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,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N K细胞产生的淋巴毒素(lymphotoxin,L T)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(L PS)、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。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。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]。

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)

3.2　TNF2α受体(TNFR)有2种,即相对分子质量分别为55000的TNFR I(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K D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(L PS)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N K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(≥10-8mol/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(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　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J N K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(TNFs2TNFRs2sTN2 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

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。p38MAR K抑制物通过选择性地抑制通路远端的p38MAR K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(PD TC),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HUM IRA);afelimomab;adalimumab;CB0006。

6.2.2　TNFR与Ig G的Fc段形成的融合蛋白　TNFRⅡ2Fc融合蛋白etanercept(商品名为En2

brel);TNFRI2Fc融合蛋白lenerercept。其他拮抗剂有可溶性TNF受体:TNFR1,TNFR2,onercept等; TNF抑制蛋白:MnSOD,内生性TNF,病毒蛋白,T 细胞白血病演化因子等;TNF信号转导阻滞剂:茴香烯类。

6.3　抑制TNF2α的释放　金属蛋白酶抑制剂可抑制TNF2α转移酶对TNF2α的加工,并减少L PS刺激的TNF2α释放。Bull等[20]通过检测心肌生化功能及TNF2α含量等证明抑肽酶具有通过抑制TNF2α的释放、摄入和活性来保护心肌生化功能的作用。

6.4　抑制TNF2α产生　β受体兴奋剂,异丙肾上腺素,磷酸二酯酶抑制剂如已酮可可碱、氨力农等。

6.5　抑制TNF的表达　沙利度胺,格雷沙星,麦考酚酸,胺碘酮,毒毛花甙G,雌激素,ACE类,吡咯烷酮,维司力农,核苷酸,olopata,trichodimerol,mil2 rinone,oligodeoxy,dine等。

6.6　TNF介导其他作用的抑制剂　乙醇、肝素、托瑞米芬(雌激素拮抗药)。

6.7　TNF基因转录抑制剂　N2乙酰半胱氨酸、鱼藤酮,白藜芦醇等。

7　结语

TNF2α是由激活的单核-巨噬细胞产生的一种具有多种生物活性的多肽细胞因子,与机体免疫反应、急性期反应及炎症反应关系密切,它可通过激活细胞因子网络系统而诱发全身炎性反应,导致血液动力学改变、心肌抑制、微血管损伤及急性肺间质损伤等。运用正确适当的抗TNF2α治疗将可能成为一种新的治疗疾病的方法,但其临床应用价值还有待于进一步的证实。

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作者简介:　吕志敢,男,1975-09生,在读硕士,主治医师.

[收稿日期:　2006-02-17]

　文章编号:　1007-6611(2006)03-0314-04

体外授精培养基与生殖细胞的体外培养

赵　晴　综述,　杨建一,　王怀秀　审校　(山西医科大学细胞生物与遗传学教研室,　太原　030001)

关键词:　精液保存;　培养基;　体外研究;　受精,体外

中图分类号:　R329 文献标识码:　A

辅助生殖技术(assisted reproductive technolo2 gy,AR T)最早出现在18世纪70年代,在1978年之前,主要是人工授精,直到1978年首例试管婴儿诞生后,才引起了各界人士的广泛关注,同时,辅助生育技术也进入了快速发展时期。目前,应用于临床的AR T有人工授精、体外培养,及在传统体外授精(i n vit ro fertilization,IVF)技术基础上发展起来的卵子胞浆内单精子显微注射等。在开发了有效的排卵诱导方案,卵子回收方法改善的同时,用于创造受精和早期发育的适宜培养基的实验技术亦得到不断的改进。IVF培养基的设计发端于20世纪前叶,有人首先设计了经过适当平衡的必要的盐水溶液,然后又设计了更为复杂的培养基,用来维持哺乳动物的植入前期胚胎和某些特异的人体细胞系,培养基的组成从一开始就是一个基本问题,到目前仍是这样[1,2]。因此,对于植入前特殊发育阶段的培养基的设计可对改善人体体外授精的结局产生重大影响。

1887年,Arnold首次对来源于正常组织的细胞进行培养。早期诸如Ringer,Locke和Tyrode等一些典型的培养基是根据一种“”生理性盐溶液“”的观念构建的。人们向某些简单的盐溶液中加入诸如葡萄糖,维生素,激素和氨基酸等。据认为能维持生命的成分构成培养基。1985年,Tervit等依据上述原则,使用合成的输卵管液(SOF)培养基对羊和牛的胚胎进行了培养。Quinn等开发了用于人体