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转化生长因子-beta(transforming growth factor-β，TGF-β)是一种多功能细胞因子。TGF-β的刺激能使某些种类的上皮细胞发生上皮细胞—间充质细胞转化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)和细胞凋亡。在肿瘤发展的不同时期，TGF-β被认为具有抑制肿瘤和促进肿瘤两种截然相反的作用，而诱导细胞凋亡和EMT是TGF-β这种双重效应的两个具体原因。
TGF-β的刺激能导致一部分小鼠上皮细胞AML-12发生EMT而另一部分细胞发生凋亡。本工作以TGF-β诱导AML-12细胞发生EMT和凋亡为研究系统，运用双向电泳技术分析在此过程中不同的时间点细胞全蛋白质组的差异，经过基质辅助激光解析离子化串联飞行时间质谱(Matrix-assisted laser desorption/ionizationTOF/TOF，MALDI-TOF/TOF)分析，鉴定出36个蛋白质的表达量在TGF-β诱导的EMT和细胞凋亡过程中有着显著的变化。按照功能分类，它们分别从属于6大类不同功能的蛋白质。基于蛋白质组学提供的信息，本工作首次证明了铁蛋白重链(ferritin heavy chain，FHC)是TGF-β诱导EMT过程中的调节分子而不参与调节细胞凋亡。在TGF-β诱导AML-12细胞、小鼠肝脏原代培养细胞和人肺腺癌上皮细胞A549发生EMT的过程中，都能够检测到FHC水平的下调。去除FHC mRNA两端的非转录区(untranslational region，UTR)能够抑制TGF-β诱导的FHC的下调；TGF-β的刺激能够导致连接了FHC mRNA3-UTR的荧光素酶活力下调，但对仅连接了FHC mRNA的5-UTR的荧光素酶活性没有影响，说明TGF-β诱导FHC的下调是依赖于FHC mRNA的3-UTR的翻译抑制。本工作进一步发现在TGF-β诱导EMT过程中，能够检测到细胞内的可变铁池(labile iron pool，LIP)水平的上调、活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)的生成以及磷酸化p38MAPK水平的上调。通过过表达外源性FHC、加入铁离子鏊合剂、以及稳定干扰FHC等方法阻断TGF-β诱导的LIP的升高，能够有效的抑制ROS的生成以及p38MAPK的磷酸化，最后导致EMT被抑制。抑制LIP的升高并不影响细胞凋亡。同样，加入ROS的清除剂也能够抑制p38 MAPK的磷酸化以及TGF-β诱导EMT的发生，但对细胞凋亡并没有作用。加入外源性的H2O2能够直接导致正常AML-12细胞中p38 MAPK的磷酸化，而且能够使稳定干扰FHC的AML-12细胞重新发生TGF-β诱导的EMT。免疫组化实验显示晚期食管癌组织中FHC的水平较之早期癌症组织明显下调，铁离子鏊合剂和ROS清除剂能够抑制肿瘤细胞的迁移。这些结果说明FHC的下调、以及由此依次引起的LIP水平的升高、ROS的生成和p38MAPK的磷酸化是TGF-β诱导EMT的重要调节途径，并有可能参与了肿瘤细胞的浸润和转移。
细胞周期是细胞命运的重要决定因素。在TGF-β刺激下，处于G2/M期的AML-12细胞只发生凋亡，而处于G1/S期的细胞只发生EMT。为了寻找在TGF-β刺激下控制不同周期细胞产生不同命运的调控分子或者信号途径，本研究对TGF-β分别刺激同步化在G2/M和G1/S期的AML-12细胞不同时间点的蛋白质组进行了差异分析。在TGF-β诱导G2/M期依赖的细胞凋亡过程中，一共鉴定出44个蛋白质具有显著性的差异表达。按照蛋白质的功能，这些蛋白质可以分成七类。通过生物信息学对这些差异蛋白质进行分析，有三条信号通路包括：peroxisomeproliferator-activated receptor,synthesis/degradation of ketone bodies和cellcommunication信号通路可能参与了TGF-β诱导的G2/M期依赖的细胞凋亡。而在TGF-β诱导的Gl/S期依赖的EMT过程中，并没有检测到显著的具有可重复性的差异表达蛋白质。本工作还对差异蛋白质——谷氨酰胺合成酶的功能进行了分析，western-blot的验证结果表明谷氨酰胺合成酶的表达量在G2/M期依赖的细胞凋亡过程中有明显的下调，而在G1/S期依赖的EMT过程中表达量并没有变化。加入谷氨酰胺合成酶的主要产物谷氨酰胺能够抑制TGF-β诱导的G2/M期依赖的细胞凋亡，但对G1/S期依赖的EMT却没有影响。
综上所述，本工作运用蛋白组学技术对TGF-β多功能性进行了差异分析，并对其中两个差异蛋白进行了功能研究。为TGF-β诱导细胞凋亡和EMT的机制研究，以及TGF-β抑制肿瘤和促进肿瘤的机制研究提供了新的线索。