腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導配體在消化系統(tǒng)腫瘤治療中的研究進展

李大歡，許良璧△，劉雪影，唐山，鄧超男

消化系統(tǒng)惡性腫瘤嚴重影響人類健康。2018年全球腫瘤年報顯示，最常見的10種癌癥中消化系統(tǒng)腫瘤占據(jù)一半；相比其他惡性腫瘤，消化系統(tǒng)惡性腫瘤的發(fā)生率和死亡率均較高［1］。消化系統(tǒng)惡性腫瘤患者的整體預后較差，5年生存率約20%，其中結(jié)直腸癌的發(fā)病率僅次于肺癌和乳腺癌，死亡率僅次于肺癌，而胃癌、肝癌及食管癌的死亡率位居結(jié)直腸癌之后［2］。因此，若能發(fā)現(xiàn)消化系統(tǒng)惡性腫瘤細胞增殖、浸潤、轉(zhuǎn)移、耐藥等重要過程中的生物學標志物，對臨床實踐、轉(zhuǎn)化醫(yī)學等研究均有重要意義。研究顯示，腫瘤壞死因子（TNF）相關(guān)凋亡誘導配體（TNF related apoptosis inducing ligand，TRAIL）可與其受體結(jié)合形成同源三聚體，進而通過多種信號通路誘導腫瘤細胞凋亡，但不影響正常細胞［3］。然而，進一步研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌、非小細胞肺癌、胰腺癌及結(jié)腸癌等腫瘤對單一使用TRAIL的治療方案并不敏感，但某些激動劑或者抑制劑輔助使用可提升TRAIL對腫瘤細胞凋亡的敏感性［4］。本文從腫瘤耐藥的角度，對TRAIL的生物結(jié)構(gòu)與功能、抗腫瘤機制及其在消化系統(tǒng)腫瘤治療中的研究進展綜述如下。

1 TRAIL的生物結(jié)構(gòu)、功能及其機制

1.1 TRAIL及其受體的生物結(jié)構(gòu)與功能 TRAIL又稱為凋亡素2配體，1995年由Wiley等［5］從人心肌cDNA文庫中克隆得到并命名。TRAIL是由281個氨基酸形成的Ⅱ型跨膜蛋白，編碼基因定位于3q26.1-26.2，cDNA全長1.05 kb，分子質(zhì)量為32.5 ku，等電點7.36；其活性部位位于胞膜外的羧基末端區(qū)域（114～281aa），可通過與受體結(jié)合后形成同源三聚體發(fā)揮生物活性。TRAIL介導的生物學功能的復雜性源于其受體的多樣性［6］。TRAIL受體根據(jù)功能可分為3類5種：（1）死亡受體（death receptor，DR），包括DR4、DR5，均含有胞內(nèi)死亡結(jié)構(gòu)域和依賴半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspase）途徑的凋亡信號的識別結(jié)構(gòu)。DR與TRAIL結(jié)合后將死亡信息傳遞至胞質(zhì)，從而啟動腫瘤細胞凋亡進程。（2）“誘騙”受體（decoy receptor，DcR），包括DcR1和DcR2，其結(jié)構(gòu)上與DR受體結(jié)構(gòu)域相似，也可結(jié)合TRAIL，但因DcR1缺乏含有死亡結(jié)構(gòu)域的胞質(zhì)區(qū)，而DcR2的死亡結(jié)構(gòu)域不完整，故這2種受體均不能啟動TRAIL介導的細胞凋亡信號通路，所以DcR是通過與DR競爭結(jié)合TRAIL的方式來抑制TRAIL介導的細胞凋亡。（3）骨保護素（osteoprotegerin，OPG）。OPG是TNFR（tumour necrosis factor receptor）超家族的新成員，沒有跨膜區(qū)及胞內(nèi)區(qū)，與TRAIL結(jié)合不能轉(zhuǎn)導凋亡信號，其主要的生理作用為抑制破骨細胞產(chǎn)生，增加骨密度。

