎嗪、豬苓多糖)不僅可以抑制腫瘤細胞分泌TGF-β、IL-10等免疫抑制因子，逆轉腫瘤細胞介導的免疫抑制[19]，還能降低治療組外周血 CD4+CD25+Tr、 VEGF、sCD44v6、TGF-β1、IL-10 表達水平[20]，多途徑干預腫瘤細胞免疫逃逸，重塑腫瘤微環境；二是中醫藥增強患者免疫功能，機體免疫力與腫瘤發生、發展、預后、轉歸密切相關，中藥作為免疫增強劑和調節劑，可上調免疫相關基因表達，提高效應細胞分泌抗體數量，增強機體免疫監視及免疫清除能力。現有研究[18]表明，枸杞子、當歸、蒲公英、黃芪等中藥提取物在一定濃度下可以促進巨噬細胞分泌TNF-α、IL-8、IL-6，從而促進巨噬細胞發揮免疫功能。參麥注射液可調控惡病質小鼠體內免疫、代謝功能相關基因，改善癌癥惡病質[21]。當歸補血湯可提高EL-4荷瘤小鼠免疫球蛋白M抗體分泌細胞數、外周血白細胞數、紅細胞數，從而增強機體免疫功能，延緩腫瘤生長速度，延長荷瘤小鼠生存時間[22]。除此之外，中醫藥重塑腫瘤微環境還包括改善炎性微環境，抑制腫瘤血管生成，抑制細胞外基質降解，改善患者體內酸性和缺氧微環境[18]。有研究表明，清熱解毒類中藥主要通過調控凋亡相關基因及腫瘤細胞信號傳導通路影響腫瘤微環境[23]，活血化瘀類中藥主要通過調控腫瘤血管生成對腫瘤微環境穩態發揮作用[24]，扶正固本類中藥則通過激活機體免疫細胞功能、抗氧化應激等改善腫瘤免疫抑制微環境[25]。

3 中醫藥調控TGF-β表達改善腫瘤微環境

既往中醫研究主要集中在腫瘤本身，對其所處的微環境研究較少。隨著近年來免疫研究的快速進展，越來越多的學者認識到腫瘤的復發、轉移與腫瘤微環境密切相關，這也為中醫防治腫瘤復發、轉移的機制研究提供了一個嶄新的視野。TGF-β信號通路在惡性腫瘤中均有表達，不僅參與腫瘤免疫逃逸，也在腫瘤細胞的EMT和誘導腫瘤血管形成的過程中發揮重要作用，為惡性腫瘤的治療提供了一個新靶標，可以通過抑制TGF-β的產生或阻斷TGF-β信號傳導通路等手段，逆轉EMT過程，抑制腫瘤血管生成，增強腫瘤微環境中免疫細胞的抗腫瘤免疫應答，重塑腫瘤免疫微環境。

3.1 中藥調控TGF-β表達，抑制多個信號傳導通路誘導的上皮-間質化

TGF-β是誘導腫瘤發生上皮-間質化的關鍵因子，可經由Smad及非Smad信號轉導通路活化諸多轉錄因子，這些核轉錄因子導致緊密連接蛋白和上皮性標志物表達下調，間質性標志物表達上調，使腫瘤細胞發生上皮-間質化，黏附能力降低，侵襲和轉移能力增強。李潔玭[26]等研究發現，中藥桂皮的有效成分桂皮醛可通過調節PI3K/Akt信號通路抑制TGF-β表達，從而抑制下游信號傳導通路活化，如Erk、PI3K及p38MAPK等激酶信號傳導通路，最終抑制結腸癌LoVo細胞上皮間質轉化，降低其侵襲、轉移能力。劉蕾等用不同濃度的苦參提取物苦參堿干預肺泡II型上皮細胞上皮間質轉化。研究發現，苦參堿能通過抑制Smad信號通路有效抑制多種轉錄因子活化，從而導致緊密連接蛋白及上皮標志物E-鈣黏蛋白表達上調，間質性標志物Vimentin表達下調，使腫瘤細胞黏附性增強失去纖維性，最終抑制上皮-間質化，使腫瘤細胞侵襲和轉移能力減弱[27]。沈國強[28]等發現，華蟾素可通過促進E-鈣黏蛋白表達，下調波形蛋白表達，從而抑制TGF-β1誘導的人結腸癌細胞SW480增殖，最終抑制TGF-β1誘導的上皮-間質化過程。

