腫瘤壞死因子相關(guān)誘導(dǎo)凋亡配體及其受體與宮頸癌的關(guān)系

張迪，李曉蘭

腫瘤壞死因子相關(guān)誘導(dǎo)凋亡配體（tumor necrosis factor related apoptosis-inducing ligand，TRAIL）與其受體結(jié)合后選擇性誘導(dǎo)腫瘤異常細胞凋亡，對正常細胞幾乎無毒性作用，可增強放化療對腫瘤細胞殺滅作用的敏感性，是極具潛力的抗腫瘤因子，受到廣大學(xué)者的關(guān)注[1-2]。宮頸癌的治療手段目前仍以手術(shù)切除、放化療消滅腫瘤病灶為主，部分晚期宮頸癌因失去手術(shù)機會或因放化療的并發(fā)癥多、毒副反應(yīng)強及耐藥性高，導(dǎo)致治療效果及生活質(zhì)量無明顯提高，5年生存率無有效延長。研究發(fā)現(xiàn)在宮頸癌組織中有TRAIL及其受體的表達，且與宮頸病變程度有關(guān)[3]。TRAIL及其受體的發(fā)現(xiàn)及其對腫瘤細胞的生物學(xué)作用可能為有效靶向治療惡性腫瘤提供新方法?，F(xiàn)就TRAIL及其受體與宮頸癌的關(guān)系進行綜述，為后續(xù)宮頸癌的發(fā)病機制研究和診治前景提供理論基礎(chǔ)。

1 TRAIL及其受體

自1975年Carswell等[4]在研究經(jīng)卡介苗致敏的小鼠注射大腸桿菌內(nèi)毒素的過程中首次發(fā)現(xiàn)血清中的一種可以使移植腫瘤出血、壞死的物質(zhì)——腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）以來，TNF-α、凋亡蛋白 1（Apo1 ligand，Apo-1L，即 Fas配體）等具有相同作用的類似因子相繼被發(fā)現(xiàn)并形成TNF超家族 （tumor necrosis factor super family，TNF-SF）。1995 年，Wiley等[5]從人心肌互補 DNA（complementary DNA，cDNA）文庫（cDNA Library）中首次克隆出第 3個TNF-SF的凋亡分子，其能誘導(dǎo)Jurkat細胞和EB病毒（epstein-barr virus）轉(zhuǎn)化的人類B淋巴細胞凋亡，命名為TRAIL，因與Apo-1L具有較高同源性，又稱為凋亡素2配體（Apo2 ligand，Apo-2L）。

人類的TRAIL基因，cDNA全長1.05 kb，位于3號染色體的3q26.1～26.2[6]。TRAIL基因編碼的TRAIL蛋白含有281個氨基酸，屬Ⅰ型跨膜糖蛋白。TRAIL氨基（N）端位于胞漿內(nèi)，由15～40個氨基酸形成疏水區(qū)并形成跨膜結(jié)構(gòu)，胞內(nèi)區(qū)很短沒有明顯的信號肽，可溶型分子N端氨基酸的缺失不影響TRAIL的生物活性。TRAIL羧基（C）端位于胞外，較長，被半胱氨酸蛋白水解酶水解后形成具有生物活性的可溶型TRAIL（sTRAIL），參與形成β-鏈夾心狀同源三聚體，與受體結(jié)合誘發(fā)細胞凋亡作用。其中，TRAIL蛋白的95～281位殘基之間有且只有1個不配對的半胱氨酸（C230）可螯合鋅原子共同形成同源三聚體后結(jié)合受體，是TRAIL不同于其他TNF配體的特殊結(jié)構(gòu)。C230是TRAIL發(fā)揮作用的重要功能基團，當(dāng)其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或編碼C230基因異常時，無法形成三聚體，TRAIL與受體的結(jié)合能力降低，誘導(dǎo)細胞凋亡的能力明顯下降甚至消失[7]。

人類的TRAIL基因的轉(zhuǎn)錄活動存在于多種正常組織器官，如胎肝、胎肺、胎腎以及成人脾、胸腺、前列腺、子宮、卵巢、小腸、結(jié)腸、外周血、淋巴細胞、心臟、胎盤、骨骼肌、腎臟等，但腦、肝、睪丸中不轉(zhuǎn)錄此因子[5]。TRAIL對大多數(shù)腫瘤細胞有抑制生長、誘導(dǎo)凋亡的抗腫瘤活性。

