精选
(未止科技原创，转载请联系我们。原文：TGF beta研究突破）
近日，来自美国南卡莱罗那医科大学（MUSC）的研究人员们发现，TGF beta受体GARP或将成为新型的肿瘤诊断标记物。同时，科学家们还设计出了一套靶向GARP-TGF beta的抗体疗法，能够有效地”唤醒“免疫系统，并可以在小鼠模型中有效阻遏乳腺肿瘤向肺部的转移 -这项突破为火热的癌症免疫疗法再次开辟了新的战场。他们的研究成果被刊登在著名期刊《Cancer Research》上。
为了更好的理解这项研究，我们首先从TGF beta信号通路谈起。TGF beta超家族是一类重要的细胞因子。TGF beta信号通路能够调控细胞的生长，分化，以及细胞凋亡，是细胞维持正常功能不可或缺的重要部分。然而，TGF beta却能够操控肿瘤微环境，有着致癌作用。恶性肿瘤细胞会大量分泌TGF beta蛋白，一方面让癌细胞加速成长和扩散，另一方面令癌细胞绕过免疫系统的打击。
首先，它不仅能够使细胞周期停滞，还能促进癌细胞的入侵和转移，使正常细胞携带恶性肿瘤细胞的特征。其次，TGF beta能够抑制免疫系统对于癌细胞的杀伤。TGF beta能够诱导调控性T细胞（Treg），使之对效应性T细胞（effector T cell）产生抑制作用。另外，TGF beta能够直接作用于效应性T细胞，如NK细胞，B细胞等，抑制它们的免疫活性。
TGF beta的功能主要是通过TGF beta-SMAD信号通路来实现：
TGF beta形成二聚体，与细胞表面的Type II受体结合-这将使临近的Type I受体与Type II受体共同形成四聚体。随后，由于TGF beta的结合，Type II受体丝氨酸/苏氨酸激酶的活性被激活。这时，Type II受体使Type I受体上一些关键的丝氨酸被磷酸化，激活了其丝氨酸/苏氨酸激酶的活性。这个磷酸化过程持续向下游进行，使临近的regulatory SMAD（R-SMAD）被磷酸化，主要包括SMAD2, 3, 9等等（通常R-SMAD被SARA蛋白固定在细胞膜内部）。被磷酸化的R-SMAD对于细胞质内游离的Co-SMAD（如SMAD4）有着极高的亲和力，于是形成了R-SMAD-Co-SMAD聚合物。它将进入细胞核，与转录因子共同结合到DNA上，诱导目标基因的转录。
实际上，TGF beta通路十分复杂，除了SMAD，还牵涉许多蛋白。小编照例推荐一篇关于TGF beta信号通路的综述- 《Nature Review》重磅，近千次引用：
http://www.nature.com/nrm/journal/v13/n10/execsumm/nrm3434.html
然而，TGF beta并不能直接作用于细胞表面的受体-在正常情况下，只有少量的游离态TGF beta可以与受体结合，而大多数TGF beta都是与latency-associated peptide（LAP）结合，不具有活性。TGF beta共具有四种形态，只有当TGF beta-LAP聚体被肿瘤微环境中的蛋白酶（由肿瘤细胞分泌）剪切，形成游离态，才能够激活TGF beta。
如果TGF beta无法聚集，那么就不能被有效地激活，进入下游通路。GARP，是目前唯一已知的跨膜蛋白，可以使TGF beta在细胞表面停留。而GARP的功能和机理，始终未被研究清楚。MUSC之前的研究表明，在人体各个肿瘤组织中，GARP的含量都很高。同时，MUSC的研究人员注意到了一个特殊的现象：GARP仅仅在Treg细胞中表达，而不在其它免疫细胞中表达。因此，研究人员推断，Treg表面的GARP拥有聚集TGF beta的作用，能够间接促进TGF beta的激活。而激活后的TGF beta将作用于免疫细胞，抑制免疫系统对于肿瘤细胞的效用。
所以，这项研究的重心放在了TGF beta通路的第二个作用：免疫抑制。MUSC的科学家们希望理解GARP-TGF beta通路的原理，从而找到减轻免疫抑制的方法。
