TNFR1：癌癥雙重作用分子，或可作為新型冠狀病毒（COVID-19）治療靶點
日期：2021-02-04 15:18:42
2021年1月7日，發(fā)表在Cancer Research雜志上的一項研究表明TNFR1介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和壞死與白血病相關(guān) [1]。作為一個熱門的生物靶點，TNFR1具有雙重作用，大量研究證實TNFR1的表達，能促進或抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡，同時參與自身免疫性疾病。更引人關(guān)注的是，有研究數(shù)據(jù)顯示，TNFR1抑制劑有望為成為治療COVID-19候選方案。但TNFR1復(fù)雜的生物學(xué)功能，使得TNFR1靶向藥物的研發(fā)面臨重重挑戰(zhàn)。去年2020年9月，全球頂級研究學(xué)者Marc Feldmann和Michael Shepard發(fā)起了一個項目，研發(fā)TNFR1特效抑制劑，該抑制劑可阻斷TNFR1，用于急性炎癥和多種癌癥治療。那么TNFR1是什么？它介導(dǎo)的信號通路是怎樣的？TNFR1為何與COVID-19有關(guān)？靶向TNFR1藥物研發(fā)的潛在價值如何？
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，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），促進靶基因轉(zhuǎn)錄，抵抗凋亡，促進生存（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。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，促進腫瘤樣變，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均表達增強，其究竟是介導(dǎo)細(xì)胞增殖還是凋亡，需要更多的研究進一步闡明。因此，TNFR1抗體或者抗TNFR1抗體在腫瘤治療中的意義重大。
5. TNFR1在COVID-19治療中的潛在價值
自從新型冠狀病毒（COVID-19）大流行開始以來，新型冠狀病毒（COVID-19）已在地球上幾乎每個國家被發(fā)現(xiàn)，全球超過200萬人死亡。值得注意的是，在COVID-19患者中，研究者們發(fā)現(xiàn)了高水平的炎癥和促炎性細(xì)胞因子，其中包括TNF，前面提到，TNF的功能主要通過TNFR1介導(dǎo)，所以單獨阻斷TNFR1來保持免疫系統(tǒng)功能，成為研究者們最為理想的途徑。盡管目前市場上尚無抑制TNFR1的抗體藥物，但令人興奮的是，一項由葛蘭素史克（GSK）公司研發(fā)的抗TNFR1藥物（GSK-2862277）已進入臨床二期，用于急性肺損傷。
事實上，制藥工業(yè)界和學(xué)術(shù)界為治療COVID-19正在做前所未有的努力中，強生、賽諾菲、輝瑞、默克等全球性公司正在開發(fā)近200種治療藥物，世界各國政府正投入巨額資金用于藥物的研發(fā)。不斷出現(xiàn)的市場需求，加上有機會解決人類最近記憶中最大的醫(yī)學(xué)挑戰(zhàn)之一-COVID-19，這讓全球的醫(yī)藥企業(yè)都斗志激昂。盡管要真正了解COVID-19，還有很長的路要走，但是我們知道炎癥是其中的重要組成部分，因此TNFR1抑制劑有望成為治療冠狀病毒患者的候選藥物。
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.
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