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TGF-β信号转导通路的结构基础、转导分支与研究应用

        TGF-β信号转导通路是调控细胞命运、组织稳态与病理重塑的重要分子网络。该通路以配体活化、受体复合体组装和Smad依赖性转录调控为核心,同时与ERK、JNK、p38等非Smad分支交叉,广泛参与纤维化、上皮-间质转化、免疫抑制和肿瘤进展等过程。
 
关键词:TGF-β;TGFBR1;TGFBR2;Smad3;Smad4;ERK;JNK;p38;EMT;纤维化
 
1 配体与受体系统
1.1 配体家族
        狭义TGF-β通路主要由TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3介导。三者同属TGF-β超家族,但在组织分布、受体结合特征和功能背景上并不完全一致。多数机制研究中,TGF-β1最具代表性,尤其常见于纤维化、免疫调节和肿瘤微环境研究;TGF-β2和TGF-β3则更多见于发育、生殖和部分组织特异性调控场景。
 
1.2 受体组成
        TGF-β信号主要依赖II型受体TGFBR2和I型受体TGFBR1。TGF-β首先结合TGFBR2,随后由TGFBR2募集并激活TGFBR1,形成具有转导能力的受体复合体。TGFBR1在许多研究中也被称为ALK5,是经典TGF-β通路中的关键激酶节点。
 
1.3 共受体与辅助调节分子
        除TGFBR1和TGFBR2外,TGF-β受体系统还受TGF-βRIII等辅助受体调节。此类分子可影响配体富集、局部呈递和受体结合效率,从而改变信号输入强度。对于某些细胞类型,辅助受体并不直接承担催化功能,但会显著影响通路输出阈值。
 
2 配体活化与信号起始
2.1 潜伏型储存形式
        TGF-β并非通常以游离活性形式直接分泌。多数情况下,细胞释放的是潜伏型TGF-β复合体,其与潜伏相关肽及细胞外基质成分结合,储存在局部微环境中。因此,TGF-β通路是否启动,不仅取决于配体表达量,更取决于潜伏配体是否被有效活化。
 
2.2 活化机制
        潜伏型TGF-β可由整合素介导的机械牵拉、蛋白酶裂解、局部酸化、氧化应激以及细胞外基质重塑等多种方式激活。这一特征决定了TGF-β通路与组织损伤、机械张力变化、慢性炎症和基质硬化高度相关。也正因如此,在同样的配体表达背景下,不同组织微环境可能出现明显不同的通路活性。
 
2.3 受体复合体形成
        活化后的TGF-β与TGFBR2结合后,TGFBR2进一步招募TGFBR1,并使其胞内激酶区活化。受体复合体形成后,信号才真正进入胞内转导阶段。对实验研究而言,单纯检测配体总量往往不足以推断通路状态,活化型配体、受体表达和受体激活读出更具解释价值。
 
3 经典Smad依赖性通路
3.1 Smad分子框架
        经典TGF-β通路的核心转导分子是Smad家族。其中,Smad2和Smad3属于受体调节型Smad,Smad4属于共同型Smad,Smad6和Smad7属于抑制型Smad。TGFBR1活化后直接磷酸化Smad2和Smad3,后者再与Smad4形成复合体并转入细胞核。
 
3.2 Smad3的中心地位
        在TGF-β相关纤维化和EMT研究中,Smad3通常比Smad2更具有直接的功能指示意义。Smad3与胶原、纤维连接蛋白、PAI-1及多种间质相关基因的表达联系更紧密,是连接受体激活与终末病理表型的重要中介。因此,在涉及基质沉积、瘢痕形成和侵袭表型的研究中,p-Smad3通常是优先关注的核心读出。
 
