腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)-科鹿（武漢）生物科技有限責任公司

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腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)

供稿：科鹿生物

發(fā)布時間：2022-02-17

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定義1：主要由活化的單核/巨噬細胞產(chǎn)生，能殺傷和抑制腫瘤細胞，促進中性粒細胞吞噬，抗感染，引起發(fā)熱，誘導肝細胞急性期蛋白合成，促進髓樣白血病細胞向巨噬細胞分化，促進細胞增殖和分化，是重要的炎癥因子，并參與某些自身免疫病的病理損傷。

定義2：一種由巨噬細胞對細菌感染或其他免疫源反應自然產(chǎn)生的細胞因子。與干擾素協(xié)同作用可殺死腫瘤細胞。

定義3：主要由活化的單核/巨噬細胞產(chǎn)生，能殺傷和抑制腫瘤細胞的細胞因子。促進中性粒細胞吞噬，抗感染，引起發(fā)熱，誘導肝細胞急性期蛋白合成，促進髓樣白血病細胞向巨噬細胞分化，促進細胞增殖和分化，是重要的炎癥介質(zhì)，并參與某些自身免疫病的病理損傷。

腫瘤壞死由巨噬細胞分泌的一種小分子蛋白。TNF-α主要由單核－巨噬細胞分泌；TNF-β主要由活化的T淋巴細胞分泌，兩者有相似致熱性。小劑量呈單峰熱，大劑量呈雙峰熱；TNF在體內(nèi)外均能刺激IL-1的產(chǎn)生。不耐熱，70℃ 30min失活

簡介：

1975年Carswell等發(fā)現(xiàn)接種BCG的小鼠注射LPS后，血清中含有一種能殺傷某些腫瘤細胞或使體內(nèi)腫瘤組織發(fā)生血壞死的因子，稱為腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor,TNF)。1985年Shalaby把巨噬細胞產(chǎn)生的TNF命名為TNF-α，把T淋巴細胞產(chǎn)生的淋巴毒素（lymphotoxin,LT)命名為TNF-β。TNF-α又稱惡質(zhì)素。

TNF的產(chǎn)生：

（1）TNF-α是一種單核因子，主要由單核細胞和巨噬細胞產(chǎn)生，LPS是較強的刺激劑。IFN-γ、M-CSF、GM-CSF對單核細胞/巨噬細胞產(chǎn)生TNF-α有刺激作用，而PGE則有抑制作用。前單核細胞系U937、前髓細胞系HL-60在PMA刺激下可產(chǎn)生較高水平的TNF-α。T淋巴細胞、T細胞雜交瘤、T淋巴樣細胞系以NK細胞等在PMA刺激下也可分泌TNF-α。SAC、PMA、抗IgM可刺激正常B細胞產(chǎn)生TNF-α。此外，中性粒細胞、LAK、星狀細胞、內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞亦可產(chǎn)生TNF-α。

