腫瘤壞死因子α在多發(fā)性硬化及髓鞘再生中的研究進展

雷旭丹 徐 菲 李玉皓

腫瘤壞死因子α在多發(fā)性硬化及髓鞘再生中的研究進展

雷旭丹 徐 菲 李玉皓△

腫瘤壞死因子（TNF）-α是一種多向性細胞因子，存在可溶性和跨膜兩種形式，分別結(jié)合腫瘤壞死因子受體（TNFR）1和TNFR2發(fā)揮功能。近年來研究發(fā)現(xiàn)，TNF-α/TNFR通路在多發(fā)性硬化的發(fā)生和髓鞘再生中發(fā)揮了重要作用。TNFR1通過死亡受體介導(dǎo)凋亡信號通路，導(dǎo)致少突膠質(zhì)細胞及神經(jīng)元的凋亡，從而引起髓鞘脫失等神經(jīng)退行性改變。TNFR2通過一系列級聯(lián)反應(yīng)促進少突膠質(zhì)細胞前體細胞的增殖以及分化，從而促進髓鞘的再生，在多發(fā)性硬化中有積極作用。

腫瘤壞死因子α；受體,腫瘤壞死因子；多發(fā)性硬化；髓鞘；髓鞘再生；綜述

腫瘤壞死因子（TNF）-α是一種多向性細胞因子，以可溶性TNF-α（soluble TNF-α,sTNF）和跨膜TNF-α（transmembrane TNF-α，tmTNF）2種形式存在，分別與腫瘤壞死因子受體（TNF receptor,TNFR）1和TNFR 2結(jié)合后，發(fā)揮其生物學作用，參與炎癥反應(yīng)、調(diào)節(jié)免疫功能、抑制腫瘤生成等，與多種疾病密切相關(guān)[1-2]。多發(fā)性硬化（multiple sclerosis,MS）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的慢性脫髓鞘疾病，屬于自身免疫性疾病。在遺傳因素和（或）環(huán)境因素作用下，髓鞘組織受到損傷發(fā)生脫失，進而神經(jīng)軸突退化，患者出現(xiàn)不同程度的感覺、運動和識別等功能障礙[3]。在疾病早期，髓鞘組織可以有一定程度的再生，病情有所緩解，但隨著病程延長，髓鞘再生能力逐漸下降，疾病呈進行性進展[4]。截至目前，多發(fā)性硬化發(fā)病機制不明。近年的研究顯示，TNF-α/TNFR信號通路在髓鞘損傷與再生中發(fā)揮了重要作用[5-6]。本文主要就TNF-α和TNFR在多發(fā)性硬化中的研究進展綜述如下。

1 TNF-α和TNFR

1.1 TNF-α TNF-α由tnf-α基因編碼，是單拷貝基因。人類的tnf-α位于6號染色體，長度為3.6 kb，轉(zhuǎn)錄翻譯后形成233個氨基酸的單體跨膜前體蛋白（tmTNF），TNF-α轉(zhuǎn)移酶將胞質(zhì)尾區(qū)的157個氨基酸水解后，剩余的76個氨基酸形成可溶性單體蛋白（sTNF），而后tmTNF和sTNF分別聚集形成有活性的同源三聚體[7-8]。TNF-α包括4個外顯子和3個內(nèi)含子，大部分TNF-α由第4個外顯子編碼，外顯子1和2主要包含前導(dǎo)肽序列。TNF-α由多種免疫細胞產(chǎn)生，以激活的巨噬細胞為主，此外還有T淋巴細胞、B淋巴細胞、自然殺傷細胞、樹突細胞以及單核細胞等；在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，TNF-α主要由小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞產(chǎn)生。

