基于TGF-β信号通路探讨中医药改善肿瘤免疫微环境的研究进展❋

陈兰玉，胡凯文

(北京中医药大学东方医院，北京 100078)

转化生长因子(transformation growth factor -β，TGF-β)是一种多功能的细胞生长因子，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密切相关。研究显示，TGF-β信号通路影响肿瘤的发生发展，TGF-β还参与上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)、肿瘤血管形成及调节肿瘤免疫细胞的聚集、激活过程。因此，本文就TGF-β生物功能、在肿瘤免疫微环境中的作用及中医药调控TGF-β表达改善肿瘤微环境进行综述，为中医药防治肿瘤的理论和机制研究提供参考。

1 TGF-β信号通路在肿瘤微环境中作用机制

TGF-β是一组调节细胞生长和分化的细胞因子，属于TGF-β超家族成员，能使正常的成纤维细胞表型发生改变。TGF-β有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3 3个亚型，其中TGF-β1表达最广泛、含量最多[1]。作为肿瘤免疫逃逸的主要调控因子，几乎所有肿瘤细胞内都能检测到TGF-β mRNA表达上升且以TGF-β1增高为主[2]。

大量研究证明，TGF-β信号通路是调控干细胞活性和器官形成的关键参与者，其调节失常会导致肿瘤的发生发展。当TGF-β激活TGF-β I型受体(TGF-β IR)组成二聚体受体复合物后，TGF-β 信号通路即被激活。活化的TGF-β IR磷酸化受体相关Smad蛋白，Smad蛋白在细胞质、细胞核之间进行磷酸化穿梭，介导与核心蛋白、输入蛋白、输出蛋白的直接联系。Smad蛋白与TGF-βR结合后转移进入细胞核内，通过与不同的转录因子结合，激活或抑制对应的靶基因，TGF-β/Smad信号通路即被激活[3]。

1.1 TGF-β促进肿瘤微环境形成，诱导肿瘤免疫逃逸

肿瘤微环境(tumor microenvironment，TME)是肿瘤赖以生存的综合内环境，其中免疫微环境作为肿瘤的“第七大标记性特征”，是肿瘤微环境的重要组成部分[1]。免疫微环境之所以能成为肿瘤的重要标志，是因为它能帮助肿瘤细胞逃逸机体的免疫监视功能，而TGF-β是肿瘤免疫逃逸的主要调控因子，可诱导免疫细胞功能不全或直接凋亡，或抑制多种免疫细胞的增殖分化[4]。具体表现为，一是诱导肿瘤相关巨噬细胞(tumor associated macrophages，TAMs)和中性粒细胞(tumor associated neutrophil，TAN)极化[4]；二是阻断树突状细胞(dendritic cell，DC)成熟，对信号通路反应性降低，无法激活T淋巴细胞诱导免疫耐受[5]；三是促进调节性T细胞(regulatory T cell，Treg)产生，抑制多种免疫细胞功能，诱导和维持肿瘤免疫逃逸状态[6-7]；四是通过上调miR-55和miR-21表达，招募髓系抑制性细胞(myeloid derived suppressor cell，MDSC)抑制抗肿瘤T细胞效应功能，最终导致肿瘤细胞无限增殖[8]。综上，TGF-β有助于形成肿瘤微环境，诱导肿瘤免疫逃逸。

1.2 TGF-β促进肿瘤血管生成与炎症反应

肿瘤的发生发展需要新生血管参与，TGF-β可以诱导血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)表达，TGF-β1可直接诱导内皮细胞迁移，增强肿瘤血管细胞化，诱导肿瘤细胞逃脱原发部位并转移。有研究显示，TGF-β通过诱导VEGF2的旁分泌和自分泌来激活触发肿瘤新生血管生成[9]。

