TRAIL与眼部肿瘤的治疗

　　作者：单将成，谢伯林，俞丹洋 作者单位：(650032)中国云南省昆明市，解放军昆明总医院眼科

　　【摘要】 肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(tumor necrosis factor related apoptosisinducing ligand，TRAIL)是新发现的TNF超家族成员，与其受体结合后可特异性地诱导多种肿瘤细胞、转化细胞或病毒感染细胞凋亡，而对正常细胞几乎无毒性，现已受到人们的广泛关注。眼科肿瘤治疗一直是眼科界的难题。我们就TRAIL及其受体的结构功能、作用机制及其在眼肿瘤治疗中的应用进行综述。

　　【关键词】 TRAIL;凋亡;眼科肿瘤;治疗

　　Tumor necrosis factor related apoptosisinducing ligand and eye tumors therapy

　　JiangCheng Shan, BoLin Xie, DanYang Yu

　　Department of Ophthalmology, Kunming General Hospital of Chinese PLA, Kunming 650032, Yunnan Province, China

　　Correspondence to: BoLin Xie. Department of Ophthalmology, Kunming General Hospital of Chinese PLA, Kunming 650032, Yunnan Province, China. Bolin_xie@tom.com

　　Received:20100716 Accepted:20100809

　　Abstract

　　Tumor necrosis factor related apoptosisinducing ligand (TRAIL) is a new member of TNF superfamily. TRAIL preferentially induces apoptosis in tumor cells, transformed or virusinfected cells, but not in normal cells, thus it has greatly spurred our attention. Eye tumor therapy has always been the challenge to ophthalmologists. This review introduces TRAIL and its receptors' structures and functions, the mechanism of inducing apoptosis and the applications in eye tumors therapy.

　　KEYWORDS：TRAIL; apoptosis; eye tumor; therapy

　　Shan JC, Xie BL, Yu DY.Tumor necrosis factor related apoptosisinducing ligand and eye tumors therapy. Int J Ophthalmol(Guoji Yanke

　　Zazhi) 2010;10(9):17301732

　　眼部肿瘤因其位置的特殊性，一旦发生往往产生严重的后果，轻者影响视力和容貌，重者危及生命。其治疗方法一直以手术、化疗、放疗为主，虽然取得了一定的成效，但均有明显的缺陷。手术切除创伤大，严重影响患者的容貌，还存在复发和转移的危险;化疗、放疗则在杀死肿瘤细胞的同时也杀死了正常细胞，损害人体器官和造血功能。因此急需寻找一种更好的治疗眼部肿瘤的方法[1,2]。新的观点认为肿瘤的产生是由于发生恶性转化的细胞不能正常凋亡，目前肿瘤生物治疗的热点之一是通过诱导肿瘤细胞发生凋亡，从而达到治疗的目的，即肿瘤的凋亡疗法。而该疗法的重要进展之一就是TRAIL的发现及其在肿瘤治疗中的作用。我们主要叙述TRAIL及其受体的结构功能、作用机制，并探讨其在部分眼科肿瘤治疗中的应用。

　　1 TRAIL及其受体的结构功能

　　1.1 TRAIL基因

　　TRAIL基因最早由Wiley等[3]于1995年从人心肌cDNA文库中克隆获得并命名，1996年Pitti等[4]克隆得到相同的基因，并命名为Apo2L。TRAIL基因定位于3q26，编码281个氨基酸组成的Ⅱ型跨膜蛋白，分子量为32.5kD。其中241个氨基酸位于跨膜外区，功能部位为119～241位氨基酸残基。N末端14个氨基酸位于胞质区，与TNF家族的其他成员无同源性，无明显的信号肽。C末端168个氨基酸位于细胞膜外，保守性较强，形成几个折叠结构，再形成典型的链夹心，即同源三聚体结构。胞外区有相应的蛋白酶切位点，受蛋白酶作用后，形成可溶型的形式。可溶性分子N末端氨基酸的缺失不影响其生物学活性，并能形成同源三聚体与其受体结合。