1.2 TRAIL誘導腫瘤細胞凋亡的機制 Wong等［7-8］研究認為，TRAIL激活凋亡的信號途徑為：（1）通過結(jié)合細胞膜上的死亡受體（DR4或DR5），形成配體∕受體三聚復合物，誘導死亡受體胞漿段死亡結(jié)構(gòu)域（death domain，DD）與Fas相關(guān)蛋白的死亡結(jié)構(gòu)域（Fas-associated death domain，F(xiàn)ADD）C端DD結(jié)合，而FADD的N端死亡效應結(jié)構(gòu)域（death effector domains，DEDs）可與procaspase-8結(jié)合，形成死亡誘導信號復合物（death inducing signaling complex，DISC），即DR4∕DR5∕FADD∕procaspase-8，procaspase-8通過二聚化和裂解形成有活性的caspase-8；活化后的caspase-8可直接激活下游效應蛋白caspase-3、caspase-6或caspase-7，進而通過線粒體非依賴型途徑誘導凋亡。（2）活化后的caspase亦可裂解Bcl-2家族成員中的促凋亡蛋白Bid，而裂解和縮短的Bid又可進一步結(jié)合促凋亡蛋白Bax、Bak，引起線粒體跨膜電位降低或破壞，使線粒體釋放出細胞色素C（Cytochrome C，Cyt C），Cyt C和凋亡肽活化因子1（apoptotic protease activating factor-1，Apaf-1）形成凋亡酶體后活化caspase-9，從而啟動線粒體依賴的凋亡途徑。除了上述2條凋亡誘導途徑外，TRAIL與受體結(jié)合后還能通過激活PI3K∕Akt信號通路、核因子（NF）-κB通路、蛋白激酶C（PKC）、促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族成員等誘導腫瘤細胞凋亡。

2 TRAIL在常見消化系統(tǒng)腫瘤中的應用研究

2.1 食管癌 食管癌是常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤之一，根據(jù)全球癌癥流行病學數(shù)據(jù)庫（GLOBOCAN）2018年數(shù)據(jù)顯示，我國食管癌的發(fā)病率及死亡率分別占全球總數(shù)的53.7%和55.7%［1］。對于失去手術(shù)機會的進展期食管癌患者，分子靶向治療是其重要選擇之一［9］。TRAIL的生物學特性為食管癌基因靶向治療帶來了希望，但相關(guān)研究顯示食管癌患者對TRAIL治療并不敏感，原因是惡性腫瘤在進展過程中已經(jīng)形成了一些針對TRAIL的高度復雜的防御機制［10］。Chang等［11］通過體外模擬的方式將食管腺癌細胞置于酸∕膽汁暴露的條件下，發(fā)現(xiàn)癌細胞可過表達死亡結(jié)構(gòu)域不完整的誘騙受體DcR2，使DcR2與TRAIL結(jié)合形成TNFR1相關(guān)死亡域蛋白（TNFR1 associated death domain protein，TRADD），但TRADD不能與procaspase-8結(jié)合形成DISC，故不能啟動TRAIL介導的癌細胞凋亡，而且DcR2還能使凋亡抑制蛋白c-FLIP表達增加，從而使食管腺癌對TRAIL產(chǎn)生耐藥。為了突破腫瘤細胞對TRAIL的“防御”機制，Dang等［12］研究發(fā)現(xiàn)，蜂窩通信網(wǎng)絡因子1（cellular communication network factor 1，CCN1）作為結(jié)締組織生長因子家族中的一員，在胃食管反流病患者的食管上皮中高度表達，而當胃食管反流病進展為腺癌時CCN1的表達水平則降低甚至不表達，CCN1可能為食管腺癌的抑癌基因；另外，該研究還證實，在人食管癌細胞系（OE33和OE99）中聯(lián)合應用CCN1和TRAIL能起到協(xié)同抗癌的作用，CCN1可上調(diào)TRAIL及其死亡受體的表達，促進TRAIL介導的腫瘤細胞凋亡，同時CCN1還能通過抑制NF-κB而抑制腫瘤細胞的增殖、遷移，增強食管腺癌細胞對TRAIL的敏感性。Han等［13］研究顯示，Periplocin作為一種具有抗癌活性的天然化合物，與TRAIL合用后，可增加人食管癌細胞株（YES-2、KYSE-150及KYSE-510）DR4∕DR5的表達，從而提高食管癌細胞對TRAIL的敏感性；Periplocin還能通過抑制Wnt∕βcatenin途徑的活性來降低凋亡抑制基因survivin的表達，亦可達到誘導食管癌細胞凋亡的目的。