3.3 核内转录调控
        Smad复合体进入细胞核后,并不是孤立完成全部调控,而是与其他转录因子、辅激活因子和染色质调节蛋白协同作用,共同决定靶基因表达谱。其下游既包括细胞周期抑制基因,也包括细胞外基质相关基因和EMT相关转录调节因子。因此,TGF-β通路的转录输出并不是单一方向,而是随细胞类型和微环境背景而变化。
表1 TGF-β经典通路的主要组成
 
层级
关键分子
主要作用
配体层
TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3
提供上游刺激并决定亚型背景
受体层
TGFBR2、TGFBR1/ALK5
形成受体复合体并启动胞内转导
经典转导层
Smad2、Smad3、Smad4
介导核内转录调控
负调控层
Smad7
形成受体负反馈抑制
 
4 非Smad分支及其与经典轴的交叉
4.1 ERK分支
        TGF-β可在部分细胞背景下激活ERK1/2分支。ERK信号通常与增殖适应、存活、迁移及部分EMT增强效应相关。对于肿瘤细胞和某些活化成纤维细胞,ERK支路常与Smad轴共同参与表型重塑。
 
4.2 JNK与c-Jun分支
        JNK-c-Jun轴是TGF-β非Smad分支中最常见的应激和转录增强模块之一。该分支可影响AP-1相关转录程序,增强迁移、炎症样反应和EMT相关基因表达。在某些模型中,TGF-β刺激后若观察到c-Jun磷酸化增强,往往提示AP-1协同转录正在参与通路输出。
 
4.3 p38分支
        p38 MAPK是TGF-β通路中另一类重要的非Smad分支,常与应激应答、炎症环境适应及纤维化相关表型有关。p38活化可放大基质生成、细胞收缩和组织重塑相关信号,因此在纤维化研究中具有较高关注度。
 
4.4 经典轴与旁路信号的关系
        Smad依赖性通路决定TGF-β信号的基础方向,非Smad分支则常决定表型强度、应答持续时间及特定背景下的输出偏向。实验设计中,如果仅检测p-Smad2/3而忽略ERK、JNK或p38,往往难以完整解释为什么相同受体刺激会产生不同程度的迁移、EMT或纤维化表型。
 
5 TGF-β通路的主要生物学效应
5.1 增殖抑制
        在正常上皮细胞及部分肿瘤早期细胞中,TGF-β常表现为生长抑制信号。其可诱导细胞周期抑制因子表达,并抑制促增殖程序,从而维持组织稳态和生长约束。
 
5.2 细胞分化与命运调控
        TGF-β在发育、干细胞状态维持及谱系分化中具有重要作用。其具体输出高度依赖细胞类型与旁路信号背景,因此同一刺激在不同模型中可表现为分化促进、分化抑制或谱系转换。
 
5.3 细胞外基质沉积与纤维化
        TGF-β是促纤维化研究中最核心的分子之一。通路激活后可诱导胶原、纤维连接蛋白及多种基质重塑分子表达,并推动成纤维细胞向肌成纤维细胞表型转化,最终导致组织硬化与器官功能下降。
 
5.4 上皮-间质转化
        TGF-β是EMT研究中的经典诱导因子。该过程中,上皮标志物如E-cadherin下降,间质标志物如N-cadherin、Vimentin及相关转录调控因子上升,细胞迁移性、侵袭性和可塑性随之增强。
 
5.5 免疫抑制与微环境重塑
        TGF-β可抑制效应T细胞功能,促进调节性T细胞形成,并影响巨噬细胞、树突状细胞及基质细胞状态。因此,该通路不仅是细胞内信号轴,也是塑造免疫抑制性微环境的重要调控网络。
 
6 疾病相关性
6.1 纤维化性疾病
        在肝、肺、肾和心肌等器官的纤维化过程中,TGF-β通路常处于持续高活性状态。其病理意义在于驱动Smad3主导的基质生成程序长期维持,并与p38等旁路分支共同放大组织重塑效应。
 
