藥物熱門靶點新星
轉化生長因子（Transforming growth factor，TGF）作為一種重要的細胞因子，介入細胞生長、分化、運動、侵襲和凋亡等活動的各個環節。雖然TGF通常會受到動態調節，并參與維持組織的內部平衡，但TGF往往在疾病狀態(包括癌癥、纖維化和炎癥)中長期過度表達，并通過調節細胞生長和遷移來影響疾病的進展。因此，TGF逐漸成為藥物開發的熱門靶點。
01
TGF家族
一般而言，TGF包含兩類多肽類生長因子：TGF-α和TGF-β。TGF-α是由巨噬細胞，腦細胞和表皮細胞產生，可誘導上皮發育；而TGF-β是由33個基因編碼的同二聚體或異二聚體的分泌蛋白形成。TGF-β是一組調節細胞生長和分化的蛋白質家族[1]，自從TGF-β1被發現以來，已有超過30個TGF-β超家族成員被鑒定和表征，它們在合成、信號轉導機制和功能方面具有共同點。
除TGF-β外，TGF-β家族還包括活化素（activins)、抑制素（inhibins)、繆勒氏管抑制質（Mullerian inhibitor substance,MIS)和骨形成蛋白（bone morphogenetic proteins,BMPs）等。TGF-β與TGF-β超家族其它成員有30～40%同源性，并且TGF-β超家族分布于無脊椎動物和脊椎動物中。它們在背腹側模式化、中胚層誘導和模式化以及肢芽形成、骨和軟骨形成、神經元分化中起作用。因此TGF-β超家族在多種組織器官的發育過程中有舉足輕重的地位。機體多種細胞均可分泌非活性狀態的TGF-β，在哺乳動物普遍發現有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3三個亞型。
TGF-β在干細胞分化以及T細胞調節和分化中也起著至關重要的作用。干細胞培養過程中，由于干細胞具有活躍的旁分泌功能，能通過外泌體分泌大量的轉化生長因子，從而促進干細胞的增殖；而TGF-β對于T細胞的調節和分化，則呈現截然不同的雙向調節作用。
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TGF-β的發現
TGF-β的發現與大多數生長因子相似，它于20世紀70年代被科研者發現。1978年，美國NIH研究所的George Todaro和Joseph E. De Larco從感染MSV致癌病毒的成纖維細胞中純化出一種分泌型多肽，并將其命名為癌癥生長因子（sacroma growth factor）。
他們發現這種多肽類似于表皮生長因子，可以與其受體結合。但這種多肽能使正常成纖維細胞在軟瓊脂中瘋狂增殖，就像正常細胞演變為癌細胞一樣，因此被命名為“轉化生長因子”。
1982年，美國國立癌癥研究所的著名分子生物學家Michael B. Sporn和Anita Roberts對TGF展開了更深入的研究，并在人類血小板細胞中成功提取出TGF-β。三年后（1985年），Sporn實驗室與Rik Derynck合作，首次克隆了TGF-的cDNA。從此，人們開始接受TGF家族的存在[2]。
(左：Anita Roberts；中：Michael B. Sporn；右：Rik Derynck)
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TGF-β的激活
TGF-β細胞信號轉導通路在不同的層面受到精細的調控，包括配體、受體、Smad以及核內轉錄水平的調控。其調控機制多種多樣，比如蛋白-蛋白相互作用、蛋白翻譯后修飾、蛋白降解、蛋白運輸與細胞內定位，以及Smad-DNA結合等。
TGF-β細胞信號轉導通路
TGF-β受體是絲氨酸/蘇氨酸激酶受體，其信號傳遞可以通過SMAD信號通路和/或DAXX信號通路。
TGF-β的信號通路
在體外，非活性狀態的TGF-β又稱為latency associated peptide（LAP），通過酸處理可被活化。在體內，酸性環境可存在于骨折附近和正在愈合的傷口，蛋白本身的裂解作用可使TGF-β復合體變為活化TGF-β。一般在細胞分化活躍的組織常含有較高水平的TGF-β，如成骨細胞、腎臟、骨髓和胎肝的造血細胞。TGF-β1在人血小板和哺乳動物骨中含量最高，被活化后T細胞或B細胞產生TGF-β水平比靜止細胞明顯為高，并且幾乎所有腫瘤細胞內可檢測到TGF-βmRNA。