炎症细胞亦是构成肿瘤微环境的重要组成部分，这些细胞和免疫细胞及肿瘤相关的纤维母细胞、内皮源性细胞通过分泌生长因子、黏附因子、促血管生成因子等，刺激肿瘤生长、转移、血管生成，增强肿瘤侵袭能力[6]。TGF-β信号通路激活是对肿瘤发展形成炎症缺氧的自然反应过程，可以通过调节下游信号通路诱导肿瘤细胞在骨髓定位增殖分裂生长，因此TGF-β成为肿瘤转移的一个潜在标志[10]。

1.3 TGF-β信号通路诱导肿瘤细胞上皮-间质转化

已有研究证明，TGF-β是EMT的有效诱导剂[2]，可经由Smad信号通路促使肿瘤细胞发生EMT[11]。Smad是TGF-β诱导EMT的关键因子，TGF-β可通过激活Smad信号通路活化诸多转录因子，使紧密连接蛋白和上皮性标志物表达下移，间质性标志物表达上移，使来源于上皮的肿瘤细胞黏附力降低，侵袭、转移能力增强[12-13]。除Smad通路，TGF-β还能活化激酶TAK1，从而激活下游信号传导通路，如PI3K、MAPK等信号传导通路，使其发挥各自作用[14]。另外，TGF-β通过调节转录因子的表达来调节EMT参与基因表达，这些转录因子包括锌指蛋白Snail1和Snail2[15]，锌指同源盒因子ZEB1、ZEB2[16]等。

2 中医药重塑肿瘤微环境

2.1 中医对肿瘤免疫微环境的认识

中医认为，“积之成者，正气不足而邪气踞之”，正气亏虚是肿瘤的基本病机。正虚感邪，脏腑功能失调，受内外多种因素诱导生成致病因素，导致机体气血阴阳紊乱，痰瘀湿热等病理因素蓄积，体内平衡状态被打破，邪气盘踞而成积聚。这与现代医学对肿瘤免疫的认识不谋而合。其中肿瘤免疫抑制微环境与正气亏虚、炎性因子与热毒、高凝血状态与血瘀、肿瘤微环境中大量黏附因子与痰湿等病理因素都有诸多相似之处[17]。

肿瘤免疫微环境与正气亏虚密切相关，正气包括先天之气和后天之气，“先天之本在于肾，后天之本在于脾”，正气与脾肾密切相关。《景岳全书》云：“脾肾不足及虚弱失调之人，多有积聚之病。”张元素《活法机要》云：“壮人无积，虚人则有之，脾胃虚弱，气血两衰，四时有感，皆能成积”，说明脏腑虚弱，尤其是脾肾功能紊乱，更易导致痰、瘀、湿、热等病理产物蓄积。故中医调节免疫、重塑肿瘤微环境应以益气健脾、扶正固本为主，联合解毒抗癌、化痰祛瘀等治法，整体多维地发挥中医药调节免疫平衡作用，以达到“邪去正安”的目的。

