TRAIL及其受体在肿瘤细胞凋亡机制中的作用研究进展

　　作者：李强　潘晓华　蔡景龙    作者单位：山东大学附属省立医院 1烧伤整形美容外科 2普通外科　 3山东大学第二医院 美容整形烧伤外科　

 　　【摘要】TRAIL及其受体近几年在体内外实验中均显示出良好的抗肿瘤效应，且对正常组织细胞无毒性。本文对TRAIL及其受体结构、功能、凋亡通路以及调控进行综述，TRAIL治疗对肿瘤细胞具有选择性诱导凋亡作用，而对正常细胞无毒副作用，并且与其他治疗有相互协同作用，TRAIL及其受体有良好的诱导肿瘤细胞凋亡作用，在肿瘤治疗方面有重要价值。TRAIL的深入研究将使TRAIL的治疗前景更为光明。

　　【关键词】TRAIL·肿瘤治疗·细胞凋亡·调控

　　TNF相关的凋亡诱导配体(TNF-related apoptosis-inducing ligand, TRAIL）也称之为Apo2配体(Apo2 lignd)，是一种TNF基因超家族成员。体内外实验均能靶向性地导致肿瘤细胞凋亡，而不会影响正常细胞的生长分化。传统的化学治疗、放射治疗以及其他治疗方法能使TRAIL抵抗细胞和肿瘤细胞凋亡。

    1　TRAIL及其受体结构

　　人类TRAIL蛋白有281个氨基酸编码，其基因定位于3q26。TRAIL属于Ⅱ型跨膜蛋白质，其受体结合域羧基端突出细胞外。受体有5个，包括死亡受体4（death receptor 4, DR4）、DR5、诱骗受体1（decoy receptor 1，DcR1）、DcR2和可溶性受体（ostroprotegerin，OPG）。DR4和DR5有一个胞质死亡区域，能通过细胞膜传递TRAIL凋亡诱导活性，其他3个受体则没有功能性的死亡区域，因此它们也许与DcR3同属于诱骗受体［１］，与DR4和DR5竞争。OPG虽与TRAIL相关，但与TRAIL其他4个受体相比对TRAIL亲和力较弱。

    2　TRAIL的凋亡通路

　　细胞凋亡的发生有2个主要通路。第1个通路是指胞外或胞质通路。胞外凋亡通路通过被FasL (CD95L)和TRAIL激活胞膜TNF受体超家族成员受体启动［２］。随之形成Fas分子相关蛋白（Fas-assotiated death dormain, FADD）,促进半胱氨酸蛋白酶8（caspase 8）和caspase 10酶原激活，形成死亡诱导信号复合物（death inducing signaling complex, DISC）。caspase 8激活导致细胞凋亡。第2个通路是胞内或线粒体通路，受Bcl-2蛋白家族中促凋亡因子（如Bax、Bak、Bok、Bid、Bim、Bad、Puma、Noxa等）和抗凋亡因子（包括Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1、 Bcl-W、Bfl-1、Bcl-B等）相互作用调控［３］。促凋亡成员能使线粒体通透性增加，释放出可溶性分子如细胞色素c和Smac/DIABLO到胞质中。细胞色素c刺激凋亡复合体形成（凋亡蛋白酶激活因子1、dATP、细胞色素c和caspase9），激活caspase9，随之激活caspases 3、6和7。Smac/DIABLO与凋亡抑制蛋白（inhabitor of apoptosis protein, IAP）分子特异性结合，解除凋亡抑制因子对caspase的阻碍作用，激活各级caspase引起级联反应，从而促进凋亡发生。

　　细胞凋亡还有一个通路越来越受到人们的关注。c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun NH2-terminal kinase , JNK）是丝裂原激活的蛋白激酶家族中转导并调控细胞凋亡信号的重要信号通路。活化的JNK可以与转录因子c-Jun和ATF-2的氨基末端区域结合，使转录因子的活性区域发生磷酸化，以同二聚体或异二聚体的形式和许多基因启动子上的AP-1及AP-1样位点结合，激活转录因子AP-1，促进FasL表达增强，促进细胞凋亡。另一途径是通过磷酸化Bcl-2和Bcl-xL促进线粒体释放细胞色素C，从而激活caspase级联反应，导致细胞凋亡。JNK在细胞凋亡中的作用具有复杂性、多样性。JNK的激活在某些细胞中促进细胞凋亡，而在有些细胞中却促进细胞存活［4］。