1.2 TNFR sTNF-α以及tmTNF-α分別與相應(yīng)的受體TNFR1（p55，CD120a）和TNFR2（p75，CD120b）結(jié)合，進而激活相應(yīng)的下游通路，發(fā)揮生物學功能。盡管TNFR1和TNFR2都是胞外區(qū)富含半胱氨酸的Ⅰ型跨膜糖蛋白，但兩者在表達模式、配體親和力、胞質(zhì)尾區(qū)結(jié)構(gòu)以及下游通路的激活途徑不盡相同。TNFR1在胞質(zhì)區(qū)有死亡結(jié)構(gòu)域（death domin，DD），主要作用是誘導(dǎo)細胞凋亡；而TNFR2不包含胞外的死亡結(jié)構(gòu)域，而是包含TIM結(jié)構(gòu)域（T-cell immunoglobulin and mucin domain），主要通過與死亡因子受體相關(guān)因子（TRAF）結(jié)合，介導(dǎo)細胞激活和生存的信號通路[9-10]。在小鼠模型中，TNFR1在灰質(zhì)神經(jīng)元中高度表達，尤其在沿微管相關(guān)蛋白樹突的索狀結(jié)構(gòu)處，此外在白質(zhì)的星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞中也高水平表達；在尸檢中TNFR1在神經(jīng)元和髓鞘化的少突膠質(zhì)細胞上表達，與髓鞘相接觸的小膠質(zhì)細胞、巨噬細胞或星形膠質(zhì)細胞表達TNF-α，從而通過TNFR1對髓鞘環(huán)免疫。TNFR2在白質(zhì)中星形膠質(zhì)細胞高度表達，在少突膠質(zhì)細胞以及少突膠質(zhì)細胞前體細胞中也表達，在尸檢中TNFR2主要在星形膠質(zhì)細胞以及小膠質(zhì)細胞中表達。由此可見，TNFR1和TNFR2均存在于少突膠質(zhì)細胞中，并在其功能調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用[9]。

2 TNF-α/TNFR在MS中的作用

臨床觀察表明，MS患者腦髓液中TNF-α的表達水平顯著升高，峰值與磁共振探測到的病變部位呈正相關(guān)，并且慢性進展型患者腦脊髓液中TNF-α的表達水平顯著高于穩(wěn)定型患者[11]。擴展殘疾狀況評分（expanded disability status scale，EDSS）是臨床上常用的MS評估量表，在慢性進展型MS患者中，TNF-α與EDSS有密切關(guān)系，隨著TNF-α水平升高，EDSS的療效指數(shù)增加，患者的預(yù)后變差[12]。

2.1 sTNF-α和TNFR1在脫髓鞘中的作用 在雙環(huán)己酮草酰二腙（cuprizone）誘導(dǎo)的腦胼胝體脫髓鞘小鼠模型中，無論是在脫髓鞘期還是髓鞘再生階段TNF-α的表達量都升高，并且TNF-α陽性細胞的數(shù)量也增加，提示TNF-α與髓鞘脫失和再生都有關(guān)。但是，在TNF-α–/–小鼠中，髓鞘的缺失和再生都沒有發(fā)生明顯的改變，僅在發(fā)病初期髓鞘脫失有所減輕，而在最后還會完全脫失；雖然少突膠質(zhì)細胞積累的數(shù)量并沒有發(fā)生變化，但是少突膠質(zhì)細胞的凋亡數(shù)量減少。這說明，TNF-α與少突膠質(zhì)細胞的增殖以及募集沒有關(guān)系，可能通過促進少突膠質(zhì)細胞凋亡在急性脫髓鞘階段加劇病情[5]。而sTNF-α信號通路主要介導(dǎo)細胞凋亡，F(xiàn)as相關(guān)死亡域蛋白（Fas-associated with death domain protein，F(xiàn)ADD）在sTNF-α信號通路的表達中有重要作用，體外實驗中基因敲除FADD的少突膠質(zhì)細胞可以完全抵抗死亡受體調(diào)節(jié)的細胞凋亡。在實驗性自身免疫性腦脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）小鼠模型中，敲除少突膠質(zhì)細胞中的FADD可以顯著改善小鼠的臨床指標[13]。這表明sTNF-α信號通路在多發(fā)性硬化中可能起負面作用。Xpro1595是一種新型的先導(dǎo)分子，能迅速與sTNF-α三聚體中的亞基交換，使sTNF-α失去活性，中斷sTNF-α信號通路，但對tmTNF-α沒有作用[14]。Xpro1595處理組的EAE小鼠，臨床指標良好，前后肢均無癱瘓的現(xiàn)象，軸突保護力好，髓鞘再生數(shù)目多，髓鞘脫失數(shù)目少，髓鞘疏松程度較輕。因此，在EAE的起始階段主要是sTNF-α通過死亡受體調(diào)節(jié)少突膠質(zhì)細胞的凋亡，放大了炎癥反應(yīng)，最終導(dǎo)致軸突的損傷和神經(jīng)元的凋亡[9]。