1997年始，5種TRAIL受體相繼被發(fā)現(xiàn)，因其結(jié)構(gòu)、功能的不同主要分為3類：①TRAIL-R1/DR4、TRAIL-R2/DR5：因含有與TRAIL結(jié)合后誘導(dǎo)細胞凋亡的完整死亡結(jié)構(gòu)域（death domain，DD）被稱為死亡受體（death receptor，DR）。兩者均為Ⅰ型跨膜蛋白，胞膜外區(qū)含有豐富的半胱氨酸和與配體結(jié)合的支撐結(jié)構(gòu)，與配體結(jié)合后DD招募Fas相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白（Fas-associating death domain，F(xiàn)ADD）與caspase-8酶原，一種含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase），聯(lián)合形成死亡誘導(dǎo)復(fù)合物（death inducing signaling complex，DISC）引起體內(nèi)caspase-8/caspase-3/caspase-10等酶原激活并經(jīng)線粒體途徑產(chǎn)生階梯式caspase蛋白酶級聯(lián)反應(yīng)誘導(dǎo)細胞凋亡。同時，具有活性的caspase-8催化線粒體表面的Bid蛋白斷裂形成有活性的tBid蛋白（truncated Bid），引起線粒體發(fā)生電生理改變，促使細胞色素C（cyt C）從線粒體中外溢，在三磷酸脫氧腺苷條件下與凋亡酶激活因子 1（apoptotic protease activating factor-1，Apaf-1）結(jié)合形成多聚體再與caspase-9結(jié)合形成凋亡體，激活自身的caspase-9，被激活的caspase-9激活其他caspase，以增強階梯式caspase蛋白酶的級聯(lián)反應(yīng)和誘導(dǎo)細胞凋亡的能力；②誘騙受體（DcR1、DcR2）：DcR1沒有DD，DcR2含1/3的DD，兩者不能轉(zhuǎn)導(dǎo)和（或）不能轉(zhuǎn)導(dǎo)有效的死亡信號，細胞凋亡逃逸，被稱為誘騙受體（decoy receptor，DcR）；③可溶性骨保護素（osteoprotegerin，OPG）：一種分泌型糖蛋白，其配體是破骨細胞分化因子，與核因子κB（NF-kB）激活劑的受體結(jié)合，以減少破骨細胞數(shù)量、增加骨密度、促進骨質(zhì)沉積等多種方式調(diào)節(jié)并維持骨骼系統(tǒng)中成骨和破骨的動態(tài)平衡[8-12]。OPG在某些腫瘤中一定程度上可競爭性抑制TRAIL與死亡受體結(jié)合，發(fā)揮抑制TRAIL誘導(dǎo)的細胞凋亡的作用，但此作用微弱。

2 TRAIL及其受體在宮頸癌上皮細胞中的表達

TRAIL系統(tǒng)主要通過激活外源性特異受體凋亡途徑參與體內(nèi)免疫調(diào)節(jié)、免疫自穩(wěn)和免疫監(jiān)視，在腫瘤發(fā)生、轉(zhuǎn)移及自身免疫性疾病等病理生理過程中發(fā)揮重要作用[13]。目前，TRAIL及其受體在惡性腫瘤中的作用機制復(fù)雜且尚無定論。有研究表明，在宮頸癌中存在TRAIL及其受體的表達失衡，或因TRAIL異常表達或因各受體表達異常變化，凋亡系統(tǒng)失調(diào)，導(dǎo)致細胞異常增殖腫瘤發(fā)生[3，14]。有研究認為，宮頸癌的發(fā)生與TRAIL的減少關(guān)系密切，TRAIL減少，與DR結(jié)合率明顯降低，誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡作用弱，腫瘤異常增殖[14]。張文鳳等[15]研究發(fā)現(xiàn)TRAIL及DcR1受體在宮頸癌組織中顯著低表達于正常宮頸組織，而DR4在宮頸癌組織中的表達顯著高于正常宮頸組織，可能在宮頸癌的發(fā)生過程中存在著TRAIL、DcR1的丟失和DR4的反應(yīng)性增多，造成TRAIL與其DR結(jié)合所誘導(dǎo)的凋亡減少，促進了宮頸癌的發(fā)生、發(fā)展，提示當(dāng)TRAIL不足時，即使DR表達增多，兩者結(jié)合誘導(dǎo)細胞凋亡作用將顯著降低。郭雙毅等[16]利用穩(wěn)定、無毒性、敏感性高的真核細胞表達載體pEGFP轉(zhuǎn)染TRAIL質(zhì)粒方法研究表達pEGFP-TRAIL的HeLa細胞的凋亡率時發(fā)現(xiàn)，外源性TRAIL基因可誘導(dǎo)HeLa細胞凋亡。然而，另有研究認為，在宮頸癌中TRAIL的表達無明顯變化，TRAIL受體表達變化異常顯著。如張菊青等[17]在宮頸各級別病變的研究中發(fā)現(xiàn)，TRAIL的表達隨著宮頸病變程度的加重稍減少或無顯著差異，而DR4在宮頸癌中的表達量明顯下降。李曉蘭等[3]研究發(fā)現(xiàn)TRAIL在宮頸炎癥、早期癌變及復(fù)發(fā)的宮頸病變組織細胞中的表達無顯著性變化，DR4、DR5在早期宮頸癌中表達明顯減少，TRAIL與DR結(jié)合減少，而DcR1、DcR2無顯著變化，引起宮頸癌細胞的凋亡逃逸；在復(fù)發(fā)的宮頸癌中，TRAIL的表達無顯著差異，但死亡受體和誘騙受體表達均明顯增加，OPG的表達顯著減少，TRAIL及其受體表達顯著失衡。因此，宮頸癌中TRAIL及其受體的表達變化仍需大量實驗研究，上述研究結(jié)果雖然不盡相同，但提示了當(dāng)宮頸細胞中TRAIL配體與受體系統(tǒng)表達平衡失調(diào)到一定程度時，細胞程序性死亡將發(fā)生異常變化，最終導(dǎo)致宮頸病變發(fā)生。