2.2 中医药对肿瘤免疫微环境调节重塑作用

中医改善肿瘤微环境的 “整体性”“平衡性”“多系统”“多靶点”等特点正逐渐成为研究者关注的热点。有研究表明，临床常用的几类抗癌中药均对重塑肿瘤微环境有积极作用[18]。一是中医药改善肿瘤免疫抑制。肿瘤衍生的细胞因子能诱导多种免疫抑制性细胞，抑制性细胞又可分泌多种细胞因子干扰机体天然免疫和适应性免疫应答。现已有研究表明，不同类型的中药制剂(黄芪、青蒿琥酯、川芎嗪、猪苓多糖)不仅可以抑制肿瘤细胞分泌TGF-β、IL-10等免疫抑制因子，逆转肿瘤细胞介导的免疫抑制[19]，还能降低治疗组外周血 CD4+CD25+Tr、 VEGF、sCD44v6、TGF-β1、IL-10 表达水平[20]，多途径干预肿瘤细胞免疫逃逸，重塑肿瘤微环境；二是中医药增强患者免疫功能，机体免疫力与肿瘤发生、发展、预后、转归密切相关，中药作为免疫增强剂和调节剂，可上调免疫相关基因表达，提高效应细胞分泌抗体数量，增强机体免疫监视及免疫清除能力。现有研究[18]表明，枸杞子、当归、蒲公英、黄芪等中药提取物在一定浓度下可以促进巨噬细胞分泌TNF-α、IL-8、IL-6，从而促进巨噬细胞发挥免疫功能。参麦注射液可调控恶病质小鼠体内免疫、代谢功能相关基因，改善癌症恶病质[21]。当归补血汤可提高EL-4荷瘤小鼠免疫球蛋白M抗体分泌细胞数、外周血白细胞数、红细胞数，从而增强机体免疫功能，延缓肿瘤生长速度，延长荷瘤小鼠生存时间[22]。除此之外，中医药重塑肿瘤微环境还包括改善炎性微环境，抑制肿瘤血管生成，抑制细胞外基质降解，改善患者体内酸性和缺氧微环境[18]。有研究表明，清热解毒类中药主要通过调控凋亡相关基因及肿瘤细胞信号传导通路影响肿瘤微环境[23]，活血化瘀类中药主要通过调控肿瘤血管生成对肿瘤微环境稳态发挥作用[24]，扶正固本类中药则通过激活机体免疫细胞功能、抗氧化应激等改善肿瘤免疫抑制微环境[25]。

3 中医药调控TGF-β表达改善肿瘤微环境

既往中医研究主要集中在肿瘤本身，对其所处的微环境研究较少。随着近年来免疫研究的快速进展，越来越多的学者认识到肿瘤的复发、转移与肿瘤微环境密切相关，这也为中医防治肿瘤复发、转移的机制研究提供了一个崭新的视野。TGF-β信号通路在恶性肿瘤中均有表达，不仅参与肿瘤免疫逃逸，也在肿瘤细胞的EMT和诱导肿瘤血管形成的过程中发挥重要作用，为恶性肿瘤的治疗提供了一个新靶标，可以通过抑制TGF-β的产生或阻断TGF-β信号传导通路等手段，逆转EMT过程，抑制肿瘤血管生成，增强肿瘤微环境中免疫细胞的抗肿瘤免疫应答，重塑肿瘤免疫微环境。

3.1 中药调控TGF-β表达，抑制多个信号传导通路诱导的上皮-间质化

TGF-β是诱导肿瘤发生上皮-间质化的关键因子，可经由Smad及非Smad信号转导通路活化诸多转录因子，这些核转录因子导致紧密连接蛋白和上皮性标志物表达下调，间质性标志物表达上调，使肿瘤细胞发生上皮-间质化，黏附能力降低，侵袭和转移能力增强。李洁玭[26]等研究发现，中药桂皮的有效成分桂皮醛可通过调节PI3K/Akt信号通路抑制TGF-β表达，从而抑制下游信号传导通路活化，如Erk、PI3K及p38MAPK等激酶信号传导通路，最终抑制结肠癌LoVo细胞上皮间质转化，降低其侵袭、转移能力。刘蕾等用不同浓度的苦参提取物苦参碱干预肺泡II型上皮细胞上皮间质转化。研究发现，苦参碱能通过抑制Smad信号通路有效抑制多种转录因子活化，从而导致紧密连接蛋白及上皮标志物E-钙黏蛋白表达上调，间质性标志物Vimentin表达下调，使肿瘤细胞黏附性增强失去纤维性，最终抑制上皮-间质化，使肿瘤细胞侵袭和转移能力减弱[27]。沈国强[28]等发现，华蟾素可通过促进E-钙黏蛋白表达，下调波形蛋白表达，从而抑制TGF-β1诱导的人结肠癌细胞SW480增殖，最终抑制TGF-β1诱导的上皮-间质化过程。

