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DR5与肿瘤和自身免疫性疫病的关系及运用
发布时间:2021-01-30

  摘    要: 肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TRAIL)是肿瘤坏死因子超家族中的一员,因其选择性诱导靶细胞如肿瘤细胞、异常免疫细胞等凋亡,对正常细胞几乎无凋亡诱导作用而备受关注。TRAIL有5种受体,分别是死亡受体(DR)4、DR5、诱骗受体1、诱骗受体2以及护骨素。与诱骗受体和护骨素不同,DR因含有完整的死亡结构域可介导细胞凋亡并激活核因子κB(NF-κB)等非凋亡通路。DR5更是由于与TRAIL的高亲和力及其强大的凋亡诱导能力在肿瘤和多种自身免疫性疾病治疗中发挥潜在的作用。本文旨在对DR5的基本结构、生物学功能及其与肿瘤和自身免疫性疾病的关系作一综述。

  关键词: 死亡受体5; 肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体; 肿瘤; 自身免疫性疾病; 细胞凋亡;

  肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand,TRAIL)与凋亡素配体1、TNF-α同源性较高,因此也被命名为凋亡素配体2[1]。TRAIL共有5种受体:死亡受体(death receptor,DR)4、DR5、诱骗受体1、诱骗受体2以及护骨素。DR作为TRAIL的功能性受体可介导靶细胞凋亡,其中DR5因与TRAIL亲和力高、诱导效应强备受关注。研究发现,DR5与TRAIL结合后可选择性诱导多种肿瘤细胞凋亡,发挥抗肿瘤作用,同时也调节免疫细胞参与自身免疫性疾病的发生发展。本文就DR5的基本结构、生物学功能及其与肿瘤和自身免疫性疫病的关系等作一综述。

  1 、TRAIL的结构与功能

  TRAIL为Ⅱ型跨膜蛋白,C端位于细胞外,N端位于细胞质内,其基因TNFSF10位于染色体3q26,含5个外显子和4个内含子并编码281个氨基酸。TRAIL广泛分布于脾、肺、前列腺等正常组织,还在淋巴细胞、自然杀伤细胞、巨噬细胞等表达并进行调控[2]。TRAIL的受体中,DR含有完整的死亡结构域传递死亡信号从而诱导靶细胞凋亡。诱骗受体不含死亡结构域或缺乏完整的死亡结构域从而竞争性抑制细胞凋亡。护骨素与TRAIL的亲和力较弱,可结合核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)受体活化素配体调节骨密度,但不诱导细胞凋亡[3]。

  TRAIL较凋亡素配体1、TNF-α等凋亡因子特异性更高,主要在激活的T细胞和自然杀伤细胞表面表达并介导细胞毒性,杀伤高度表达DR的肿瘤细胞。正常细胞表达较高水平的诱骗受体,故可逃脱TRAIL的凋亡作用。TRAIL还可调节免疫稳态,如抑制Th1和Th17增殖、促进Treg的增殖、参与衰老中性粒细胞的凋亡等。最近研究表明,TRAIL还与炎症性肠病、类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮等疾病相关,参与自身免疫性疾病的发病过程。

  2、 DR5的结构与特性

  DR5为Ⅰ型跨膜蛋白,主要分布于外周淋巴细胞、肝细胞、心肌细胞、神经元、小肠细胞、结肠细胞等细胞中,并在肝癌、肺癌、乳腺癌、直肠癌等肿瘤中高度表达。DR5由基因TNFRSF10B编码,c DNA全长1 146 bp,编码381个氨基酸。DR5的转录受到多种因素影响,如抑癌基因p53、NF-κB、核转录因子C/EBP同源蛋白、异丁苯丙酸等,翻译又受到人抗原R等影响[4,5]。