Horak等[18]認為大部分腫瘤細胞同時表達DR4和DR5，但是往往只有一種受體起主要作用，部分腫瘤細胞只單一地通過DR5或DR4來傳導(dǎo)TRAIL的殺傷信號。Kendrick等[19]在研究宮頸癌細胞DR4、DR5表達水平、重組TRAIL和凋亡受體抗體時發(fā)現(xiàn)，即使凋亡受體高水平表達，也并非所有宮頸癌細胞群都可以誘導(dǎo)產(chǎn)生凋亡反應(yīng)。因此，即使腫瘤細胞表面檢測到DR4和DR5的表達，其中一個受體也可能呈無功能狀態(tài)不能發(fā)揮誘導(dǎo)細胞凋亡的效應(yīng)。但也有學(xué)者提出完全不同的觀點，認為腫瘤細胞逃避凋亡路徑的活化才是產(chǎn)生腫瘤發(fā)生的基本原因，而凋亡受體的表達水平可能與凋亡的產(chǎn)生相關(guān)性不大，細胞內(nèi)凋亡調(diào)節(jié)機制對誘導(dǎo)宮頸腫瘤細胞凋亡亦有一定影響。例如Cheung等[20]研究發(fā)現(xiàn)宮頸癌細胞中的Bax（Bcl-2基因家族中細胞凋亡促進基因，Bcl-2-associated X）、caspase-3和 caspase-6等蛋白的表達均顯著低于宮頸癌前病變，提示腫瘤凋亡機制可能存在缺陷。Sultana等[21]研究宮頸癌化療前后p53表達情況發(fā)現(xiàn)，化療有效與無效的宮頸癌細胞中p53表達無明顯區(qū)別，但有效的宮頸癌標本中Bax的表達與無效的宮頸癌相比明顯增加，提示TRAIL受體活化因子可促進凋亡受體的表達而加強細胞毒性作用。

雖然，高危型人乳頭瘤病毒（human papillomavirus，HPV）持續(xù)感染是導(dǎo)致宮頸癌的明確病因，但在機體內(nèi)宮頸由正常組織發(fā)展成癌的機制是非常復(fù)雜的，受體內(nèi)外多重因素的影響，其中TRAIL及其受體系統(tǒng)的表達變化、腫瘤凋亡機制缺陷、免疫微環(huán)境的改變等均受眾多因子的嚴密調(diào)控及影響，因此TRAIL及其受體系統(tǒng)在宮頸癌中的具體作用機制有待進一步研究。

