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TRAIL与眼部肿瘤的治疗

首席医学网      2010年11月15日 15:54:25 Monday  
 
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作者:单将成,谢伯林,俞丹洋    作者单位:(650032)中国云南省昆明市,解放军昆明总医院眼科

【摘要】  肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(tumor necrosis factor related apoptosisinducing ligand,TRAIL)是新发现的TNF超家族成员,与其受体结合后可特异性地诱导多种肿瘤细胞、转化细胞或病毒感染细胞凋亡,而对正常细胞几乎无毒性,现已受到人们的广泛关注。眼科肿瘤治疗一直是眼科界的难题。我们就TRAIL及其受体的结构功能、作用机制及其在眼肿瘤治疗中的应用进行综述。

【关键词】  TRAIL;凋亡;眼科肿瘤;治疗

  Tumor necrosis factor related apoptosisinducing ligand and eye tumors therapy

  JiangCheng Shan, BoLin Xie, DanYang Yu

  Department of Ophthalmology, Kunming General Hospital of Chinese PLA, Kunming 650032, Yunnan Province, China

  Correspondence to: BoLin Xie. Department of Ophthalmology, Kunming General Hospital of Chinese PLA, Kunming 650032, Yunnan Province, China. Bolin_xie@tom.com

  Received:20100716 Accepted:20100809

  Abstract

  Tumor necrosis factor related apoptosisinducing ligand (TRAIL) is a new member of TNF superfamily. TRAIL preferentially induces apoptosis in tumor cells, transformed or virusinfected cells, but not in normal cells, thus it has greatly spurred our attention. Eye tumor therapy has always been the challenge to ophthalmologists. This review introduces TRAIL and its receptors' structures and functions, the mechanism of inducing apoptosis and the applications in eye tumors therapy.

  KEYWORDS:TRAIL; apoptosis; eye tumor; therapy

  Shan JC, Xie BL, Yu DY.Tumor necrosis factor related apoptosisinducing ligand and eye tumors therapy. Int J Ophthalmol(Guoji Yanke

  Zazhi) 2010;10(9):17301732

 眼部肿瘤因其位置的特殊性,一旦发生往往产生严重的后果,轻者影响视力和容貌,重者危及生命。其治疗方法一直以手术、化疗、放疗为主,虽然取得了一定的成效,但均有明显的缺陷。手术切除创伤大,严重影响患者的容貌,还存在复发和转移的危险;化疗、放疗则在杀死肿瘤细胞的同时也杀死了正常细胞,损害人体器官和造血功能。因此急需寻找一种更好的治疗眼部肿瘤的方法[1,2]。新的观点认为肿瘤的产生是由于发生恶性转化的细胞不能正常凋亡,目前肿瘤生物治疗的热点之一是通过诱导肿瘤细胞发生凋亡,从而达到治疗的目的,即肿瘤的凋亡疗法。而该疗法的重要进展之一就是TRAIL的发现及其在肿瘤治疗中的作用。我们主要叙述TRAIL及其受体的结构功能、作用机制,并探讨其在部分眼科肿瘤治疗中的应用。

  1 TRAIL及其受体的结构功能

  1.1 TRAIL基因

  TRAIL基因最早由Wiley等[3]于1995年从人心肌cDNA文库中克隆获得并命名,1996年Pitti等[4]克隆得到相同的基因,并命名为Apo2L。TRAIL基因定位于3q26,编码281个氨基酸组成的Ⅱ型跨膜蛋白,分子量为32.5kD。其中241个氨基酸位于跨膜外区,功能部位为119~241位氨基酸残基。N末端14个氨基酸位于胞质区,与TNF家族的其他成员无同源性,无明显的信号肽。C末端168个氨基酸位于细胞膜外,保守性较强,形成几个折叠结构,再形成典型的链夹心,即同源三聚体结构。胞外区有相应的蛋白酶切位点,受蛋白酶作用后,形成可溶型的形式。可溶性分子N末端氨基酸的缺失不影响其生物学活性,并能形成同源三聚体与其受体结合。