　　1.2TRAIL受体

　　TRAIL受体基因定位于8q21，22，目前发现的TRAIL受体有五种。TRAILR1与R2含有胞内死亡结构域(death domain，DD)，且能同时激活半胱天冬酶(caspase)和核转录因子(nuclear factorkappa B，NFkB)，亦称为死亡受体(death receptor，DR)，分别又命名为DR4和DR5。DR4由468个氨基酸组成，在胞外区108～266位氨基酸之间有富含两个Cys的重复序列，227～245位氨基酸为跨膜区，胞内区含有一个由70个氨基酸组成的死亡区域DD，与TNFR，FasL等DD具有高度同源性，能够与TRAIL结合形成复合体而被激活，传导凋亡信息至胞质内，激活caspase系统最终引起细胞凋亡，故称为DR[5]。DR5[6]由411个氨基酸组成，在功能和结构上与DR4极为相似。胞外区84～79位氨基酸为富含两个Cys的重复序列，184～206位氨基酸为跨膜区，胞内区含有70个氨基酸的DD。DR5的胞外区中、胞内区DD与DR4相应部分的同源性分别为66%和64%。TRAILR3与R4缺乏有功能的胞内死亡结构域，无法激活caspase，但能激活NFkB，表现为抑制凋亡，亦称为诱骗受体(decoy receptor，DcR)，分别命名为DcR1，DcR2。DcR1含有259个氨基酸，通过糖基磷脂酚肌醇(glycsyphosphatidylinositol，GPI)形成固定于细胞表面的蛋白。12～36位氨基酸为跨膜区，无胞内区。DcR1胞外区域与DR4和DR5分别有69%和52%的同源性，由于没有细胞内DD，故虽能与TRAIL结合却不能诱导细胞凋亡，因此被称为DcR[7]。DcR2由386个氨基酸组成，氨基酸序列与前述三种受体有58%～70%的同源性，胞内区由155个氨基酸组成，但只占整个DD分子的1/3，无完整DD结构，因而缺乏诱导凋亡的能力。护骨素 (osteoprotegerin，OPG)是1998年由Emery等[8]确认的第5个TRAIL受体，并命名为OPG，它属于分泌型TNF同源物，是可溶性蛋白，在体内有抑制破骨和增加骨密度的功能。OPG与TRAIL亲和力低，是TRAIL的一种特殊受体。OPG与TRAIL结合后可抑制TRAIL对细胞的凋亡作用，保护人正常上皮细胞抵制TRAIL诱导的凋亡，抑制TRAIL对敏感细胞Jurkat和成釉细胞瘤的诱导凋亡作用。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[9]。

　　2 TRAIL诱导肿瘤细胞凋亡的作用机制

　　2.1TRAIL诱导肿瘤细胞凋亡的途径

　　目前普遍接受的TRAIL凋亡诱导途径有两条，即线粒体依赖型途径和线粒体非依赖型途径。TRAIL与靶细胞表面的死亡受体特异结合而激活凋亡信号途径。死亡受体DR4/DR5与TRAIL结合后，形成配体受体三聚复合物，受体通过其胞内段死亡结构域(DD)与Fas相关蛋白的死亡结构域(FADD)C端DD结合。FADD以其N端的死亡效应结构域(DED)与procaspase8结合，形成DR4/DR5FADDprocaspase8死亡诱导信号复合物(DISC)，促使procaspase8自我裂解形成有活性的凋亡起始蛋白caspase8。caspase8活化后，通过两条信号途径传递凋亡信号。I型细胞通过线粒体非依赖型途径，即活化的caspase8直接激活下游效应蛋白caspase3，6，7而诱导凋亡。II型细胞通过线粒体依赖型途径传递凋亡信号。活化的caspase8促使Bid催化断裂形成有活性的截短Bid(tBid)并定位于线粒体膜，引起线粒体跨膜电位降低或破坏，促使线粒体释放细胞色素c、促凋亡蛋白Smac/Diablo和Omi/HtrA2。Cyt c，Apaf1，procaspase9和dATP结合形成凋亡酶体(apoptosome)，该复合物二聚化后能激活procaspase9形成有活性的caspase9，进而活化效应蛋白，最终导致细胞凋亡[10]。

