肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体

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。
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。
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。
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)，
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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可能将是一种具有广阔 临床应用前景的抗癌药物。
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。
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。