肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体

2.1.1 半胱天冬酶(caspase)和死亡 受体相关的细胞凋亡途径
TRAIL三聚体能诱发死亡受体DR4和DR5三 聚体化。死亡受体一端通过胞外区的半胱氨 酸富集区与TRAIL结合并被活化,另一端通过 胞内区的死亡结构域与接头蛋白(adaptor pro-tein)C端的死亡结构域结合,接头蛋白再 以其N端死亡效应域(DED)与半胱天冬蛋白 酶原(pro-caspase)在末端的局部募集并串连 结合,形成TRAIL-死亡受体-接头蛋白-procaspase死亡诱导信号复合物(DISC)，
1.3.2诱骗受体
TRAIL-R3和TRAIL-R4因为没有死亡 结构域,或死亡结构域不完整,虽然可以 与TRAIL结合,但不能传递死亡信号,无 法诱导细胞凋亡,故被称为诱骗受体。 这类受体可能在正常细胞抵制TRAIL的 诱导凋亡作用中扮演重要角色。
TRAIL-R3也称诱骗受体-1 ( decoy receptor-1,DcR1)它是一个糖基磷脂酰 肌醇(glycophos-phatidyl inosito,l GPI) 锚定的细胞表面蛋白。DcR1与TRAIL 亲和力较高,它有5个糖基化位点,去糖 基化可以增强DcR1与TRAIL的亲和力。 它在胞外区含有一段与死亡受体同源 性很高的半胱氨酸富集区,不同点在于 它没有胞内死亡结构域,因此可以与 TRAIL结合但不能传递死亡信号。
肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配 体
何坚
人们一直都在寻找攻克恶性肿瘤 的方法,但到目前为止仍然没有十分有 效的治疗手段。三大传统疗法都具有 不可忽视的局限性。所以,寻找具有生 物活性的细胞毒性分子诱导肿瘤细胞 凋亡逐渐成为肿瘤生物治疗领域关注 的焦点。
1 TRAIL及其受体
1. 1 肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导 配体(TNF-related apoptosis-inducing ligand, TRAIL)或称凋亡素2配体(Apo2 ligand,Apo-2L), 是近几年发现的一个 可诱导肿瘤细胞凋亡的TNF家族成员。
TRAIL-R2也称死亡受体5(DR5), DR5 也属Ⅰ型跨膜蛋白, 它的胞外和胞内区 也分别含有两个半胱氨酸富集区及一 段死亡结构域。DR5过表达可引起多 种细胞发生凋亡,例如: Jurkat为TRAIL 敏感细胞株,细胞表面DR5高水平表达, 当用DR5的单克隆抗体(DR5mAb)与 Jurkat细胞表面的DR5作用后,TRAIL对 Jurkat细胞的杀伤功能几乎完全被阻断。
2. 2 正常细胞或肿瘤细胞抗TRAIL 诱导凋亡的机制
TRAIL最大的优点是它可以选择性诱导 肿瘤细胞凋亡,但对正常细胞没有毒副 作用。虽然DR4和DR5在肿瘤细胞和 正常细胞中的表达水平相当,但两种细 胞对TRAIL的敏感性确相差甚远,这就 不能合理解释正常细胞存在TRAIL抗性 的原因,直至人们发现了TRAIL的诱骗 受体才解释了其中部分原因。
促使pro-caspase自身水解成为有活 性的caspase-8。Caspase-8可以激活 caspase级联反应,进一步募集和激活 caspase家族中的下游信号传导酶,直 至最终激活效应酶caspase-3,诱导细 胞凋亡。
2.1.2 线粒体相关的细胞凋亡信号 途径
在线粒体途径中, caspase-8被激活后通过线 粒体释放细胞色素C(Cytochrome C)来激活 caspase-3诱导细胞发生凋亡。具体途径是: DISC激活caspase-8后, caspase-8催化Bcl2家族蛋白Bid(Bcl-2 inhibi-tory BH3-domain) 降解生成截短的Bid( tBid), tBid导致线粒体 释放Cytochrome C与Apaf-1(Apoptosis protease-activator factor-1)和dATP共同促 使procaspase-9自身催化形成有活性的 caspase-9,进而活化效应蛋白caspase-3,最 终导致细胞凋亡。
1.3 TRAIL受体
TRAIL是通过与其细胞膜受体结合发挥 诱导凋亡作用的,目前已经发现了5种 TRAIL受体,它们都可以与TRAIL发生 特异性结合,并且不与其它细胞毒配体 结合。
1.3.1 死亡受体
