TNFR1：癌症双重作用分子，或可作为新型冠状病毒（COVID-19）治疗靶点
日期：2021-02-04 15:18:42
2021年1月7日，发表在Cancer Research杂志上的一项研究表明TNFR1介导的细胞凋亡和坏死与白血病相关 [1]。作为一个热门的生物靶点，TNFR1具有双重作用，大量研究证实TNFR1的表达，能促进或抑制肿瘤细胞的凋亡，同时参与自身免疫性疾病。更引人关注的是，有研究数据显示，TNFR1抑制剂有望为成为治疗COVID-19候选方案。但TNFR1复杂的生物学功能，使得TNFR1靶向药物的研发面临重重挑战。去年2020年9月，全球顶级研究学者Marc Feldmann和Michael Shepard发起了一个项目，研发TNFR1特效抑制剂，该抑制剂可阻断TNFR1，用于急性炎症和多种癌症治疗。那么TNFR1是什么？它介导的信号通路是怎样的？TNFR1为何与COVID-19有关？靶向TNFR1药物研发的潜在价值如何？
1. TNFR1结构和功能
TNFR1属于肿瘤坏死因子（TNF）受体超家族成员之一，又称TNFRSF1A，CD120a或p55，是分子量为55 ku的I型跨膜糖蛋白 [2]。TNFR1包含胞外区、跨膜区和胞内区三个部分。胞外结构域含182个氨基酸，由4个富含半胱氨酸的结构域（CRD1-CRD2-CRD3-CRD4）组成。跨膜区位于细胞外结构域和细胞内结构域之间，长约22个氨基酸（残基183-205个）。胞内结构域长约223个氨基酸。其中，在胞外结构域有3个潜在的N-糖基化位点，其功能主要是与三聚体形式的TNF结合。N末端残基是亮氨酸。C末端含有80个保守氨基酸序列所构成的死亡结构域（Death domain，DD），是转导细胞死亡信号所必需的，且TNFR1的很多功能都与此结构域有关（图1） [3, 4]。
图1. TNFR1的蛋白质结构
*本图来源于ResearchGate 出版物[4]。
TNFR1广泛分布于正常细胞膜表面，也存在于多种肿瘤细胞表面 [5]。TNFR1主要介导凋亡信号，引起细胞凋亡，在抗肿瘤和抗病毒感染中发挥重要作用，同时也参与自身免疫性疾病，是诱导类风湿关节炎 [6]和系统性红斑性狼疮（SLE）关键因子 [7]。由于TNFR1参与到复杂的生物学过程，使得TNFR1精确的功能意义尚不清楚。
2. TNFR1的配体TNF
TNF是三个相同的单体亚单位组成的致密三聚体 [8]。TNF包含TNF-α和TNF-β两种，属于Ⅱ型膜蛋白。巨噬细胞分泌出来的TNF，即TNF-α。T淋巴细胞分泌的淋巴毒素，即TNF-β [9]。TNF总活性中，TNF-α的占比为70％～95％，所以，平时所指的TNF基本为TNF-α [10]。
TNFα在体内又以两种形式存在，分别是跨膜型TNF-α（tmTNF-α）和可溶型TNF-α（sTNF-α）。tmTNF-α为sTNF-α的前体形式，通过TNF转化酶（TACE，又称ADAM17）的剪切，分泌到细胞外，形成可溶性sTNF-α（图2）[11]。
图2. tmTNF-α转化为sTNF-α过程
*本图来源于Ochsner Journal 出版物[11]。
两型TNFα与受体（TNFR1或TNFR2）相互作用而诱导生物效应，但因TNFR2缺乏死亡结构域，TNFR1便成为介导TNF-α活动的主要受体 [12, 13, 14]。TNFR1与TNF-α的胞外段结合后而引起胞内段构像的改变，使TNFR1激活 [15]。
3. TNFR1介导的信号通路
3.1 TNFR1-sTNF-α信号通路
TNFR1与sTNF-α结合，启动的下游信号通路已经非常明确。TNFR1作为sTNF-α的主要受体，其胞内段含有DD（death domain，死亡结构域）。在无sTNF-α刺激时，TNFR1的DD被死亡结构域的沉默子蛋白（SODD）占据，阻断TNFR相关死亡结构域蛋白（TRADD）与TNFR1的衔接，抑制TNFR1信号通路 [16]。当sTNF-α刺激后，sTNF-α与TNFR1结合，SODD从TNFR1的DD结构域脱落，TNFR1通过其暴露的DD结构域募集TRADD，TNFR1信号通路激活（图3）[17]。
当TNFR1/sTNF-α激活后，TRADD可以募集受体相关蛋白-1（RIP1）以及受体相关因子2（TRAF2），在胞膜上形成可激活NF-κB的信号复合物I（TNFR1-TRADD-RIP1-TRAF2），促进靶基因转录，抵抗凋亡，促进生存（图3）[4, 17]。
