靶向 TGF-β 信號通路兩種途徑和在癌癥中的應(yīng)用
■ TGF-β 信號通路可分為兩大類：經(jīng)典/Smad 依賴和非經(jīng)典/Smad 獨(dú)立途徑
TGF-β 家族的所有配體最初都是作為前體合成和分泌的，這些前體需要進(jìn)行加工 (如去除信號肽，蛋白水解等)，產(chǎn)生成熟的二聚體配體。
成熟的二聚體配體通過結(jié)合兩種細(xì)胞表面受體復(fù)合物發(fā)出信號，即一組特定的 I 型和 II 型受體，如TGF-β II 型受體 (TβRII) 和 TGF-β I 型受體 (TβRI) 異四聚體復(fù)合物 (在沒有配體的情況下，II 型和 I 型受體作為同型二聚體存在于細(xì)胞表面)，從而啟動信號級聯(lián)反應(yīng)，最終調(diào)控靶基因及相關(guān)蛋白的表達(dá)。
在哺乳動物中，已經(jīng)鑒定了 5 種 II 型受體和 7 種 I 型受體 (ALK1-7)，并已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了 29 個配體。因此，四聚體復(fù)合物中的組合相互作用使通路變得復(fù)雜，如一種受體組合可結(jié)合不同的配體，配體和受體表達(dá)的模式通常決定了哪些受體被激活。
圖 1. TGF-β 信號通路中的基本成分[1]
此外，對于某些配體，需要額外的共受體來優(yōu)化配體結(jié)合，促進(jìn)或抑制信號的傳導(dǎo)，如 III 型 TGF-β 受體 (TβR III) 作為共受體，與特定配體結(jié)合后，可參與調(diào)節(jié)信號通路。
■ 經(jīng)典/Smad 依賴信號途徑
經(jīng)典的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的基本框架是高度保守的。TGFβ，激活素 (Activins)、抑制素、Nodal、BMP 等配體在細(xì)胞表面結(jié)合跨膜受體 I 型和 II 型的復(fù)合物，通過組成型活性的 II 型受體激酶誘導(dǎo) I 型受體中 GS 域 (富含甘氨酸和絲氨酸殘基) 的磷酸化，GS 域的磷酸化可以招募受體調(diào)控的 SMADs (R-SMADs)。
然后這些 R-SMADs 與常見的 SMAD4 形成復(fù)合物。激活的 SMAD 復(fù)合物轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，與靶基因啟動子區(qū)域的位點(diǎn)特異性識別序列結(jié)合，直接調(diào)節(jié)它們正向和負(fù)向的轉(zhuǎn)錄，包括 DNA 結(jié)合輔助因子，如 p300、CBP。
圖 2. 哺乳動物 TGFβ/SMAD 通路中的核心信號[6]
■ 非經(jīng)典/Smad 獨(dú)立途徑
細(xì)胞中 TGF-β 信號傳導(dǎo)的多樣性不僅取決于各種配體、受體、SMAD 介質(zhì)或 SMAD 相互作用蛋白，還取決于 TGF-β 激活其他信號通路的能力。
在非經(jīng)典途徑中，TGFβ 受體復(fù)合物通過其他因子傳遞信號，如 TRAF4 或 TRAF6、TAK1、p38 MAPK、RHO、PI3K-AKT，ERK、JNK 或 NF-KB，間接參與細(xì)胞凋亡、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化、遷移、增殖、分化和基質(zhì)形成等。
圖 3. 非經(jīng)典 TGFβ 信號傳導(dǎo)和與其他信號傳導(dǎo)途徑的串?dāng)_[1]
■ TGFβ 信號傳導(dǎo)與其他通路的串?dāng)_
另外，TGFβ 信號傳導(dǎo)除了經(jīng)典與非經(jīng)典傳導(dǎo)途徑以外還受其他途徑的影響，如WNT、Hippo、Notch、IFN、TNF 和 RAS 途徑。
如 Varelas X 等人研究發(fā)現(xiàn)，Hippo 通路能夠感知細(xì)胞密度，并通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子 YAP/TAZ 的亞細(xì)胞定位來控制組織生長。高密度細(xì)胞能促進(jìn)與 TAZ/YAP 相互作用的 Crumbs 復(fù)合物的組裝，促進(jìn) TAZ/YAP 磷酸化和細(xì)胞質(zhì)定位，隔離 SMAD 復(fù)合物，從而抑制 TGF-β 信號傳導(dǎo)，傳遞細(xì)胞密度信息。
圖 4. Crumbs 復(fù)合物介導(dǎo) TAZ/YAP 的細(xì)胞溶質(zhì)隔離和 Smad2/3[9]
A：Eph4 細(xì)胞，通過免疫熒光顯微鏡檢查 PALS1、TAZ 和 ZO-1 的定位；B: 用 siRNA CRB3 或 siRNA PALS1 的 轉(zhuǎn)染 Eph4 細(xì)胞。免疫熒光檢測 TAZ 和 pS127 YAP 定位和水平；C：用 TGF-β1 后，分析 SMAD2/3、TAZ 和 YAP 定位；D: p-SMAD2 和 SMAD2/3 的免疫印跡。
■ TGF-β 在癌癥中的雙重作用
TGF-β 在腫瘤發(fā)展中具有雙重作用，它可以通過調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)和腫瘤微環(huán)境來促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。
