干細胞培養常用因子TGF-β，腫瘤免疫潛力靶點

1985年，Sporn實驗室首次克隆了TGF-β的cDNA，并在大腸桿菌中成功表達。TGF-β是一類由TGF-βs、骨發生蛋白（Bone morphogenetic proteins，BMPs）、活化素（Activins）、抑制素（Inhibins）組成的超家族多肽類生長因子，負責細胞發育、生長、分化、遷移和凋亡，參與維持人體內穩態及各種疾病進展。在哺乳動物中至少發現有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β1β2四個亞型，它們通過相同的受體信號通路發揮功能。

TGF-β是由兩個結構相同或相近的、分子量的12.5kDa亞單位借二硫鍵連接的雙體。單體的TGF-β是由含400個氨基酸殘基的前體份子（pre-pro-TGF-β)從羧基端裂解而來。Pre-pro-TGF-β N端含有一個信號肽，在分泌前被裂解掉，成為非活性狀態的多肽鏈前體（pro-TGF-β)，通過改變離子強度、酸化或蛋白酶水解切除N端部分氨基酸殘基，所剩余的羧基端部分形成有活性的TGF-β

圖1. TGF-β合成與分泌[1]

TGF-β信號通路包括經典/Smad依賴信號途徑和非經典/Smad獨立途徑。

有活性的TGF-β首先與細胞膜上的TGF-β RII受體結合并使之磷酸化，結合成多聚體而活化；活化的TGF-β RII在細胞內磷酸化Smad2/3，組成p-Smad2/3，并與受體分離；分離后的p-Smad2/3與Smad4結合，形成復合物進入細胞核內，在核內調控靶基因的轉錄，產生生物學效應。


圖2 . TGF-β經典/Smad依賴信號途徑[1]

細胞中TGF-β信號傳導的多樣性不僅取決于各種配體受體介質或Smad相互作用蛋白，還取決于TGF-β激活其他信號通路的能力。

在非經典途徑中，TGF-β受體復合物通過其他因子傳遞信號，如RHO、PI3K-AKT、ERK、JNK、NF-kB，間接參與細胞凋亡、上皮-間充質轉化、遷移、增殖、分化和基質形成等。

圖3. TGF-β非經典/Smad獨立途徑[1]

TGF‐β具有抑癌和促癌的雙重作用。它通過激活Smad4抑制4e-BP1(真核翻譯起始因子-4F(EIF4E)啟動子)的活性，從而抑制細胞的生長和增殖，可誘導癌前細胞凋亡，抑制癌細胞增殖。此外，TGF‐β也可通過下調原癌基因（Myc）的表達，從而抑制細胞增殖。

然而，TGF‐β在多種機制的參與下，從抑癌因子“叛變”為促癌因子。在腫瘤進展過程中，腫瘤微環境中腫瘤細胞、間充質成纖維細胞和其他細胞大量分泌TGF‐β。一方面，腫瘤細胞通過分泌大量TGF‐β使自身處于高濃度TGF‐β環境下，從而建立耐受性。另一方面，TGF‐β抑制免疫細胞的抗腫瘤活性從而促使腫瘤細胞逃避免疫系統的監視，進一步促進腫瘤的進程，此時的TGF‐β反而促進腫瘤細胞發生TMT，促進其浸潤和轉移。

圖4. TGF-β的抑癌與促癌作用[2]

TGF-β經細胞分泌后主要以非活性狀態儲存于細胞外基質中，相較于其他眾多生長因子具有自身鮮明的特點。TGF-β信號通路在調控干細胞自我更新與分化和器官形成中同樣發揮著重要的作用，當TGF-β信號通路各成員活性未激活時，體內會自發性發生多種癌癥，這表明TGF-β定向調節干細胞對癌癥形成也具有不可或缺的功能。TGF-β信號通路下游的跨膜TGF-β受體是多個SMAD蛋白，這些蛋白是TGF-β超家族信號傳遞的重要調控分子，并在不同層面上受多種多樣精確的調控。在干細胞培養中，TGF-β1常與bFGF一起用于未分化的人類胚胎干 (ES) 細胞和誘導多能干 (iPS) 細胞的培養。

[1] Tauriello D.V.F., Sancho, E. & Batlle, E.. Overcoming TGFβ-mediated immune evasion in cancer. Nat Rev Cancer (2021).

[2] Eduard B., Joan M.. Transforming Growth Factor-β Signaling in Immunity and Cancer. Cell Press (2019).