（2）TNF-β是一種淋巴因子，抗原和絲裂原均可刺激T淋巴細胞分泌TNF-β。PMA刺激RPMI1788B淋巴母細胞可分泌高水平TNF-β。

TNF的分子結(jié)構(gòu)和基因：

（1）人的TNF-α基因長約2.76kb，小鼠為2.78kb，結(jié)構(gòu)非常相似，均由4個外顯子和3個內(nèi)含子組成，與MHC基因群密切連鎖，分別定位于第6對和第17對染色體上。1984年從HL-60、U937等細胞中克隆成功rHu TNF-α cDNA，并在大腸桿菌中獲得高表達。人TNF-α前體由233個氨基酸殘基組成，含76個氨基酸殘基的信號肽，切除信號肽后成熟型TNF-α為157氨基酸殘基，非糖基化，第69位和101位兩個半胱氨酸形成分子內(nèi)二硫鍵。rHu TNF-α分子量為17kDa。小鼠TNF-α前體為235氨基酸殘基，信號肽79氨基酸殘基，成熟的小鼠TNF-α（rMuTNF-α）分子量為17kDa，由156個氨基酸殘基組成，第69位和100位兩個半胱氨酸形成分子內(nèi)二硫鍵，有一個糖基化點，但糖基化不影響其生物學功能。rHu TNF-α與rMu TNF-α有79%氨基酸組成同源性，TNF-α的生物學作用似無明顯的種屬特異性。最近有人報道通過基因工程技術(shù)表達了N端少2個氨基酸（Val、Arg）的155氨基酸人TNF-α，具有更好的生物學活性和抗腫瘤效應。此外，還有用基因工程方法，將TNF-α分子氨基端7個氨基酸殘基缺失，再將8Pro、9Ser和10Asp改為8Arg、9Lys和10Arg，或者再同時將157Leu改為157Phe，改構(gòu)后的TNF-α比天比天然TNF體外殺傷L929細胞的活性增加1000倍左右，在體內(nèi)腫瘤出血壞死效應也明顯增加。TNF-α和β發(fā)揮生物學效應的天然形式是同源的三聚體。

（2）人和小鼠TNF-β基因分別定位于第6和第17號染色體。HuTNF-β分子由205個氨基酸殘基組成，含34氨基酸殘基的信號肽，成熟型Hu TNF-β分子為171個氨基酸殘基，分子量25kDa。rHu TNF-β分子由202氨基酸殘基組成，包括33個氨基酸殘基的信號肽，成熟分子169個氨基酸殘基，與Hu TNF-β有79%的同源性。Hu TNF-β與Hu TNF-αDNA同源序列達56%，氨基酸水平上同源性為36%。

TNF的受體：

（1）TNF-R的分型：

TNF-R可分為兩型：Ⅰ型TNF-R，55kDa，CD120a，439氨基酸殘基，此型受體可能在溶細胞活性上起主要作用；Ⅱ型TNF-R，75kDa CD120b，426氨基酸殘基，此型受體可能與信號傳遞和T細胞增殖有關(guān)。兩型TNF-R均包括胞膜外區(qū)、穿膜區(qū)和胞漿區(qū)三個部分，胞膜外區(qū)有28%的同源，但在有包漿區(qū)無同源性，可能與介導不同的信號轉(zhuǎn)導途徑有關(guān)。TNF-R屬于神經(jīng)生長因子受體（NGFR）超家族。TNF-α和TNF-β的受體可能是同一的。TNF-R存在于多種正常及腫瘤細胞表面，一般每個細胞受體數(shù)目有103～104，如ME-180腫瘤細胞系TNF-αR約2000/個細胞，Kd為2*10-10M。不同細胞表面TNF-αR的數(shù)目和親和力似乎與細胞對TNF-α的敏感性并不平行。TNF-α與相應受體結(jié)合后信號傳遞的機理尚不清楚，可能與活化蛋白激酶C（PKC），催化受體蛋白磷酸化有關(guān)。

（2）可溶性TNFR

TNF結(jié)合蛋白（TNF-BP）是TNFR的可溶性形式，有sTNf RⅠ（TNF-BPI）和sTNFRⅡ（TNF-BPⅡ）兩種。一般認為sTNFR具有局限TNF活性，或穩(wěn)定TNF的作用，在細胞因子網(wǎng)絡(luò)中有重要的調(diào)節(jié)作用。Seckiner 1988年發(fā)現(xiàn)發(fā)熱患者尿中有TNF抑制物，分子量為33kDa。Olsson 1989年在慢性腎功不全患者血和尿中也發(fā)現(xiàn)有TNF-BP。TNF-BP可與TNF特異結(jié)合，抑制TNF活性，如抑制其細胞毒活性和誘導IL-1產(chǎn)生，可促進皮下接種Meth A肉毒的生長，可見于正常妊娠尿中。炎癥、內(nèi)毒素血癥、腦膜炎雙球菌感染、SLE、HIV感染、腎功不全時以及腫瘤時可升高?？扇苄訲NFR可有效地減輕佐劑性關(guān)節(jié)炎的病理改變以及敗血癥休克。

