TRAIL及其受體在腫瘤治療中作用機制研究的現狀與展望

郝建軍（綜述），張興華（審校）

（新疆生產建設兵團農二師焉耆醫院外一科，新疆焉耆 841100）

TRAIL及其受體在腫瘤治療中作用機制研究的現狀與展望

郝建軍（綜述），張興華（審校）

（新疆生產建設兵團農二師焉耆醫院外一科，新疆焉耆 841100）

受體，TNF相關凋亡誘導配體；細胞凋亡；腫瘤；綜述文獻

腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體（TNF related apoptosis inducing ligand，TRAIL）是腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）超家族中的一員，最早由Wiley等［1］從人心肌cDNA文庫中克隆出來并命名。腫瘤壞死因子家族（tumo r necrosis factor，TNF）有3種分子可誘導凋亡，TNF、FasL和TRAIL。TRAIL與前兩者比較，不同之處在于，具有強大和特異性誘導腫瘤細胞凋亡的能力，但對正常細胞無此效應；有更廣的抗癌譜；對核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）僅有很微弱的激活作用，即使是全身用藥，也不會產生嚴重的炎癥反應。因此，TRAIL被認為是一種更為安全且極具潛力的抗腫瘤因子。本文就其結構功能及抗腫瘤機制研究最新進展綜述如下。

1 TRAIL的結構與功能

TRAIL又稱Apo-2L（Apoptosis-2 Ligand），基因定位于人染色體3q26，編碼281個氨基酸，廣泛表達于多種正常組織，如外周血淋巴細胞、單核細胞、肺、脾臟、前列腺、卵巢、小腸、結腸和胎盤等，但在腦、肝和睪丸無表達。TRAIL相對分子質量為32 500，其功能部位是胞膜外區第119～241位氨基酸，其中第230位有一個不配對的半胱氨酸（C230），這是一個重要的功能基團。多種刺激因子可誘導TRAIL的表達，如絲裂原刀豆球蛋白A、佛波脂、多聚胞苷酸、離子酶素等，CD3單克隆抗體和細胞因子等；此外，炎癥性細胞毒素（如葡萄球菌腸毒素和脂多糖等）也可誘導TRAIL的表達。

2 TRAIL的受體

目前，已發現了DR4、DR5、DcR1、DcR2和OPG（osteoprotegerin）5種TRAIL的受體。主要分為3類：①死亡受體（death receptor，DR），如DR4和DR5，胞內具有死亡功能區，與TRAIL特異性結合后可通過死亡結構域激發和傳導凋亡信號，導致細胞死亡。②誘騙受體（decoy receptor，DcR），如DcR1和DcR2，主要表達于正常細胞，它們不含完整的死亡域（deathdomain，DD），因DcRl缺乏胞質區域，DcR2含短的無功能死亡區域，不能傳遞凋亡信號，通過與DR4、DR5競爭性結合TRAIL而使正常細胞逃逸TRAIL介導的凋亡。故不引起正常細胞凋亡［2］。③可溶性受體，如OPG，是1998年由Emery等［3］確認的TRAIL的第5個受體，因沒有跨膜區和胞內區故不能傳遞凋亡信號，在體內具有抑制破骨和增加骨密度的功能。

3 TRAIL的抗腫瘤機制

TRAIL誘導的凋亡機制目前尚未完全研究清楚，但基本可以肯定的是，TRAIL通過與細胞膜上的死亡受體結合而激活凋亡信號途徑。TRAIL通過Caspase傳導凋亡信號，通過活化NF-κB進行基因誘導調控。TRAIL通過與DR4、DR5結合，誘導合成死亡誘導信號復合物（death inducing signaling complex，DISC），通過觸發Caspase級聯反應，最終導致程序性細胞凋亡［4］。該通路主要通過細胞膜的表面死亡受體DR4或DR5介導細胞凋亡信號，激活細胞內多種誘導細胞凋亡蛋白的表達。在TRAIL介導的凋亡中，首先被激活的常常是Caspase-8/FLICE/MACH/Mch5，活化的Caspase-8啟動死亡受體途徑（外源性途徑）和線粒體途徑（內源性途徑）。

