TNFR1：從雙重作用機(jī)制到精準(zhǔn)治療靶點(diǎn)的前沿探索
日期：2021-02-04 15:18:42
腫瘤壞死因子受體1（TNFR1）是介導(dǎo)細(xì)胞凋亡、壞死與炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵分子，在腫瘤、自身免疫性疾病及感染等病理過程中扮演復(fù)雜角色。其在腫瘤中既能通過死亡結(jié)構(gòu)域誘導(dǎo)凋亡，也可激活NF-κB通路促進(jìn)生存，這種“雙重作用”使其成為極具潛力的治療靶點(diǎn)。此外，TNFR1介導(dǎo)的細(xì)胞因子風(fēng)暴被認(rèn)為是COVID-19等重癥感染中組織損傷的關(guān)鍵機(jī)制，針對其的抑制劑也一度成為研究熱點(diǎn)。
近年來，TNFR1靶向策略正從傳統(tǒng)的廣泛TNF抑制轉(zhuǎn)向更高精準(zhǔn)度的干預(yù)。研究前沿聚焦于開發(fā)特異性阻斷TNFR1信號而不影響TNFR2保護(hù)性功能的藥物，以及利用細(xì)胞工程等新技術(shù)對炎癥信號進(jìn)行智能“重編程”。這些進(jìn)展推動該領(lǐng)域進(jìn)入“精準(zhǔn)調(diào)控”與“病理信號轉(zhuǎn)化”的新階段。
在此背景下，華美生物致力于提供高質(zhì)量的TNFR1相關(guān)蛋白與工具，支持該靶點(diǎn)的前沿機(jī)制研究與藥物開發(fā)。我們的產(chǎn)品旨在幫助科研人員更深入、更精準(zhǔn)地解析TNFR1通路，為創(chuàng)新療法的發(fā)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。
本文將綜述TNFR1的結(jié)構(gòu)與功能、介導(dǎo)的信號通路及其在腫瘤與COVID-19等疾病中的“雙重作用”，并探討靶向TNFR1的治療策略與最新進(jìn)展。
1. TNFR1結(jié)構(gòu)和功能
TNFR1屬于腫瘤壞死因子（TNF）受體超家族成員之一，又稱TNFRSF1A，CD120a或p55，是分子量為55 ku的I型跨膜糖蛋白 [2]。TNFR1包含胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)三個部分。胞外結(jié)構(gòu)域含182個氨基酸，由4個富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域（CRD1-CRD2-CRD3-CRD4）組成。跨膜區(qū)位于細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域和細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域之間，長約22個氨基酸（殘基183-205個）。胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域長約223個氨基酸。其中，在胞外結(jié)構(gòu)域有3個潛在的N-糖基化位點(diǎn)，其功能主要是與三聚體形式的TNF結(jié)合。N末端殘基是亮氨酸。C末端含有80個保守氨基酸序列所構(gòu)成的死亡結(jié)構(gòu)域（Death domain，DD），是轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞死亡信號所必需的，且TNFR1的很多功能都與此結(jié)構(gòu)域有關(guān)（圖1） [3, 4]。
圖1. TNFR1的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)
*本圖來源于ResearchGate 出版物[4]。
TNFR1廣泛分布于正常細(xì)胞膜表面，也存在于多種腫瘤細(xì)胞表面 [5]。TNFR1主要介導(dǎo)凋亡信號，引起細(xì)胞凋亡，在抗腫瘤和抗病毒感染中發(fā)揮重要作用，同時也參與自身免疫性疾病，是誘導(dǎo)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎 [6]和系統(tǒng)性紅斑性狼瘡（SLE）關(guān)鍵因子 [7]。由于TNFR1參與到復(fù)雜的生物學(xué)過程，使得TNFR1精確的功能意義尚不清楚。
2. TNFR1的配體TNF
TNF是三個相同的單體亞單位組成的致密三聚體 [8]。TNF包含TNF-α和TNF-β兩種，屬于Ⅱ型膜蛋白。巨噬細(xì)胞分泌出來的TNF，即TNF-α。T淋巴細(xì)胞分泌的淋巴毒素，即TNF-β [9]。TNF總活性中，TNF-α的占比為70％～95％，所以，平時所指的TNF基本為TNF-α [10]。