TNF的生物學活性

TNF-α與TNF-β的生物學作用極為相似，這可能與分子結(jié)構(gòu)的相似性和受體的同一性有關(guān)。但有某些生物學作用方面也有不同之處。

（1）殺傷或抑制腫瘤細胞

TNF在體內(nèi)、體外均能殺死某些腫瘤細胞（cytolytic action)，或抑制增殖作用（cytostatic action）。腫瘤細胞株對TNF-α敏感性有很大的差異，TNF-α對極少數(shù)腫瘤細胞甚至有刺激作用。用放線菌素D、絲裂霉素C、放線菌酮等處理腫瘤細胞（如小鼠成纖維細胞株L929）可明顯增強TNF-α殺傷腫瘤細胞活性。體內(nèi)腫瘤對TNF-α的反應也有很大的差異，與其體外細胞株對TNF-α的敏感性并不平行。同一細胞系可能有敏感株和抵抗株如L929-S和L929-R。此外，靶細胞內(nèi)源性TNF的表達可能會使細胞抵抗外源性TNF的細胞毒作用，因此，通過誘導或抑制內(nèi)源性TNF的表達可改變細胞對外源性TNF的敏感性。巨噬細胞膜結(jié)合型TNF可能參與對靶細胞的殺傷作用。

TNF殺傷腫瘤的機理還不十分清楚，與補體或穿孔素（perforin)殺傷細胞相比，TNF殺傷細胞沒有穿孔現(xiàn)象，而且殺傷過程相對比較緩慢。TNF殺傷腫瘤組織細胞可能與以下機理有關(guān)。

①、直接殺傷或抑制作用：

TNF與相應受體結(jié)合后向細胞內(nèi)移，被靶細胞溶酶體攝取導致溶酶體穩(wěn)定性降低，各種酶外泄，引起細胞溶解。也有認為TNFN激活磷脂酶A2，釋放超氧化物而引起DNA斷裂，磷脂酶A2抑制劑可降低TNF的抗病效應。TNF可或改變靶細胞糖代謝，使細胞內(nèi)pH降低，導致細胞死亡。

②、通過TNF對機體免疫功能的調(diào)節(jié)作用，促進T細胞及其它殺傷細胞對腫瘤細胞的殺傷。

③、TNF作用于血管內(nèi)皮細胞，損傷內(nèi)皮細胞或?qū)е卵芄δ芪蓙y，使血管損傷和血栓形成，造成腫瘤組織的局部血流阻斷而發(fā)生出血、缺氧壞死。

（2）提高中性粒細胞的吞噬能力

　　增加過氧化物陰離子產(chǎn)生，增強ADCC功能，刺激細胞脫顆粒和分泌髓過氧化物酶。TNF預先與內(nèi)皮細胞培養(yǎng)可使其增加MHCⅠ類抗原、ICAM-1的表達，IL-1、GM-CSF和IL-8的分泌，并促進中性粒細胞粘附到內(nèi)皮細胞上，從而刺激機體局部炎癥反應，TNF-α的這種誘導作用要比TNF-β為強。TNF刺激單核細胞和巨噬細胞分泌IL-1，并調(diào)節(jié)NHCⅡ類抗原的表達。

（3）抗感染

　　如抑制瘧原蟲生長，抑制病毒復制（如腺病毒Ⅱ型、皰疹病毒Ⅱ型），抑制病毒蛋白合成、病毒顆粒的產(chǎn)生和感染性，并可殺傷病毒感染細胞。TNF抗病毒機理不十分清楚。

（4）TNF是一種內(nèi)源性熱原質(zhì)

　　引起發(fā)熱，并誘導肝細胞急性期蛋白的合成。TNF引起發(fā)熱可能是通過直接刺激下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞和刺激巨噬細胞釋放IL-1而引起，還可通過IL-1、TNF-α刺激其它細胞產(chǎn)生IL-6。

（5）促進髓樣白血病細胞向巨噬細胞分化

　　如促進髓樣白血病細胞ML-1、單核細胞白血病細胞U937、早幼粒白血病細胞HL60的分化，機理不清楚。TGF-β可抑制TNF-α多種生物學活性，但不抑制TNF-α對髓樣白血病細胞分化的誘導作用，甚至還有協(xié)同效應。