    3　TRAIL诱导肿瘤细胞凋亡的调控

　　TRAIL治疗肿瘤不伤及正常细胞。传统抗癌治疗包括化学治疗和放射治疗，主要是通过胞内凋亡通路刺激凋亡，而这样的治疗会因凋亡缺陷使肿瘤产生凋亡抵抗［５］。其中大部分肿瘤凋亡抵抗主要机制是由于p53的失活。而胞外凋亡通路不依赖p53, 通过胞外凋亡通路的肿瘤治疗较传统肿瘤治疗有更大潜力。包括促凋亡受体、Bcl-2家族蛋白抑制剂、caspase调节因子和IAP抑制剂。

　　刺激促凋亡受体DR4和DR5的可溶性人重组TRAIL和DR4-或DR5-特异性选择mAbs有着强大的抗肿瘤活性，而对正常细胞的毒性很小，如正在应用lexatumumab、apomab、mapatumumab、rituximab进行临床研究，它们对不同肿瘤有明显的抑制作用［６-７］。TRAIL-R1和TRAIL-R2受体的激动性抗体能模拟TRAIL的一些作用。这些激动性抗体在非何杰金淋巴瘤细胞系中，mapatumumab直接作用于TRAIL-R1，lexatumuab直接作用于TRAIL-R2。这些抗体不仅通过caspase 8诱导凋亡，而且激活Bid而进入线粒体通路激活caspase 9，并且还有NF-kappa B和JNK通路参与。mapatumumab和lexatumumab能极大提高恶性胸膜间皮瘤细胞凋亡敏感性而不依赖于TRAIL受体的表达。在mapatumumab和lexatumumab之后用顺铂能极大提高药物的肿瘤细胞毒性作用。慢性淋巴细胞白血病凋亡主要通过TRAIL-R1（mapatumumab)导致凋亡，但有部分也通过TRAIL-R2受体与抗TRAIL-R2抗体（lexatumumab和LBY135)交叉结合传导凋亡信号。而在这种交叉结合缺失情况下则通过TRAIL-R1（mapatumumab)传导凋亡信号［８］。对依赖激动性抗体的促凋亡受体研究较受关注，如apomab在非小细胞肺癌和结肠癌细胞系中使DR5分子在细胞表面聚集，与TRAIL结合部位相互作用，促进激动作用，刺激形成DISC导致凋亡［９］，并且与camptothecin或gemcitabine联合应用可以使结肠癌和胰腺癌的动物模型抑制物退化。

　　另外，TRAIL诱导的凋亡重要调节因子c-凋亡调节蛋白（c-flice like inhibitory protein, c-FLIP）减少，同时DR5的表达升高。细胞类FLICE抑制蛋白（cellular FLICE-like inhibitory protein，c-FLIP）结构与caspase 8酶原类似，但缺乏蛋白水解活性功能区。它通过与caspase 8酶原竞争结合FADD，防止了功能性的DISC的形成，导致caspase 8保持失活状态而无法激发胞外凋亡通路，抑制TRAIL诱导凋亡。随之激活NF-kappa B，使之移位于细胞核内，激活核内多种抗凋亡基因，其中就包括FLIP基因，促进FLIP蛋白表达。c－FLIP蛋白水平是受转录因子NF-kappa B所调控。c-FLIP的高表达是许多肿瘤细胞对TRAIL抵抗的原因。天然和合成的过氧化物酶体增生物激活受体γ配体通过诱导蛋白化作用和蛋白酶体降解作用选择性降低c-FLIP水平，并且能使上皮细胞肿瘤对TRAIL诱导的凋亡增敏［９］。抗凋亡因子c-FLIP和Bcl-2家族成员Mcl-1在肺癌TRAIL抵抗中起作用。c-FLIP过度表达会抑制caspase 8对死亡凋亡诱导信号复合体激活，同时Mcl-1表达使线粒体凋亡通路阻止。c-FLIP和Mcl-1表达增强都源于TRAIL抵抗细胞中Akt介导的这些蛋白的稳定。降低c-FLIP和Mcl-1表达可以减少获得性TRAIL抵抗。DR4和DR5具有保守的 O-糖基化区，能促进配体诱导受体集结，DISC形成和caspase 8的激活。O-糖基化酶可以提高TRAIL的凋亡敏感性［１１］。临床前期研究显示TRAIL 在对广泛的实体与血液恶性肿瘤中与传统肿瘤治疗有协同作用［１２］。表明这种协同作用可能与通过胞内和胞外caspase级联反应的激活相关。并且 TRAIL 可以克服肿瘤细胞对化学治疗的抵抗作用，甚至在p53缺失细胞中与化学治疗有协同凋亡作用［１３］。