  DR5与DR4的同源性仅为46%~48%,提示两种受体存在明显差异。基因转录方面,两者3′-非翻译区差异较大[4];基因表达方面,DR4表达主要受到启动子甲基化、细胞内转运和翻译后修饰的调控,而DR5表达则多由转录过程调控[6];组织分布方面,两者均在多种组织中表达,但在胆管上皮中仅表达DR4,而在大脑血管内、肾单位袢、结肠固有层、支气管血管内皮中仅表达DR5[7]。与DR4相比,DR5在凋亡方面发挥着主导作用[8,9]。这可能与以下两点有关:(1)DR5与TRAIL的亲和力更高。过去研究表明,TRAIL在37℃时与DR5的亲和力更高[10]。(2)DR5诱导凋亡的能力更强。DR4和DR5在人肺鳞癌细胞SK-MES、人结肠癌细胞Colo205、人乳腺癌细胞MDA-MB-231中的表达量相当,Kelley等[11]制备出仅与DR4或DR5结合的两种TRAIL进行凋亡实验,结果发现,DR5选择性TRAIL诱导能力更强。
 

DR5与肿瘤和自身免疫性疫病的关系及运用
 

  3 、DR5的生物学功能

  DR5活性多样且以介导凋亡为主,结合TRAIL后可经内外源性途径产生半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteine-containing aspartate-specific proteases,caspases)高效激活凋亡通路[12]。此外DR5还参与非凋亡途径,如激活NF-κB通路、诱发坏死性凋亡等。

  3.1 、介导细胞凋亡

  DR5与TRAIL结合后三聚化,募集Fas相关蛋白死亡结构域(Fas-associated protein with death domain,FADD)。FADD与caspase-8前体(procaspase-8)结合,最终形成死亡诱导信号复合物(deathinducing signaling complex,DISC)。FADD样白介素-1转换酶抑制蛋白(FADD-like intedeukin-1βconverting enzyme inhibitory protein,FLIP)是caspase-8无活性的同系物,可竞争FADD抑制DISC招募pro-caspase-8。

  凋亡细胞根据是否依赖线粒体的放大作用分为Ⅰ型细胞和Ⅱ型细胞。Ⅰ型细胞产生大量DISC,经外源性即非线粒体途径凋亡。死亡诱导信号复合物经多泛素化和切割后形成新的caspase-8进入细胞质,激活下游效应蛋白caspase-3,直接诱导细胞凋亡。Ⅱ型细胞仅有少量DISC,经内源性即线粒体依赖途径凋亡。活化的caspase-8使BH3相互作用域死亡激动剂断裂形成截短形式,进入线粒体并诱导细胞色素C等释放。细胞色素C与凋亡酶激活因子、pro-caspase-9形成凋亡复合体,活化caspase-3,启动caspase级联反应。

  TRAIL与DR5胞外域结合使DR5三聚化并激活下游通路,因此传统观点认为DR5胞外域是负责信号传递的主体。最近Pan等[13]发现,即使缺乏TRAIL和(或)DR5胞外域,DR5也可经其跨膜域中同源二聚体和三聚体的相互作用进行自我聚集,激活caspase级联反应,而DR5跨膜域关键氨基酸位点的变异会影响受体聚集以及凋亡进行,这说明DR5的激活主要依赖跨膜域。

  3.2、 激活NF-κB通路

  DR5可激活肿瘤坏死因子受体相关死亡结构域蛋白介导的NF-κB通路,并独立于凋亡通路。DR5主要通过两条途径激活,第一条依赖成熟的caspase-8激活casapse-3,第二条则由procaspase-8介导,最后均在抑制性κB激酶的作用下活化NF-κB[14]。凋亡通路中的caspase-8和caspase-3可裂解和灭活NF-κB通路中的信号因子,而NF-κB会上调抗凋亡蛋白FLIP,提示DR5凋亡通路与NF-κB通路之间互相制约[14]。

  3.3 、促进细胞增殖

  DR5在部分肿瘤中可促进细胞增殖甚至诱导肿瘤侵袭和转移,其机制主要包括3个方面:(1)消除细胞毒性T细胞等杀肿瘤细胞,导致肿瘤免疫逃避。(2)激活NF-κB通路、磷脂酰肌醇3-激酶等非凋亡通路分泌细胞因子,刺激肿瘤活化增殖。(3)增强Treg免疫抑制功能。此外,DR5效应还与其细胞定位有关。DR5在细胞表面可介导细胞凋亡,但在核转运受体蛋白importin-β1作用下,借助核定位序列可移位核内最终导致细胞TRAIL耐药[4]。不仅如此,核DR5还可与核酸内切酶Drosha、结合蛋白DGCR8以及调节蛋白p68、hn RNPA1等相互作用,抑制let-7 mi R-NA成熟,造成基因LIN28B和HMGA2损伤,从而正向调节肿瘤生长[4]。