3 TRAIL及其受體的臨床研究進展

TRAIL具有特異性殺傷腫瘤細胞的特性，臨床前研究中表現(xiàn)出了優(yōu)異的抗腫瘤效果及良好的安全性。2004年，重組人TRAIL（recombinanthumanTRAIL，rhTRAIL）被美國食品和藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批準用于臨床試驗研究。Ⅰ期臨床試驗研究結(jié)果顯示，rhTRAIL聯(lián)合用藥比單一用藥抗腫瘤療效更佳，體現(xiàn)在：①rhTRAIL對人體沒有明顯的毒性反應(yīng)，具有良好安全性；②rhTRAIL單一給藥或與其他化療藥物聯(lián)合用藥均取得陽性抗腫瘤效果；③rhTRAIL聯(lián)合用藥可能上調(diào)DR4、DR5的表達水平，放大了TRAIL誘導(dǎo)凋亡效應(yīng)，調(diào)節(jié)了TRAIL凋亡通路或通過調(diào)節(jié)其他與誘導(dǎo)凋亡有關(guān)的信號因子提高了腫瘤細胞對TRAIL的敏感性[22]。紫杉醇（Paclitaxel）、吉西他濱（Gemcitabine）等多種化療藥物均可以增加腫瘤細胞對TRAIL的敏感性[23-24]。此外，放射治療也可增加腫瘤對TRAIL和DR4/DR5抗體的敏感性[25]。Pavet等[26]利用小分子無機物連接短肽片段提純模擬TRAIL中與受體結(jié)合的區(qū)域，可以與TRAIL受體高效結(jié)合，并誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡，有顯著的抗腫瘤活性，提示TRAIL發(fā)揮作用的有效片段可代替TRAIL。在研究實踐中，由美國Amgen（安進）公司研發(fā)的rhTRAIL，又稱為APO2L.0（dulanermin/AMG-951），因其質(zhì)量小、半衰期短、易被機體清除，其血藥濃度下降，最終凋亡信號減弱甚至中斷而無法產(chǎn)生良好的抗腫瘤效果，利用聚乙二醇與TRAIL蛋白分子相耦聯(lián)形成聚乙二醇化的TRAIL （PEG-TRAIL Mcropheres，PLGA），可延長TRAIL在體內(nèi)的半衰期，但其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化而不可避免地降低了其效應(yīng)作用[27-29]。Guo等[30]和van der Sloot等[31]利用計算機分子模擬技術(shù)對TRAIL進行優(yōu)化，設(shè)計出可特異性結(jié)合DR5或者DR4的TRAIL變體，其特異性和活性都相對較高，可避免與正常細胞表面DcR1/DcR2的非特異性結(jié)合，從而表現(xiàn)出更強的抗腫瘤活性。目前TRAIL已順利進行Ⅱ期臨床研究階段。但是TRAIL蛋白作為抗腫瘤藥物的臨床研究結(jié)果不如預(yù)期，尚未取得滿意療效[32]。

TRAIL受體激動劑、TRAIL受體活化因子、DR抗體拮抗劑等通過增強TRAIL受體特異性、增加受體表達量或游離量來增強TRAIL敏感性，加強細胞毒性作用。Lim等[33]和Horinaka等[34]研究發(fā)現(xiàn)，TRAIL中加入類黃酮可在一定程度上抑制宮頸癌傳代細胞產(chǎn)生的TRAIL耐受性。DR抗體拮抗劑通過結(jié)合受體抗體，相對增加DR4和DR5受體游離數(shù)目，提高TRAIL與DR結(jié)合概率，提高細胞凋亡率。Straughn等[35]在研究靶向作用于DR4和DR5受體的單克隆抗體拮抗劑的過程中研究了DR4和DR5受體的單克隆抗體，在抗-DR5單克隆抗體（TRA-8）聯(lián)合治療宮頸癌的模型中發(fā)現(xiàn)，TRA-8聯(lián)合放化療同樣產(chǎn)生協(xié)同作用。研究發(fā)現(xiàn)在部分腫瘤中，如乳腺癌等，TRAIL與特殊受體的抗體結(jié)合后靶向高表達或通過特異病毒載體將TRAIL基因轉(zhuǎn)運到腫瘤部位局部表達TRAIL蛋白，發(fā)揮抗腫瘤作用[36]。遺憾的是，目前在宮頸癌的相關(guān)研究中尚未發(fā)現(xiàn)可直接或間接促進TRAIL系統(tǒng)在局部微環(huán)境高表達，可提高TRAIL特異性及抗性的特殊結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

綜上所述，TRAIL及其受體特異性結(jié)合后，對腫瘤細胞有特異性殺傷作用而對正常細胞無毒性的高特異性、高靶向性、少毒副作用等特點已引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注，使其具有廣闊的應(yīng)用前景。通過了解TRAIL及其受體在宮頸癌中的作用可為宮頸癌的發(fā)生機制以及宮頸癌的靶向診治的新方法提供一定的理論基礎(chǔ)。但在TRAIL應(yīng)用于臨床前必須證實其安全及有效性。目前，由于TRAIL系統(tǒng)在宮頸癌中的研究局限，宮頸癌相關(guān)研究尚處于臨床試驗階段。隨著TRAIL相關(guān)研究的逐漸增多，其誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡的機制及調(diào)控機制將逐漸明確，其發(fā)揮作用的所需條件亦將日漸明朗，臨床治療中的應(yīng)用價值亦會逐步升高。TRAIL及其受體系統(tǒng)將為惡性腫瘤患者包括宮頸癌患者診治提供一條新途徑，為靶向治療提供新靶點。