3.2 中藥通過抑制TGF-β表達，改善其誘導腫瘤免疫抑制狀態

在腫瘤微環境免疫抑制網絡中TGF-β發揮關鍵作用，腫瘤細胞、調節性T細胞、腫瘤相關巨噬細胞等均可分泌高水平TGF-β，而TGF-β可誘導局部效應細胞功能障礙，激活抑制性免疫調節細胞和細胞因子的免疫負調節作用[29]。孫龍華等研究發現，中藥解毒扶正散(由三張葉、仙鶴草、青天葵、生龍骨、野菊花、白花蛇舌草、黃芪、白術組成)能夠有效降低肺癌患者外周血TGF-β水平，提高IFN-γ、IL-2水平及CD4+CD25+T細胞比例[30]。CD4+CD25+T細胞是一種免疫調節類細胞，表達L-10等免疫抑制因子，發揮免疫抑制作用。解毒扶正散通過抑制TGF-β表達，提高IFN-γ、IL-2水平及CD4+CD25+T細胞比例，干預腫瘤微環境改善肺癌免疫抑制狀態。高平[31]等發現，華蟾素聯合化療能顯著下調TGF-β表達，提高輔助性T細胞Th17及其相關細胞因子IL-17水平，促進抗腫瘤免疫作用，減弱腫瘤免疫抑制效應，改善腫瘤患者免疫功能。李慧杰[32]等研究發現，芪連扶正膠囊(由生黃芪、連翹、莪術、清半夏、天南星、白花蛇舌草、仙鶴草、全蝎、蜈蚣、蛤蚧、女貞子組成)可抑制肺癌干細胞TGF-β1、IL-10表達，改善細胞免疫狀態，重塑免疫微環境，從而抑制肺癌轉移。

3.3 中藥通過控制腫瘤細胞分泌TGF-β，抑制腫瘤新生血管生成

TGF-β1能直接誘導內皮細胞和腫瘤細胞黏附并形成血管結構，與其他細胞因子如VEGF、缺氧誘導因子(HIF-1α)協同作用，共同誘導腫瘤新生血管生成。喬鵬等發現，鴉膽子油乳能降低治療組VEGF、HIF-1α、TGF-β1的mRNA和蛋白含量，從而減少血管新生因子表達，抑制腫瘤新生血管生成[33]。有研究顯示，臨床常用的艾迪注射液(斑蝥、人參、黃芪、刺五加的有效提取液)能改善肺癌患者體內TGF-β、IL-6、TNF-α等細胞因子水平，抑制腫瘤血管再生過程[34]。

3.4 中藥抑制TGF-β/Smad信號傳導通路，影響基因轉錄，促進腫瘤細胞凋亡

TGF-β通過細胞周期阻滯和凋亡基因表達來誘導上皮細胞的抗增殖作用，協同Wnt信號通路參與調控腫瘤細胞增殖、分化、極化等過程。宋璟等研究發現，復方桂術膠囊(由黃芪、法半夏、栝樓皮、仙鶴草、肉桂、墨旱蓮組成)通過下調TGF-β表達，影響TGF-β/Smad信號通路，抑制Wnt/β-catenin和細胞周期蛋白D1異常表達，使肺癌細胞周期停留在G0/G1期，進而抑制腫瘤細胞增殖[35]。劉松[36]等實驗證明，青蒿琥酯抑制裸鼠移植結腸癌腫瘤細胞生長，抑制細胞的增殖及侵襲，促進細胞凋亡，其機制可能與抑制TGF-β1表達，調控TGF-β1/Smad4信號通路有關。中藥皂莢子提取物亦能調節肝癌細胞TGF-β/Smad信號通路，抑制人肝癌細胞增殖，促進細胞凋亡[37]。

4 結語

目前對TGF-β信號通路的研究已經取得了不少進展，但仍有許多問題尚不明確，如TGF-β在腫瘤發展不同階段發揮的作用是否并不相同，及其與其他信號通路之間的傳導交流情況與作用機制等。隨著對TGF-β通路研究的進一步深入，有望為中醫藥抗腫瘤提供更多高效的治療靶點與路徑。