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1、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。,1TRAIL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
2、成为许多研究的热点,并有可能成为新一代的抗肿瘤药物。,1.2TRAIL的结构特点,人TRAIL分子属型跨膜蛋白,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,能形成几个折叠,再形成典型的夹心结构,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。,1.3TRAIL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。,死亡受体,TRAIL-R1和TRAIL-R2均属于TNFR(TNFrecepto
3、r)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。,TRAIL-R2也称死亡受体5(DR5),DR5也属型跨膜蛋白,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
4、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。,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
5、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。,TRAIL-R4也称DcR2,它是一个由386氨基酸编码的型跨膜蛋白,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。,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OP
6、G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。,2TRAIL的作用机制,2.1TRAIL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。,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
7、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-pro-caspase死亡诱导信号复合物(DISC)，,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。,线粒体
8、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Bcl-2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(Apoptosisprotease-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,
9、最终导致细胞凋亡。,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-活化，蛋白激酶C-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
10、,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。,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caspase-3,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。,近年来许多研究显示,除了诱骗受体对细胞的保护作用外,TRA
11、IL还能通过激活Akt途径核因子B(NFB)、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。,3TRAIL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。,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。,谢谢!,