2.2 胃癌 研究顯示，全球一半的胃癌發(fā)生在東亞，特別是中國、日本和韓國［14］。目前，進展期胃癌患者的預后普遍較差。TRAIL對癌細胞的選擇性毒性為胃癌的治療提供了可能。Pereira等［15］研究顯示，腫瘤細胞中DR4、DR5高表達有利于其與TRAIL的結(jié)合，從而形成DISC，促進腫瘤細胞凋亡，但在胃癌的治療中TRAIL療效并不明顯。Xu等［16］認為miRNAs的失調(diào)是胃癌患者對TRAIL治療應答不敏感的重要原因之一；該研究發(fā)現(xiàn)，在胃癌組織及人胃癌細胞系（BGC-823和MGC-803）中，miR-494表達水平明顯下調(diào)，降低抗凋亡蛋白survivin的表達水平可增強miR-494的表達，進而促進TRAIL介導的腫瘤細胞凋亡。Xu等［17］研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合使用鳶尾黃酮素和TRAIL可上調(diào)細胞凋亡標志物caspase-8∕caspase-9∕caspase-3和多聚ADP核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）的表達水平，增強促凋亡蛋白FADD、DR5和Bax的表達，使凋亡抑制蛋白c-FLIP、Bcl-2和survivin表達水平減少，從而明顯提高TRAIL促癌細胞凋亡的能力。Zhao等［18］研究發(fā)現(xiàn)，在胃癌細胞株（SGC-7901和MGC-803）中聯(lián)合使用Periplocin和TRAIL比單獨使用Periplocin或TRAIL更能促進胃癌細胞的凋亡；Periplocin能在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上調(diào)DR4和DR5的表達，降低抗凋亡蛋白Mcl-1和Bcl-2的表達，并激活促凋亡蛋白Bid和caspase-3∕caspase-8，從而增強胃癌細胞對TRAIL的敏感性，表明Periplocin可以作為TRAIL的敏化劑，成為胃癌輔助治療的潛在策略。

2.3 大腸癌 大腸癌是最常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，全世界每年大約新增患者100萬例，死亡患者約50萬例，其發(fā)病率及死亡率位居所有惡性腫瘤的第3位和第2位［1］。進展期大腸癌的治療方法除了外科手術(shù)，還有化療和放療，然而后2種治療方式因其非特異性的細胞毒性而存在許多不良反應，而且許多患者在治療后仍會復發(fā)。因此，尋找更多有效的替代方案來治療大腸癌至關(guān)重要［19］。近年來TRAIL因為“特異的殺死腫瘤細胞”的功能，成為了大腸癌治療的研究熱點。Wu等［20］發(fā)現(xiàn)，TRAIL能夠促進血小板凋亡，減少轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β1的釋放，從而抑制大腸癌細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。然而，在臨床應用中大腸癌患者對TRAIL仍出現(xiàn)了較高的耐藥性，療效并不理想。Kim等［21］研究證實，非細胞毒性劑量的二烯丙基二硫（diallyl disulfide，DADS）可增強TRAIL介導的大腸癌細胞凋亡，DADS與TRAIL的協(xié)同效應是通過下調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2而實現(xiàn)的。另有研究顯示，在大腸癌細胞系（HT-29）中聯(lián)用Encorafenib和TRAIL后，Encorafenib能促進p53和p53蛋白上調(diào)凋亡調(diào)節(jié)劑（p53 upregulated modulator of apoptosis，PUMA）的表達，還能使DR5過表達，進而增強TRAIL誘導的大腸癌細胞凋亡［22］。Jo等［23］亦發(fā)現(xiàn)，活性氧調(diào)節(jié)劑1（reactive oxygen species modulator-1，Romo1）可通過調(diào)節(jié)活性氧（reactive oxygen species，ROS）的生成而參與細胞的增殖、衰老和死亡等過程，用TRAIL處理沉默大腸癌細胞系（HCT116、DLD-1、HCT8及SW480）的Romo1后，腫瘤細胞凋亡標志物caspase-8、caspase-9和caspase-3等明顯增加，從而促進了TRAIL介導的腫瘤細胞凋亡；該研究認為Romo1和TRAIL間作用機制為：Romo1被抑制后，線粒體功能發(fā)生障礙，使ROS生成增多，促凋亡蛋白Bax表達增加；抑制Romo1還引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激相關(guān)蛋白DNA損傷誘導轉(zhuǎn)錄物3（DNA damage-inducible transcript3，CHOP）的表達升高，從而促進腫瘤細胞凋亡。大腸癌中一些miRNAs也可能干預TRAIL誘導腫瘤細胞凋亡的過程。Lian等［24］發(fā)現(xiàn)，miR-128在大腸癌細胞系（HT29、SW480和SW620）及原發(fā)大腸癌組織中的表達水平下降，而在miR-128過表達的條件下，加入TRAIL后大腸癌細胞中ROS生成增多，而ROS可誘導DR5表達增加，從而促進TRAIL誘導大腸癌細胞的凋亡。