在外源性死亡受體途徑中，Ⅰ型細胞通過線粒體非依賴型途徑，即活化的Caspase-8直接激活下游效應蛋白Caspase-3、Caspase-6或Caspase-7而誘導凋亡。TRAIL凋亡信號的傳導必須通過Fas相關死亡域（Fas-associated death dormain，FADD）再傳入胞質下游分子，這點與TNF家族其他成員的傳導途徑相同。TRAIL與DR4或DR5胞外部分結合，胞內的死亡結構域相互聚集，募集FADD，隨后FADD蛋白N端死亡效應結構域（death effector domain，DED），招募起始Caspase前體而形成由TRAIL-DR4、DR5-FADD-procaspase組成的死亡誘導信號復合物（death inducing signaling complex，DISC），其中的procaspase-8自身催化形成有催化活性的Caspase-8。Caspase-8活化后能夠引發Caspase蛋白酶解級聯反應，并進一步鏈式水解激活其下游的同源酶（如Caspase-6、Caspase-7等），最后激活其效應物Caspase-3發生生物效應，引發對TRAIL敏感的細胞發生大量、快速的凋亡反應。

Caspase-3為凋亡的效應分子，是Caspase級聯反應中重要的效應酶，負責對凋亡途徑最后執行階段的全部或部分關鍵性蛋白的酶切，常常起到核心的作用，徐玉生等［5］研究結果顯示，TRAIL引起細胞Caspase-3的活性增高達23.49%，明顯高于對照組的6.31%，提示Caspase-3參與了TRAIL誘導的人橫紋肌肉瘤（rhabdo myosarcoma，RMS）細胞凋亡的調控。

內源性途徑是指線粒體細胞色素釋放途徑，由Ⅱ型細胞通過線粒體依賴型途徑傳遞凋亡信號，活化的Caspase-8催化Bcl-2家族蛋白Bid斷裂形成截短的Bid（truncated Bid，tBid），tBid定位于線粒體膜，引起線粒體跨膜電位降低或破壞，促使線粒體釋放細胞色素C（cytochrome coxidase，cyt C）和Smac，cyt C、Apaf-1和dATP共同促使procaspase-9自身催化形成有活性的Caspase-9，進而活化效應蛋白，最終導致細胞凋亡。

除了以上2種途徑外，還有TRAIL誘導的旁路激活途徑，激活蛋白激酶B途徑、NF-κB、蛋白激酶C、促分裂原活化蛋白激酶家族成員等，這些被活化的途徑或因子能調節TRAIL的凋亡誘導活性。TRAIL的旁路激活作用在TRAIL的耐受中起重要作用。NF-κB是一個由rel蛋白家族成員構成的異二聚體，作為一個多向因子，可能是細胞凋亡、增殖和轉化的關鍵位點，但TRAIL通過什么機制激活NF-κB還不清楚，有關這方面的研究正在深入開展。在不同的細胞凋亡中NF-κB表現阻斷或促進凋亡截然相反的功能，表明腎癌細胞中高表達NF-κB的細胞對TRAIL不敏感，而低表達NF-κB的細胞反而對TRAIL敏感。后來的研究［6］表明，NF-κB-c-Rel亞單位可以上調死亡受體DR4、DR5和Bcl-Xs，抑制cIAP1、c IAP2的表達；Rel-A亞單位抑制死亡受體DR4、DR5和Caspase-8的表達，而能上調c IAP1、cIAP2和Bcl-XL等基因的表達，所以NF-κB在TRAIL誘導細胞凋亡過程中的雙向調節作用還要取決于NF-κB-c-Rel和Rel-A亞單位的表達水平。

4 TRAIL的臨床應用

我國在2005年批準重組人TRAIL進入臨床研究，國外也有TRAIL重組蛋白的臨床研究報道［7］。迄今為止，人們已經研制成功多種形式的重組TRAIL蛋白。TRAIL的作用譜很廣，能誘導結腸、肺、乳腺、腎、腦、皮膚等多種腫瘤細胞的凋亡，動物試驗研究［8］表明TRAIL有明顯的有效性和安全性。Ashkenazi等［9］發現多種腫瘤細胞（如肺腫瘤細胞、乳腺腫瘤細胞、中樞神經系統腫瘤細胞、黑色素瘤細胞、腎腫瘤細胞和結腸癌細胞等）能被TRAIL誘導凋亡，且與化療有協同作用，但只有大劑量TRAIL蛋白才能抑制腫瘤細胞在體內的增殖，因此把TRAIL運用于腫瘤治療出現了以下幾個發展方向。

Song等［10］通過構建含有Myc-Max反應元件、SV40增強子（SV40 enhancer）的凋亡素腺病毒（Ad-MMRE-apoptin-enh），轉染小細胞肺癌后顯示出比Ad-apoptin或Ad-apoptin-enh更顯著的腫瘤抑制和凋亡能力。這種方法的缺陷是，首先機體存在多種對腺病毒的抗體，能夠快速清除腺病毒；其次是攜帶TRAIL基因的病毒對腫瘤細胞的轉染效率不確定。因此，如何保證腺病毒載體的安全性，是今后研究的目標之一。