  4、 DR5与肿瘤的关系及应用

  4.1、 DR5与肿瘤的关系

  DR5在多种肿瘤中高度表达,有效诱导细胞凋亡。DR5基因敲除(DR5-/-)和TRAIL基因敲除(TRAIL-/-)小鼠肿瘤易感性增加且更易发生肿瘤转移。研究表明,敲低人肺癌细胞系A549、H460和PLA-801C中DR5表达会增强肿瘤侵袭和转移[15]。A20鼠B细胞淋巴瘤模型、鼠p53半敲除(Trp53+/-)淋巴瘤模型中,TRAIL-/-小鼠较野生型小鼠肿瘤生长和转移的概率增加[12]。

  4.2、 临床应用

  恶性肿瘤传统治疗主要选用手术和放化疗相结合的模式,常伴有明显的毒副反应和耐药现象,因此亟须找到一种安全高效的药物。TRAIL受体激动剂(TRAIL receptor agonists,TRAs)是基于TRAIL-DR靶向特征而设计出的一类药物,主要包括重组TRAIL和DR特异性抗体。但这些药物临床疗效多不佳,究其原因,主要归结于以下3点[12]:(1)原发性肿瘤对TRAs耐药。(2)激动剂效应不强。(3)缺乏可靠的生物标志物。

  4.2.1、 重组TRAIL

  重组TRAIL形式多样,抗肿瘤谱广,临床潜能较大,然而其有效性和安全性还有待考证。由于护骨素表达增加、DR表达降低、FLIP表达过度等原因,多种肿瘤出现TRAIL耐药[12,16]。人重组TRAIL杜拉乐明因半衰期短、易与非凋亡受体结合等原因造成药物疗效低下。此外,TRAIL还可促进肿瘤生长。Hoogwater等[17]证明,TRAIL可原癌基因KRAS依赖性刺激小鼠结直肠肿瘤侵袭和肝转移。Hartwig等[18]证明,TRAIL可经NF-κB通路产生IL-8、C-X-C型趋化因子配体12(C-X-C motif chemokine ligand 1,CXCL1)等趋化因子促进小鼠肺癌细胞增殖。

  4.2.2、 DR5特异性抗体

  DR5特异性抗体较重组TRAIL半衰期更长,且仅结合DR5不受诱骗受体干扰。小鼠试验证明,抗DR5单克隆抗体可诱导多种TRAIL敏感的肿瘤细胞凋亡,但对正常肝细胞作用甚微[8]。由于较高的稳定性和安全性,DR5特异性抗体也很快发展至临床阶段。遗憾的是,第一代药物如来沙木单抗、曲齐妥单抗等既没有提高客观反应率,亦没有增加患者整体生存率,多于Ⅰ、Ⅱ期临床试验中被叫停,可能与其二价结合模式以及免疫细胞Fcγ受体减少有关[12,19]。

  4.2.3 、新型疗法

  尽管临床效果不佳,DR5在肿瘤治疗的潜能依然推动着治疗进展。新型TRAs正在逐渐开发且部分用于临床研究,主要特点为稳定性更高、激动性更强、多价结合等。TRAs与放化疗、抗凋亡蛋白抑制剂、TRAIL增敏药物、天然化合物等的联合也可增强凋亡活性。此外,利用生物标志物综合考量TRAIL-DR5效力是肿瘤个性化治疗的新方向。研究发现,O-糖基转移酶GALNT14的表达增高与TRAIL敏感有关[20]。Pal等[21]表明,TRAIL可促进KRAS突变的非小细胞肺癌增殖。

  5 、DR5与自身免疫性疾病的关系及应用

  自身免疫性疾病是指机体以自身组织器官为抗原产生异常免疫应答而导致的疾病。研究发现,DR5在部分自身免疫性疾病中上调并具有保护作用。敲除DR5及TRAIL会增加小鼠对自身免疫性疾病的易感性,而注射重组TRAIL却可减少炎症和自身免疫性破坏。此外,DR5及TRAIL对炎症的缓解亦可预防自身免疫性疾病及其相关肿瘤的发生[2,22]。

