肿瘤坏死因子TNF的生理作用（上）

王东宁 张惟杰
(上海交通大学生命科学与技术学院, 上海200030)

一、 TNF背景简述:
    19世纪末人们就发现，某些肿瘤患者感染细菌或注射细菌毒素混合物后，肿瘤会缩小。后来发现，注射革兰氏阴性细菌培养液的滤液后，某些肿瘤会很快出血坏死，当时人们认为这是细菌内毒素所导致的效应，但内毒素在体外试验中对肿瘤细胞并无直接的细胞毒作用。1975年，Carswell及其同事发现，感染卡介苗的小鼠用内毒素处理后，其血清中含有一种具有内毒素样能使肿瘤坏死的物质，称其为肿瘤坏死因子。TNF在体外也能直接影响肿瘤细胞，使之生长受到明显抑制，由激活的Mφ所释放出来的TNF是内毒素诱导肿瘤坏死的中介因子。1984年有人从HL-60、U937等细胞中成功地克隆了人类TNF-α的cDNA，并在大肠杆菌中获得高表达。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。

    TNF-α是一种单核因子，主要由激活的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、MAF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淋巴样细胞系以及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。

    TNF-β是一种淋巴因子，由抗原或丝裂原刺激T淋巴细胞产生。PMA可刺激PRMI1788B淋巴母细胞分泌高水平的TNF-β。

    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基因密切连锁，分别定位于第6对和第17对染色体上。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，切除信号肽后的成熟型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内二硫键。小鼠TNF-α前体为235氨基酸残基，信号肽为79个氨基酸残基，成熟的小鼠TNF-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，有一个糖基化位点，但糖基化不影响其生物学功能。TNF前体是通过一种金属蛋白酶加工的，因而研究金属蛋白酶的阻遏物可能成为对TNF引起的病理作用的潜在的治疗。人与鼠的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氨基酸的人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的三聚体。

    人和小鼠TNF-β基因分别定位于第6和第17号染色体，人TNF-β分子由205个氨基酸残基组成，含34氨基酸残基的信号肽，成熟型人TNF-β分子为171个氨基酸残基，分子量为25 kDa。鼠TNF-β分子由202个氨基酸残基组成，包括33个氨基酸残基的信号肽，成熟分子含169个氨基酸残基，与人的TNF-β有79%的同源性。人类TNF-β与TNF-α的DNA同源序列达56%，氨基酸水平上的同源性为36%。

TNF有不同类型的受体：
1、TNFR的分型： Ⅰ型TNFR，55 kDa，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TNFR，75kDa，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。TNFR75对TNF-α的结合较TNFR55有更高的亲和性和更快的解离速率（kd：100pm对500pm；t 1/2：10分钟对3小时）。因此，在低TNF-α浓度时，TNFR75先结合TNF-α，然后很快就将其释放，从而使它为TNFR55所用。两型TNFR均包括胞膜外区、穿膜区和胞浆区三个部分，胞膜外区有28%的同源性，而胞浆区无同源性，这可能与介导不同的信号转导途径有关。TNFR属于神经生长因子受体（NGFR）超家族。

    TNF-α和TNF-β结合于同一种膜受体。TNFR存在于多种正常及肿瘤细胞表面，一般每个细胞受体数目在103~104。两种受体实际上在所有的组织中均可被表达，只是表达的比例不同。

2、可溶性TNFR：TNF结合蛋白（TNF-BP）是TNFR的可溶形式，有sTNFRⅠ（TNF-BPⅠ）和sTNFR Ⅱ（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。Seckiner1988年发现发热患者尿中有TNF抑制物，分子量为33 kDa。Olsson1989年在慢性肾功能不全患者的血和尿中也发现有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，可促进皮下接种的MethA肉瘤的生长，它可能为肿瘤逃逸宿主抗肿瘤的机制之一。正常人血清中TNF-BP为1~2ng/ml，也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、肾功能不全时以及肿瘤时可升高。可溶性TNFR可有效地减轻佐剂性关节炎的病理改变以及败血症休克。

二、 TNF的生物学活性
    TNF是一种真正的多效因子，具有多种生物学效应。它可直接作用于T细胞、B细胞、Mφ、NK细胞等效应细胞， 在细胞水平上发挥作用。

    TNF与相应的受体结合后可向细胞内移，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TNF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或可改变靶细胞糖代谢，使细胞内PH降低，导致细胞死亡。
TNF可作用于血管内皮细胞，通过激活前凝血质的平衡和血管内皮细胞的抗凝物活性，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。因为肿瘤细胞周围有丰富的血管组织，若破坏这些血管系统，就可阻断肿瘤细胞的营养、能量的供应，因而可有效地治疗肿瘤。

    TNF可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。TNF作为内源性热原质是其负面效应的一个体现。

    TNF还可促进细胞的增殖和分化。TNF促进T细胞MHCⅠ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，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的原癌基因的表达，引起细胞周期G0期向G1期转变。最近报导TNF-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、s-TNFR以及TNF-α能抑制EB病毒转化淋巴细胞的增殖。
TNF在体外可刺激骨质破坏和再吸收，抑制新骨形成。将重组TNF加入体外骨培养物可使多核的破骨细胞数增加，矿化的骨质质量下降，骨胶原（骨质的主要成分）合成抑制。TNF刺激骨吸收是通过诱导成骨细胞产生一种可溶性因子完成的。

    TNF也可对机体免疫功能起调节作用。它能促进T细胞及其它杀伤细胞对肿瘤细胞的杀伤；它也可促进CTL表达MHCⅠ类抗原，并增强CTL对病毒感染细胞的杀伤作用。

    另外，TNF-α可通过影响嗜中性粒细胞活性发挥作用。嗜中性粒细胞是一种特殊的白细胞，它可提供第一道防线，吞噬或杀伤入侵的微生物。在细胞急性炎症反应阶段，它也是一种基本的存在物，可使宿主组织承受损伤。TNF-α刺激嗜中性粒细胞可引起噬菌作用、脱颗粒作用和呼吸爆发活动的增加。TNF可提高中性粒细胞的吞噬能力，增加过氧化物阴离子产生。同时TNF-α可提高中性粒细胞合成PAF的作用并刺激它们释放AA，从而增强ADCC功能，刺激细胞脱颗粒核分泌髓过氧化物酶。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刺激单核细胞核巨噬细胞增加瘤细胞HLA-DR表达有助于增加肿瘤的免疫原性，提高机体的免疫反应。后来还发现TNF可促进正常人成纤维细胞及恶性肺腺癌等多种细胞产生GM-CSF，这种继发于TNF的GM-CSF分泌将使粒细胞及Mφ数目增加，有助于机体的防御反应。（待续）