在惡性早期，腫瘤或基質(zhì)細(xì)胞分泌的 TGF-β 通過誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和促進(jìn)細(xì)胞凋亡發(fā)揮抑癌作用。TGF-β 通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶 (CDK) 抑制劑 p21 和 c-Myc 的表達(dá)來抑制細(xì)胞周期進(jìn)程，導(dǎo)致 G1 晚期周期停滯。TGF-β 還可通過上調(diào) BIM、BIK 和 DAPK 等凋亡調(diào)節(jié)因子來誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。
此外，TGF-β 還負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境 (TME) 中的基質(zhì)細(xì)胞。小 M 之前在《靶向腫瘤微環(huán)境》中提到，TME 由多種類型的基質(zhì)細(xì)胞 (如成纖維細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞)、免疫細(xì)胞 (如 T/B 細(xì)胞) 和細(xì)胞外成分 (如細(xì)胞外基質(zhì) ECM) 組成。TGF-β 由癌癥和基質(zhì)細(xì)胞表達(dá)，包括癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞 (CAF)。TGF-β 可以通過激活 CAFs、刺激免疫抑制和促進(jìn)血管生成來維持腫瘤進(jìn)展。
圖 6. TGF-β 信號通路與腫瘤微環(huán)境[16]
■ 靶向 TGF-β 通路
TGF-β 是一種普遍存在的多功能細(xì)胞因子，被認(rèn)為是腫瘤發(fā)生發(fā)展的核心途徑。因此，TGF-β 是一個非常理想的靶標(biāo)。
TGF-β 信號傳導(dǎo)的小分子抑制劑 (SMI)、TGF-β 抗體、反義寡核苷酸 (ASO) 已經(jīng)在臨床前研究中顯示出巨大的前景。此外，除了直接靶向 TGF-β 及其受體之外，還有間接控制 TGF-β 信號通路的方法，如靶向 miRNA、lncRNA，靶向去泛素化酶 (DUB)、干擾細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用。小 M 相信隨著技術(shù)的日益發(fā)展，如 PROTAC 等技術(shù)都將為靶向 TGF-β 信號通路提供更多的機(jī)會！
圖 7. 靶向 TGFβ 信號傳導(dǎo)[1]
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相關(guān)產(chǎn)品 |
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具有口服活性，選擇性的 TGF-β I/II 型受體雙抑制劑，Ki 分別為 38 nM 和 300 nM。 |
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選擇性的 TGF-βI 型受體 (ALK4，ALK5，ALK7) 抑制劑，對 ALK4，ALK5 的 IC50 值分別為 129 nM 和 47 nM，對 ALK1，2，3 或 6 無作用。 |
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選擇性的 TGF-βRI (ALK5) 抑制劑，IC50 值為 48 nM，對其選擇性是對 TGF-βRII 的 100 多倍。 |
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有效的，具有口服活性且具有 ATP 競爭性激活素受體樣激酶 5 (ALK5) 抑制劑，IC50 為 12.9 nM。Vactosertib 還以納摩爾濃度抑制 ALK2 和 ALK4 (IC50 為 17.3 nM)，具有強(qiáng)大的抗轉(zhuǎn)移活性和抗癌作用。 |
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有效的 ALK5 抑制劑，IC50 值 18 nM。同時抑制 TGF-β II 型受體 和激活素 II 型受體的活性，但對 BMP II 型受體無作用。 |
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ALK5/ALK4 激酶抑制劑，Ki 值分別為 10 和 1.5 nM。 |
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選擇性的 TGF-β I 型受體 (TGF-βRI) 激酶抑制劑，IC50 為 56 nM。 |
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強(qiáng)效、選擇性和口服的 TGFβR1 抑制劑，與 TGFβR1 特異性結(jié)合，阻止 TGFβR1 介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。 |
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具有口服活性的，選擇性 TGFβR1 激酶抑制劑，IC50 為 18 nM，Kd 為 2.9 nM，通過選擇性的抑制 ALK4，TGFβR1 和 ALK7 來抑制 SMAD2 的磷酸化。 |
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