　　2.2正常细胞逃逸凋亡的机制

　　TRAIL的一个显著特点就是能够特异地仅诱导转化细胞、肿瘤细胞、病毒感染细胞凋亡，而对正常组织细胞没有杀伤作用。目前认为有以下机制：(1)诱骗受体的保护作用：诱骗受体DcR1和DcR2在正常组织广泛表达，在肿瘤组织中几乎不表达。正常细胞由于有诱骗受体与死亡受体竞争结合TRAIL而逃逸TRAIL的杀伤。Pan等[11]证实，异位表达的DcR1可以使哺乳动物细胞免于TRAIL诱导的凋亡。(2)FLIPs(FADDlike ICE inhibitory proteins)的作用：FLIPs是caspase活性的抑制剂，它的序列与caspase8的序列相似，它通过与caspase8竞争性结合凋亡通路上的结合蛋白而封闭凋亡通路，使细胞逃逸TRAIL诱导的凋亡。Kim等[12]证实，对TRAIL不敏感的细胞系具有低表达或不表达DR4而高表达FLIP的特征。(3)凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis，IAP)家族的作用：其家族成员包括caspase-IAP1，caspaseIAP2，X染色体相联的IAP(XIAP)和生长素，分布广泛，是caspases的潜在抑制物，能阻断TRAIL诱导凋亡。IAPs结合caspase抑制凋亡，主要作用于caspase9，caspase3，caspase7，通过抑制它们的活化或削弱其活性来发挥作用。

　　3 TRAIL与眼科肿瘤的治疗

　　目前眼科恶性肿瘤的治疗仍然是以手术为主，辅以化学减容疗法、激光光凝、温热疗法、冷冻疗法、巩膜敷贴放疗、外照射放疗的综合治疗。但随着对TRAIL临床应用研究的不断深入，TRAIL和放疗及化疗的联合应用在多种肿瘤细胞系上的实验模型的建立，为部分眼科肿瘤的治疗提供了新思路。

　　3.1 TRAIL与脉络膜恶性黑色素瘤

　　脉络膜恶性黑色素瘤(choroidal malignant melanoma，CMM)是成年人眼内最常见的原发性恶性肿瘤，占葡萄膜恶性肿瘤的85%。此病可致盲，也可因全身转移致死，病死率高，对患者危害极大[13]。虽然目前尚缺乏单纯研究CMM的生物化疗，但针对恶性黑色素瘤的生物化疗方面的研究较多。近年来对黑色素瘤的研究表明：早期黑色素瘤衰退及经IFN2a介导的疗效与CD4+T淋巴细胞浸润相关，而CD4+T杀伤黑色素瘤细胞主要通过TRAIL诱导的凋亡而发挥作用。TRALI可以诱导大约2/3的黑色素瘤体外培养细胞发生凋亡，而对正常组织没有影响[14]。陈伟莉等[15]研究重组人肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体(rhTRAIL)对黑色素瘤A375细胞生长及诱导细胞凋亡的影响时，发现rhTRAIL对黑色素瘤A375细胞生长有显著的抑制作用，在一定剂量范围内呈剂量依赖性。目前研究发现多系黑色素瘤细胞对TRAIL不敏感，其耐药机制可能与DR的表达及某些信号分子，如caspase，Bcl2，XIAP等的改变有关[16,17]。而当TRAIL与某些药物联合作用时，可显著提高黑色素瘤细胞对TRAIL的敏感性。如：Liu等[18]研究发现2脱氧D葡萄糖(2DeoxyDglucose，2DG)与TRAIL联合作用于黑色素瘤细胞时有协同效应，其机制为：2DG通过上调TRAILR2的表达，以增强人黑色素瘤细胞对TRAIL诱导凋亡的敏感性。Karasic等[19]研究表明环木脂体鬼柏苦(PPP)联合TRAIL大大增加了黑色素瘤细胞系WM793和WM9的细胞凋亡，其机制是PPP通过抑制胰岛素样生长因子受体1(IGF1R)激酶活性，使原来黑色素瘤细胞上高活性的IGF1R信号通路失活，抑制下游肌醇AKT和MAPK通路的激活，从而协同TRAIL诱导黑色素瘤细胞凋亡。随着TRAIL耐药机制及其和其他药物协同机制的明朗化，TRAIL有望成为一种治疗CMM的新试剂。