2.4 其他消化系統(tǒng)腫瘤 由于TRAIL對腫瘤細胞的選擇性毒性，使其不僅適用于上述消化系統(tǒng)腫瘤的治療，在肝癌、胰腺癌的治療方面也有相關(guān)研究。胰腺癌具有侵襲性生長模式的特點，早期就有發(fā)生侵襲和遠處轉(zhuǎn)移等風險。研究認為，單用TRAIL治療胰腺癌的療效不佳［25］。Dai等［26］發(fā)現(xiàn)，在胰腺癌細胞系（PANC-1和MIA PaCa-2）中聯(lián)用TRAIL與雷公藤（triptolide，TPL）后，產(chǎn)生的細胞自噬體的數(shù)量較單獨使用TRAIL增多，而且TRAIL與TPL聯(lián)用還能增加自噬標志物如自噬相關(guān)基因（autophagyrelated gene，ATG）的表達并抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的表達，TPL通過下調(diào)TPL∕TRAIL通路中的上游基因Pumilio RNA結(jié)合蛋白家族成員1（Pumilio RNAbinding family member1，PUM1）表達，進而誘導胰腺癌的自噬，從而發(fā)揮對胰腺癌細胞的“殺死”作用。另外，對胰腺癌動物模型的研究發(fā)現(xiàn)，TRAIL與氯喹聯(lián)用可明顯抑制胰腺癌細胞增殖，并證實氯喹可通過抑制抗凋亡蛋白的表達而增強TRAIL誘導的胰腺癌細胞凋亡［27］。Nazim等［28］研究發(fā)現(xiàn)，在耐TRAIL的肝癌細胞株Huh7中，TRAIL與Luteolin聯(lián)用可使DR5表達上調(diào)，從而增強TRAIL誘導的肝癌細胞凋亡。Rasheduzzaman等［29］證 實，TRAIL與Cardiac glycoside聯(lián)用可下調(diào)肝癌細胞（Huh-7和HepG2）抗凋亡蛋白Bcl-2表達，增加促凋亡蛋白Cyt C的轉(zhuǎn)位和ROS的生成，從而增強肝癌細胞對TRAIL的敏感性。另外，有研究顯示，miR-21-3p在肝癌干細胞中過量表達，miR-21-3p可直接調(diào)節(jié)抑癌基因磷酸酶-張力蛋白同源物（phosphatase and tensin homologue，PTEN）表達，抑制miR-21-3p可上調(diào)PTEN的表達水平并通過PI3K∕Akt∕Bad級聯(lián)反應，增強肝癌干細胞對TRAIL的敏感性［30］。此外，TRAIL因有維持免疫平衡和抑制免疫反應的功能，使其成為病毒性肝炎、脂肪肝等疾病的潛在治療策略［31］。

3 小結(jié)

綜上所述，TRAIL因可促進“癌細胞選擇性凋亡”特性成為癌癥治療研究的熱點。目前，有關(guān)TRAIL在腫瘤治療中耐藥機制的研究多集中在其與caspase級聯(lián)反應相關(guān)的凋亡因子和TRAIL受體之間的關(guān)系上。耐藥機制研究多集中在其與激活caspase級聯(lián)反應和誘導癌細胞凋亡的關(guān)系上［32］。在胃癌、食管癌、結(jié)直腸癌治療的研究中，TRAIL可以通過聯(lián)用一些化合物來提高TRAIL死亡受體的活性，或者利用某些分子增加caspase級聯(lián)反應中的促凋亡蛋白表達能力或增強其對抗凋亡蛋白的抑制作用，從而提高TRAIL介導的促進腫瘤細胞凋亡的能力，但提升TRAIL敏感性的機制并不明確，而且關(guān)于其治療肝、膽、胰腺惡性腫瘤的研究偏少，有待后續(xù)研究的深入。