TNFα在體內(nèi)又以兩種形式存在，分別是跨膜型TNF-α（tmTNF-α）和可溶型TNF-α（sTNF-α）。tmTNF-α為sTNF-α的前體形式，通過TNF轉(zhuǎn)化酶（TACE，又稱ADAM17）的剪切，分泌到細(xì)胞外，形成可溶性sTNF-α（圖2）[11]。
圖2. tmTNF-α轉(zhuǎn)化為sTNF-α過程
*本圖來源于Ochsner Journal 出版物[11]。
兩型TNFα與受體（TNFR1或TNFR2）相互作用而誘導(dǎo)生物效應(yīng)，但因TNFR2缺乏死亡結(jié)構(gòu)域，TNFR1便成為介導(dǎo)TNF-α活動的主要受體 [12, 13, 14]。TNFR1與TNF-α的胞外段結(jié)合后而引起胞內(nèi)段構(gòu)像的改變，使TNFR1激活 [15]。
3. TNFR1介導(dǎo)的信號通路
3.1 TNFR1-sTNF-α信號通路
TNFR1與sTNF-α結(jié)合，啟動的下游信號通路已經(jīng)非常明確。TNFR1作為sTNF-α的主要受體，其胞內(nèi)段含有DD（death domain，死亡結(jié)構(gòu)域）。在無sTNF-α刺激時，TNFR1的DD被死亡結(jié)構(gòu)域的沉默子蛋白（SODD）占據(jù)，阻斷TNFR相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白（TRADD）與TNFR1的銜接，抑制TNFR1信號通路 [16]。當(dāng)sTNF-α刺激后，sTNF-α與TNFR1結(jié)合，SODD從TNFR1的DD結(jié)構(gòu)域脫落，TNFR1通過其暴露的DD結(jié)構(gòu)域募集TRADD，TNFR1信號通路激活（圖3）[17]。
當(dāng)TNFR1/sTNF-α激活后，TRADD可以募集受體相關(guān)蛋白-1（RIP1）以及受體相關(guān)因子2（TRAF2），在胞膜上形成可激活NF-κB的信號復(fù)合物I（TNFR1-TRADD-RIP1-TRAF2），促進(jìn)靶基因轉(zhuǎn)錄，抵抗凋亡，促進(jìn)生存（圖3）[4, 17]。
此外，TNFR1通過網(wǎng)格蛋白（clathrin）發(fā)生內(nèi)化（internalization），內(nèi)化后的TNFR1通過TRADD的DD和FAS相關(guān)結(jié)構(gòu)死亡蛋白結(jié)構(gòu)域蛋白（FADD）的DD結(jié)合，F(xiàn)ADD可通過其死亡效應(yīng)DED結(jié)構(gòu)域與caspase-8的DED結(jié)合，在胞漿內(nèi)形成信號復(fù)合物II，即DISC（death-inducing signalling complex，死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合體），激活caspase-8，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或程序化壞死（necroptosis）（圖3）[4, 17]。
圖3. TNFR1-sTNF-α信號通路
*本圖來源于Cytokine 出版物[17]。
3.2 TNFR1-tmTNF-α信號通路
關(guān)于TNFR1-tmTNF-α的信號通路目前的研究機(jī)制尚不明確，有研究發(fā)現(xiàn)，TNFR1-tmTNF-α信號通路不同于TNFR1-sTNF-α，后者可介導(dǎo)生存或凋亡兩種截然不同的信號途徑。而TNFR1-tmTNF-α僅能介導(dǎo)細(xì)胞的凋亡，并不能激活NF-κB。雖然TNFR1與兩型TNF結(jié)合都能引起凋亡，但兩者的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制不同，細(xì)胞定位和影響因素也不同 [4]。
4. TNFR1在腫瘤疾病中的作用
近年來，越來越多的研究者發(fā)現(xiàn)，TNFR1廣泛參與各種疾病的病理生理過程，尤其是在腫瘤中，其調(diào)控作用引起人們的重視。大量的數(shù)據(jù)表明，TNFR1在不同癌細(xì)胞中可以決定細(xì)胞不同的命運(yùn)。雖然TNFR1包含死亡結(jié)構(gòu)域，但通過不同的信號傳導(dǎo)通路，TNFR1也可發(fā)揮促炎和致癌作用。所以TNFR1在癌癥中，不總是發(fā)揮其應(yīng)有的促凋亡生物學(xué)效應(yīng)。
