TRAIL及其受体在肿瘤治疗中作用机制研究的现状与展望

郝建军（综述），张兴华（审校）

（新疆生产建设兵团农二师焉耆医院外一科，新疆焉耆 841100）

TRAIL及其受体在肿瘤治疗中作用机制研究的现状与展望

郝建军（综述），张兴华（审校）

（新疆生产建设兵团农二师焉耆医院外一科，新疆焉耆 841100）

受体，TNF相关凋亡诱导配体；细胞凋亡；肿瘤；综述文献

肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TNF related apoptosis inducing ligand，TRAIL）是肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）超家族中的一员，最早由Wiley等［1］从人心肌cDNA文库中克隆出来并命名。肿瘤坏死因子家族（tumo r necrosis factor，TNF）有3种分子可诱导凋亡，TNF、FasL和TRAIL。TRAIL与前两者比较，不同之处在于，具有强大和特异性诱导肿瘤细胞凋亡的能力，但对正常细胞无此效应；有更广的抗癌谱；对核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）仅有很微弱的激活作用，即使是全身用药，也不会产生严重的炎症反应。因此，TRAIL被认为是一种更为安全且极具潜力的抗肿瘤因子。本文就其结构功能及抗肿瘤机制研究最新进展综述如下。

1 TRAIL的结构与功能

TRAIL又称Apo-2L（Apoptosis-2 Ligand），基因定位于人染色体3q26，编码281个氨基酸，广泛表达于多种正常组织，如外周血淋巴细胞、单核细胞、肺、脾脏、前列腺、卵巢、小肠、结肠和胎盘等，但在脑、肝和睾丸无表达。TRAIL相对分子质量为32 500，其功能部位是胞膜外区第119～241位氨基酸，其中第230位有一个不配对的半胱氨酸（C230），这是一个重要的功能基团。多种刺激因子可诱导TRAIL的表达，如丝裂原刀豆球蛋白A、佛波脂、多聚胞苷酸、离子酶素等，CD3单克隆抗体和细胞因子等；此外，炎症性细胞毒素（如葡萄球菌肠毒素和脂多糖等）也可诱导TRAIL的表达。

2 TRAIL的受体

目前，已发现了DR4、DR5、DcR1、DcR2和OPG（osteoprotegerin）5种TRAIL的受体。主要分为3类：①死亡受体（death receptor，DR），如DR4和DR5，胞内具有死亡功能区，与TRAIL特异性结合后可通过死亡结构域激发和传导凋亡信号，导致细胞死亡。②诱骗受体（decoy receptor，DcR），如DcR1和DcR2，主要表达于正常细胞，它们不含完整的死亡域（deathdomain，DD），因DcRl缺乏胞质区域，DcR2含短的无功能死亡区域，不能传递凋亡信号，通过与DR4、DR5竞争性结合TRAIL而使正常细胞逃逸TRAIL介导的凋亡。故不引起正常细胞凋亡［2］。③可溶性受体，如OPG，是1998年由Emery等［3］确认的TRAIL的第5个受体，因没有跨膜区和胞内区故不能传递凋亡信号，在体内具有抑制破骨和增加骨密度的功能。

3 TRAIL的抗肿瘤机制

TRAIL诱导的凋亡机制目前尚未完全研究清楚，但基本可以肯定的是，TRAIL通过与细胞膜上的死亡受体结合而激活凋亡信号途径。TRAIL通过Caspase传导凋亡信号，通过活化NF-κB进行基因诱导调控。TRAIL通过与DR4、DR5结合，诱导合成死亡诱导信号复合物（death inducing signaling complex，DISC），通过触发Caspase级联反应，最终导致程序性细胞凋亡［4］。该通路主要通过细胞膜的表面死亡受体DR4或DR5介导细胞凋亡信号，激活细胞内多种诱导细胞凋亡蛋白的表达。在TRAIL介导的凋亡中，首先被激活的常常是Caspase-8/FLICE/MACH/Mch5，活化的Caspase-8启动死亡受体途径（外源性途径）和线粒体途径（内源性途径）。

在外源性死亡受体途径中，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、Caspase-6或Caspase-7而诱导凋亡。TRAIL凋亡信号的传导必须通过Fas相关死亡域（Fas-associated death dormain，FADD）再传入胞质下游分子，这点与TNF家族其他成员的传导途径相同。TRAIL与DR4或DR5胞外部分结合，胞内的死亡结构域相互聚集，募集FADD，随后FADD蛋白N端死亡效应结构域（death effector domain，DED），招募起始Caspase前体而形成由TRAIL-DR4、DR5-FADD-procaspase组成的死亡诱导信号复合物（death inducing signaling complex，DISC），其中的procaspase-8自身催化形成有催化活性的Caspase-8。Caspase-8活化后能够引发Caspase蛋白酶解级联反应，并进一步链式水解激活其下游的同源酶（如Caspase-6、Caspase-7等），最后激活其效应物Caspase-3发生生物效应，引发对TRAIL敏感的细胞发生大量、快速的凋亡反应。