  1.2TRAIL受体

  TRAIL受体基因定位于8q21,22,目前发现的TRAIL受体有五种。TRAILR1与R2含有胞内死亡结构域(death domain,DD),且能同时激活半胱天冬酶(caspase)和核转录因子(nuclear factorkappa B,NFkB),亦称为死亡受体(death receptor,DR),分别又命名为DR4和DR5。DR4由468个氨基酸组成,在胞外区108~266位氨基酸之间有富含两个Cys的重复序列,227~245位氨基酸为跨膜区,胞内区含有一个由70个氨基酸组成的死亡区域DD,与TNFR,FasL等DD具有高度同源性,能够与TRAIL结合形成复合体而被激活,传导凋亡信息至胞质内,激活caspase系统最终引起细胞凋亡,故称为DR[5]。DR5[6]由411个氨基酸组成,在功能和结构上与DR4极为相似。胞外区84~79位氨基酸为富含两个Cys的重复序列,184~206位氨基酸为跨膜区,胞内区含有70个氨基酸的DD。DR5的胞外区中、胞内区DD与DR4相应部分的同源性分别为66%和64%。TRAILR3与R4缺乏有功能的胞内死亡结构域,无法激活caspase,但能激活NFkB,表现为抑制凋亡,亦称为诱骗受体(decoy receptor,DcR),分别命名为DcR1,DcR2。DcR1含有259个氨基酸,通过糖基磷脂酚肌醇(glycsyphosphatidylinositol,GPI)形成固定于细胞表面的蛋白。12~36位氨基酸为跨膜区,无胞内区。DcR1胞外区域与DR4和DR5分别有69%和52%的同源性,由于没有细胞内DD,故虽能与TRAIL结合却不能诱导细胞凋亡,因此被称为DcR[7]。DcR2由386个氨基酸组成,氨基酸序列与前述三种受体有58%~70%的同源性,胞内区由155个氨基酸组成,但只占整个DD分子的1/3,无完整DD结构,因而缺乏诱导凋亡的能力。护骨素 (osteoprotegerin,OPG)是1998年由Emery等[8]确认的第5个TRAIL受体,并命名为OPG,它属于分泌型TNF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与TRAIL亲和力低,是TRAIL的一种特殊受体。OPG与TRAIL结合后可抑制TRAIL对细胞的凋亡作用,保护人正常上皮细胞抵制TRAIL诱导的凋亡,抑制TRAIL对敏感细胞Jurkat和成釉细胞瘤的诱导凋亡作用。这种抑制作用可能是通过OPG竞争性抑制TRAIL与死亡受体的结合来实现的[9]。

  2 TRAIL诱导肿瘤细胞凋亡的作用机制

  2.1TRAIL诱导肿瘤细胞凋亡的途径

  目前普遍接受的TRAIL凋亡诱导途径有两条,即线粒体依赖型途径和线粒体非依赖型途径。TRAIL与靶细胞表面的死亡受体特异结合而激活凋亡信号途径。死亡受体DR4/DR5与TRAIL结合后,形成配体受体三聚复合物,受体通过其胞内段死亡结构域(DD)与Fas相关蛋白的死亡结构域(FADD)C端DD结合。FADD以其N端的死亡效应结构域(DED)与procaspase8结合,形成DR4/DR5FADDprocaspase8死亡诱导信号复合物(DISC),促使procaspase8自我裂解形成有活性的凋亡起始蛋白caspase8。caspase8活化后,通过两条信号途径传递凋亡信号。I型细胞通过线粒体非依赖型途径,即活化的caspase8直接激活下游效应蛋白caspase3,6,7而诱导凋亡。II型细胞通过线粒体依赖型途径传递凋亡信号。活化的caspase8促使Bid催化断裂形成有活性的截短Bid(tBid)并定位于线粒体膜,引起线粒体跨膜电位降低或破坏,促使线粒体释放细胞色素c、促凋亡蛋白Smac/Diablo和Omi/HtrA2。Cyt c,Apaf1,procaspase9和dATP结合形成凋亡酶体(apoptosome),该复合物二聚化后能激活procaspase9形成有活性的caspase9,进而活化效应蛋白,最终导致细胞凋亡[10]。