TRAIL-R1和TRAIL-R2均属于 TNFR(TNFreceptor)基因超家族成员。 它们分别具有一段死亡结构域(death domain,简称DD),与TRAIL结合后可诱 导肿瘤细胞凋亡,故又被称作死亡受体。 TRAIL-R1也称死亡受体4(death receptor-4,DR4), DR4属Ⅰ型跨膜蛋白， 它的胞外区有两个半胱氨酸富集区 (cysteine-rich domain, CRD),胞内有一 段由70个氨基酸组成的死亡结构域。
DcR1和DcR2广泛的表达于人体各正常组织, 但在变异细胞中低表达甚至不表达,它们与死 亡受体竞争性结合TRAIL,由于没有死亡结构 域或死亡结构域不完全,胞外区虽然可以同 TRAIL特异性结合,但胞内区不能通过DD同 接头蛋白结合激活caspase-8,不能通过 caspase的级联效应激活效应蛋白caspase3,最终无法诱导细胞凋亡。肿瘤细胞由于缺 乏诱骗受体的保护而易被TRAIL杀伤。
3 TRAIL在肿瘤治疗中的应用
TRAIL因其对正常细胞没有毒副作用的 优点,现已成为肿瘤治疗研究领域研究 的热点。TRAIL可以诱导近2/3的肿瘤 细胞系发生凋亡,对乳腺癌、肝癌、结 肠癌、肾脏肿瘤和白血病细胞等均有 抑制细胞生长和细胞毒效应。
虽然TRAIL可以诱导多种肿瘤细胞凋亡,是一 种较有前途的抗肿瘤药物,但是,仍存在一些 对TRAIL敏感性低的肿瘤细胞,在一定程度上 限制了它的应用。近年来,人们在TRAIL与离 子射线、抗真菌药、化疗药、基因毒性药和 细胞因子的联合治疗方面做了大量研究,并取 得了比较满意的结果,使TRAIL在抗癌领域更 加有效的发挥功能。研究发现,重组TRAIL与 化疗药物顺铂共同使用时,二者的协同作用对 卵巢癌细胞的诱导凋亡作用明显强于两者 单独使用。
此外，死亡受体与配体结合后，促使磷脂酶 C水解卵磷脂生成甘油二脂，甘油二脂使蛋 白激酶C-Б活化，蛋白激酶C-Б能够使磷脂 爬行酶-3（Phospholipid scramblases 3 PLS 3 ）磷酸化，之后促进线粒体膜上磷脂 的双向运动，与Bid相互作用，导致细胞色 素C的释放，促使procaspase-9自身催化形 成有活性的caspase-9,进而活化效应蛋 caspase-3,最终导致细胞凋亡。
TRAIL-R4也称DcR2,它是一个由386氨 基酸编码的Ⅰ型跨膜蛋白, 与死亡受体 相比,DcR2的C端缺少52个氨基酸,即 胞内有一段不完整的死亡结构域,故也 不能传递死亡信号。
1.3.3 OPG
OPG(Osteoprotegerin)是近来发现的一 种调节骨密度、细胞产生和分化的受 体。OPG与TRAIL亲和力低,是TRAIL 的一种特殊受体。OPG与TRAIL结合 后可能会抑制TRAIL对细胞的凋亡作用。 这种抑制作用可能是通过OPG竞争性 抑制TRAIL与死亡受体的结合来实现的。 最近的研究表明,TRAIL和OPG在血清 中的表达水平可能与动脉粥样硬化和 冠状动脉疾病有一定联系。
2 TRAIL的作用机制
2. 1 TRAIL诱导肿瘤细胞凋亡的机制 TRAIL诱导细胞凋亡主要有两个途径: (1)半胱天冬酶(caspase)和死亡受体相 关的细胞凋亡途径; (2)线粒体相关的细 胞凋亡信号途径。TRAIL与其他TNF家 族成员一样,可以诱导多种肿瘤细胞凋 亡,而且对抑癌基因p53突变造成的对放 疗、化疗不敏感的肿瘤细胞也有较好 的诱导凋亡的作用。
虽然人们通过大量的研究已经对TRAIL 有了比较深入的了解,但具体的信号转 导机制、基因调控、在健康或病体体 内的确切作用等许多方面仍不十分清 楚。随着对这种活性大分子的研究继 续深入, TRAIL可Байду номын сангаас将是一种具有广阔 临床应用前景的抗癌药物。
近年来许多研究显示,除了诱骗受体对 细胞的保护作用外,TRAIL还能通过激 活Akt途径核因子κB(NFκB)、蛋白激酶 C(PKC)、促分裂原活化蛋白激酶 (MAPK)家族成员等多种机制调节 TRAIL的凋亡诱导活性。此外,死亡受 体核苷酸的突变和OPG的竞争性作用 也可能造成细胞对TRAIL的抗性。
TRAIL最大的优点是它可以选择性诱导 肿瘤细胞凋亡,但对正常细胞没有毒副 作用。因此,TRAIL已经成为许多研究 的热点,并有可能成为新一代的抗肿瘤 药物。
1. 2
TRAIL的结构特点
人TRAIL分子属Ⅱ型跨膜蛋白,包括胞 浆区(14aa)、跨膜区(26aa)和胞膜外区 (241aa)。C端(细胞外区域)保守性强, 能形成几个β折叠,再形成典型的β夹心 结构,进而形成同源三聚体的亚结构;N 端(细胞内区域)没有信号肽序列,其发 挥功能的部位主要位于胞外区。