Caspase-3为凋亡的效应分子，是Caspase级联反应中重要的效应酶，负责对凋亡途径最后执行阶段的全部或部分关键性蛋白的酶切，常常起到核心的作用，徐玉生等［5］研究结果显示，TRAIL引起细胞Caspase-3的活性增高达23.49%，明显高于对照组的6.31%，提示Caspase-3参与了TRAIL诱导的人横纹肌肉瘤（rhabdo myosarcoma，RMS）细胞凋亡的调控。

内源性途径是指线粒体细胞色素释放途径，由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催化Bcl-2家族蛋白Bid断裂形成截短的Bid（truncated Bid，tBid），tBid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（cytochrome coxidase，cyt C）和Smac，cyt C、Apaf-1和dATP共同促使procaspase-9自身催化形成有活性的Caspase-9，进而活化效应蛋白，最终导致细胞凋亡。

除了以上2种途径外，还有TRAIL诱导的旁路激活途径，激活蛋白激酶B途径、NF-κB、蛋白激酶C、促分裂原活化蛋白激酶家族成员等，这些被活化的途径或因子能调节TRAIL的凋亡诱导活性。TRAIL的旁路激活作用在TRAIL的耐受中起重要作用。NF-κB是一个由rel蛋白家族成员构成的异二聚体，作为一个多向因子，可能是细胞凋亡、增殖和转化的关键位点，但TRAIL通过什么机制激活NF-κB还不清楚，有关这方面的研究正在深入开展。在不同的细胞凋亡中NF-κB表现阻断或促进凋亡截然相反的功能，表明肾癌细胞中高表达NF-κB的细胞对TRAIL不敏感，而低表达NF-κB的细胞反而对TRAIL敏感。后来的研究［6］表明，NF-κB-c-Rel亚单位可以上调死亡受体DR4、DR5和Bcl-Xs，抑制cIAP1、c IAP2的表达；Rel-A亚单位抑制死亡受体DR4、DR5和Caspase-8的表达，而能上调c IAP1、cIAP2和Bcl-XL等基因的表达，所以NF-κB在TRAIL诱导细胞凋亡过程中的双向调节作用还要取决于NF-κB-c-Rel和Rel-A亚单位的表达水平。

4 TRAIL的临床应用

我国在2005年批准重组人TRAIL进入临床研究，国外也有TRAIL重组蛋白的临床研究报道［7］。迄今为止，人们已经研制成功多种形式的重组TRAIL蛋白。TRAIL的作用谱很广，能诱导结肠、肺、乳腺、肾、脑、皮肤等多种肿瘤细胞的凋亡，动物试验研究［8］表明TRAIL有明显的有效性和安全性。Ashkenazi等［9］发现多种肿瘤细胞（如肺肿瘤细胞、乳腺肿瘤细胞、中枢神经系统肿瘤细胞、黑色素瘤细胞、肾肿瘤细胞和结肠癌细胞等）能被TRAIL诱导凋亡，且与化疗有协同作用，但只有大剂量TRAIL蛋白才能抑制肿瘤细胞在体内的增殖，因此把TRAIL运用于肿瘤治疗出现了以下几个发展方向。

Song等［10］通过构建含有Myc-Max反应元件、SV40增强子（SV40 enhancer）的凋亡素腺病毒（Ad-MMRE-apoptin-enh），转染小细胞肺癌后显示出比Ad-apoptin或Ad-apoptin-enh更显著的肿瘤抑制和凋亡能力。这种方法的缺陷是，首先机体存在多种对腺病毒的抗体，能够快速清除腺病毒；其次是携带TRAIL基因的病毒对肿瘤细胞的转染效率不确定。因此，如何保证腺病毒载体的安全性，是今后研究的目标之一。

作为一种凋亡诱导配体，相继合成了多种rhTRAIL，并开展了大量体内外实验研究，目前已报道的TRAIL重组蛋白主要有5种［11］，即含TRAIL 114～281位氨基酸的天然TRAIL蛋白；TRAIL 114～281氨基酸氨基末端与多聚组氨酸标记融合形成的His-TRAIL蛋白；TRAIL 95～281氨基酸氨基末端与Flag附加表位融合形成的Flag-TRAIL蛋白；TRAIL 95～281氨基酸氨基末端与亮氨酸拉链或异亮氨酸拉链融合形成LZ-TRAIL和IZTRAIL蛋白。与TRAIL相同，抗DR4和DR5单克隆抗体与其受体结合同样可以诱导细胞凋亡。抗DR4mAb能够诱导肿瘤细胞凋亡并能使体内肿瘤完全消退。抗DR5mAb（YF366）可以有效地阻断TRAIL对Jurkat细胞的凋亡诱导作用。Ichikawa等［12］研究发现，无论离体还是活体，抗人DR5单克隆抗体均能诱导对TRAIL敏感肿瘤细胞的凋亡。而对TRAIL受体表达低的原代肝癌细胞，TRA-8也能诱导其凋亡。HGS-ETR1（Mapatu-mumab）是最早进行临床试验的针对DR4的抗体，临床试验分别在非霍奇金淋巴瘤、非小细胞肺癌以及结肠癌患者中进行。在一项ⅢB、Ⅳ期、复发结肠癌患者的试验中，患者每14d接受20mg/kg的HGS-ETR1，共2个周期，之后改为10mg/kg，共4个周期，总计6个周期；其中12例患者疾病稳定，中位稳定时间2.6个月［13］。PRO95780是人IgG1单克隆抗体，通过Dr5引发外部凋亡通路。在Ⅰ期安全性及药代动力学研究中没有达到PRO95780的最大耐受剂量，仅在治疗剂量为4mg/kg大肠癌和卵巢颗粒细胞癌及10mg/kg软骨肉瘤的患者中发现轻微的反应，其余没有发现明显的客观反应。结论表明，PRO95780在达到20mg/kg时安全性高，耐受性好，只有几种肿瘤剂量为4mg/kg和10mg/kg。药代动力学支持使用剂量为10～15mg/kg，每2～3周给药［14］。结果表明该单抗与其他试剂具有协同效应，不良反应小，为接下来的联合用药实验奠定了基础。