6.2 肿瘤中的阶段依赖性作用
        TGF-β在肿瘤不同阶段具有不同功能。在肿瘤早期,TGF-β常表现为抑制增殖和维持生长约束;在肿瘤进展阶段,肿瘤细胞对其增殖抑制逐渐失敏,但仍可能保留甚至增强EMT、免疫抑制、侵袭和转移相关输出。因此,TGF-β在肿瘤中的意义具有明显的阶段依赖性,不能简单归为单一的促癌或抑癌通路。
 
6.3 免疫与炎症耐受
        在慢性炎症、肿瘤免疫逃逸和寄生虫免疫调节等背景中,TGF-β通路都可能参与建立耐受性环境。对这类问题的研究,通常需要同时关注配体水平、Smad3活化以及非Smad分支是否协同参与。
 
7 实验研究中的常用读出
7.1 配体与受体层
        常见指标包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3表达,活化型TGF-β水平,以及TGFBR1、TGFBR2表达状态。若研究重点是通路真实激活程度,应尽量区分总TGF-β与潜伏型或活化型TGF-β。
 
7.2 经典转导层
        p-Smad2、p-Smad3和Smad4核转位是最常用的经典转导读出。Smad7则常用于评价负反馈状态。对于纤维化和EMT相关研究,p-Smad3通常比总Smad3更具直接解释力。
 
7.3 非Smad分支层
        ERK1/2、JNK-c-Jun和p38磷酸化状态是常见的旁路读出。若研究目的涉及迁移增强、应激放大或侵袭表型,仅检测Smad轴往往不足,需联合分析这些旁路信号。
 
7.4 功能层
        功能层读出通常包括胶原、FN1、SERPINE1等基质分子表达,E-cadherin、N-cadherin、Vimentin等EMT标志物变化,以及细胞迁移、侵袭、收缩和形态重塑等实验结果。功能结论不能仅建立在单一磷酸化事件之上,而应结合终末表型综合判断。
表2 TGF-β通路研究中的常用实验读出
 
研究层级
常用指标
主要意义
配体/受体层
TGF-β1、TGFBR1、TGFBR2
判断上游刺激条件
经典转导层
p-Smad2、p-Smad3、Smad4
判断Smad依赖性信号是否建立
非Smad分支层
ERK、JNK/c-Jun、p38
判断旁路信号是否参与输出
功能层
胶原、FN1、EMT标志物、迁移/侵袭
判断终末表型变化
 
