TRAIL抗癌作用的分子机制

1、112肿瘤学奈志2002年第8卷第2期112肿瘤学奈志2002年第8卷第2期肿瘤学杀志2002年第8卷第2期TRAL韩丽辉综述孙汶生审校（山东大学医学陆黴生物与免疫学教研室山东济南250012）:1KAIL是近年新发现的一种凋亡诱导配体它能够选挥性地诱导肿瘤细胞凋亡而使正常细胞逃逸其杀伤作用.TRAIL强大的凋亡诱导能力和选择性的杀伤作用引起了广大研宪者极大的兴趣.本文从1RAL的结构功能开始分析论述了TRAIL作用的分子机制为广大国务工作者进一步棵入研宪和开发TRAIL这一新型抗癌分干奠走基础:1RAL:肿瘤:凋亡:R73O.51:A:1671-170X（2002）02011104TheIV

2、fechanismsofaNewl)peAnti-tunnrMoleculeILHANLihili.SUNWferrsheng(Dept,ofMicR)biologyandImmunology.SchoolofMcdichv.ShandongUitixvrsity.Jinan250012,China)Abstract:IRALIINFrelatedjoptosasinducingligand)isanezlyidentifiedapoptosisinducingligand,koouldselectivelyinducetheapoptosisoftunnrcellsbut引a代thenorn

3、nltissuecells,hspowerfulcapabilityofinducingapoptosisanditsspecialselectivityofkillinglunprcellshaveraisedlheinterestsofnnnyresearchers.Niinyofresearch?rshaw(fanealottofindoutthemechanismInthisarticlewuillintroducetliegeneralnnlecularmechanismsoftheanlrlunprnrJeculenanrdTRAL.whichuillestablishaiundf

4、oundationforafurtherresearchofTRAILandforthefurtterapplicationofitinthefuture.KeyMwds:TRAIL:neoplasms:(4)opt0ds112肿瘤学奈志2002年第8卷第2期112肿瘤学奈志2002年第8卷第2期肿瘤学杀志2002年第8卷第2期112肿瘤学奈志2002年第8卷第2期112肿瘤学奈志2002年第8卷第2期肿瘤学杀志2002年第8卷第2期1RAIL（INFrelatedapoptosisinducingligand肿瘤坏死因于相关凋亡诱导配体），是由We”于1995年检索EST时首次发现并克隆成功

5、的。它是1NF家族的新型凋亡分子o1RAIL具有大量、快速诱导凋亡的作用这一点只有RsL可以与其相提并论，但与后者不同的是.TRAIL仅诱导转化细胞、肿瘤细胞和病毒感染细胞发生凋亡.而能够使正常细胞逃逸它的杀伤作用。这一特性预示着其在治疗病毒感染以及肿瘤患者中广泛的应用前最。而TKAIL与其功能相关的特性也引起了人们极大的兴趣，本文拟对TRAIL的分子结构及其作用机制作一论述。11KAIL及其受体的结构及功能自从TRAIL通过EST检索被发现后，人们就开始了对其结构和功能的探索和研究。1KAIL是通过与其受体相互结合后而发挥生物学功能的。目前巳发现了与TRAIL特异性结合的5个受体其各自的收槁

6、日期:2001-09-14:回日期:2001-11-25:山东大学童大项目启动基金（413028）:国家自然科学基全委海外育年台作茎全功能也在不同的实验室中分别得到了验证。1.1TRAIL人的TRAIL基因定位于染色体3q26,与巳知的1NF家族的其它成员的染色体定位（6或19ql3.3）相去甚远。其启动子区含有一个上游IFNV的反应元件。TRAIL基因编码281个氨基酸（鼠TRAIL基因编码291个氨基酸）o1KA1L蛋白是一种H型糖蛋白，其C末端的胞外区与1NF家族的其它成员有着较高的同源性。1KAIL是一种稳定的蛋白分子的同源三聚体.其单体之间的界面上存在着锌离子结合位点。进一步研究证实

