肿瘤坏死因子的研究进展

　文章编号:　1007-6611(2006)03-0311-04

肿瘤坏死因子的研究进展吕志敢,　郭　政　(山西医科大学第二临床医学院麻醉科,　太原　030001)

关键词:　肿瘤坏死因子;　肿瘤坏死因子受体;　病理学;　免疫学中图分类号:　Q71,R392,R73 文献标识码:　A

1975年,Carswell发现被细菌感染后的小鼠血清中有一种蛋白类物质可致肿瘤出血,并能抑制、杀伤体外培养的肿瘤细胞,被命名为肿瘤坏死因子(tumournecrosisfactor,TNF),又叫恶病质因子(cachectin)。从此对它的研究进入了一个新的时期,至今方兴未艾,几十年来取得了巨大的进展。本文对近年来有关TNF2α的研究进展作简要的综述。1　TNF2α的生物学特性人类TNF2α基因大小为2.76kb,由4个外显子和3个内含子组成,与MHC紧密连锁,定位于第6对染色体短臂上,小鼠的基因为2.78kb,与人的结构非常相似,定位于第17对染色体短臂上。TNF按其结构分两型:TNF2α和TNF2β,其中由活化的巨噬细胞、单核细胞和T细胞产生的能使肿瘤坏死的因子称为TNF2α(旧称TNF),又称恶病质因子(cachectin);而把由活化的T细胞和NK细胞产生的淋巴毒素(lymphotoxin,LT)称为TNF2β,目前对其功能所知有限。目前研究较多的是TNF2α,它是一种由157个氨基酸组成、相对分子质量为17000的可溶性多肽,以二聚体、三聚体或五聚体的形式存在于溶液中,成熟型TNF2α的活性形式为三聚体。TNF2β基因位于TNF2α基因的5′端,相隔1.2kb,每个基因约有3000个碱基对,有4个外显子和3个内含子,其中第4个外显子与TNF2α高度同源,编码80%-90%的成熟蛋白质,这些均提示这两个基因来自同一个祖先。但前3个外显子和3个内含子都是不同源的,调节基因复制的5′端也有很大区别,这些说明这两个基因是不同的[1]。2　TNF2α的来源与表达TNF2α来源极广泛,体内的多种细胞,如单核/巨噬细胞、淋巴细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞、表皮细胞、角质细胞、星形细胞和成骨细胞等均具有产生和释放TNF2α的能力。目前认为心、肝、肺、肾是TNF2α的生物合成场所[2]。TNF2α的主要刺激因素是脂多糖(LPS)、病毒、真菌、过敏毒素、IL21和免疫复合物等。在正常情况下TNF2α仅在心肌间质的巨噬细胞中产生。Giroir等[3]的研究表明,成熟的心肌细胞在某些应激状态下也具有产生TNF2αmRNA及其蛋白质的能力,此时产生的TNF2α可直接影响心功能,参与了多种心脏病的病理过程。感染和内毒素血症是心脏产生TNF2α的重要刺激因素。Kapa2dia等[2]证明在内毒素的刺激下心肌细胞和巨噬细

胞几乎产生同样多的TNF2α。体内TNF2α的表达具有高度的组织特异性。在生理条件下,脾、肝、肺、胸腺及肾脏的组织均有TNF2αmRNA的表达;而在脂多糖刺激后,心脏、胰腺、子宫及输卵管等多脏器均快速合成表达TNF2αmRNA及蛋白质[4]。

Kleine等[5]证实,脑内多种在结构和功能方面

与巨噬细胞相似的细胞如神经元、小胶质细胞、血管内皮细胞在生理状态下均可合成分泌TNF、IL26

等细胞因子,在炎症情况下这些因子水平多显著升高,并对中性粒细胞有明显趋化作用。3　TNF2α受体(TNFR)的分类及表达3.1　TNF2α的生物学活性主要是通过细胞膜上的特异受体传递信号而实现的,TNF2α受体(TNFR)广泛存在于肝、肺、肾、肠道及肌肉组织中。TNF2α与靶细胞膜上的TNFR结合产生生物学效应,通过受体后效应将信息传递到胞核,使mRNA表达并进而合成蛋白质。Douzinas等[6]认为,TNF2α等细胞因子一方面与脏器细胞膜上的受体结合产生效应;