研究的第一步，就是探究GARP的表达与癌症的相关性。MUSC的科学家们构建了NMuMG小鼠乳腺癌模型，同时对GARP进行了RNA敲降（KD），并使用抗体进行了流式细胞术，免疫组化以及免疫印迹实验，检测癌症组织中GARP的含量。结果显示，RNA敲降GARP将能够显著延缓细胞的生长，并在一定程度上阻遏肿瘤的恶性转移。
接下来，研究人员们试图解释GARP与TGF beta的关系。于是，他们在正常小鼠细胞中强制增加了游离态GARP的表达量。免疫印迹以及免疫组化实验表明，过量的GARP能够显著提升TGF beta信号的强度，增加了通路下游的SMAD2/3磷酸化，Vimentin过量表达，以及E-cadherin含量下降。由TGF beta信号引起的细胞移动性显著上升，促进了肿瘤EMT过程。利用小鼠体内实验，研究人员也发现，GARP能够通过TGF beta信号通路的作用，使小鼠体内形成肿瘤。这说明，GARP是一种新型的致癌基因，能够通过正向调控（upregulate）TGF beta信号通路，即提高TGF beta的活性，促进肿瘤的形成。
那么，对于肿瘤的发育和扩散，GARP会不会有影响？这与免疫抑制又有什么联系？研究人员在侵略性很强的小鼠4T1肿瘤细胞中过量表达了游离态GARP，并与正常肿瘤细胞进行了对比。同时，他们利用SMAD2/3等抗体对TGF beta通路的强度进行了监测。结果表明，GARP能够显著促进癌细胞的生长，转移以及入侵-这都是通过增强TGF beta的信号强度来实现的。在进一步研究中，他们配制了包含GARP表达细胞的培养基，模拟肿瘤微环境，用来培养Foxp3+ Treg免疫细胞。实验结果证实了一个核心结论：GARP能够显著的诱导Treg细胞，增强免疫抑制的效果。这说明，GARP不仅能够直接促进肿瘤自身的发育，还能够通过抑制免疫系统，间接促进肿瘤细胞的生长和扩散。
同时，研究人员们还发现，如果抑制CD25+ T细胞的活性，能够有效减少GARP引发的癌细胞攻击性。这表明，Treg细胞在GARP致癌的作用过程中充当了媒介，是GARP引发免疫抑制效应的关键点。
综合本次研究与先前的发现，我们可以推断出GARP在肿瘤细胞免疫抑制过程中的作用：即通过聚集TGF beta-LAP的浓度，促进TGF beta的激活，使下游通路的信号增强，诱导Treg细胞分化，从而阻止效应性T细胞的免疫功能。
长期以来，TGF beta信号通路蛋白一直是免疫疗法的重要研究对象。然而，由于TGF beta对于正常细胞来说是必不可少的，所以很难在不伤害正常细胞的前提下，抑制TGF beta的作用。这次研究突破无疑提供了一个针对TGF beta通路的新型靶点-我们可以通过抑制GARP，减少TGF beta对于免疫系统的干扰，同时又不会影响TGF beta的正常功能。
MUSC的研究人员们利用这次发现，成功设计了一种编号为4D3的单克隆抗体，可以阻遏TGF beta与Treg细胞表面GARP的结合。小鼠体内实验表明，该抗体可以中和TGF beta的信号，显著减少Treg细胞的数量，同时有效遏制乳腺癌癌细胞向肺部的恶性转移。如果再配合化疗方法，能够明显控制乳腺肿瘤。
这足以表明，GARP是一个非常有潜力的免疫治疗靶点，必将给未来的肿瘤治疗方案带来更多新的启发。
参考文献：http://cancerres.aacrjournals.org/content/76/24/7106
上期：【深度解析】《Nature》刊登重大突破，Wnt/beta-catenin信号通路功不可没！
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自刘方舟科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-3160644-1028819.html?mobile=1
收藏