在惡性星形膠質(zhì)瘤中，TNFR1和TNF結(jié)合，激活NF-κB通路，抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡，研究提示TNFR1可能參與低度惡性星形細(xì)胞瘤的形成和惡性星形細(xì)胞瘤的發(fā)展 [18]。另有研究發(fā)現(xiàn)，在胃癌細(xì)胞中，TNFR1的表達(dá)水平與胃癌細(xì)胞的分化程度有關(guān) [19]；在大腸癌中，高表達(dá)TNFR1的病人存活率較高 [20]。最近一項研究發(fā)現(xiàn)，在腎透明細(xì)胞癌中，TNFR1表達(dá)，促進(jìn)腫瘤樣變，誘導(dǎo)耐藥 [21]。而在一項小鼠模型實驗中，研究人員評估了TNFR1在肝癌中的作用，數(shù)據(jù)顯示TNFR1的缺失能顯著降低小鼠腫瘤發(fā)生率，說明TNFR1介導(dǎo)的信號通路促進(jìn)肝癌發(fā)生 [22]。
TNFR1參與到一個極其復(fù)雜的生物學(xué)過程，其對疾病的作用往往受到很多不可控因素（比如，患者個體化差異）的影響。目前對于TNFR1在人類全身各系統(tǒng)腫瘤中的表達(dá)研究還不是很深入，在造血系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、泌尿生殖系統(tǒng)、消化系統(tǒng)以及頭頸部的惡性腫瘤中，TNFR1均表達(dá)增強(qiáng)，其究竟是介導(dǎo)細(xì)胞增殖還是凋亡，需要更多的研究進(jìn)一步闡明。因此，TNFR1抗體或者抗TNFR1抗體在腫瘤治療中的意義重大。
5. 結(jié)語
TNFR1作為調(diào)控細(xì)胞死亡與炎癥反應(yīng)的核心分子，其復(fù)雜的“雙重作用”奠定了其在腫瘤、自身免疫病及感染性疾病中的重要治療價值。隨著研究的深入，該領(lǐng)域的未來發(fā)展將聚焦于精準(zhǔn)化、智能化與個體化。
未來的研發(fā)策略將超越傳統(tǒng)的廣泛抑制，轉(zhuǎn)向?qū)NFR1信號通路的時空特異性精準(zhǔn)干預(yù)。例如，開發(fā)選擇性阻斷特定TNF形式（如可溶性TNF）與TNFR1結(jié)合的藥物，以在抑制致病炎癥的同時，盡可能保留其生理調(diào)節(jié)與組織修復(fù)功能。同時，以CAR-M等為代表的細(xì)胞療法，開創(chuàng)了“感知并重編程”病理信號的新范式，代表了炎癥調(diào)控的智能化方向。
此外，對TNFR1在不同疾病微環(huán)境中具體信號復(fù)合物的基礎(chǔ)研究，將與生物標(biāo)志物探索等臨床轉(zhuǎn)化工作深度融合。這是開發(fā)更有效藥物并實現(xiàn)患者分層、克服治療響應(yīng)異質(zhì)性的關(guān)鍵。其治療應(yīng)用也有望從當(dāng)前領(lǐng)域拓展至神經(jīng)退行性疾病、纖維化等更多適應(yīng)癥。
華美生物將持續(xù)為這一充滿潛力的靶點(diǎn)提供高質(zhì)量的研究工具與蛋白產(chǎn)品，支持從機(jī)制探索到療法開發(fā)的全鏈條創(chuàng)新，助力新一代TNFR1靶向策略早日惠及患者。
● TNFR1蛋白
(Tris-Glycine gel) Discontinuous SDS-PAGE (reduced) with 5% enrichment gel and 15% separation gel.
Immobilized TNF-α (CSB-YP023955HU) at 5 μg/ml can bind human TNFR1, the EC50 is 7.799-10.90 ng/ml.
Immobilized LTA (CSB-MP013218HU) at 5 μg/ml can bind human TNFR1, the EC50 is 4.409-6.797 ng/ml.
(Tris-Glycine gel) Discontinuous SDS-PAGE (reduced) with 5% enrichment gel and 15% separation gel.
Measured by its binding ability in a functional ELISA. Immobilized Macaca fascicularis TNFRSF1A at 2 μg/ml can bind Human TNF(CSB-MP023955HUk7-B). The EC50 is 10.33-12.16 ng/mL.
[1] Ding, Husheng, et al. "CDK2-mediated upregulation of TNFa as a mechanism of selective cytotoxicity in acute leukemia." Cancer Research. 2021.
[2] Speeckaert, Marijn M., et al. "Tumor necrosis factor receptors: biology and therapeutic potential in kidney diseases." American journal of nephrology 36.3 (2012): 261-270.