　　3.2 TRAIL与眼眶淋巴瘤

　　眼眶恶性淋巴瘤在眼眶占位性病变中比较常见，约占眼眶恶性肿瘤性病变10%[20]。Wissink等[21]研究表明，TRAIL与放疗联合处理淋巴系统恶性肿瘤细胞系具有协同作用，两者联合能够诱导对放疗耐受的Bcl2过表达的淋巴系统肿瘤细胞凋亡。Unnithan等[22]研究发现霍奇金淋巴瘤和非霍奇金淋巴瘤患者经放疗后出现TRAIL水平升高，体内试验亦表明了TRAIL与放疗联合应用具有协同效应。目前TRAIL与放射线联用诱导凋亡的协同机制还不是很清楚，比较公认的途径是通过激活caspase，进一步的研究发现这种协同作用依赖P53的表达，并且放射线能上调DR5的表达。此外亦有TRAIL联合化疗药物治疗淋巴瘤的研究。如，rhTRAIL联合利妥昔单抗的I期临床试验结果显示：以往曾用利妥昔单抗治疗的6例低度恶性的非霍奇金淋巴瘤患者，给予利妥昔单抗联合4mg/kg·d rhTRAIL治疗，其中2例获得完全缓解，3例获得部分缓解及稳定[23]，获得了较好的疗效。Georgakis等[24]研究发现TRAIL联合硼替左米或阿霉素可增强淋巴瘤细胞的凋亡。在这些研究中，TRAIL均表现出与其他药物的协同效应，但其确切的相互作用机制尚不清楚。目前放疗、化疗仍是眼眶恶性淋巴瘤的重要治疗手段，TRAIL与放疗、化疗的联合应用将有助于眼眶恶性淋巴瘤的治疗。

　　3.3 TRAIL与横纹肌肉瘤

　　横纹肌肉瘤(rhabdomyosarcoma，RMS)为儿童最常见的原发性眼眶内恶性肿瘤，约占眼眶肿瘤的2%～5%，该肉瘤对化疗药物不敏感，病程发展快，恶性程度高。徐玉生等[25]研究发现TRAIL可抑制RMS细胞生长，TRAIL和顺铂联合应用对RMS具有明显的协同杀伤效果，其作用制剂与cFLIPmRNA表达的下调和线粒体跨膜电位的降低有关。国外实验研究[26]亦显示：TRAIL联合阿霉素有协同诱导RMS细胞凋亡的作用。可见，TRAIL联合化疗或许能成为治疗RMS的新方法。

　　4展望

　　由于TRAIL能选择性诱导肿瘤细胞凋亡而对正常细胞几乎无毒副作用，并且和放疗化疗都有协同效应，使得TRAIL在眼科肿瘤的治疗上具有广阔的前景。但TRAIL是近年来才发现的TNF家族成员，其耐药机制和其联合药物时的协同机制，目前还不十分清楚，且TRAIL在眼科肿瘤中的研究还处于起步阶段，还需要更多、更完善的实验及临床研究来进一步证实，从而为TRAIL用于眼科肿瘤的治疗奠定基础。

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