表3 TGF-β通路核心配体、受体与直接干预产品表
 
产品类别
货号
名称
规格或纯度
适用研究方向/用途
模拟配体
H. polygyrus TGF-β mimic
Moligand™
用于TGF-β样信号模拟和宿主-寄生虫相关免疫调节研究
人源重组配体
Recombinant Human TGF-beta 1 GMP Protein
无动物源,无载体,生物活性,ActiBioPure™,高性能,≥97%(SDS-PAGE&SEC-HPLC)
用于高标准TGF-β1刺激实验和功能研究
人源重组配体
Recombinant Human TGF-beta 1 Monomer Protein
无载体,生物活性,ActiBioPure™,His标签,≥95%(SDS-PAGE)
用于单体TGF-β1研究和结构功能分析
人源重组配体
Recombinant Human TGF-beta 1 Protein
无动物源,无载体,生物活性,ActiBioPure™,高性能,His标签,≥95%(SDS-PAGE)
用于经典TGF-β1通路刺激、EMT和纤维化模型建立
人源重组配体
Recombinant Human TGF-beta 1 Protein
无动物源,无载体,生物活性,ActiBioPure™,高性能,His标签,≥95%(SDS-PAGE),expressed in HEK293; 见COA
用于人源TGF-β1刺激和哺乳动物表达体系相关研究
人源重组配体
Recombinant Human TGF-beta 1 Protein
无动物源,无载体,生物活性,ActiBioPure™,His标签,≥95%(SDS-PAGE),见COA
用于TGF-β1诱导实验和剂量效应分析
人源重组配体
Recombinant Human TGF-beta 2 Protein
无动物源,无载体,生物活性,ActiBioPure™,高性能,His标签,≥95%(SDS-PAGE),expressed in HEK293; 见COA
用于TGF-β2亚型研究和与TGF-β1的功能比较
小鼠重组配体
Recombinant Mouse TGF-beta 1 Protein
无动物源,无载体,生物活性,ActiBioPure™,无叠氮钠,高性能,His标签,≥95%(SDS-PAGE)
用于小鼠TGF-β1刺激实验和动物模型验证
小鼠重组配体
Recombinant Mouse TGF-beta 2 Protein
无动物源,无载体,生物活性,ActiBioPure™,高性能,His标签,≥95%(SDS-PAGE)
用于小鼠TGF-β2通路研究
受体蛋白
Recombinant Mouse TGF-beta RII Protein
无动物源,无载体,生物活性,ActiBioPure™,高性能,His标签,Fc标签,≥95%(SDS-PAGE)
用于TGFBR2结合、阻断和受体层功能研究
共受体/辅助受体蛋白
Recombinant Human TGF-beta RIII Protein
无动物源,无载体,His标签,≥90%(SDS-PAGE)
用于TGF-β辅助受体作用和配体呈递研究
通路抑制剂
TGF-β1/Smad3-IN-1
Moligand™,≥98%
用于TGF-β1/Smad3轴抑制研究
通路抑制剂
TGF-β1/Smad3-IN-1
Moligand™, 10 mM in DMSO
用于细胞实验中的TGF-β1/Smad3轴抑制
受体抑制剂
TGF-βRI inhibitor 1
 
用于TGFBR1/ALK5依赖性验证
受体抑制剂
TGF-βRI inhibitor 1 methylbenzenesulfonate
 
用于TGFBR1/ALK5依赖性验证
功能肽工具
pm26TGF-β1 peptide
 
用于TGF-β1相关功能肽研究
功能肽工具
pm26TGF-β1 peptide TFA
≥99%
用于高纯度TGF-β1功能肽研究
化合物库
TGF-β/Smad化合物库
 
用于TGF-β/Smad通路筛选和机制研究
 
表4 TGF-β通路Smad3轴与非Smad分支验证产品表
 
产品类别
货号
名称
规格或纯度
适用研究方向/用途
Smad3重组蛋白
Recombinant Human SMAD3 Protein
≥95%(SDS-PAGE)
用于Smad3体外功能研究
Smad3重组蛋白
Recombinant Human Smad3 Protein
无载体,无叠氮钠,His标签,≥95%(SDS-PAGE)
用于Smad3功能和结合研究
Smad3重组蛋白
Recombinant Human Smad3 Protein
无载体,无叠氮钠,His标签,≥90%(SDS-PAGE)
用于Smad3功能研究
磷酸化Smad3检测
Recombinant Phospho-Smad3 (S423 + S425) Antibody
敲除验证
用于经典TGF-β通路激活检测
Smad3检测抗体
Recombinant SMAD3 Antibody
ExactAb™, Validated, 重组, 1 mg/mL
用于SMAD3蛋白检测
Smad3基因干预
SMAD3 Human Pre-designed siRNA Set A
 
