從TME到I/O,亦正亦邪的TGF-β!

TGF-β: 腫瘤免疫的多功能調節因子

轉化生長因子β（TGF-β）的最初發現是因為它能刺激大鼠成纖維細胞株的生長。近三十年來，TGF-β得到了進一步深入的研究，尤其是其在腫瘤微環境（TME）中的雙重作用，即被稱為「TGF-β悖論」，可為亦正亦邪的存在。在早期腫瘤中，TGF-β通路誘導細胞凋亡，抑制腫瘤細胞增殖。相反，到晚期，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具有促進腫瘤的作用。TGF-β作為一種免疫抑制細胞因子，通過不同的機制對免疫應答具有廣泛的抑制作用。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，增加T細胞毒性，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。此外，阻斷TGF-β信號增強了腫瘤對免疫檢查點抑制劑（ICI）的反應，如抗程序性死亡受體1（PD-1）或PD-1配體（PD-L1）的抗體。目前，TGF-β靶向劑已成為新的熱門研究方向，了解TGF-β信號轉導機制，了解TGF-β抑制劑的應用現狀，對於腫瘤治療的療效和減少副作用至關重要。

自從TGF-β1被發現以來，已有超過30個TGF-β超家族成員被鑑定和表徵，它們在合成、信號轉導機制和功能方面具有共同點。根據其結構和功能的相似性，TGF-β超家族分為TGF-β和骨形態發生蛋白（BMP）亞家族。

通常，TGF-β亞家族包括TGF-βs、activins, Nodal，而BMP亞家族則含有BMP、生長和分化因子（GDF）和抗Mullerian激素（AMH）。

哺乳動物中存在三種高度同源的TGF-β亞型，即TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3。在TGF-β超家族中，TGF-β亞型的研究最為廣泛。根據癌症基因組圖譜（TCGA）的數據，TGF-β1是大多數人類癌症中表達最為普遍的亞型。此外，與TGF-β2和TGF-β3相比，TGF-β1的表達與TGF-β信號激活最密切相關。

TGF-β分泌與活化

TGF-β作為一種非活性前體合成的蛋白，需要活化才能發揮作用。TGF-β前體由三部分組成：一個信號肽，一個稱為潛伏相關肽（LAP）的N端長前體，以及C端對應於成熟細胞因子的短片段。在內切酶Furin裂解後，通過二硫鍵連接的TGF-β同源二聚體與二硫鍵連接的LAP同源二聚體通過二硫鍵結合。

這種被稱為小潛伏複合物（SLC）的分子通常通過二硫鍵與潛在的TGF-β結合蛋白（LTBP）交聯，形成大潛伏複合物（LLC），與細胞外基質（ECM）中的纖維蛋白相互作用，使潛伏的TGF-β穩定儲存而不是進一步激活。

此外，潛伏的TGF-β還可與Treg或巨噬細胞表面的跨膜糖蛋白A為主的重複序列蛋白（GARP）和LRRC33結合。在LAP上的Arg-Gly-Asp（RGD）序列與整合素αvβ6或αvβ8相互作用後， TGF-β1和TGF-β3才從其潛伏複合物中變構釋放。只有從潛伏複合物中釋放出來，TGF-β才能具有活性並激活其受體。

這種被稱為小潛伏複合物（SLC）的分子通常通過二硫鍵與潛在的TGF-β結合蛋白（LTBP）交聯，形成大潛伏複合物（LLC），與細胞外基質（ECM）中的纖維蛋白相互作用，使潛伏的TGF-β穩定儲存而不是進一步激活。

此外，潛伏的TGF-β還可與Treg或巨噬細胞表面的跨膜糖蛋白A為主的重複序列蛋白（GARP）和LRRC33結合。在LAP上的Arg-Gly-Asp（RGD）序列與整合素αvβ6或αvβ8相互作用後， TGF-β1和TGF-β3才從其潛伏複合物中變構釋放。只有從潛伏複合物中釋放出來，TGF-β才能具有活性並激活其受體。

TGF-β通過TGF-βI型受體（TGF-βRI或ALK5）和TGF-βII型受體（TGF-βRII）觸發信號傳導，這兩種受體都是跨膜絲氨酸/蘇氨酸激酶受體。

與TGF-β結合後，TGF-βRII作為高親和力的TGF-β受體招募並磷酸化TGF-βRI的胞內結構域，形成異四聚體，隨後激活下遊信號的SMAD蛋白。

來源參考文獻1

SMAD依賴的經典通路是TGFβ信號傳導的核心部分。哺乳動物中有8種SMAD蛋白分為三類，包括受體相關SMADs（R-SMADs）、協同SMADs（co-SMADs）和抑制性SMAD（I-SMADs）。

