SMAD4突变影响肺腺癌相关研究进展<sup>★</sup>

田芳，段彤，梁亚奇，徐芹芹; TIAN Fang; DUAN Tong; LIANG Yaqi; XU Qinqin

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SMAD4突变影响肺腺癌相关研究进展^★ PDF

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田芳 ^1,2
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段彤 ^1,2
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梁亚奇 ^1,2
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徐芹芹 ²
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1. 青海大学研究生院，青海西宁，810000； 2. 青海省人民医院，青海西宁，810000

中图分类号： R734.2

最近更新：2023-11-07

DOI：10.3969/j.issn.2095-1264.2023.04.01

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摘要

SMAD4是TGF-β信号通路的关键下游效应分子，在细胞的分化、迁移、侵袭和凋亡中发挥重要作用，其功能失活或表达下调可能影响TGF-β信号转导并进一步影响肿瘤的发生发展。SMAD4在肿瘤的发展和治疗中起着关键作用，在包括肺癌在内的多种肿瘤中已得到广泛证实。本文就SMAD4突变在肺腺癌中的表达、转移及预后中的作用作一综述，旨在为肺腺癌治疗提供新的理论参考。

关键词

SMAD4; 肺腺癌; TGF-β; 转移机制; 上皮-间充质转化

前言

2020年全球癌症数据统计显示，肺癌新发患者约占全球癌症新发患者的11.7%，仅次于乳腺癌，居第2位；死亡率约18.4%，居首位^［

1］。2022年2月27日，国家肿瘤临床医学研究中心公布了我国至2016年底的癌症登记数据：肺癌是最常见的癌症，在男性中位居第一，约占男性癌症的24.6%；肺癌死亡人数约占所有癌症死亡人数的29.71%，居第一位^{［参考文献 2

百度学术}2］。肺癌是一种侵袭性强且转移迅速的癌症，患者5年存活率低于20%，非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer， NSCLC）占所有肺癌的80%~85%^{［参考文献 3

百度学术}3］，而肺腺癌（lung adenocarcinoma， LUAD）约占NSCLC的40%^{［参考文献 4

百度学术}4］。LUAD中常见的敏感靶点突变比率为60%~70%^{［参考文献 5

百度学术}5］，SMAD4在NSCLC中的突变比率为2%~4%^{［参考文献 6-7}6-7］。尽管多学科联合治疗已广泛应用于治疗LUAD，同时也不断有研究尝试采用靶向药物治疗LUAD，但患者总体预后仍然较差。因此，新的治疗靶点及机制探索仍亟需不断深入。

近年来，TGF-β信号通路的关键下游效应分子SMAD4在肺癌、胰腺癌、胃癌、结直肠癌等肿瘤中的作用被广泛关注，但其突变在NSCLC中的作用机制仍研究较少。临床研究发现，LUAD中存在敏感基因突变的患者发生SMAD4突变后靶向治疗效果较差，提示SMAD4突变可能影响LUAD的治疗效果。本文主要就近年来SMAD4突变在LUAD中的研究进展作一综述。

1 TGF-β/SMAD4信号通路^{[参考文献 8

百度学术}8]

SMAD4作为TGF-β信号通路的核心介导分子，在肿瘤的发生发展中起着关键作用。人SMAD4基因位于染色体18q21.1，由12个外显子和10个内含子组成，跨越SMAD4的全长（1 659 bp）转录本^［

9］。SMAD4蛋白的一级结构由三个主要部分组成，包括N端的MH1结构域、C端的MH2结构域和二者间的连接区^{［参考文献 10

百度学术}10］。尽管TGF-β/SMAD4途径相对简单，但其可以被许多经典途径广泛调节，从而形成复杂的网络。

TGF-β家族成员包括TGF-β1、激活素、骨形态发生蛋白、抗缪勒氏管激素、Nodal以及一些生长因子。TGF-β蛋白在肿瘤的发生中具有双重作用：在肿瘤形成的早期阶段，TGF-β通过诱导细胞周期停滞和细胞凋亡发挥抑制作用；随着肿瘤的发展，TGF-β可增强肿瘤的免疫抑制作用，促进肿瘤血管生成和侵袭、转移^［