7、锌离于对于维持TRAIL内部结构的稳定和生物学活性是必需的.而7RAL蛋白则具有金属依赖性的低聚合作用。1KAL蛋白表面由1216个氨基酸的插入区构成了一个突出的环状结构.此结构可插入受体的TRAIL结合位点，保证受体与1KAL的特异性结合。结构突变研究证实，此插入环在1KAIL细胞毒活性中起着关键作用创。（deathreceptor,DR）TRAIL的死亡受体包括DR4/1RAIL-R1和DR5/1RAIL-R2/1RICK2两种.DR4和DR5的基因都定位于8p2l-22。其编码蛋白的共同特点是.胞内都具有死亡功能区与TRAIL特异性结合后可通过死亡结构域激发和传导凋亡信号.导致细胞死亡。

8、但两者又各有特点。DR4广泛分布于各种俎织，受IFNV刺激后可以提髙其转录水平。DR4可以导致p53非依赖性的凋亡.并伴有caspase810和caspase367的剪切。并且A&DR丰CD的超表达可以导致PARP和DEF45的剪切。但p21或其活性区的过度表达，则可阻滞DR*CD介导的caspase剪切。DR4可以通过不同的信号通路激活JNK和NIKB.NfKB的活化可以抵抗凋亡但它并不足以使细胞逃逸死亡的命运。DR5主要分布于外周血淋巴细胞和骨骼肌细胞。通过接头分子FADD/ND1R1传递信息(但Mefariane等报道，DR5也参与不依赖于接头分子FADD/M0RT1的凋亡通路匸)，并依

9、赖于caspase家族的级联反应诱导凋亡oDR5是p53的下游靶位.其介导的p53依赖性调节在人和鼠中有商度的保守性并可以在野生型p53表达的细胞内被DNA损伤剂诱导表达。DR5的表达受阿霉素、1NRI和一些DNA损伤剂的谓节，但与其它受p53调节的基因不同的是.DR5不受紫外线照射的谓节oDR5能够以组织特异性方式激活NIKBo3(decoyreceptor.DcR)目前发现的1KAL诱骗受体包括两种，DcRl/1RAIL-R3/1RID(1BAILreceptorwittoutanintracellulardomain,1RD)和DcR2/1RAL-R4/1RUNDD(1KALrecept

10、orwithati-uncaleddeathdomain)。DcRl和DcR2的基因都位于8p21-22DcRl和DcR2的胞外区均有两个与DR4、DR5髙度同源的富含半胱氨酸的重复序列.能够与TRAIL结合。但是DcRl无胞内区；DcR2的胞内死亡区不完整，即呈无功能的截断状态o因此DcRl和8R2与TRAIL结合后都不能传导凋亡信号。DcRl和DcR2在多种组织有广泛的表达它们通过与DR4、DR5竞争性结合TRAIL而使正常细胞逃逸TRAIL介导的凋亡。1.4OPGfosteoprotegerin)Envry等于1998年确认了TRAIL的第五个受体并将其命名为OPG.它属于分泌型1NF受

11、体的同源物是可溶性蛋白在体内有抑制破骨和增加骨密度的功能。OPG可抑制Jurkal细胞内TRAIL诱导的凋亡.而TRAIL却可封闭OPG的抗破骨活性。这提示了TRAIL和OPG在体内的交叉调节作用。1KAIL受体的多样性提示了7RAL介导的生物学功能的負余性。2TRAIL作用的分子机制研究表明，TRAIL通过两条不同的信号通路调控凋亡其一是通过半胱氨酸蛋白酶(caspase)通路传导的凋亡信号.其二是通过活化NRCB进行基因诱导调控凋亡。而正常细胞则可通过多种机制逃逸TRAIL诱导的凋亡反应。2.1死亡受体DR4或DR5通过其胞外区与TRAIL结合并活化后.可以通过其胞内死亡区引发和传导凋亡信