TGF-β與受體結合激活受體可導致R-SMADs的活化，一旦激活，SMAD2/3與受體分離並與SMAD4形成異源三聚體結構，然後轉移到細胞核，在那裡它們與DNA轉錄因子和輔因子結合，激活或抑制數百個靶基因。

I-SMADs的表達是由TGF-β信號作為反饋反應誘導的。SMADs通常通過不同激酶的磷酸化和不同泛素連接酶的泛素化來激活或抑制SMADs，從而控制SMADs的穩定性和活性。SMAD6和SMAD7通過與R-SMADs競爭與TGF-β受體複合物的結合來降低R-SMAD的磷酸化和活化。

除了TGF-β信號轉導的典型途徑已被深入研究並證明具有重要作用外，非經典的（非SMAD）信號通路仍然存在，但人們對其了解較少。雖然TGF-β信號轉導的核心機制已經得到了很好的研究，但是這種信號與特定因子和其他信號通路的相互作用在TGF-β級聯調節中形成了一個密集的網絡，這表明TGF-β在微環境中的作用是複雜的。任何影響TGF-β信號傳導元件的細胞信號都會改變其有效性。

TGF-β在腫瘤微環境中的作用

TGF-β在TME中起著雙重作用，這是由於腫瘤發展的不同階段和基因改變背景決定的。在早期腫瘤中，TGF-β途徑可誘導細胞凋亡並抑制包括癌細胞在內的細胞增殖。矛盾的是，在晚期，它通過調節基因組不穩定性、EMT、新生血管生成、免疫逃避和轉移，具有促腫瘤作用。當促腫瘤功能壓倒細胞中TGF-β信號的抗腫瘤作用時，它將以一致的方式作為腫瘤促進劑發揮作用。

來源參考文獻1

研究表明，在多種培養的真核細胞（包括上皮細胞、內皮細胞、造血細胞和皮膚角質形成細胞）中，TGF-β的暴露通過不同的機制促進了細胞周期的停止。TGF-β介導的生長停滯抑制通常發生在細胞周期的G1期，此時細胞對TGF-β敏感。其中一個重要的機制是TGF-β抑制MYC的轉錄，MYC是G1期向S期發展所必需的。在許多癌症中發現了很多遺傳和表觀遺傳的改變，這些改變導致TGF-β信號從腫瘤抑制到促進的自主轉換。許多研究表明，SMAD2、SMAD3、SMAD4、TGF-βRI和TGF-βRII在許多腫瘤類型都存在基因突變或缺失。SMAD4是最常見的變化，在癌症發生過程中起主導作用，其突變導致多個TGF-β超家族成員的腫瘤抑制作用喪失。SMAD2基因突變在肝細胞癌（HCC）、大腸癌和肺癌中也有報導。普遍認為，TGF-β誘導的EMT是腫瘤侵襲和轉移的重要步驟。E-鈣粘蛋白是維持上皮細胞粘附在粘附連接處的關鍵蛋白，TGF-β誘導轉錄因子SNAIL、ZEB和TWIST的表達，抑制E-鈣粘蛋白的表達，從而調節細胞粘附、極性和重組細胞骨架。此外，TGF-β增強金屬蛋白酶（MMP）的活性，允許細胞骨架的重塑。

4.4 TGF-β在血管生成中的作用

TGF-β已被證實能刺激血管生成，並作為促血管生成因子發揮作用。TGF-β誘導血管內皮生長因子（VEGF）的表達，VEGF是體外重要的血管生成因子。在膠質母細胞瘤、HCC和CRC模型中，使用TGF-β途徑抑制劑的治療降低了微血管密度並抑制了腫瘤血管的形成。而在瀰漫型胃癌模型中，TGF-β信號的破壞似乎通過增加腫瘤血管生成而加速腫瘤生長。因此，TGF-β在血管生成中的促進作用取決於腫瘤的類型和環境。

TGF-β在免疫系統中的作用

TGF-β作為一種免疫抑制細胞因子，通過不同的機制對免疫應答產生廣泛的抑制作用。TGF-β降低Th1、Th2細胞和細胞毒性T淋巴細胞（CTL）的分化和功能，所有這些都提供重要的抗腫瘤反應。

TGF-β還通過調節調節性T（Treg）細胞的數量和功能，增強免疫耐受和腫瘤逃避。此外，TGF-β通過抑制或刺激細胞增殖來調節免疫細胞的命運，從而影響胸腺和外周T細胞的發育。