11-12］。

经典的TGF-β/SMAD4信号通路控制从细胞膜到细胞核的信号转导并参与广泛的细胞过程，包括增殖、分化、凋亡、迁移以及肿瘤的发生和发展^［

12］。SMAD4主要作用于G₁/S检查点，使细胞停留在G₁期，从而导致细胞周期停滞^{［参考文献 13

百度学术}13］。有研究表明，TGF-β/SMAD4信号通路的另一个重要功能是调节microRNA^{［参考文献 12

百度学术}12］。TGF-β/SMAD4信号通路可在人肝癌细胞HuH-7中诱导microRNA，经TGF-β处理后，miR-23a、miR-27a、miR-24的转录水平迅速上调，而随着SMAD4的缺失，其转录水平也相应降低^{［参考文献 14

百度学术}14］。此外，SMAD4也受到microRNA的调控。在结肠癌细胞和肿瘤标本中，上调miR-19b-3p可直接靶向SMAD4，促进结肠癌细胞增殖和以奥沙利铂为基础的化疗耐药^{［参考文献 15

百度学术}15］。

2 SMAD4在LUAD中的表达

在过去的十年里，晚期LUAD患者的治疗已经从基于组织病理分型的传统化疗、放疗，发展到基于分子病理分型、个体化的分子靶向治疗模式。靶向治疗相较于传统放化疗模式可显著延长患者的生存时间，改善患者的生存质量。对于EGFR、ALK、Ros1、C-met、Ret、PD-1/PD-L1等驱动基因阳性的晚期LUAD患者，靶向治疗已作为Ⅰ级推荐应用于临床。尽管靶向治疗在LUAD的筛查和治疗方面取得了长足进步，但耐药问题仍不容忽视，新的突变靶点亟待研究。

SMAD4作为Co-SMAD的成员之一，被认为是一种抑癌基因，其大多数突变发生在MH1和MH2结构域，其中MH2结构域比MH1结构域或连接区突变更为频繁^［

16］。据报道，MH2区是SMAD4的突变热点区域，在青少年息肉病中，40%~60%的患者被诊断为SMAD4胚系突变，其中约85%的突变发生在MH2区，只有约15%的突变发生在MH1区和连接区^{［参考文献 17-18}17-18］。SMAD4的体细胞突变分析表明，高达78.8%的错义突变位于MH2结构域。MH1区和MH2区的大量错义突变改变了蛋白质的稳定性，导致SMAD4失活，进而促进肿瘤生长和远处转移^{［参考文献 19

百度学术}19］。此外，约50%的胰腺癌有SMAD4突变，15%的结直肠癌有SMAD4纯合子或半合子突变，SMAD4突变可使EGF-β信号在胃癌中失活^{［参考文献 20-21}20-21］。在小鼠中，SMAD4可抑制前胃鳞状细胞癌，其突变可促进肿瘤细胞生长和癌变^{［参考文献 22

百度学术}22］。Bian等^{［参考文献 23

百度学术}23］研究显示，LUAD患者中SMAD4的缺失率为62.5%。

突变、拷贝丢失和转录下调共同作用可导致SMAD4表达下调，并在包括NSCLC在内的多种恶性肿瘤中被证实^［

24-26］。Zeng等^{［参考文献 27

百度学术}27］检测了SMAD4沉默和SMAD4过表达A549细胞系的细胞凋亡和细胞周期时相分布，发现敲除SMAD4基因可导致G₀/G₁期细胞减少，S期细胞增加；相反，SMAD4过表达可导致G₀/G₁期细胞积聚，S期细胞减少，提示SMAD4可通过调控细胞周期抑制NSCLC细胞增殖。SMAD4突变和缺失与淋巴转移、异常血管生成和体内外侵袭性等细胞行为有关^{［参考文献 28

百度学术}28］。一项观察性队列研究结果显示，NSCLC患者血清SMAD4水平明显低于非肿瘤患者，腺癌明显低于鳞癌，女性低于男性，与淋巴结转移程度及临床分期呈负相关，但与患者年龄和吸烟状况无关。同时，该研究还发现，血清SMAD4水平对鉴别NSCLC患者与健康人群的敏感性及特异性较高^{［参考文献 29