3.2 中药通过抑制TGF-β表达，改善其诱导肿瘤免疫抑制状态

在肿瘤微环境免疫抑制网络中TGF-β发挥关键作用，肿瘤细胞、调节性T细胞、肿瘤相关巨噬细胞等均可分泌高水平TGF-β，而TGF-β可诱导局部效应细胞功能障碍，激活抑制性免疫调节细胞和细胞因子的免疫负调节作用[29]。孙龙华等研究发现，中药解毒扶正散(由三张叶、仙鹤草、青天葵、生龙骨、野菊花、白花蛇舌草、黄芪、白术组成)能够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细胞比例[30]。CD4+CD25+T细胞是一种免疫调节类细胞，表达L-10等免疫抑制因子，发挥免疫抑制作用。解毒扶正散通过抑制TGF-β表达，提高IFN-γ、IL-2水平及CD4+CD25+T细胞比例，干预肿瘤微环境改善肺癌免疫抑制状态。高平[31]等发现，华蟾素联合化疗能显著下调TGF-β表达，提高辅助性T细胞Th17及其相关细胞因子IL-17水平，促进抗肿瘤免疫作用，减弱肿瘤免疫抑制效应，改善肿瘤患者免疫功能。李慧杰[32]等研究发现，芪连扶正胶囊(由生黄芪、连翘、莪术、清半夏、天南星、白花蛇舌草、仙鹤草、全蝎、蜈蚣、蛤蚧、女贞子组成)可抑制肺癌干细胞TGF-β1、IL-10表达，改善细胞免疫状态，重塑免疫微环境，从而抑制肺癌转移。

3.3 中药通过控制肿瘤细胞分泌TGF-β，抑制肿瘤新生血管生成

TGF-β1能直接诱导内皮细胞和肿瘤细胞黏附并形成血管结构，与其他细胞因子如VEGF、缺氧诱导因子(HIF-1α)协同作用，共同诱导肿瘤新生血管生成。乔鹏等发现，鸦胆子油乳能降低治疗组VEGF、HIF-1α、TGF-β1的mRNA和蛋白含量，从而减少血管新生因子表达，抑制肿瘤新生血管生成[33]。有研究显示，临床常用的艾迪注射液(斑蝥、人参、黄芪、刺五加的有效提取液)能改善肺癌患者体内TGF-β、IL-6、TNF-α等细胞因子水平，抑制肿瘤血管再生过程[34]。

3.4 中药抑制TGF-β/Smad信号传导通路，影响基因转录，促进肿瘤细胞凋亡

TGF-β通过细胞周期阻滞和凋亡基因表达来诱导上皮细胞的抗增殖作用，协同Wnt信号通路参与调控肿瘤细胞增殖、分化、极化等过程。宋璟等研究发现，复方桂术胶囊(由黄芪、法半夏、栝楼皮、仙鹤草、肉桂、墨旱莲组成)通过下调TGF-β表达，影响TGF-β/Smad信号通路，抑制Wnt/β-catenin和细胞周期蛋白D1异常表达，使肺癌细胞周期停留在G0/G1期，进而抑制肿瘤细胞增殖[35]。刘松[36]等实验证明，青蒿琥酯抑制裸鼠移植结肠癌肿瘤细胞生长，抑制细胞的增殖及侵袭，促进细胞凋亡，其机制可能与抑制TGF-β1表达，调控TGF-β1/Smad4信号通路有关。中药皂荚子提取物亦能调节肝癌细胞TGF-β/Smad信号通路，抑制人肝癌细胞增殖，促进细胞凋亡[37]。

4 结语

目前对TGF-β信号通路的研究已经取得了不少进展，但仍有许多问题尚不明确，如TGF-β在肿瘤发展不同阶段发挥的作用是否并不相同，及其与其他信号通路之间的传导交流情况与作用机制等。随着对TGF-β通路研究的进一步深入，有望为中医药抗肿瘤提供更多高效的治疗靶点与路径。