肿瘤坏死因子

1975年E.A.Carswell等人发现接种卡介苗的小鼠注射细菌脂多糖后，血清中出现一种能使多种肿瘤发生出血性坏死的物质，将其命名为肿瘤坏死因子（tumornecrosisfactor，TNF)。八十年代人们发现其在消耗症中起了重要作用，又称恶液质素。TNF主要由活化的巨噬细胞，NK细胞及T淋巴细胞产生。1985年Shalaby把巨噬细胞产生的TNF命名为TNF-α，把T淋巴细胞产生的淋巴毒素（lymphotoxin，LT)命名为TNF-β。虽然TNF-α与TNF-β仅有约30%的同源性，但它们却拥有共同的受体。TNFα的生物学活性占TNF总活性的70%～95%，因此目前常说的TNF多指TNF-α。1984年TNF基因的克隆开辟了临床试验的时代，是第一个用于肿瘤生物疗法的细胞因子，但因其缺少靶向性且有严重的副作用，目前仅用于局部治疗。

西医学名：肿瘤坏死因子

所属科室：内科

传染性：无传染性

1、别名

恶液质素（Cachectin）

巨噬细胞毒素（Macrophagecytotoxin）

坏死素（Necrosin）

细胞毒素（Cytotoxin）

肿瘤坏死因子α（Tumournecrosisfactor-α）

出血因子（Hemorrhagicfactor）

巨噬细胞毒性因子（Macrophagecytotoxicfactor）

分化诱导因子（Differentiation-inducingfactor）

2、来源

巨噬细胞（Macrophages）

自然杀伤细胞（Naturalkillercells）

T淋巴细胞（T-lymphoblastoidCells）

B淋巴细胞（B-lymphoblastoidCells）

肥大细胞（Mastcells）

成纤维细胞（Fibroblasts）

平滑肌细胞（Smoothmusclecells）

乳腺肿瘤细胞（Breasttumorcells）

卵巢肿瘤细胞（Ovariantumourcells）

星形胶质细胞（Astrocytes）

L-929细胞（L-929cells）

枯氏细胞（Kupffer'scells）

上皮细胞（Epidermalcells）

颗粒细胞（Granulosacells）

3、TNF基因特点

人类TNF-α基因于1985年成功克隆，定位于6p21.4，长约3.6kbp，有4个外显子和3个内含子，与主要组织相容性复合体（MHC）基因紧密连锁位于HLA-B和HLA-C2位点之间的MHC3类基因区内，由TNFA和TNFB组成，分别编码TNFα和TNFβ。位于启动子区238位和308位存在单核苷酸多态性，被认为可调节TNF的转录水平，与慢性乙肝、自身免疫性疾病、胰岛素抵抗、肿瘤等多种疾病的易感性相关。TNF基因编码的mRNA约1.7kbp，在其3——非翻译区有一段许多细胞因子都具有的保守TTATTTAT序列（AU富含元件，ARE）。

佛波酯是TNF的诱导剂，能通过靠近启动子区TATAA框的一小段序列诱导TNF的转录。

TNF蛋白特性

1人TNF-α前体由233个氨基酸组成（26kDa），其中包含由76个氨基酸残基组成的信号肽，在TNF转化酶TACE的作用下，切除信号肽，形成成熟的157个氨基酸残基的TNF-α（17kDa）。由于没有蛋氨酸残基，故不存在糖基化位点，其中第69位和101位两个半胱氨酸形成分子内二硫键。人类TNF-α与小鼠TNF-α有79%氨基酸组成同源性，TNF-α的生物学作用似无明显的种属特异性。最近有人报道通过基因工程技术表达了N端少2个氨基酸（Val、Arg）的155氨基酸人TNF-α，具有更好的生物学活性和抗肿瘤效应。此外，还有用基因工程方法，将TNF-α分子氨基端7个氨基酸残基缺失，再将8Pro、9Ser和10Asp改为8Arg、9Lys和10Arg，或者再同时将157Leu改为157Phe，改构后的TNF-α比天然TNF体外杀伤L929细胞的活性增加1000倍左右，在体内肿瘤出血坏死效应也明显增加。TNF-α和β发挥生物学效应的天然形式是同源的三聚体。