作為一種凋亡誘導配體，相繼合成了多種rhTRAIL，并開展了大量體內外實驗研究，目前已報道的TRAIL重組蛋白主要有5種［11］，即含TRAIL 114～281位氨基酸的天然TRAIL蛋白；TRAIL 114～281氨基酸氨基末端與多聚組氨酸標記融合形成的His-TRAIL蛋白；TRAIL 95～281氨基酸氨基末端與Flag附加表位融合形成的Flag-TRAIL蛋白；TRAIL 95～281氨基酸氨基末端與亮氨酸拉鏈或異亮氨酸拉鏈融合形成LZ-TRAIL和IZTRAIL蛋白。與TRAIL相同，抗DR4和DR5單克隆抗體與其受體結合同樣可以誘導細胞凋亡。抗DR4mAb能夠誘導腫瘤細胞凋亡并能使體內腫瘤完全消退。抗DR5mAb（YF366）可以有效地阻斷TRAIL對Jurkat細胞的凋亡誘導作用。Ichikawa等［12］研究發現，無論離體還是活體，抗人DR5單克隆抗體均能誘導對TRAIL敏感腫瘤細胞的凋亡。而對TRAIL受體表達低的原代肝癌細胞，TRA-8也能誘導其凋亡。HGS-ETR1（Mapatu-mumab）是最早進行臨床試驗的針對DR4的抗體，臨床試驗分別在非霍奇金淋巴瘤、非小細胞肺癌以及結腸癌患者中進行。在一項ⅢB、Ⅳ期、復發結腸癌患者的試驗中，患者每14d接受20mg/kg的HGS-ETR1，共2個周期，之后改為10mg/kg，共4個周期，總計6個周期；其中12例患者疾病穩定，中位穩定時間2.6個月［13］。PRO95780是人IgG1單克隆抗體，通過Dr5引發外部凋亡通路。在Ⅰ期安全性及藥代動力學研究中沒有達到PRO95780的最大耐受劑量，僅在治療劑量為4mg/kg大腸癌和卵巢顆粒細胞癌及10mg/kg軟骨肉瘤的患者中發現輕微的反應，其余沒有發現明顯的客觀反應。結論表明，PRO95780在達到20mg/kg時安全性高，耐受性好，只有幾種腫瘤劑量為4mg/kg和10mg/kg。藥代動力學支持使用劑量為10～15mg/kg，每2～3周給藥［14］。結果表明該單抗與其他試劑具有協同效應，不良反應小，為接下來的聯合用藥實驗奠定了基礎。

約60%的腫瘤細胞對TRAIL誘導的凋亡不敏感［15］，誘導凋亡的機制也有差異，但可以通過多種方法如化療藥物、酶抑制劑以及放療等調節TRAIL受體［16］、Caspases［17］、cFlIP［18］、線粒體途徑［19］、IAps［20］、NF-κB［21］和AKt等［22］活性，使抗性腫瘤對TRAIL恢復敏感或使敏感腫瘤變得更加敏感。Borja Cacho等［23］觀察了細胞活性，細胞凋亡，Caspase-3和Caspase-9的活性及ADP-核糖聚合酶裂解等方面發現，胰腺癌細胞對TRAIL耐受，但是聯合雷公藤內酯后顯著降低了細胞系的穩定性，提高了Caspase-3和Caspase-9的活性，促進了細胞凋亡。