  2.2正常细胞逃逸凋亡的机制

  TRAIL的一个显著特点就是能够特异地仅诱导转化细胞、肿瘤细胞、病毒感染细胞凋亡,而对正常组织细胞没有杀伤作用。目前认为有以下机制:(1)诱骗受体的保护作用:诱骗受体DcR1和DcR2在正常组织广泛表达,在肿瘤组织中几乎不表达。正常细胞由于有诱骗受体与死亡受体竞争结合TRAIL而逃逸TRAIL的杀伤。Pan等[11]证实,异位表达的DcR1可以使哺乳动物细胞免于TRAIL诱导的凋亡。(2)FLIPs(FADDlike ICE inhibitory proteins)的作用:FLIPs是caspase活性的抑制剂,它的序列与caspase8的序列相似,它通过与caspase8竞争性结合凋亡通路上的结合蛋白而封闭凋亡通路,使细胞逃逸TRAIL诱导的凋亡。Kim等[12]证实,对TRAIL不敏感的细胞系具有低表达或不表达DR4而高表达FLIP的特征。(3)凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis,IAP)家族的作用:其家族成员包括caspase-IAP1,caspaseIAP2,X染色体相联的IAP(XIAP)和生长素,分布广泛,是caspases的潜在抑制物,能阻断TRAIL诱导凋亡。IAPs结合caspase抑制凋亡,主要作用于caspase9,caspase3,caspase7,通过抑制它们的活化或削弱其活性来发挥作用。

  3 TRAIL与眼科肿瘤的治疗

  目前眼科恶性肿瘤的治疗仍然是以手术为主,辅以化学减容疗法、激光光凝、温热疗法、冷冻疗法、巩膜敷贴放疗、外照射放疗的综合治疗。但随着对TRAIL临床应用研究的不断深入,TRAIL和放疗及化疗的联合应用在多种肿瘤细胞系上的实验模型的建立,为部分眼科肿瘤的治疗提供了新思路。

  3.1 TRAIL与脉络膜恶性黑色素瘤

  脉络膜恶性黑色素瘤(choroidal malignant melanoma,CMM)是成年人眼内最常见的原发性恶性肿瘤,占葡萄膜恶性肿瘤的85%。此病可致盲,也可因全身转移致死,病死率高,对患者危害极大[13]。虽然目前尚缺乏单纯研究CMM的生物化疗,但针对恶性黑色素瘤的生物化疗方面的研究较多。近年来对黑色素瘤的研究表明:早期黑色素瘤衰退及经IFN2a介导的疗效与CD4+T淋巴细胞浸润相关,而CD4+T杀伤黑色素瘤细胞主要通过TRAIL诱导的凋亡而发挥作用。TRALI可以诱导大约2/3的黑色素瘤体外培养细胞发生凋亡,而对正常组织没有影响[14]。陈伟莉等[15]研究重组人肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体(rhTRAIL)对黑色素瘤A375细胞生长及诱导细胞凋亡的影响时,发现rhTRAIL对黑色素瘤A375细胞生长有显著的抑制作用,在一定剂量范围内呈剂量依赖性。目前研究发现多系黑色素瘤细胞对TRAIL不敏感,其耐药机制可能与DR的表达及某些信号分子,如caspase,Bcl2,XIAP等的改变有关[16,17]。而当TRAIL与某些药物联合作用时,可显著提高黑色素瘤细胞对TRAIL的敏感性。如:Liu等[18]研究发现2脱氧D葡萄糖(2DeoxyDglucose,2DG)与TRAIL联合作用于黑色素瘤细胞时有协同效应,其机制为:2DG通过上调TRAILR2的表达,以增强人黑色素瘤细胞对TRAIL诱导凋亡的敏感性。Karasic等[19]研究表明环木脂体鬼柏苦(PPP)联合TRAIL大大增加了黑色素瘤细胞系WM793和WM9的细胞凋亡,其机制是PPP通过抑制胰岛素样生长因子受体1(IGF1R)激酶活性,使原来黑色素瘤细胞上高活性的IGF1R信号通路失活,抑制下游肌醇AKT和MAPK通路的激活,从而协同TRAIL诱导黑色素瘤细胞凋亡。随着TRAIL耐药机制及其和其他药物协同机制的明朗化,TRAIL有望成为一种治疗CMM的新试剂。