12、号通过激活Qspase蛋白酶解级联反应而发生TRAIL诱导的凋亡。其主要过程包括以下反应。2.1.1死亡受体的活化死亡受体DR4和DR5分子中的死亡结构域有相互聚集的倾向，TRAIL与其胞外部分结合后将其激活使其死亡结构域相互聚集.并进一步通过同喑作用募集接合器蛋白(adaptor)。随后接合器蛋白与临近的caspase结合并进一步传导凋亡信号。2.1.2接合器蛋白的介导与半胱天冬酶原(procaspase)的形成接合器蛋白的一端能与死亡受体结合.另一端含有死亡效应结构域(deatheffectordonnin.DED)o接合器蛋白分子接收到死亡受体传递的凋亡信号后.将引起胞内caspase的

13、前体，即procaspase在其末端的局部募集和串联结合，从而形成“1KAL-DR4、DR5接合器蛋白-procaspase”大分于复合体，即凋亡酶体(apoplosonr).并进一步传递和活化凋亡。2.1.3半胱氨酸蛋白酶的形成与激活凋亡酶体形成后其分子中的procaspase通过自身水解而成为有活性的caspase,并表现出独特的催化活性。它可将底物在Asp位点切断、并同时通过这种方式进一步自我活化。在1KAIL介导的凋亡中.首先被激活的常常是caspase-8/FLICE/MACH/Nfch5oCaspas8在其长原结构域中含有两个DED.这使其具有强大的死亡效应激发和传导功能。Grpa

14、se_8活化后能第引发caase蛋白酶解级联反应.并进一步链式水解激活其下游的同源酶，如carpase-6caspase-7等，最后激活其效应物caspase-3发114肿瘤学宗志2002年第8卷第2期肿瘤学杀志2002年第8卷第2期113肿瘤学杀志2002年第8卷第2期生生物效应。在caspase-8激活不充分时，它可以直接切割底物Bid（Bc卜2家族的促凋亡蛋白），切割产物的G端作用于线粒体通过促使Cyfc的释放而启动线粒体依赖的凋亡途径。2.1-4效应器的作用效应caspase被激活后激发的凋亡效应主要有以下几种作用方式：（1）剪切聚ADP核糖聚合酶（PARP）、DNA断裂分子（DEF）

15、、DNA依赖性催化亚单位（DSP&s）DNA修复酶或激活DEF、CAD等DNA降解酶.从而引起靶细胞DNA断裂.细胞死亡:作用于核纤层蛋白（Lanin）、肌动蛋白（Actin）、凝蚀溶素（Qlsolin）等底物.从而破坏细胞骨架，导致细胞皱缩、膜泡状变性、核解体等效应，引发细胞死亡：（3）抑制细胞间粘附激酶（focaladhesionkinase.FAK）的激活，从而使细胞间保护性整合素的功能丧失导致临近细胞大规模发生凋亡；（4）在上皮细胞内，介导细胞角蛋白的剪切和胞浆包涵体的形成使其发生特征性凋亡。Caspase的蛋白酶解级联反应不断传递和放大凋亡信号，从而引发对TRAIL敏感的细胞发生大量

16、、快速的凋亡反应。NFB与1NRI及细胞毒性药物相似，TRAIL也可以激活淋巴细胞内的NRCB,而NRCB的活化又可进一步拮抗细胞凋亡此状态是细胞自身“利己”的调控功能.对于维持生物体自身的平衡和稳定有重要意义。抑制Chspase的活性可以阻滞TRAIL诱导的凋亡，却不影响NIKB的活化，这说明凋亡途径和NIKB的调节途径在Chspase-8的上游就发生了分离。NIKB的活性不依赖于FADDcaspase和凋亡的诱导。抑制NIKB的活性后，瘤细胞对于TRAIL、EisL、lNFl或阿霉素诱导的凋亡墩感度大大提髙。NIKB作为一个多向因于.可能是细胞凋亡、增殖和转化的关键位点，TRAIL通过什么

17、机制激活NIKB还不清楚.有关这方面的研究正在深入开展。TRAILTRAIL不同于其它凋亡诱导分子的一个显著特征是它能够特异性地诱导转化细胞、肿瘤细胞和病毒感染细胞.而对正常组织细胞没有杀伤作用。正是这一特征.使其具有了广泛的临床应用前最。这一有别于其它分于的明显优势.也激发了人们对其发生机制的不断探讨。目前认为对于正常细胞逃逸1KAIL杀伤机制起作用的因素主要有以下几种：2.3.1诱骗受体的保护作用诱骗受体DcRl和8R2在正常组织中有广泛的表达.而在肿瘤细胞系或新鲜分离的肿瘤组织中却未见表达。因此正常细胞由于有诱骗受体与DR4和DR5竞争性结合TRAIL而逃逸TRAIL的杀伤，肿瘤组织则由