[3] Gray, Patrick W., et al. "Cloning of human tumor necrosis factor (TNF) receptor cDNA and expression of recombinant soluble TNF-binding protein." Proceedings of the National Academy of Sciences 87.19 (1990): 7380-7384.
[4] Negm, Ola Hamdy El-Shahat. "Investigations of Signalling Pathways Activation by Mutant Tumour Necrosis Factor Receptors." (2011).
[5] Sedger, Lisa M., and Michael F. McDermott. "TNF and TNF-receptors: From mediators of cell death and inflammation to therapeutic giants–past, present and future." Cytokine & growth factor reviews 25.4 (2014): 453-472.
[6] Fischer, Roman, Roland E. Kontermann, and Olaf Maier. "Targeting sTNF/TNFR1 signaling as a new therapeutic strategy." Antibodies 4.1 (2015): 48-70.
[7] Deng, Guo-Min, et al. "Lupus serum IgG induces skin inflammation through the TNFR1 signaling pathway." The Journal of Immunology 184.12 (2010): 7154-7161.
[8] Jones, E. Y., D. I. Stuart, and NPC WALKER. "The structure of tumour necrosis factor-implications for biological function." Journal of Cell Science 1990.Supplement 13 (1990): 11-18.
[9] Li, Kang, et al. "The involvement of TNF-α and TNF-β as proinflammatory cytokines in lymphocyte-mediated adaptive immunity of Nile tilapia by initiating apoptosis." Developmental & Comparative Immunology 115 (2020): 103884.
[10] Wang, Xia, and Yong Lin. "Tumor necrosis factor and cancer, buddies or foes? 1." Acta Pharmacologica Sinica 29.11 (2008): 1275-1288.
[11] Shuh, Maureen, et al. "Tumor necrosis factor-α: life and death of hepatocytes during liver ischemia/reperfusion injury." Ochsner Journal 13.1 (2013): 119-130.
[12] Naudé, Petrus JW, et al. "Tumor necrosis factor receptor cross‐talk." The FEBS journal 278.6 (2011): 888-898.
[13] Gane, Jennie M., Robert A. Stockley, and Elizabeth Sapey. "TNF-α autocrine feedback loops in human monocytes: the pro-and anti-inflammatory roles of the TNF-α receptors support the concept of selective TNFR1 blockade in vivo." Journal of immunology research 2016 (2016).
[14] Van Hauwermeiren, Filip, Roosmarijn E. Vandenbroucke, and Claude Libert. "Treatment of TNF mediated diseases by selective inhibition of soluble TNF or TNFR1." Cytokine & growth factor reviews 22.5-6 (2011): 311-319.
[15] MacEwan, David J. "TNF ligands and receptors-a matter of life and death." British journal of pharmacology 135.4 (2002): 855-875.
[16] Miki, Kiyoshi, and Edward M. Eddy. "Tumor necrosis factor receptor 1 is an ATPase regulated by silencer of death domain."
Molecular and cellular biology 22.8 (2002): 2536-2543.[17] Li, Hongxiu, and Xin Lin. "Positive and negative signaling components involved in TNFα-induced NF-κB activation." Cytokine 41.1 (2008): 1-8.
[18] Yang, Zijun, et al. "Phosphorylated form of pyruvate dehydrogenase α1 mediates tumor necrosis factor α?induced glioma cell migration." Oncology Letters 21.3: 1-1.
[19] Teng, Chih-Chuan, et al. "Novel regulator role of CIL-102 in the epigenetic modification of TNFR1/TRAIL to induce cell apoptosis in human gastric cancer." Food and Chemical Toxicology 147 (2020): 111856.
[20] Yun, Hyung-Mun, et al. "IL-32α suppresses colorectal cancer development via TNFR1-mediated death signaling." Oncotarget 6.11 (2015): 9061.
[21] Hwang, Hee Sang, et al. "Involvement of the TNF-α Pathway in TKI Resistance and Suggestion of TNFR1 as a Predictive Biomarker for TKI Responsiveness in Clear Cell Renal Cell Carcinoma." Journal of Korean medical science 35.5 (2020).
[22] Bluemel, Sena, et al. "Tumor necrosis factor alpha receptor 1 deficiency in hepatocytes does not protect from non-alcoholic steatohepatitis, but attenuates insulin resistance in mice." World Journal of Gastroenterology 26.33 (2020): 4933.