  3.2 TRAIL与眼眶淋巴瘤

  眼眶恶性淋巴瘤在眼眶占位性病变中比较常见,约占眼眶恶性肿瘤性病变10%[20]。Wissink等[21]研究表明,TRAIL与放疗联合处理淋巴系统恶性肿瘤细胞系具有协同作用,两者联合能够诱导对放疗耐受的Bcl2过表达的淋巴系统肿瘤细胞凋亡。Unnithan等[22]研究发现霍奇金淋巴瘤和非霍奇金淋巴瘤患者经放疗后出现TRAIL水平升高,体内试验亦表明了TRAIL与放疗联合应用具有协同效应。目前TRAIL与放射线联用诱导凋亡的协同机制还不是很清楚,比较公认的途径是通过激活caspase,进一步的研究发现这种协同作用依赖P53的表达,并且放射线能上调DR5的表达。此外亦有TRAIL联合化疗药物治疗淋巴瘤的研究。如,rhTRAIL联合利妥昔单抗的I期临床试验结果显示:以往曾用利妥昔单抗治疗的6例低度恶性的非霍奇金淋巴瘤患者,给予利妥昔单抗联合4mg/kg·d rhTRAIL治疗,其中2例获得完全缓解,3例获得部分缓解及稳定[23],获得了较好的疗效。Georgakis等[24]研究发现TRAIL联合硼替左米或阿霉素可增强淋巴瘤细胞的凋亡。在这些研究中,TRAIL均表现出与其他药物的协同效应,但其确切的相互作用机制尚不清楚。目前放疗、化疗仍是眼眶恶性淋巴瘤的重要治疗手段,TRAIL与放疗、化疗的联合应用将有助于眼眶恶性淋巴瘤的治疗。

  3.3 TRAIL与横纹肌肉瘤

  横纹肌肉瘤(rhabdomyosarcoma,RMS)为儿童最常见的原发性眼眶内恶性肿瘤,约占眼眶肿瘤的2%~5%,该肉瘤对化疗药物不敏感,病程发展快,恶性程度高。徐玉生等[25]研究发现TRAIL可抑制RMS细胞生长,TRAIL和顺铂联合应用对RMS具有明显的协同杀伤效果,其作用制剂与cFLIPmRNA表达的下调和线粒体跨膜电位的降低有关。国外实验研究[26]亦显示:TRAIL联合阿霉素有协同诱导RMS细胞凋亡的作用。可见,TRAIL联合化疗或许能成为治疗RMS的新方法。

  4展望

  由于TRAIL能选择性诱导肿瘤细胞凋亡而对正常细胞几乎无毒副作用,并且和放疗化疗都有协同效应,使得TRAIL在眼科肿瘤的治疗上具有广阔的前景。但TRAIL是近年来才发现的TNF家族成员,其耐药机制和其联合药物时的协同机制,目前还不十分清楚,且TRAIL在眼科肿瘤中的研究还处于起步阶段,还需要更多、更完善的实验及临床研究来进一步证实,从而为TRAIL用于眼科肿瘤的治疗奠定基础。

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