用于SMAD3敲低和通路依赖性验证
Smad3敲除对照
SMAD3基因敲除HEK293T细胞RIPA裂解液
 
用于SMAD3蛋白阴性对照
Smad3敲除对照
SMAD3基因敲除HEK293T细胞Trizol裂解液
 
用于SMAD3 RNA层面对照
Smad3检测抗体
Smad3 Mouse mAb
无载体,ExactAb™,无叠氮钠,已验证,高性能,PBS Only,≥95%(SDS-PAGE),1.0 mg/mL
用于Smad3蛋白检测
Smad3检测抗体
Smad3 Mouse mAb
无载体,ExactAb™,无叠氮钠,已验证,高性能,PBS Only,≥95%(SDS-PAGE),1.0 mg/mL
用于Smad3蛋白检测
Smad3检测抗体
Smad3 Mouse mAb
无载体,ExactAb™,无叠氮钠,已验证,高性能,PBS Only,≥95%(SDS-PAGE),1.0 mg/mL
用于Smad3蛋白检测
c-Jun分支
Recombinant Human c-Jun Protein
无载体,His标签,≥95%(SDS-PAGE),See COA
用于AP-1/c-Jun分支功能研究
c-Jun分支
Recombinant Phospho-c-Jun (T91) Antibody
敲低验证
用于TGF-β非Smad分支中c-Jun活化检测
c-Jun分支
Recombinant c-Jun Antibody
重组,ExactAb™,已验证,见COA
用于c-Jun蛋白检测
c-Jun分支
Recombinant c-Jun Antibody
敲低验证
用于c-Jun蛋白检测
ERK分支
ERK1/2 inhibitor 1
10mM in DMSO
用于ERK1/2依赖性验证
ERK分支
ERK1/2 inhibitor 1
≥99%
用于ERK1/2依赖性验证
ERK分支
Recombinant ERK1 Antibody
ExactAb™, Validated, Recombinant, High performance, 2mg/mL
用于ERK1蛋白检测
ERK分支
Recombinant ERK1/2 Antibody
敲低验证
用于ERK1/2蛋白检测
ERK分支
Recombinant Human ERK1 Protein
无载体,生物活性,ActiBioPure™,His标签,≥85%(SDS-PAGE),见COA
用于ERK1体外功能研究
ERK分支
ERK2 Mouse mAb
无载体, ExactAb™, 无叠氮钠, 已验证, 高性能, 见COA
用于ERK2蛋白检测
ERK分支
Recombinant ERK2 Antibody
ExactAb™, Validated, 重组, 0.5 mg/mL
用于ERK2蛋白检测
ERK分支
Recombinant Human ERK2 Protein
无载体, 生物活性, ActiBioPure™, ≥90%(SDS-PAGE), 见COA
用于ERK2体外功能研究
JNK分支
Recombinant Human JNK1 Protein
无载体,生物活性,ActiBioPure™,His标签,≥85%(SDS-PAGE),见COA
用于JNK1功能研究
JNK分支
Recombinant JNK1 Antibody
ExactAb™, Validated, 重组, 1.0 mg/mL
用于JNK1蛋白检测
JNK分支
Recombinant JNK1/JNK2/JNK3 Antibody
重组, ExactAb™, 已验证, 见COA
用于JNK家族蛋白检测
p38分支
Recombinant Human p38 alpha Protein
无载体,His标签,≥90%(SDS-PAGE),见COA
用于p38α体外功能研究
p38分支
Recombinant Phospho-p38 (T180) Antibody
敲低验证
用于p38活化检测
p38分支
Recombinant p38 alpha/MAPK14 Antibody
重组, ExactAb™, 已验证, 高性能, 见COA
用于p38α/MAPK14检测
p38分支
p38 alpha Mouse mAb
无载体,ExactAb™,无叠氮钠,已验证,高性能,PBS Only,≥95%(SDS-PAGE),1.0 mg/mL
用于p38α蛋白检测
p38分支
p38 MAP Kinase Inhibitor IV
≥95%
用于p38依赖性验证
p38分支
p38 MAPK-IN-1
≥99%
用于p38通路抑制研究
p38分支
p38 MAPK-IN-1
10mM in DMSO
用于细胞实验中的p38抑制
p38分支
p38-α MAPK-IN-1
≥99%
用于p38α依赖性验证
p38分支
p38-α MAPK-IN-1
10mM in DMSO
用于细胞实验中的p38α抑制
 