2人类TNF-β分子由205个氨基酸残基组成，含34氨基酸残基的信号肽，成熟型TNF-β分子为171个氨基酸残基，分子量25kDa。

3人类TNF-β与TNF-α其DNA同源序列达56%，氨基酸水平上同源性为36%。应用X射线晶体衍射技术证明，TNF是由三个相同的单体亚单位组成的致密三聚体，单体亚单位呈楔形，由β片层折叠形成β夹心结构（β-Sandwichstructure）。

4、TNF受体

1.1TNF-R的分型

TNFR可分为两型

Ⅰ型TNF-R（又称TNFR1、CD120a、p55），439氨基酸残基，55kDa，其对应的mRNA有4.5Kbp，可表达于所有类型的细胞上，在溶细胞活性上起主要作用。

Ⅱ型TNFR（又称TNFR2、CD120b、p75）426氨基酸残基，75kDa，其对应的mRNA有3Kbp，仅表达于免疫和内皮细胞上，与信号传递和T细胞增殖有关。

1.2TNFR的结构功能特点

两型TNFR都为糖蛋白，均包括胞膜外区、跨膜区和胞内区三个部分，胞外区有28%的同源，但在胞浆区无同源性，可能与介导不同的信号转导途径有关。多项研究证实，肿瘤坏死因子主要通过与TNF-R1作用而发挥生物活性。TNF蛋白与TNF-R1胞外区相结合诱导TNF-R1聚集和释放死亡结构域沉默子（SODD），随后TRADD与TNF-R1中的死亡结构域结合招募更多的接头蛋白，例如RIP，TRAF-2和FADD等。这些接头蛋白再招募其它参与信号转导的重要蛋白而发挥作用。

目前对TNF-R2的结构和功能了解并不多，不过它缺乏死亡结构域，因此不能促进细胞凋亡过程。然而，TNF-R2可以通过活化NF-κB和JNK通路或者抑制TRAF-2干扰程序性细胞死亡（PCD）。

1.3TNFR的分布

TNFR存在于多种正常及肿瘤细胞表面，一般每个细胞受体数目在500——5000/细胞，如ME-800肿瘤细胞系TNFR约2000/细胞，Kd为2×10-10M。不同细胞表面TNFR的数目和亲和力似乎与细胞对TNF-α的敏感性并不平行。

1.4可溶性TNFR

TNF结合蛋白（TNF-BP）是TNFR的可溶性形式，有sTNFRⅠ（TNF-BPⅠ）和sTNFRⅡ（TNF-BPⅡ）两种。一般认为sTNFR具有局限TNF活性，或稳定TNF的作用，在细胞因子网络中有重要的调节作用。Seckiner1988年发现发热患者尿中有TNF抑制物，分子量为33kDa。Olsson1989年在慢性肾功能不全患者血和尿中也发现有TNF-BP。TNF-BP可与TNF特异结合，抑制TNF活性，如抑制其细胞毒活性和诱导IL-1产生，可促进皮下接种MethA病毒的生长，可能为肿瘤逃逸宿主抗肿瘤的机制之一。正常人血清中TNF-BP为1——2ng/ml，也可见于正常妊娠尿中。炎症、内毒素血症、脑膜炎双球菌感染、SLE、HIV感染、肾功能不全时以及肿瘤时可升高。可溶性TNFR可有效地减轻佐剂性关节炎的病理改变以及败血症休克。

5、TNF受体超家族

目前，研究人员已经证实肿瘤坏死因子蛋白同系物超家族存在着29个不同的受体（图1）。这些受体可以被分为三个主要群体：

第一类受体是在胞质尾区包含死亡结构域（DD）。通过配体与相应的包含死亡结构域的受体结合可以招募胞内含有死亡结构域的受体，例如Fas相关死亡结构域蛋白（FADD/MORT1）和TNF受体相关的死亡结构域蛋白（TRADD），它们一起构成了所谓的死亡诱导信号复合物（DISC）。这些分子导致caspase活化，诱导细胞凋亡，但也可以招募TNF受体相关因子（TRAF）的家庭成员。