TNFR1在同一個細胞中可以觸發(fā)2種相反的反應(yīng)，即促進細胞生存和加速細胞凋亡。促進細胞生存的途徑主要是通過核因子（NF）-κB信號通路，而促進細胞凋亡的通路主要通過腫瘤壞死因子受體相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域（TRADD）募集Fas相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域（FADD）[15]。受體相關(guān)蛋白1(receptor-interacting protein-1,RIP1)、RIP3以及細胞凋亡蛋白酶原8形成死亡復(fù)合體Ⅱ[16]，調(diào)節(jié)細胞凋亡蛋白酶8（caspase 8）以及隨后的caspase 3和caspase 7的活化，從而引起細胞凋亡。在FADD缺乏或者caspase 8受到抑制時，RIP1和RIP3組成凋亡復(fù)合體，通過釋放多種促進凋亡的信號，導(dǎo)致細胞發(fā)生凋亡[17-18]。抗原呈遞細胞如樹突細胞向T細胞呈遞抗原，導(dǎo)致效應(yīng)T細胞大量增殖，后者可以通過被破壞的血腦屏障，分泌TNF-α，激活星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞，生成一氧化氮和谷氨酸，引起少突膠質(zhì)細胞和神經(jīng)細胞的損傷[19-20]。因此，sTNF-α可以通過啟動死亡受體信號通路來損傷少突膠質(zhì)細胞以及神經(jīng)細胞，從而加重多發(fā)性硬化病的病情。

2.2 TNFR2在髓鞘再生中的作用 在cuprizone誘導(dǎo)的腦胼胝體脫髓鞘模型的研究中發(fā)現(xiàn)，TNFR2在少突膠質(zhì)細胞前體細胞的再生及分化中有重要作用[5]，而其調(diào)節(jié)再生的機制還不明確。TNF-α可誘導(dǎo)趨化因子CXCL12的表達，趨化白細胞進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)并且調(diào)控少突膠質(zhì)細胞的分化。血管周圍的星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞都表達CXCL12，從而使浸潤的白細胞局限在血管周圍，并且可以促進少突膠質(zhì)母細胞的成熟。在cuprizone誘導(dǎo)的脫髓鞘模型中，少突膠質(zhì)細胞的凋亡導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞的激活，小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生TNF-α，星形膠質(zhì)細胞中活化的TNFR2誘導(dǎo)CXCL12的表達，CXCL12又激活CXCR4，導(dǎo)致少突膠質(zhì)前體細胞增殖并分化形成可髓鞘化的成熟少突膠質(zhì)細胞。因此，TNFR2可以通過加強少突膠質(zhì)前體細胞增殖和分化來增加少突膠質(zhì)細胞的數(shù)量，并形成髓鞘保護軸突，對MS有積極的作用[21]。

雖然動物模型和體外實驗關(guān)于TNF-α在髓鞘損傷以及再生中的作用取得了很多進展，但仍有許多問題尚不明了。例如，在MS進展期雖有少突膠質(zhì)細胞的聚集，都沒有髓鞘再生的出現(xiàn)[22]。此外，TNFR2主要在少突膠質(zhì)細胞表面表達[23]，但其通過何種機制保護少突膠質(zhì)前體細胞仍未知。隨著有關(guān)TNF-α/TNFR通路的深入研究，將為闡明髓鞘損傷與再生的機制提供更多的分子學依據(jù)，也將為藥物開發(fā)提供新的思路。

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（2014-05-20收稿 2014-07-14修回）

（本文編輯 魏杰）

The Research Progress of Tumor Necrosis Factor Alpha in Multiple Sclerosis and Remyelination

LEI Xudan,XU Fei,LI Yuhao△
Key Laboratory of Tumor Microenviroment and Neurovascular Regulation,School of Medicine of Nankai University, Tianjin 300071,China
△

E-mail:liyuhao@nankai.edu.cn

Tumor necrosis factor(TNF)-α is a pleiotropic inflammatory cytokine,which is produced chiefly by activated macrophages.Two forms of TNF-α,soluble and transmembrane,can bind tumor necrosis factor receptor(TNFR)1 or TNFR2,respectively.Recently,a concept has emerged that TNF-α/TNFR pathway plays an important role in the pathogenesis of multiple sclerosis and remyelination.TNFR1 induces death of oligodendrocytes via death receptor-mediated apoptosis, which leads to demyelination or other neurodegenerative changes.However,TNFR2 has a positive effect on multiple sclerosis.It facilitates the proliferation and differentiation of oligodendrocyte precursor cells,thus promoting remyelination.

tumor necrosis factor-alpha;receptors,tumor necrosis factor;multiple sclerosis;myelin sheath;remyelination;review

R744.5

A

10.3969/j.issn.0253-9896.2014.11.027

國家科技支撐計劃項目（2012BAI08B06）；國家自然科學基金資助項目（81301080）；教育部留學回國啟動基金（[2012]1707）

南開大學醫(yī)學院、天津市腫瘤微環(huán)境與神經(jīng)血管調(diào)節(jié)重點實驗室（郵編300071）

△通訊作者 E-mail：liyuhao@nankai.edu.cn