表5 TGF-β通路定量检测试剂表
 
产品类别
货号
名称
规格或纯度
适用研究方向/用途
Smad3定量检测
人SMAD同源物3酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于人源SMAD3定量检测
Smad3定量检测
人Smad同源物3(Smad3)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于人源Smad3定量检测
Smad3定量检测
大鼠SMAD同源物3酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于大鼠SMAD3定量检测
Smad3定量检测
大鼠Smad同源物3(Smad3)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于大鼠Smad3定量检测
Smad3定量检测
小鼠SMAD同源物3酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于小鼠SMAD3定量检测
配体定量检测
人潜伏转化生长因子β1(LAP TGF-β1)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于潜伏型TGF-β1检测
配体定量检测
人转化生长因子β(TGF-β)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于人源总TGF-β定量检测
配体定量检测
人转化生长因子β1(TGF-β1)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于人源TGF-β1定量检测
配体定量检测
人转化生长因子β1酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于人源TGF-β1定量检测
配体定量检测
人转化生长因子β2(TGF-β2)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于人源TGF-β2定量检测
配体定量检测
人转化生长因子β3(TGF-β3)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于人源TGF-β3定量检测
配体定量检测
大鼠转化生长因子β(TGF-β)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于大鼠总TGF-β定量检测
配体定量检测
大鼠转化生长因子β1(TGF-β1)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于大鼠TGF-β1定量检测
配体定量检测
大鼠转化生长因子β1酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于大鼠TGF-β1定量检测
配体定量检测
大鼠转化生长因子β2(TGF-β2)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于大鼠TGF-β2定量检测
配体定量检测
大鼠转化生长因子β3(TGF-β3)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于大鼠TGF-β3定量检测
配体定量检测
小鼠转化生长因子β(TGF-β)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于小鼠总TGF-β定量检测
配体定量检测
小鼠转化生长因子β1(TGF-β1)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于小鼠TGF-β1定量检测
配体定量检测
小鼠转化生长因子β1酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于小鼠TGF-β1定量检测
配体定量检测
小鼠转化生长因子β2(TGF-β2)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于小鼠TGF-β2定量检测
配体定量检测
小鼠转化生长因子β3(TGF-β3)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于小鼠TGF-β3定量检测
配体定量检测
猴转化生长因子β(TGF-β)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于猴总TGF-β定量检测
配体定量检测
猴转化生长因子β1(TGF-β1)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于猴TGF-β1定量检测
配体定量检测
猴转化生长因子β2(TGF-β2)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于猴TGF-β2定量检测
配体定量检测
豚鼠转化生长因子β(TGF-β)酶联免疫吸附测定试剂盒
BioReagent
用于豚鼠总TGF-β定量检测
 
        TGF-β信号转导通路的研究价值,在于其将配体活化、受体装配、Smad转导、非Smad分支和微环境重塑整合为连续调控系统。
 
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参考文献
[1] Tran DQ, Andersson J, Wang R, et al. GARP (LRRC32) is essential for the surface expression of latent TGF-beta on platelets and activated FOXP3+ regulatory T cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009;106(32):13445-13450.
[2] Deheuninck J, Luo K. Ski and SnoN, potent negative regulators of TGF-beta signaling. Cell Res. 2009;19(1):47-57.
[3] Otten J, Bokemeyer C, Fiedler W. TGF-beta superfamily receptors-targets for antiangiogenic therapy? J Oncol. 2010;2010:317068.
目录: 技术文章

Da — 若无特别说明,分子量单位默认为道尔顿。   Mw — 重均分子量。   Mn — 数均分子量。

产品仅供科研与开发使用,不用于人体、动物、诊断或治疗。

引用本文

阿拉丁科学.《TGF-β信号转导通路的结构基础、转导分支与研究应用》. 阿拉丁知识库,更新于 2026年5月7日。 https://www.aladdin-e.com/zh_cn/faqs/structural-basis-transduction-branches-and-research-applications-of-the-tgf-signaling-pathway.html
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