第二类受体在胞质尾区包含一个或多个TRAF相互作用基序（TIM）。激活此类受体可以直接募集TRAF家族成员，最终激活多个信号转导通路的关键分子，如丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）（如c-JunN末端激酶JNK），P38（P38MAPK），细胞外信号调节激酶（ERK），核因子kappa-B抑制物激酶（IKK）和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）。

第三类受体不包含功能性细胞内信号结构域或者基序。虽然这些“诱饵”受体并不参与细胞内信号传导，它可以与其它两组的受体竞争性的与相应配体结合。

6、TNF的生物学活性

TNF-α和TNF-β的生物学作用极为相似，这可能与分子结构的相似性和受体的同一性有关。但在某些生物学作用方面也有不同之处。

1.1杀伤或抑制肿瘤细胞

TNF在体内、体外均能杀死某些肿瘤细胞，或抑制增殖作用。肿瘤细胞株对TNF-α敏感性有很大的差异，TNF-α对极少数肿瘤细胞甚至有刺激作用。用放线菌素D、丝裂霉素C、放线菌酮等处理肿瘤细胞（如小鼠成纤维细胞株L929）可明显增TNF-α杀伤肿瘤细胞活性。体内肿瘤对TNF-α的反应也有很大的差异，与其体外细胞株对TNF-α的敏感性并不平行。同一细胞系可能有敏感株和抵抗株如L929-S和L929-R。此外，靶细胞内源性TNF的表达可能会使细胞抵抗外源性TNF的细胞毒作用，因此通过诱导或抑制内源性TNF的表达可改变细胞对外源性TNF的敏感性。巨噬细胞结合型TNF可能参与对靶细胞的杀伤作用。

TNF杀伤肿瘤的机理还不十分清楚，与补体或穿孔素杀伤细胞相比，TNF杀伤细胞没有穿孔现象，而且杀伤过程相对比较缓慢。TNF杀伤肿瘤组织细胞可能与以下机理有关。

1.1.1直接杀伤或抑制作用。TNF与相应受体结合后向细胞内移，被靶细胞溶酶体摄取导致溶酶体稳定性降低，各种酶外泄，引起细胞溶解。也有认为TNF激活磷脂酶A2，释放超氧化物而引起DNA断裂，磷脂酶A2抑制剂可降低TNF的抗病效应。TNF可或改变靶细胞糖代谢，使细胞内pH降低，导致细胞死亡。

1.1.2通过TNF对机体免疫功能的调节作用，促进T细胞及其它杀伤细胞对肿瘤细胞的杀伤。

1.1.3TNF作用于血管内皮细胞，损伤内皮细胞或导致血管功能紊乱，使血管损伤和血栓形成，造成肿瘤组织的局部血流阻断而发生出血、缺氧坏死。

1.2提高中性粒细胞的吞噬能力，增加过氧化物阴离子产生，增强ADCC功能，刺激细胞脱颗粒和分泌髓过氧化物酶。TNF预先与内皮细胞培养可使其增加MHCⅠ类抗原、ICAM-1的表达，IL-1、GM-CSF和IL-8的分泌，并促进中性粒细胞粘附到内皮细胞上，从而刺激机体局部炎症反应，TNF-α的这种诱导作用要比TNF-β为强。TNF刺激单核细胞和巨噬细胞分泌IL-1，并调节MHCⅡ类抗原的表达。

1.3抗感染：如抑制疟原虫生长，抑制病毒复制（如腺病毒Ⅱ型、胞疹病毒Ⅱ型），抑制病毒蛋白合成、病毒颗粒的产生和感染性，并可杀伤病毒感染细胞。TNF抗病毒机理不十分清楚。

1.4TNF是一种内源性热原质，引起发热，并诱导肝细胞急性期蛋白的合成。TNF引起发热可能是通过直接刺激下丘脑提问调节中枢和刺激巨噬细胞释放IL-1而引起，还可通过IL-1、TNF-α刺激其它细胞产生IL-6。