百度学术}29］。上述研究提示，SMAD4可能成为LUAD临床诊断和治疗的潜在靶点，并可作为其恶性程度的评估指标之一。

3 SMAD4突变与LUAD转移机制（图1）

3.1 SMAD4突变诱导上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition， EMT）促进LUAD细胞转移

3.1.1 Smad复合物在细胞核诱导miRNA表达促进EMT

转移是肺癌预后差、复发率高的原因^［

30］，而EMT被认为是肿瘤早期转移的重要过程，是上皮细胞失去细胞连接和极性，转化为具有迁移和侵袭能力的间充质细胞的过程。在此过程中，上皮源性肿瘤细胞失去其上皮特性，从而获得具有迁移、侵袭和干细胞特性的间质特性^{［参考文献 31

百度学术}31］。涉及EMT的主要通路有TGF-β/SMAD、Wnt/β-catenin、PI3K/AKT、Src、Notch、Hedgehog及NF-κB等。在TGF-β/SMAD信号通路中，TGF-β信号转导是肿瘤转移的主要诱导因素。TGF-β信号通过四聚体复合物Ⅰ型和Ⅱ型受体（TbRⅠ和TbRⅡ）激活SMAD2和SMAD3，并与SMAD4结合，SMAD复合物则转移到细胞核内与转录因子共同介导靶基因的抑制或激活。同时，SMAD复合物也可以在细胞核内诱导miRNA表达，抑制上皮细胞的标志性蛋白表达，促进间充质细胞特性的蛋白表达，从而促进EMT^{［参考文献 32

百度学术}32］。

图1 SMAD4突变与LUAD转移机制图

Fig. 1 Mechanism diagram of SMAD4 mutations and LUAD metastasis

3.1.2 RGS6下调与SMAD4相互作用促进TGF-β诱导EMT

RGS6属于RGS蛋白超家族，作为Gα亚基的GTP酶激活蛋白，通过负向调节异源三聚体G蛋白信号诱导肿瘤细胞周期停滞和凋亡。在TGF-β缺失的情况下，RGS6与SMAD4共免疫沉淀，但与SMAD2或SMAD3均未共免疫沉淀。RGS6和SMAD4之间的相互作用阻止了SMAD4和磷酸化SMAD2/3之间的复合物形成，而SMAD4和磷酸化SMAD2/3之间的复合物形成被认为有助于活化的SMAD2/3转位到细胞核中，从而触发其靶基因表达。因此，通过RGS6阻止SMAD4和磷酸化SMAD2/3之间的复合物形成可能使R-SMADs保留在细胞质中，从而导致R-SMADs与共激活剂之间的不良关联，造成R-SMADs介导的基因表达效率低下。在人肺癌组织中，RGS6 mRNA和蛋白水平均低于正常肺组织，RGS6低表达在转移性肺癌组织中更为突出，且与肺癌患者的预后不良相关^［

33］。

3.2 TRG-AS1通过miR-224-5p/SMAD4轴促进LUAD细胞转移

长链非编码RNA（long non-coding RNA， lncRNA）是长度超过200个核苷酸的非编码RNA，缺乏开放的阅读框架。lncRNA异常表达可能是肿瘤发生的主要因素之一^［

34］。lncRNA T细胞受体γ位点反义RNA 1（T cell receptor gammar locus antisense RNA 1， TRG-AS1）首次在胶质母细胞瘤组织和细胞中被检测到，并成为胶质母细胞瘤的新靶点^{［参考文献 35

百度学术}35］。此外，TRG-AS1在舌癌、肝细胞癌中的表达及其可促进肿瘤进展亦得到研究证实^{［参考文献 36-37}36-37］。Zhang等^{［参考文献 38

百度学术}38］研究显示，TRG-AS1在LUAD样本中表达上调，可促进LUAD细胞增殖和侵袭；随着TRG-AS1基因表达下调，LUAD细胞的增殖、侵袭和迁移能力均显著降低。miR-224-5p是肝细胞癌^{［参考文献 39