在體外實驗中發現一些化療藥物與TRAIL的協同可以大大降低化療藥物的劑量，同時明顯地促進TRAIL誘導凋亡的作用，因此將TRAIL與化療藥物聯合應用已經引起了眾多學者的關注。鄧超等［24］發現，TRAIL、多柔比星和IFN三者聯合作用于人骨肉瘤細胞MG-63細胞后，能顯著增強對MG-63的殺傷、抑制增殖及誘導凋亡作用，明顯高于單獨應用TRAIL組。Sadarangani等［25］研究發現，在子宮內膜癌的治療中，多柔比星或紫杉醇聯合TRAIL與單純應用多柔比星或紫杉醇治療相比，可明顯增加腫瘤細胞的凋亡而不增加正常子宮內膜細胞的損傷。都鎮先等［26］通過TRAIL單用或聯合衣霉素對多種甲狀腺未分化癌細胞系進行作用，并以正常甲狀腺上皮細胞系Htori-3作對照，采用蛋白印跡雜交法檢測衣霉素處理前后各組細胞TRAIL死亡受體，誘殺受體和凋亡相關分子的蛋白表達水平。實驗中加大衣霉素量預處理24h后，可明顯增加TRAIL誘導的ARO細胞凋亡，凋亡細胞率達54.80%。但是TRAIL、衣霉素單藥及兩者聯合用藥對HTori-3的生存均無明顯影響。這一結果提示在體外單用TRAIL對甲狀腺癌細胞增殖無明顯抑制作用，衣霉素明顯增加腫瘤細胞對TRAIL敏感性，而對正常甲狀腺上皮細胞無明顯不良反應。趙永忠等［27］檢測肝細胞肝癌（hepatocel lular carcinoma，HCC）患者60例組織中FADD和Caspase-8表達陽性率發現，HCC中FADD、Caspase-8的表達下調可能參與TRAIL耐受的機制，經亞毒性劑量的化療藥（絲裂霉素、氟尿嘧啶、放線菌素D）治療后Caspase-8活性及FADD表達量顯著增高。表明化療藥物可通過上調FADD的表達、增強Caspase-8活性來加強TRAIL的抗癌作用。因此，TRAIL聯合化療藥物可能成為腫瘤治療上有前途的治療模式。

5 展 望

TRAIL參與機體的免疫調節、免疫自穩及免疫監視，并對病毒感染性疾病、自身免疫性疾病、腫瘤等都有一定的作用。許多實驗室都通過不同的研究方法對其結構、作用機制及功能進行了探索，但TRAIL在體內的確切作用至今尚未完全明了，尤其是在腫瘤細胞與正常細胞中凋亡的選擇性作用機制還不清楚。因此，TRAIL的臨床應用要持樂觀的謹慎態度。盡管如此，TRAIL的發現為腫瘤的治療提供了一種可能高效安全的治療手段，這將是當今乃至今后一段時期的一個非常有意義的研究課題。

［1］ WILEY SR，SCHOOLEY K，SMOLAK PJ，etal.Identification and characterization of a new member of the TNF family that induces apoptosis［J］.Immunity，1995，3（6）：673-682.

［2］ KIM K，FISHER MJ，XU SQ，et al.Molecular determinants of response to TRAIL in killing of normal and cancer cells［J］.Clin Cancer Res，2000，6（2）：335-346.

［3］ EMERY JG，MCDONNELL P，BURKE MB，et al.Osteoprotegerin is a receptor for the cytotoxic l igand TRAIL［J］.JBiol Chem，1998，273（23）：14363-14367.

［4］ PENNARUN B，MEIJER A，DEVRIES EG，et al.Playing the DISC：Turning on TRAIL death receptor-mediated apoptosis in cancer［J］.Biochim Biophy Acta，2010，1805（2）：123-140.

［5］ 徐玉生，秦紅霞，苗金紅，等.TRAIL聯合順鉑對橫紋肌肉瘤細胞Fas表達和caspase 3活性的影響［J］.中華腫瘤防治雜志，2007，14（6）：418-421.

［6］ XU FENG C，KARTHIKEYAN K，RAKESH K，et al.Differential roles of RelA（p56）and c-Rel subunits of nuclear factor kappaB in tumornecrosis factor related apoptosis inducing ligand signaling［J］.Cancer Research，2003，63（5）：1059-1066.

［7］ 范開，羅嵐，劉洪洪.腫瘤壞死因子誘導凋亡配體TRAIL研究進展［J］.重慶理工大學學報：自然科學版，2011，65（5）：47-52.

［8］ SHI J，ZHENG DX，LIU YX，et al.Overexpression of soluble TRAIL induces apoptos is in human lung adenocarcinoms and inhibits growth of tumor xenografts in nudemice［J］.Cancer Res，2005，65（5）：1687-1692.

［9］ ASHKENAZIA，PAI RC，FONG S，et al.Safety and antitumor activity of recombinant soluble Apo-2 ligand［J］.Clin invest，1999，104（2）：155-162.

［10］ SONG JS.Enhanced expression of apoptin by the Myc-Max bindingmotif and SV40 enhancer for SCLC gene therapy［J］. Biosci Biotechnol Biochem，2005，69（1）：51-55.

［11］ 史娟，張錦春，暢曉燕，等.重組可溶性TREAIL的表達與生物學活性［J］.中國生物工程雜志，2003，23（6）：46-49.