1.5促进髓样白血病细胞向巨噬细胞分化，如促进髓样白血病细胞ML-1、单核细胞白血病细胞U937、早幼粒白血病细胞HL60的分化，机理不清楚。TGF-β可抑制TNF-α多种生物学活性，但不一致TNF-α对髓样白血病细胞分化的诱导作用，甚至还有协同效应。

1.6促进细胞增殖和分化：TNF促进T细胞MHCⅠ类抗原表达，增强IL-2依赖的胸腺细胞、T细胞增殖能力，促进IL-2、CSF和IFN-γ等淋巴因子差生，增强有丝分裂原或外来抗原刺激B细胞的增殖和Ig分泌。TNF-α对某些肿瘤细胞具有生长因子样作用，并协同EGF、PDGF和胰岛素的促增殖作用，促进EGF受体表达。TNF也可促进c-myc和c-fos等与细胞增殖密切相关原癌基因的表达，引起细胞周期有G0期向G1期转变。最近报道TNF-β（LT）是EB病毒转化淋巴母细胞的自分泌生长因子，抗LT抗体、sTNFR以及TNF-α能一直EB病毒转化淋巴细胞的增殖。

IL-1、IFN-γ和GM-CSF对TNF的生物学作用有明显的增强作用，可能与增加细胞TNF受体的表达有关。已报道一种抗TNF-α单克隆抗体，可模拟TNF-α的某些生物学作用，这种现象在其它因子中还尚未见到。

7、TNF与临床

1.1肿瘤治疗中的应用

TNF在人、鼠肿瘤细胞株或原代培养的人癌细胞中，以及荷瘤裸鼠中都表现出杀瘤或抑瘤作用和免疫调节活性。应用TNF在治疗肿瘤等方面大多尚处于临床试验阶段，其也可与IL-2联合治疗肿瘤，目前认为全身用药的疗效不及局部用药，后者如病灶内注射，局部浓度高且副作用也较轻。近年来已采用TNF基因治疗开始对黑色素瘤等肿瘤进行临床验证。另外，TNF胸膜内给药，可以使转移性胃癌和乳腺癌病人的胸水中的癌细胞显着减少甚至完全消失。

2003年，国内也是世界上第一例突变体新型人重组肿瘤坏死因子（nrhTNF）获得批准生产。

1.2感染性休克

目前认为革兰氏阴性杆菌或脑膜炎球菌引起的弥漫性血管内凝血、中毒性休克是由于细菌内毒素刺激机体产生过量TNF-α，引起发热，心脏、肾上腺严重损害，呼吸循环衰竭，甚至引起死亡，其TNF水平与病死率正相关。其发病机理可能是TNF刺激内皮细胞，导致炎症、组织损伤和凝血。TNF也是急性肝坏死的重要因素。病毒性暴发型肝衰竭外周血细胞诱生TNF，IL-1活性升高，且与病情程度相关。目前有关TNF介导内毒素性休克的机理还不很清楚。有认为TNF能促进吞噬细胞和内皮细胞产生IL-1和白三烯，导致DIC和内毒素休克。TNF抗体（抗血清或单克隆抗体）在小鼠、家兔和狒狒体内均有效地阻止致死性内毒素休克的发生。

1.3恶液质

TNF-α又称恶液素，可诱发机体发生恶液质。

1.4TNF与病原的关系

TNF还具有类似IFN抗病毒作用，阻止病毒早期蛋白质的合成，从而抑制病毒的复制，并与IFN-α和IFN-γ协同抗病毒作用。另一方面，TNF诱导HIV-1基因在T细胞中表达。TNF在HIV感染的CD4+细胞中活化或诱导NF-Κb，NF-κB结合于HIV的长末端重复序列（LTR）的增强子部位，活化HIV基因，可能与艾滋病发病有关。艾滋病患者单核细胞TNF-α产生增加，血清中TNF-α水平升高。此外，TNF还表现出抗菌和抗疟疾的功效。

1.5与风湿性关节炎的关系

在类风湿性关节炎病人的关节滑液中可以检测到TNF，认为其与关节炎的发病有关。多种抗炎药物可以降低TNF的产生。目前已有TNF的拮抗剂上市，如：依那西普（etanercept），可用于活动性类风湿关节、活动性强直性脊柱炎等的治疗。