來源參考文獻1

儘管有許多因素增加了TGF-β信號轉導的複雜性，但在腫瘤治療中TGF-β信號靶向藥物顯示出了強大的活性。此外，ICIs的臨床成功加速了人們對利用TGF-β信號作為增強抗癌治療方法的興趣。這些特異性或非特異性藥物包括靶向TGF-β受體的小分子、反義寡核苷酸、疫苗、中和抗體以及受體IgG-Fc融合蛋白。

來源參考文獻1

Galunsertib（LY2157299）是第一個進入臨床試驗也是得到最廣泛研究的小分子阻斷劑，它抑制TGF-βRI激酶，從而阻斷受體介導的信號級聯反應。Galunisertib作為單藥治療或與標準的抗腫瘤治療方案聯合，具有抗腫瘤活性，其適應症包括HCC、胰腺癌（PAC）和其他腫瘤類型。在一項1/2期臨床試驗中，與安慰劑吉西他濱相比，Galunisertib聯合吉西他濱治療PAC患者的OS明顯改善。TEW-7197是另一種TGF-βRI激酶抑制劑。在晚期實體瘤中進行了TEW-7197的1期研究（NCT0216016），以研究其安全性、耐受性和藥代動力學。其他的TEW7197臨床試驗正在各種癌症中測試單藥或聯合其他藥物治療的效果。Belagenpumatucel-L（Lucanix）是一種治療性、基因修飾的異基因腫瘤細胞疫苗，用於NSCLC，抑制TGF-β2 mRNA的產生。雖然針對NSCLC的3期試驗沒有達到預定的臨床終點，但額外的分析表明在患者亞群中取得了令人鼓舞的結果，在一線化療結束後12周內隨機使用Lucanix治療的患者中，觀察到OS的顯著增加。Trabedersen（ap12009）是TGF-β2基因mRNA區域的反義互補物，通過下調TGF-β2 mRNA發揮抑制作用。在一項2期研究中，與標準化療治療相比，使用10 mM trabedersen治療的復發/難治性晚期膠質瘤患者的2年生存率更高。GC-1008（fresolimumab）是一種能中和TGF-β所有亞型的人源單克隆抗體。在惡性黑色素瘤（MM）和腎細胞癌（RCC）的1期試驗中，GC-1008顯示了抗腫瘤活性和可接受的安全性的初步證據。所有29例患者的中位無進展生存率（PFS）與接受達卡巴嗪或其他化療的晚期MM患者的中位PFS相當。可逆性皮膚病是觀察到的主要不良事件，未觀察到劑量限制性毒性。M7824（Bintrafusp-alfa）是一種由抗PD-L1的抗體和TGF-βRII分子的胞外段組成的雙功能分子，可以「捕獲」在TME中的TGF-β。目前，臨床研究正在進行中，涉及M7824單藥治療或聯合其他治療方案治療多種癌症類型的患者，包括乳腺癌、非小細胞肺癌、前列腺癌、胰腺癌、膽管癌和人乳頭瘤病毒相關癌症。在1期臨床試驗中，接受1200毫克劑量治療的PD-L1陽性和PD-L1高表達的鉑預處理NSCLC患者的客觀緩解率（ORRs）分別為36.0%（n=10/27）和85.7%（n=6/7），療效令人鼓舞並且具有可管理的耐受性。在晚期頭頸部鱗狀細胞癌（SCCHN）患者的I期劑量擴展隊列中，PD-L1陽性和PD-L1陰性腫瘤患者的疾病控制率分別為24%和33%，18個月OS率分別為40%和50%。此外，HPV陽性腫瘤患者（33%）的ORR數值高於HPV陰性腫瘤患者（5%）。影響TGF-β主動釋放的複雜過程是另一種治療幹預手段。抗GARP抗體ABBV-151阻斷其與LAP的結合顯著減緩乳腺癌細胞系的肺轉移。其作為單一療法或與ABBV-181（抗PD1單克隆抗體）聯合治療局部晚期或轉移性實體瘤的1期臨床（NCT03821935）正在進行中。毫無疑問，TGF-β信號轉導涉及腫瘤的多個過程。TGF-β形成有利於腫瘤進展的免疫抑制性TME，阻斷TGF-β信號轉導可以抑制EMT，增強腫瘤的免疫應答，減少腫瘤的侵襲和遷移，具有良好的臨床應用前景。此外，抑制TGF-β信號可增強對ICI的反應性，為腫瘤治療提供了更多的免疫治療途徑。

 參考文獻

1.Roles of TGF-β signaling pathway in tumor microenvirionment and cancer therapy. Int Immunopharmacol. 2020 Oct 21;89(Pt B):107101.2.Transforming Growth Factor-β: A Multifunctional Regulator of Cancer Immunity. Cancers (Basel). 2020 Oct 23;12(11):E3099.

 

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