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(tumour necrosis factor,TN F),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TN F2α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TN F2α(旧称TN F),又称恶病质因子(cachectin);而把由活化的T细胞和N K细胞产生的淋巴毒素(lymphotoxin,L T)称为TN F2β,目前对其功能所知有限。目前研究较多的是TN F2α,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TN F2α的活性形式为三聚体。TN F2β基因位于TN F2α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TN F2α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

TN F2α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TN F2α的能力。目前认为心、肝、肺、肾是TN F2α的生物合成场所[2]。TN F2α的主要刺激因素是脂多糖(L PS)、病毒、真菌、过敏毒素、IL21和免疫复合物等。

在正常情况下TN F2α仅在心肌间质的巨噬细胞中产生。G iroir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TN F2αmRNA及其蛋白质的能力,此时产生的TN F2α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TN F2α的重要刺激因素。Kapa2 dia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TN F2α。

体内TN F2α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TN F2αmRNA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TN F2αmRNA及蛋白质[4]。

K leine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TN F、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　TN F2α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,TN F2α受体(TN FR)广泛存在于肝、肺、肾、肠道及肌肉组织中。TN F2α与靶细胞膜上的TN FR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,TN F2α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)

3.2　TN F2α受体(TN FR)有2种,即相对分子质量分别为55000的TN FR I(CD120α)和75000的TN FRⅡ(CD120β),存在于多种正常及肿瘤细胞表面。两类TN FR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]。TN FR与TN F2α和TN F2β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TN FR能够结合一个TN F2α或TN F2β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TN FR存在差异,使得TN F2α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TN F2α的损伤。

TN FRⅠ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N F2κB等多种生物活性物质的信号传递;此外,研究发现,TN FRⅠ在促进由脂多糖(L PS)诱导的致死性休克方面起重要作用[9]。TN FRⅡ主要传递胸腺细胞和N K等淋巴细胞的增殖信号,通过促进TN F2α结合TN FRⅠ而增加TN FRⅠ诱导的作用,同时也增加ICAM21的表达。

3.3　TN FR还存在2种可溶性形式(sTN FR),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sTN FR1和sTN FR2[8]。它们通过与TN F2α结合而影响TN FR和TN F2α的功能及其含量变化,并能与TN F2α结合经肾脏排出体外。研究sTN FR是揭示TN F2α作用机制的重要途径,以更加了解TN FR和TN F2α的生物学作用。

4　TNF2α的生物学功能

TN F2α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]。

TN F2α具有双重生物学效应,在浓度较低(10-10mol/L)时,TN F2α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(≥10-8mol/L)时,过量的TN F2α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。TN F2α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

TN F2α是迄今发现的抗肿瘤活性最强的细胞因子。TN F2α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(GV HD)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　TN F2α在抗肿瘤中的作用　TN F2α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TN F2α具有明显的抗新生血管形成作用。TN F2α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,TN F2α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　TN F2α与心血管疾病　TN F2α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TN F2α水平显著升高[13]。Meldrum[14]证实了TN F2α可通过鞘氨醇依赖机制诱导心肌细胞凋亡;也可通过与TN FR结合和激活J N K路径来诱导心肌细胞凋亡。

5.3　TN F2α与自身免疫性疾病　Ferrari等[15]的研究表明:肿瘤坏死因子系统(TN Fs2TN FRs2sTN2 FRs)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