另一方面,细胞因子与循环中的可溶性受体结合,

使循环中的细胞因子减少,但在组织中的表达却增加,其在局部中的过度生成导致脏器损害。

基金项目:　国家自然科学基金资助项目(30471656)

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山西医科大学学报(JShanxiMedUniv)2006年3月,37(3)　3.2　TNF2α受体(TNFR)有2种,即相对分子质量分别为55000的TNFRI(CD120α)和75000的TNFRⅡ(CD120β),存在于多种正常及肿瘤细胞表面。两类TNFR均为糖蛋白,氨基酸顺序分析显示两类受体胞外区域的氨基酸顺序高度相似,但胞内区域则完全不同。由于它们有不同的信号传递机制,二者除分子量不同外,在配体结合力、糖基化程度、免疫反应性和蛋白水解肽链图谱学方面均有差异[7]。TNFR与TNF2α和TNF2β的结合具有高度亲和力,其KD值均在pmol水平。Pennica等[8]证明2-3个TNFR能够结合一个TNF2α或TNF2β的三聚体,受体的聚集和交联是受体活化和信号传递的重要途径。由于各种细胞表达TNFR存在差异,使得TNF2α对各种细胞的作用不同,由此表现出其功能及其程度的多样性。一般来说,受体数目越高越容易受到TNF2α的损伤。TNFRⅠ引起的作用非常广泛,它包括杀细胞活性、抗病毒活性、诱导Mn2SOD、ICAM21及IL26的表达、促进成纤维细胞增殖以及细胞程序化死亡、激活NF2κB等多种生物活性物质的信号传递;此外,研究发现,TNFRⅠ在促进由脂多糖(LPS)诱导的致死性休克方面起重要作用[9]。TNFRⅡ主要传递胸腺细胞和NK等淋巴细胞的增殖信号,通过促进TNF2α结合TNFRⅠ而增加TNFRⅠ诱导的作用,同时也增加ICAM21的表达。3.3　TNFR还存在2种可溶性形式(sTNFR),它们是从细胞膜上通过蛋白酶水解下来的受体片段,存在于人的各种体液中,与膜表面受体相对应也存在着两种类型,即sTNFR1和sTNFR2[8]。它们通过与TNF2α结合而影响TNFR和TNF2α的功能及其含量变化,并能与TNF2α结合经肾脏排出体外。研究sTNFR是揭示TNF2α作用机制的重要途径,以更加了解TNFR和TNF2α的生物学作用。4　TNF2α的生物学功能TNF2α具有广泛的生物学活性,具有强大的抗肿瘤作用,是迄今发现的抗瘤作用最强的细胞因子;除对肿瘤细胞具有直接的抑制增殖和细胞坏死作用外,对其他细胞(包括心肌细胞)的生长分化也有影响,同时还有抗病毒及细菌,激活T细胞,促进IL21、IL22、IL26的产生及分泌,诱发炎症反应,促进IL22R、EGFR及主要组织相容性抗原Ⅱ类抗原(MHCⅡAg)的表达等功能,在宿主防御反应中起重要作用[10]。TNF2α具有双重生物学效应,在浓度较低(10-10mol/L)时,TNF2α主要作为白细胞和内皮细

胞的自分泌及旁分泌的调节物,参与抵抗细菌、病毒和寄生虫的感染,促进组织修复及调节炎症反应,引起肿瘤细胞凋亡等;在高浓度(≥10

-8

mol/L)

时,过量的TNF2α在体内的大量产生和释放则会破坏机体的免疫平衡,与其他炎症因子一起产生多种病理损伤。TNF2α对众多的组织器官产生生物学效应,提示它可能是细胞因子网络中一个重要的多功能成员,是机体维持内部自稳、抵御各种致病因子必不可少的免疫调节因子。5　TNF2α与疾病TNF2α是迄今发现的抗肿瘤活性最强的细胞因子。TNF2α在许多疾病,如心血管疾病、恶病质和败血症休克所致的多器官功能衰竭、类风湿性关节炎(RA)、多发性硬化症(MS)、炎症性肠病(IBD)、移植物抗宿主病(GVHD)和骨髓造血紊乱

