肿瘤坏死因子

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(tumor necrosis factor, TNF)

巨噬细胞分泌的一种小分子蛋白。TNF-α主要由单核-巨噬细胞分泌;TNF-β主要由活化的T淋巴细胞分泌,两者有相似致热性。小剂量呈单峰热,大剂量呈双峰热;TNF在体内外均能刺激IL-1的产生。不耐热,70℃ 30min失活

1975年Carswell等发现接种BCG的小鼠注射LPS后,血清中含有一种能杀伤某些肿瘤细胞或使体内肿瘤组织发生血坏死的因子,称为肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)。1985年Shalaby把巨噬细胞产生的TNF命名为TNF-α,把T淋巴细胞产生的淋巴毒素(lymphotoxin,LT)命名为TNF-β。TNF-α又称恶质素。  

目录

1.TNF的产生

(1)TNF-α是一种单核因子,主要由单核细胞和巨噬细胞产生,LPS是较强的刺激剂。IFN-γ、M-CSF、GM-CSF对单核细胞/巨噬细胞产生TNF-α有刺激作用,而PGE则有抑制作用。前单核细胞系U937、前髓细胞系HL-60在PMA刺激下可产生较高水平的TNF-α。T淋巴细胞、T细胞杂交瘤、T淋巴样细胞系以NK细胞等在PMA刺激下也可分泌TNF-α。SAC、PMA、抗IgM可刺激正常B细胞产生TNF-α。此外,中性粒细胞、LAK、星状细胞、内皮细胞平滑肌细胞亦可产生TNF-α。

(2)TNF-β是一种淋巴因子抗原丝裂原均可刺激T淋巴细胞分泌TNF-β。PMA刺激RPMI1788B淋巴母细胞可分泌高水平TNF-β。  

2.TNF的分子结构和基因

(1)人的TNF-α基因长约2.76kb,小鼠为2.78kb,结构非常相似,均由4个外显子和3个内含子组成,与MHC基因群密切连锁,分别定位于第6对和第17对染色体上。1984年从HL-60、U937等细胞中克隆成功rHu TNF-α cDNA,并在大肠杆菌中获得高表达。 人TNF-α前体由233个氨基酸残基组成,含76个氨基酸残基的信号肽,切除信号肽后成熟型TNF-α为157氨基酸残基,非糖基化,第69位和101位两个半胱氨酸形成分子二硫键。rHu TNF-α分子量为17kDa。小鼠TNF-α前体为235氨基酸残基,信号肽79氨基酸残基,成熟的小鼠TNF-α(rMuTNF-α)分子量为17kDa,由156个氨基酸残基组成,第69位和100位两个半胱氨酸形成分子内二硫键,有一个糖基化点,但糖基化不影响其生物学功能。rHu TNF-α与rMu TNF-α有79%氨基酸组成同源性,TNF-α的生物学作用似无明显的种属特异性。最近有人报道通过基因工程技术表达了N端少2个氨基酸(Val、Arg)的155氨基酸人TNF-α,具有更好的生物学活性和抗肿瘤效应。此外,还有用基因工程方法,将TNF-α分子氨基端7个氨基酸残基缺失,再将8Pro、9Ser和10Asp改为8Arg、9Lys和10Arg,或者再同时将157Leu改为157Phe,改构后的TNF-α比天比天然TNF体外杀伤L929细胞的活性增加1000倍左右,在体内肿瘤出血坏死效应也明显增加。TNF-α和β发挥生物学效应的天然形式是同源三聚体

(2)人 和小鼠TNF-β基因分别定位于第6和第17号染色体。HuTNF-β分子由205个氨基酸残基组成,含34氨基酸残基的信号肽,成熟型Hu TNF-β分子为171个氨基酸残基,分子量25kDa。rHu TNF-β分子由202氨基酸残基组成,包括33个氨基酸残基的信号肽,成熟分子169个氨基酸残基,与Hu TNF-β有79%的同源性。Hu TNF-β与Hu TNF-αDNA同源序列达56%,氨基酸水平上同源性为36%。  