　　像Bcl-2和Bcl-xL的抗凋亡家族成员抑制由许多死亡受体介导的凋亡。缺氧和像生长因子的一些胞外活性因子可增强其表达活性。这些蛋白的过度表达通过干扰促凋亡因子Bax和Bad功能来防止线粒体因子的释放。Bax的缺失会导致明显的TRAIL诱导凋亡减少。在最新抗Bcl－2临床治疗中，反义oblimersen已经达到临床Ⅲ期研究。使慢性淋巴细胞白血病和复发黑色素瘤患者生存率大大提高。而对前列腺癌、骨髓瘤和急性中幼粒细胞白血病却无明显疗效。Bcl-2拮抗剂如BH3拟态物AT-101、ABT-263、GX-15-070 （obatoclax)已处于临床实验中，对肿瘤有抑制作用。TRAIL与一个BH3类Bcl-2抑制剂通过胞外及胞内通路协同作用于人前列腺癌细胞，从而诱导凋亡。此复合体与camptothecin共同作用能提高caspase 8和Bid的活性［１4］。

　　IAPs家族成员包括caspase－IAP1, caspase-IAP2, X染色体相联的IAP（XIAP)和生长素是caspases的潜在抑制物，能阻断TRAIL诱导凋亡。IAPs结合caspase抑制凋亡功能，主要作用于caspase 9、caspase 3、caspase 7，但不作用于caspase 8。Smac/DIABLO结合IAP家族成员对抗它们的活性，释放它们结合的caspase。IAPs的调节降低或失活诱导自身凋亡而增强TRAIL诱导凋亡。通过与细胞caspase抑制剂，如IAPs 和c-FLIP竞争来诱导凋亡。聚合苯基脲XIAP抑制剂能抑制XIAP对caspase 3和caspase 7的作用，诱导许多实体肿瘤和白血病细胞凋亡，还能使化学治疗或TRAIL治疗的肿瘤细胞增敏,而对正常细胞有很小毒性［１５］。Smac拟态物能协同TRAIL在人肿瘤细胞凋亡和caspase激活明显增效。

　　除了受体分子外，一些胞质因子也能调节TRAIL诱导的凋亡。FADD和caspase 8的缺失导致对TRAIL诱导凋亡的完全抵抗。腺相关病毒（adeno-associated virus，AAV）由于低病原性和长时间的基因表达性很快成为基因运输工具。人类端粒酶逆转录酶（human telomerase reverse transcriptase，hTERT）是大部分肿瘤细胞转录时的基因表达产物。因此hTERT启动子能很好地提高肿瘤细胞中AAV的目标性。AAV-hTERT-TRAIL复合物是有效的有潜力的治疗肿瘤方法［16］。hTERT启动子引导的TRAIL表达抑制肿瘤生长。结合5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5－Fu）的rAAV协同作用于肿瘤生长抑制。许多协同治疗能提高肿瘤凋亡的敏感性。蛋白酶抑制剂bortezomib、组蛋白脱乙酰基酶抑制剂、抗CD20 mAb rituximab rituximab等协同TRAIL复合治疗对许多如结肠癌、乳腺癌，肾癌或膀胱癌、血液恶性肿瘤等都有效。

    4　展望

　　在动物的体内和（或）体外实验及人的临床实验中，TRAIL治疗对肿瘤细胞有很好的促凋亡作用，而对正常细胞无毒副作用。尽管一些提取的人肿瘤细胞系对TRAIL介导的凋亡敏感，而原发肿瘤细胞却对TRAIL介导的凋亡抵抗，但是它也表达所必须的受体。因此对O-糖基化酶水平、p53状态和相关Bcl-2家族蛋白表达等通过胞内、胞外凋亡通路对凋亡刺激敏感性调节因素也需要更深入研究。以有利于帮助患者更好地从靶向肿瘤治疗及联合治疗中获益。这些凋亡机制及因子的研究进展使肿瘤发生得到更好地控制，更有效的调节凋亡和治疗肿瘤细胞凋亡抵抗，更合理地促进分子水平的促凋亡靶向抗肿瘤治疗。

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