综合征(MDS)等的病理生理过程中起着重要的介质作用[11]。5.1　TNF2α在抗肿瘤中的作用　TNF2α除了对肿瘤细胞本身具有细胞毒性之外,它也能摧毁实体瘤周围的血管上皮组织,并且通过血栓的形成,阻断肿瘤的血液营养供应,最终导致肿瘤的出血性坏死、消退或消失。超过一定浓度的TNF2α具有明显的抗新生血管形成作用。TNF2α能明显降低实体瘤周围间隙组织的压力,扩大肿瘤周围上皮组织的间隙,改变周围血管的通透性,使化疗的药物到达靶组织周围。另外,TNF2α通过对人体免疫系统的调节从而加强自身的抗肿瘤作用。5.2　TNF2α与心血管疾病　TNF2α导致的心肌机能障碍包括钙平衡的改变、直接的细胞毒作用、氧化张力、兴奋-收缩耦联破坏、心肌细胞凋亡等[12]。研究表明,严重的充血性心力衰竭、心肌梗死、心肌炎、扩张性心肌病、心脏移植排斥反应和进行心肺旁路手术患者的血浆TNF2α水平显著升高[13]。Meldrum[14]证实了TNF2α可通过鞘氨醇依赖机制

诱导心肌细胞凋亡;也可通过与TNFR结合和激活JNK路径来诱导心肌细胞凋亡。5.3　TNF2α与自身免疫性疾病　Ferrari等[15]的

研究表明:肿瘤坏死因子系统(TNFs2TNFRs2sTN2FRs)与其他细胞因子一起共同构成一个复杂的免

疫网络,相互作用,相互影响,参与了类风湿关节炎、Crohn病、强直性脊柱炎、自身免疫性心肌炎、银

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山西医科大学学报(JShanxiMedUniv)2006年3月,37(3)　屑病关节炎、糖尿病、多发硬化症等许多自身免疫性疾病的发生、发展。5.4　TNF2α与其他疾病　研究表明,TNF2α是脓毒性休克时最早释放且起关键作用的介质,它启动脓毒症的炎症反应,并在发展过程中起放大作用,即所谓的免疫炎症的瀑布反应[16]。另外,TNF2α在慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者肺组织中中性粒细胞及其他炎性细胞聚集、介质释放等炎性过程中起关键作用,并且与患者气流阻塞程度有密切关系,可作为COPD严重程度的指标之一。在变态反应中TNF2α从肥大细胞和巨噬细胞释放,通过IgE依赖机制增加哮喘中的气道高反应性,TNF2α基因多态性与哮喘气道病变状态和TNF的水平相关联[17]。近年来,越来越多证据表明TNF2α在妊娠期高血压疾病的发病机制中有重要的作用。TNF2α基因启动子-850位点C→T多态性与疾病的易感性相关,是与妊娠期高血压疾病关系密切的细胞因子,参与该病的发生发展[18]。TNF2α也参与了各种脑血管疾病、皮肤病、酒精性肝炎、脑型疟疾、溶血尿毒症综合症、先兆子痫等疾病的发生、发展。6　抗TNF2α治疗策略TNF2α在许多疾病的病理生理过程中起着重要的介质作用,因此,探讨抗TNF2α的治疗途径具有重要的临床意义。各类免疫相关性疾病中,抗TNF2α的机制选择是多角度的,归纳起来主要有以下几个方面[19]。6.1　抑制TNF2α的转录　阻断诱导TNF2α表达通路上的任一环节均可在转录前水平抑制TNF2α的合成。p38MARK抑制物通过选择性地抑制通路远端的p38MARK从而阻止巨噬细胞前炎症单核因子产生。吡咯烷二硫氨基甲酸酯(PDTC),维生素E和谷胱甘肽都是有效的NF2κB拮抗剂,通过选择性地抑制通路远端的NF2κB从而抑制TNF2α的合成。6.2　抑制TNF2α的活性　到目前为止,已开发的TNF2α拮抗剂主要有两大类。6.2.1　抗TNF2α的单抗　Infliximab(即CA2,商品名为Remicade);CDP571;Adalimumab(商品名为HUMIRA);afelimomab;adalimumab;CB0006。6.2.2　TNFR与IgG的Fc段形成的融合蛋白　TNFRⅡ2Fc融合蛋白etanercept(商品名为En2brel);TNFRI2Fc融合蛋白lenerercept。其他拮抗剂有可溶性TNF受体:TNFR1,TNFR2,onercept等;