3.TNF的受体

(1)TNF-R的分型

TNF-R可分为两型:Ⅰ型TNF-R,55kDa,CD120a,439氨基酸残基,此型受体可能在溶细胞活性上起主要作用;Ⅱ型TNF-R,75kDa CD120b,426氨基酸残基,此型受体可能与信号传递和T细胞增殖有关。两型TNF-R均包括胞膜外区、穿膜区和胞浆区三个部分,胞膜外区有28%的同源,但在有包浆区无同源性,可能与介导不同的信号转导途径有关。TNF-R属于神经生长因子受体(NGFR)超家族。TNF-α和TNF-β的受体可能是同一的。TNF-R存在于多种正常及肿瘤细胞表面,一般每个细胞受体数目有103~104,如ME-180肿瘤细胞系TNF-αR约2000/个细胞,Kd为2*10-10M。不同细胞表面TNF-αR的数目和亲和力似乎与细胞对TNF-α的敏感性并不平行。TNF-α与相应受体结合后信号传递的机理尚不清楚,可能与活化蛋白激酶C(PKC),催化受体蛋白磷酸化有关。  

(2)可溶性TNFR

TNF结合蛋白(TNF-BP)是TNFR的可溶性形式,有sTNf RⅠ(TNF-BPI)和sTNFRⅡ(TNF-BPⅡ)两种。一般认为sTNFR具有局限TNF活性,或稳定TNF的作用,在细胞因子网络中有重要的调节作用。Seckiner 1988年发现发热患者尿中有TNF抑制物,分子量为33kDa。Olsson 1989年在慢性肾功不全患者血和尿中也发现有TNF-BP。TNF-BP可与TNF特异结合,抑制TNF活性,如抑制其细胞毒活性和诱导IL-1产生,可促进皮下接种Meth A肉毒的生长,可见于正常妊娠尿中。炎症内毒素血症脑膜炎双球菌感染、SLE、HIV感染、肾功不全时以及肿瘤时可升高。可溶性TNFR可有效地减轻佐剂关节炎病理改变以及败血症休克。  

4.TNF的生物学活性

TNF-α与TNF-β的生物学作用极为相似,这可能与分子结构的相似性和受体的同一性有关。但有某些生物学作用方面也有不同之处。  

(1)杀伤或抑制肿瘤细胞

TNF在体内、体外均能杀死某些肿瘤细胞(cytolytic action),或抑制增殖作用(cytostatic action)。肿瘤细胞株对TNF-α敏感性有很大的差异,TNF-α对极少数肿瘤细胞甚至有刺激作用。用放线菌素D丝裂霉素C、放线菌酮等处理肿瘤细胞(如小鼠成纤维细胞株L929)可明显增强TNF-α杀伤肿瘤细胞活性。体内肿瘤对TNF-α的反应也有很大的差异,与其体外细胞株对TNF-α的敏感性并不平行。同一细胞系可能有敏感株和抵抗株如L929-S和L929-R。此外,靶细胞内源性TNF的表达可能会使细胞抵抗外源性TNF的细胞毒作用,因此,通过诱导或抑制内源性TNF的表达可改变细胞对外源性TNF的敏感性。巨噬细胞膜结合型TNF可能参与对靶细胞的杀伤作用。

TNF杀伤肿瘤的机理还不十分清楚,与补体穿孔素(perforin)杀伤细胞相比,TNF杀伤细胞没有穿孔现象,而且杀伤过程相对比较缓慢。TNF杀伤肿瘤组织细胞可能与以下机理有关。

①直接杀伤或抑制作用:TNF与相应受体结合后向细胞内移,被靶细胞溶酶体摄取导致溶酶体稳定性降低,各种酶外泄,引起细胞溶解。也有认为TNFN激活磷脂酶A2,释放超氧化物而引起DNA断裂,磷脂酶A2抑制剂可降低TNF的抗病效应。TNF可或改变靶细胞糖代谢,使细胞内pH降低,导致细胞死亡

②通过TNF对机体免疫功能的调节作用,促进T细胞及其它杀伤细胞对肿瘤细胞的杀伤。

③TNF作用于血管内皮细胞,损伤内皮细胞或导致血管功能紊乱,使血管损伤和血栓形成,造成肿瘤组织的局部血流阻断而发生出血、缺氧坏死。  

(2)提高中性粒细胞的吞噬能力

增加过氧化物阴离子产生,增强ADCC功能,刺激细胞脱颗粒和分泌髓过氧化物酶。TNF预先与内皮细胞培养可使其增加MHCⅠ类抗原、ICAM-1的表达,IL-1、GM-CSF和IL-8的分泌,并促进中性粒细胞粘附到内皮细胞上,从而刺激机体局部炎症反应,TNF-α的这种诱导作用要比TNF-β为强。TNF刺激单核细胞和巨噬细胞分泌IL-1,并调节NHCⅡ类抗原的表达。  