百度学术}39］、结直肠癌^{［参考文献 40

百度学术}40］、乳腺癌^{［参考文献 41

百度学术}41］和肺癌^{［参考文献 42

百度学术}42］中的重要调节因子。也是TRG-AS1的抑制性靶标。上调TRG-AS1可促进肿瘤细胞增殖和侵袭，而过表达miR-224-5p可减弱TRG-AS1的作用，进而抑制LUAD细胞增殖、迁移和侵袭^{［参考文献 43

百度学术}43］。既往研究证实，SMAD4是miR-224-5p的下游靶标^{［参考文献 44

百度学术}44］。在LUAD中，SMAD4表达下调可使miR-224-5p/SMAD4轴对TRG-AS1的抑制作用减弱，进而促进LUAD细胞增殖、迁移和侵袭。

3.3 SMAD4缺失调节PAK3-JNK-JUN通路促进LUAD细胞转移

TCGA数据显示，13%的肺鳞癌和47%的LUAD中存在SMAD4杂合性缺失^［

45-46］。Tan等^{［参考文献 47

百度学术}47］研究证实，作为SMAD4下游效应因子的PAK3介导了LUAD细胞的转移。该研究还发现，SMAD4缺失能显著上调原癌基因PAK3的mRNA和蛋白表达，进一步激活PAK3下游JNK-JUN通路，从而促进肺癌细胞的转移。同时该研究发现，SMAD4无法直接负向调控PAK3，而是通过对miR-495和miR-543进行转录正调控实现，SMAD4缺失通过抑制miR-495/miR-543的产生来促进PAK3-JNK-JUN通路的表达，进而促进肿瘤细胞转移。

3.4 HECW1通过介导SMAD4泛素化促进LUAD细胞转移

HECW1是目前所知唯一可以与泛素形成硫酯键中间体的泛素连接酶，可直接催化靶蛋白的泛素化。研究表明，HECW1在LUAD细胞系和组织中的表达均显著增加，上调其表达可显著促进LUAD细胞增殖，而HECW1上调或下调仅影响SMAD4蛋白表达水平。HECW1可通过诱导SMAD4泛素化和降解促进LUAD细胞增殖、迁移和侵袭性^［

48］。

4 SMAD4突变相关肺癌的预后

既往有关转移性结直肠癌患者使用西妥昔单抗治疗的研究发现，SMAD4突变与西妥昔单抗治疗预后不良相关^［

49-51］。有报道称，SMAD4在胰腺癌中不表达，但其缺失可以促进胰腺癌的进展和肿瘤转移^{［参考文献 52

百度学术}52］。还有研究证实，在SMAD4突变的胆管癌中，靶向药物培米替尼存在明显耐药^{［参考文献 53

百度学术}53］。一项荟萃分析结果显示，在接受化疗药物治疗的肿瘤患者中，SMAD4表达缺失可导致患者耐药性增加^{［参考文献 54

百度学术}54］。有研究显示，肺癌患者SMAD4表达上调与较好的总生存期（overall survival， OS）有关，尤其对于LUAD和早期NSCLC^{［参考文献 23

百度学术}23］，SMAD4在低分化NSCLC患者中的表达水平低于中、高分化患者^{［参考文献 29

百度学术}29］。研究发现，与单一的EGFR突变相比，合并SMAD4基因共突变患者的OS和无进展生存期（progression-free survival， PFS）均较差^{［参考文献 29

百度学术}29］。同时，合并SMAD4突变使NSCLC患者对含DNA拓扑异构酶抑制剂的治疗方案更加敏感，尽管这种影响是否可以与其他DNA损伤剂的影响分开尚待确定^{［参考文献 55

百度学术}55］。SMAD4基因突变或表达下调预示着LUAD患者的生存不良和化疗耐药^{［参考文献 6

百度学术}6］。

5 结论

目前，针对SMAD4突变在LUAD患者中的表达、转移、耐药及预后等机制的研究仍相对匮乏，缺少高水平的研究证据及临床试验。随着基因检测水平逐步提升，以及SMAD4突变在肿瘤中的深入研究，临床治疗中针对该靶点药物的研发亟待解决，因此，进一步深入探究LUAD中SMAD4突变的异常调节机制及临床相关性研究，将有助于指导LUAD的临床诊断及靶向治疗。

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