  5.1、 炎症性肠病

  炎症性肠病是一组病因尚未完全明确,反复发作的慢性非特异性肠道炎症,主要包括溃疡性结肠炎和克罗恩病。凋亡紊乱是炎症性肠病重要特征之一。大量研究表明,溃疡性结肠炎患者炎性肠段上皮细胞的凋亡水平显着高于正常肠组织[23,24],克罗恩病患者肠固有层中的淋巴细胞则存在凋亡缺陷[25,26]。DR5参与肠道炎症的发生、发展。研究证实,DR和TRAIL基因多态性可能与炎症性肠病易感性相关[27,28]。Zhu等[29]证实,DR5-/-小鼠较野生型对葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎以及相关肿瘤如结肠腺瘤有更高的易感性。国内学者也证实,TRAIL-/-小鼠经葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎较野生型更为严重,并伴有外周血单个核细胞和肠系膜淋巴结中Th17水平的升高和Treg数量变化[30,31]。最近小鼠研究证实,TRAIL主要是通过非凋亡途径抑制葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎,且是与DR5相互作用抑制结肠炎T细胞激活[32]。以上研究均提示DR5对炎症性肠病特别是溃疡性结肠炎的发生发展具有保护作用。现多数研究仅处于初步阶段,其分子机制仍待进一步阐释。除了凋亡通路,研究者还可将DR5与炎症性肠病的研究范围拓展至非凋亡通路以及免疫细胞调节等方面。此外,可利用动物模型对重组TRAIL、DR5特异性抗体等制剂进行疗效比较,为DR5临床应用奠定实验基础。

  5.2、 类风湿性关节炎

  类风湿性关节炎是一种因滑膜细胞、淋巴细胞等浸润导致滑膜组织增生和骨组织破坏的慢性炎症性疾病。Zhang等[33]发现,抗DR5单克隆抗体可剂量依赖性诱导离体成纤维样滑膜细胞凋亡,并抑制TNF-α、IFN-γ等炎性因子分泌。类风湿性关节炎小鼠研究显示,DR5与TRAIL结合后可抑制T细胞活化以及促炎细胞因子/趋化因子分泌[34]。有学者发现TRAIL可抑制类风湿性关节炎小鼠Th17增殖并诱导Treg增殖,发挥抗炎作用[35]。可见,DR5是类风湿性关节炎的理想靶点,通过诱导成纤维样滑膜细胞的凋亡、调节Th17/Treg轴等途径直接或间接缓解疾病。

  5.3、 系统性红斑狼疮

  系统性红斑狼疮是一种多系统损害性结缔组织病,表现为细胞凋亡紊乱,伴有DR5及TRAIL显着增多。Saeed等[36]检测发现,系统性红斑狼疮患者血清TRAIL水平不仅明显高于正常对照组,且与疾病活动程度呈正相关。Wigren等[37]发现,系统性红斑狼疮患者血清DR5水平高于健康对照组,并与心血管风险相关,提示DR5或许是该病心血管损伤的潜在生物标志物。

  6 、小结与展望

  DR5可介导靶细胞凋亡并激活NF-κB等旁路途径,对肿瘤和自身免疫性疾病具有重要意义。DR5与TRAIL亲和力高并广泛分布于肿瘤细胞,是肿瘤治疗的理想靶点。尽管药物有效性低下、肿瘤细胞耐药等原因使得DR5前期临床发展不佳,但越来越多的改良药物和新型方法在临床前研究中表现良好并相继纳入临床试验。DR5与多种自身免疫性疾病相关并有望成为新的治疗靶点,但仍缺乏明确的分子机制,也尚无成熟的临床应用。最近DR5定位效应及其跨膜域自行聚集的发现提示DR5可能比TRAIL更适合成为治疗靶标,并为今后研究提供新的治疗思路如促进DR5自我聚集、抑制DR5核受体表达、筛选合适的受体激动剂等[4,13]。未来的研究者需在充分掌握DR5生物学活性的基础上结合DR5调节机制设计出多元化、精准化、联合化的用药新方略。

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