(3)抗感染

如抑制疟原虫生长,抑制病毒复制(如腺病毒Ⅱ型、疱疹病毒Ⅱ型),抑制病毒蛋白合成病毒颗粒的产生和感染性,并可杀伤病毒感染细胞。TNF抗病毒机理不十分清楚。  

(4)TNF是一种内源性热原质

引起发热,并诱导肝细胞急性期蛋白的合成。TNF引起发热可能是通过直接刺激下丘脑体温调节中枢和刺激巨噬细胞释放IL-1而引起,还可通过IL-1、TNF-α刺激其它细胞产生IL-6。  

(5)促进髓样白血病细胞向巨噬细胞分化

如促进髓样白血病细胞ML-1、单核细胞白血病细胞U937、早幼粒白血病细胞HL60的分化,机理不清楚。TGF-β可抑制TNF-α多种生物学活性,但不抑制TNF-α对髓样白血病细胞分化的诱导作用,甚至还有协同效应。  

(6)促进细胞增殖和分化

TNF促进T细胞NHCⅠ类抗原表达,增强IL-2依赖的胸腺细胞、T细胞增殖能力,促进IL-2、CSF和IFN-γ等淋巴因子产生,增强有丝分裂原或外来抗原刺激B细胞的增殖和Ig分泌。TNF-α对某些肿瘤细胞具有生长因子样作用,并协同EGF、PDGF和胰岛素的促增殖作用,促进EGF受体表达。TNF也可促进c-myc和c-fos等与细胞增殖密切相关原癌基因的表达,引起细胞周期由Go期向G1期转变。最近报道INF-β(LT)是EB病毒转化淋巴母细胞的自分泌生长因子,抗LT抗体、sTNf R以及TNF-α能抑制EB病毒转化淋巴细胞的增殖。

IL-1、IFN-γ和GM-CSF对TNF的生物学作用有明显的增强作用,可能与增加细胞TNF受体的表达有关。已报道一种抗TNF-α单克隆抗体,可模拟TNF-α的某些生物学作用,这种现象在其它因子中还尚未见到。  

5.TNF与临床

应用TNF在治疗肿瘤等方面开始临床Ⅱ期试验,也可与IL-2联人事治疗肿瘤,目前认为全身用药的疗效不及局部用药,后者如病灶内注射,局部浓度高且副作用也较轻。近年来已采用TNF基因治疗开始对黑素瘤等肿瘤进行临床验证。值得重视的TNF又与临床某些疾病的发生有关。

(1)感染性休克:目前认为革兰氏阴性杆菌或脑膜炎球菌引起的弥漫性血管内凝血中毒性休克是由于细菌内毒素刺激机体产生过量TNF-α,引起发热,心脏肾上腺严重损害,呼吸循环衰竭,甚至引起死亡,其TNF水平与病死率正相关。其发病机理可能是TNF刺激内皮细胞,导致炎症、组织损伤和凝血。TNF也是急性肝坏死的重要因素。病毒性暴发型肝衰竭外周血细胞诱生TNF,IL-1活性升高,且与病情程度相关。目前有关TNF介导内毒素性休克的机理还不很清楚。有认为TNF能促进前凝血酶原活性物质生成,抑制内皮细胞凝血酶调节毒素休克。TNF抗体(抗血清或单克隆抗体)在小鼠、家兔和狒狒体内均有效地阻止致死性内毒素体克的发生。应用抗TNf McAb治疗脓毒症和化脓性休克已进入Ⅲ期临床试验,抗TNF嵌合抗体治疗细菌性感染也已开始Ⅰ期临床试验。

(2)恶液质:TNF-α又称恶液素(cachectin),可诱发机体发生恶液质。

(3)TNF与病毒复制的关系:TNF还具有类似IFN抗病毒作用,阻止病毒早期蛋白质的合成,从而抑制病毒的复制,并与TNF-α和TNF-γ协同抗病毒作用。另一方面,TNF诱导HIV-Ⅰ基因在T细胞中表达。TNF和HIV感染的CD4+细胞中活化或诱导NF-κB,NF-κB结合于HIV的长末端重复序列(LTR)的增强子部位,活化HIV基因,可能与艾滋病发病有关。艾滋病患者单核细胞TNF-α产生增加,血清中TNF-α水平升高。

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