18、于缺乏诱骗受体的保护而易被TRAIL杀伤。Rin等证实异位表达的DcRl可以使哺乳动物细胞免干1KAL诱导的凋亡，这与其保护效应是一致的Sheikh等发现.DcRl在原发性胃肠道肿瘤中过度表达.并认为这可能是某些肿瘤逃逸机体免疫监视的原因。但是Levrkus等小发现.原始角质细胞与转化细胞表面TRAIL各类受体的表达情况类似.但前者对TRAIL的墩感度却比后者低5倍.这提示DcRl和8R2并不是TRAIL敏感度的唯一调节者可能存在其它的调节机制。Qiffilh等证实黑色素瘤细胞内诱骗受体的表达并不影响瘤细胞对TKAIL的敏感度。类似的发现促使人们开始寻找其它的致耐因素。2.3.2FLIPSFL

19、IPSCFADD-IikeICEinliibitoryproteins或HJCEinhibiloryprotein）是caspase活性的抑制剂。它的序列与procaspasS的序列相似，但缺乏重要的催化残基-它通过与piocaspasS竞争性结合凋亡通路上的接合器蛋白分子，而封闭凋亡通路，阻止carpase的活化，从而使细胞逃逸TRAIL诱导的凋亡。Km等的研究表明，对TRAIL敏感的细胞系以低表达或不表达DR4以及高表达FLIP为特征在83%6）的TRAIL抵抗细胞系中表达（仅在20%TRAIL敏感的细胞系中表达）oGiffith等即证实.HJP在对TRAIL抵抗的黑色素瘤内表达最商，而在

20、对TRAIL敏感的瘤细胞内几乎检测不到。Lexerkus等的研究也得出类似结论。异位表达的HJP使细胞对TRAIL诱导的凋亡抵抗，而放线菌酮处理耐受细胞使其FLIP水平下降后,细胞对TRAIL的敏感性也大大増加。这说明HJP是决定细胞对TRAIL墩感度的重要因素。3.3凋亡抑制蛋白（inhibitorofapoptosis.IAP）家族IAP蛋白家族包括许多成员，它们在机体多种组织中有广泛的分布.是机体对凋亡进行调控的重要分子。IAP对起始caspase-6-8-9和10的活性没有影响而主要是作用干下游的效应caspase.如cas-pase-3和-7,通过抑制它们的活化或削弱其活性来发挥作用

21、。新近克隆成功的新IAP蛋白-survivin在如肺、直肠、乳腺、前列腺等绝大多数肿瘤组织中表达而且其商表达常常与预后不良相关。IAP是正常机体细胞逃逸1KAL诱导凋亡的机制之一但它在肿瘤组织中的表达也可以部分地解释恶性肿瘤逃逸机体免疫监视的原因。2.3.4L-1KjthnrVWlkes等1,01证实，L-1通过活化NFKB而使细胞逃逸TRAIL诱导的凋亡。IL-1是机体细胞因子网络的重要成员，它也是使正常细胞逃逸TRAIL诱导的细胞毒效应的保护分子。由于L-1可由多种瘤细胞及参与肿瘤免疫反应的炎症细胞分泌因此肿瘤在这些情况下便矣对TKAIL产生抵抗力。2.3.5LITJvbngkolsapa等】发现外周血中表达DR4和DR5的淋巴细胞一接触到广泛表达TRAIL的组织便矣发生凋亡。而人外周血淋巴细胞广泛表达的淋巴细胞TRAIL抑制剂(lynptoc)regulatedDNAdanxigeinduciblegenethatisoxrexpressedinprinnrytunnrsofttegastiuintestindtract|JOnoogene,1999.18(28):4153-4159.LeverkusM.NeumannM.XfeningT,etal.Reg