TGF-β的激活
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TGF-β的兩面性特征
由于TGF-β能根據不同的激活路徑，在不同的情況下調控不同的生理活動，因此它對細胞生長而言，尤其是對于腫瘤與癌細胞來說，TGF-β具有兩種截然相反的作用。
TGF-β在癌癥中的雙重作用
TGF-β信號在早期胚胎發育與組織器官形成、免疫監視、組織修復與成體穩態平衡中發揮重要作用，所以它可以作為抗癌因子，有效抑制癌細胞的增值。相反，到了癌癥晚期，它通過調節基因組不穩定性、上皮間質轉換（EMT）、新血管生成、免疫逃避、細胞運動和轉移等方面，為癌細胞轉移提供合適的微環境并促進腫瘤生長，使癌癥進一步惡化。[3]
在癌癥晚期，大多數腫瘤細胞都能分泌TGF-β。一旦TGF-β水平升高，可阻斷未成熟T細胞向Th1細胞分化，促進其向Treg亞群轉化，抑制樹突狀細胞的抗原提呈功能，從而導致腫瘤細胞的免疫逃逸。此外，通過臨床研究發現，90%的癌癥或實體瘤患者死亡于癌細胞轉移。
TGF-β信號通路在抑癌和促癌中的功能[4]
近年來，關于TGF-β的相關研究被應用于靶向藥物的研發。臨床前或臨床試驗中越來越多的數據表明：阻斷TGF-β信號是治療腫瘤的有效方法，它能減輕Treg介導的免疫抑制作用，增加T細胞特性，促進T細胞向腫瘤中心的滲透，從而引起強烈的抗腫瘤免疫和腫瘤消退[5]。TGF-β按研發的藥物作用機制主要匯總為：抑制TGF-β與受體結合的抗體、TGF-β受體融合蛋白和TGF-β小分子激酶抑制劑。表1、2歸納了部分處于臨床研究階段的靶向TGF-β分子在研藥物[6]。
據FDA最新信息公示，目前僅有1個TGF-β靶向藥物已正式獲批上市。它是一種融合蛋白，屬于TGF-β抑制劑，獲批適應癥為用于治療輸血依賴性β地中海貧血和骨髓增生異常綜合癥。
luspatercept獲批上市的首個適應癥（圖片源于FDA官網）
目前為止，TGF-β在癌癥中的雙重作用機制的研究尚不完全，其下游通路的多樣性導致給藥方案的相關生物標志物及適應癥的研究尚未成熟。此外，TGF-β在全身各處細胞都有表達，科研人員在研發靶向藥物治療腫瘤的同時，需要規避可能引起全身各處發生不良反應的風險。我們相信，TGF-β作為近年來腫瘤免疫治療的潛力靶點，科研人員將結合生物信息學、單細胞測序、靶向制劑等知識和手段來開發相應藥物，在日后為大眾帶來可喜的科研成果。
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參考文獻：
[1] Derynck R , Budi E H . Specificity, versatility, and control of TGF-β family signaling[J]. Science Signaling, 2019, 12(570):eaav5183.
[2]Harold L. Moses et al. The Discovery and Early Days of TGF-b: A Historical Perspective. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2016.
[3]Pickup M,Novitskiy S,Mouse HL. The roles of TGF in the tumor microenvironment [J].Nat Rev Cancer,2013,13(11):788-99.
[4]Batlle E , J Massagué. Transforming Growth Factor-β Signaling in Immunity and Cancer.[J]. Immunity, 2019.
[5]丁艷，陳婧，陶然，等.TGF-β/Smad途徑在腫瘤進展中的研究進展[J].河北北方學院學報（自然科學版），2017，33（12）：55-60.
[6]周劉忠，時寧，羅龍龍，石艷春.TGF-β分子及其靶向藥物研究進展[A].軍事醫學，1674-9960（2020）02-0146-05.
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