（6）促進細胞增殖和分化

TNF促進T細胞NHCⅠ類抗原表達，增強IL-2依賴的胸腺細胞、T細胞增殖能力，促進IL-2、CSF和IFN-γ等淋巴因子產(chǎn)生，增強有絲分裂原或外來抗原刺激B細胞的增殖和Ig分泌。TNF-α對某些腫瘤細胞具有生長因子樣作用，并協(xié)同EGF、PDGF和胰島素的促增殖作用，促進EGF受體表達。TNF也可促進c-myc和c-fos等與細胞增殖密切相關(guān)原癌基因的表達，引起細胞周期由Go期向G1期轉(zhuǎn)變。最近報道INF-β（LT）是EB病毒轉(zhuǎn)化淋巴母細胞的自分泌生長因子，抗LT抗體、sTNf R以及TNF-α能抑制EB病毒轉(zhuǎn)化淋巴細胞的增殖。

IL-1、IFN-γ和GM-CSF對TNF的生物學作用有明顯的增強作用，可能與增加細胞TNF受體的表達有關(guān)。已報道一種抗TNF-α單克隆抗體，可模擬TNF-α的某些生物學作用，這種現(xiàn)象在其它因子中還尚未見到。

TNF與臨床

應用TNF在治療腫瘤等方面開始臨床Ⅱ期試驗，也可與IL-2聯(lián)人事治療腫瘤，目前認為全身用藥的療效不及局部用藥，后者如病灶內(nèi)注射，局部濃度高且副作用也較輕。近年來已采用TNF基因治療開始對黑素瘤等腫瘤進行臨床驗證。值得重視的TNF又與臨床某些疾病的發(fā)生有關(guān)。

　?。?/span>1）感染性休克：目前認為革蘭氏陰性桿菌或腦膜炎球菌引起的彌漫性血管內(nèi)凝血、中毒性休克是由于細菌內(nèi)毒素刺激機體產(chǎn)生過量TNF-α，引起發(fā)熱，心臟、腎上腺嚴重損害，呼吸循環(huán)衰竭，甚至引起死亡，其TNF水平與病死率正相關(guān)。其發(fā)病機理可能是TNF刺激內(nèi)皮細胞，導致炎癥、組織損傷和凝血。TNF也是急性肝壞死的重要因素。病毒性暴發(fā)型肝衰竭外周血細胞誘生TNF，IL-1活性升高，且與病情程度相關(guān)。目前有關(guān)TNF介導內(nèi)毒素性休克的機理還不很清楚。有認為TNF能促進前凝血酶原活性物質(zhì)生成，抑制內(nèi)皮細胞凝血酶調(diào)節(jié)毒素休克。TNF抗體（抗血清或單克隆抗體）在小鼠、家兔和狒狒體內(nèi)均有效地阻止致死性內(nèi)毒素體克的發(fā)生。應用抗TNf McAb治療膿毒癥和化膿性休克已進入Ⅲ期臨床試驗，抗TNF嵌合抗體治療細菌性感染也已開始Ⅰ期臨床試驗。

　?。?/span>2）惡液質(zhì)：TNF-α又稱惡液素（cachectin)，可誘發(fā)機體發(fā)生惡液質(zhì)。

　?。?/span>3）TNF與病毒復制的關(guān)系：TNF還具有類似IFN抗病毒作用，阻止病毒早期蛋白質(zhì)的合成，從而抑制病毒的復制，并與TNF-α和TNF-γ協(xié)同抗病毒作用。另一方面，TNF誘導HIV-Ⅰ基因在T細胞中表達。TNF和HIV感染的CD4+細胞中活化或誘導NF-κB，NF-κB結(jié)合于HIV的長末端重復序列（LTR）的增強子部位，活化HIV基因，可能與艾滋病發(fā)病有關(guān)。艾滋病患者單核細胞TNF-α產(chǎn)生增加，血清中TNF-α水平升高。