此外，TNFR1通过网格蛋白（clathrin）发生内化（internalization），内化后的TNFR1通过TRADD的DD和FAS相关结构死亡蛋白结构域蛋白（FADD）的DD结合，FADD可通过其死亡效应DED结构域与caspase-8的DED结合，在胞浆内形成信号复合物II，即DISC（death-inducing signalling complex，死亡诱导信号复合体），激活caspase-8，导致细胞凋亡或程序化坏死（necroptosis）（图3）[4, 17]。
图3. TNFR1-sTNF-α信号通路
*本图来源于Cytokine 出版物[17]。
3.2 TNFR1-tmTNF-α信号通路
关于TNFR1-tmTNF-α的信号通路目前的研究机制尚不明确，有研究发现，TNFR1-tmTNF-α信号通路不同于TNFR1-sTNF-α，后者可介导生存或凋亡两种截然不同的信号途径。而TNFR1-tmTNF-α仅能介导细胞的凋亡，并不能激活NF-κB。虽然TNFR1与两型TNF结合都能引起凋亡，但两者的信号转导机制不同，细胞定位和影响因素也不同 [4]。
4. TNFR1在肿瘤疾病中的作用
近年来，越来越多的研究者发现，TNFR1广泛参与各种疾病的病理生理过程，尤其是在肿瘤中，其调控作用引起人们的重视。大量的数据表明，TNFR1在不同癌细胞中可以决定细胞不同的命运。虽然TNFR1包含死亡结构域，但通过不同的信号传导通路，TNFR1也可发挥促炎和致癌作用。所以TNFR1在癌症中，不总是发挥其应有的促凋亡生物学效应。
在恶性星形胶质瘤中，TNFR1和TNF结合，激活NF-κB通路，抑制肿瘤细胞的凋亡，研究提示TNFR1可能参与低度恶性星形细胞瘤的形成和恶性星形细胞瘤的发展 [18]。另有研究发现，在胃癌细胞中，TNFR1的表达水平与胃癌细胞的分化程度有关 [19]；在大肠癌中，高表达TNFR1的病人存活率较高 [20]。最近一项研究发现，在肾透明细胞癌中，TNFR1表达，促进肿瘤样变，诱导耐药 [21]。而在一项小鼠模型实验中，研究人员评估了TNFR1在肝癌中的作用，数据显示TNFR1的缺失能显著降低小鼠肿瘤发生率，说明TNFR1介导的信号通路促进肝癌发生 [22]。
TNFR1参与到一个极其复杂的生物学过程，其对疾病的作用往往受到很多不可控因素（比如，患者个体化差异）的影响。目前对于TNFR1在人类全身各系统肿瘤中的表达研究还不是很深入，在造血系统、神经系统、泌尿生殖系统、消化系统以及头颈部的恶性肿瘤中，TNFR1均表达增强，其究竟是介导细胞增殖还是凋亡，需要更多的研究进一步阐明。因此，TNFR1抗体或者抗TNFR1抗体在肿瘤治疗中的意义重大。
5. TNFR1在COVID-19治疗中的潜在价值
自从新型冠状病毒（COVID-19）大流行开始以来，新型冠状病毒（COVID-19）已在地球上几乎每个国家被发现，全球超过200万人死亡。值得注意的是，在COVID-19患者中，研究者们发现了高水平的炎症和促炎性细胞因子，其中包括TNF，前面提到，TNF的功能主要通过TNFR1介导，所以单独阻断TNFR1来保持免疫系统功能，成为研究者们最为理想的途径。尽管目前市场上尚无抑制TNFR1的抗体药物，但令人兴奋的是，一项由葛兰素史克（GSK）公司研发的抗TNFR1药物（GSK-2862277）已进入临床二期，用于急性肺损伤。
事实上，制药工业界和学术界为治疗COVID-19正在做前所未有的努力中，强生、赛诺菲、辉瑞、默克等全球性公司正在开发近200种治疗药物，世界各国政府正投入巨额资金用于药物的研发。不断出现的市场需求，加上有机会解决人类最近记忆中最大的医学挑战之一-COVID-19，这让全球的医药企业都斗志激昂。尽管要真正了解COVID-19，还有很长的路要走，但是我们知道炎症是其中的重要组成部分，因此TNFR1抑制剂有望成为治疗冠状病毒患者的候选药物。
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.
参考文献：
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