约60%的肿瘤细胞对TRAIL诱导的凋亡不敏感［15］，诱导凋亡的机制也有差异，但可以通过多种方法如化疗药物、酶抑制剂以及放疗等调节TRAIL受体［16］、Caspases［17］、cFlIP［18］、线粒体途径［19］、IAps［20］、NF-κB［21］和AKt等［22］活性，使抗性肿瘤对TRAIL恢复敏感或使敏感肿瘤变得更加敏感。Borja Cacho等［23］观察了细胞活性，细胞凋亡，Caspase-3和Caspase-9的活性及ADP-核糖聚合酶裂解等方面发现，胰腺癌细胞对TRAIL耐受，但是联合雷公藤内酯后显著降低了细胞系的稳定性，提高了Caspase-3和Caspase-9的活性，促进了细胞凋亡。

在体外实验中发现一些化疗药物与TRAIL的协同可以大大降低化疗药物的剂量，同时明显地促进TRAIL诱导凋亡的作用，因此将TRAIL与化疗药物联合应用已经引起了众多学者的关注。邓超等［24］发现，TRAIL、多柔比星和IFN三者联合作用于人骨肉瘤细胞MG-63细胞后，能显著增强对MG-63的杀伤、抑制增殖及诱导凋亡作用，明显高于单独应用TRAIL组。Sadarangani等［25］研究发现，在子宫内膜癌的治疗中，多柔比星或紫杉醇联合TRAIL与单纯应用多柔比星或紫杉醇治疗相比，可明显增加肿瘤细胞的凋亡而不增加正常子宫内膜细胞的损伤。都镇先等［26］通过TRAIL单用或联合衣霉素对多种甲状腺未分化癌细胞系进行作用，并以正常甲状腺上皮细胞系Htori-3作对照，采用蛋白印迹杂交法检测衣霉素处理前后各组细胞TRAIL死亡受体，诱杀受体和凋亡相关分子的蛋白表达水平。实验中加大衣霉素量预处理24h后，可明显增加TRAIL诱导的ARO细胞凋亡，凋亡细胞率达54.80%。但是TRAIL、衣霉素单药及两者联合用药对HTori-3的生存均无明显影响。这一结果提示在体外单用TRAIL对甲状腺癌细胞增殖无明显抑制作用，衣霉素明显增加肿瘤细胞对TRAIL敏感性，而对正常甲状腺上皮细胞无明显不良反应。赵永忠等［27］检测肝细胞肝癌（hepatocel lular carcinoma，HCC）患者60例组织中FADD和Caspase-8表达阳性率发现，HCC中FADD、Caspase-8的表达下调可能参与TRAIL耐受的机制，经亚毒性剂量的化疗药（丝裂霉素、氟尿嘧啶、放线菌素D）治疗后Caspase-8活性及FADD表达量显著增高。表明化疗药物可通过上调FADD的表达、增强Caspase-8活性来加强TRAIL的抗癌作用。因此，TRAIL联合化疗药物可能成为肿瘤治疗上有前途的治疗模式。

5 展 望

TRAIL参与机体的免疫调节、免疫自稳及免疫监视，并对病毒感染性疾病、自身免疫性疾病、肿瘤等都有一定的作用。许多实验室都通过不同的研究方法对其结构、作用机制及功能进行了探索，但TRAIL在体内的确切作用至今尚未完全明了，尤其是在肿瘤细胞与正常细胞中凋亡的选择性作用机制还不清楚。因此，TRAIL的临床应用要持乐观的谨慎态度。尽管如此，TRAIL的发现为肿瘤的治疗提供了一种可能高效安全的治疗手段，这将是当今乃至今后一段时期的一个非常有意义的研究课题。

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（本文编辑：赵丽洁）

R730.3

A

1007-3205（2012）07-0862-05

2011-11-04；

2012-02-29

郝建军（1971-），男，满族，河北保定人，新疆生产建设兵团农二师焉耆医院主任医师，医学硕士，从事胃肠外科疾病诊治研究。

10.3969/j.issn.1007-3205.2012.07.047