［12］ ICHIKAWA K，LIUW，ZHAO L，et al.Tumoricidal activit y of a novel anti-human DR5 monoclonal antibody without hepatocyte cytot-oxicity［J］.NatMed，2001，7（8）：954-960.

［13］ TRARBACH T，MOEHLER M，HEINEMANN V，et al.PhaseⅡtrial of mapatumumab，a fully human agonistic monoclonal antibody that targets and activates the tumour necrosis factor apoptosis inducing ligand receptor1（TRAIL-R1），in patients with refractory colorectal cancer［J］.Br JCancer，2010，102（3）：506-512.

［14］ CAMIDGE DR，HERBST RS，GORDON MS，et al.A phaseⅠsafety and pharmacokinetic study of the death receptor 5 agonistic antibody PRO95780 in patients with advanced malignancie［J］. Clin Cancer Res，2010，16（4）：1256-1263.

［15］ GANTEN TM，HAAS TL，SYKORA J，et al.Enhanced caspase-8 recruitment to and activation at the DISC is critical for sensitis ation of human hepatocellular carcinoma cells to TRAIL induced apoptosis by chemotherapeutic drugs［J］.Cell Death Differ，2004，11（Suppl 1）：S86-96.

［16］ HETSCHKO H，VOSSV，SEIFERT V，etal.Upregulation of DR5 by proteasome inhibitors potently sensitizes glioma cells to TRAIL induced apoptosis［J］.FEBS J，2008，275（8）：1925-1936.

［17］ XU ZW，KLEEFF J，FRIESS H，et al.Synergistic cytotoxic effect of TRAIL and gemcitabine in pancreatic cancer cells［J］. Anticancer Res，2003，23（1A）：251-258.

［18］ KOSCHNY R，HOLLAND H，SYKORA J，et al.Bortezomib sensitizes primaryhuman astrocytoma cells ofWHO grades toⅣfor tumor necrosis factor-related apoptosis inducing ligand induced apoptosis［J］.Clin Cancer Res，2007，13（11）：3403-3412.

［19］ VONDRACEK J，SOUCEK K，SHEARD MA，et al.Dimethyl sulfoxide potentiates death receptor mediated apoptosis in the human myeloidl eukemia U937 cell line through enhancement of mitochondrialmembrane depolarization［J］.Leuk Res，2006，30（1）：81-89.

［20］ LEE T J，JUNG EM，LEE JT，et al.Mithramycin a sensitizes cancer cells to TRAILmediated apoptosis by down regulation of XIAP gene promoter through Sp1 sites［J］.Mol Cancer Ther，2006，5（11）：2737-2746.

［21］ YIN D，ZHOU H，KUMAGAIT，et al.Proteasome inhibitor PS-341causes cell growth arrestand apoptosis in human glioblastoma multiforme（GBM）［J］.Oncogene，2005，24（3）：344-354.

［22］ KIM KM，LEE YJ.Amiloride augments TRAIL in duced apoptotic death by inhibiting phosphorylation of kinases and phospha tases associated with the P13K-Akt path way［J］.Oncogene，2005，24（3）：355-366.

［23］ BORJA CACHO D，YOKOYAMA Y，CHUGH RK，et al.TRAIL and trip tolide：an effective combination that induces apoptosis in pancreatic cancer cells［J］.J Gastrointestinal Surg，2010，14（2）：252-260.

［24］ 鄧超，邵增務，熊小芊，等.TRAIL聯合阿霉素和IFN-γ對人骨肉瘤細胞凋亡的影響［J］.腫瘤防治研究，2010，37（1）：1-4.

［25］ SADARANGANI A，KATO S，ESPINOZA N，et al.TRAIL mediates apoptosis in cancerous but not normal primary cultured cells of the human reproductive tract［J］.Apoptosis，2007，12（1）：73-85.

［26］ 都鎮先，張海燕，鄧娓娓，等.衣霉素聯合TRAIL促甲狀腺癌細胞凋亡機制的研究［J］.中華腫瘤防治雜志，2009，16（14）：1041-1044.

［27］ 趙永忠，林中，王麗蘭，等.FADD，Caspase-8的表達缺失在肝細胞癌TRAIL耐受機制中的作用［J］.世界華人消化雜志，2009，17（11）：1143-1146.

（本文編輯：趙麗潔）

R730.3

A

1007-3205（2012）07-0862-05

2011-11-04；

2012-02-29

郝建軍（1971-），男，滿族，河北保定人，新疆生產建設兵團農二師焉耆醫院主任醫師，醫學碩士，從事胃腸外科疾病診治研究。

10.3969/j.issn.1007-3205.2012.07.047