肿瘤坏死因子α在多发性硬化及髓鞘再生中的研究进展

雷旭丹 徐 菲 李玉皓

肿瘤坏死因子α在多发性硬化及髓鞘再生中的研究进展

雷旭丹 徐 菲 李玉皓△

肿瘤坏死因子（TNF）-α是一种多向性细胞因子，存在可溶性和跨膜两种形式，分别结合肿瘤坏死因子受体（TNFR）1和TNFR2发挥功能。近年来研究发现，TNF-α/TNFR通路在多发性硬化的发生和髓鞘再生中发挥了重要作用。TNFR1通过死亡受体介导凋亡信号通路，导致少突胶质细胞及神经元的凋亡，从而引起髓鞘脱失等神经退行性改变。TNFR2通过一系列级联反应促进少突胶质细胞前体细胞的增殖以及分化，从而促进髓鞘的再生，在多发性硬化中有积极作用。

肿瘤坏死因子α；受体,肿瘤坏死因子；多发性硬化；髓鞘；髓鞘再生；综述

肿瘤坏死因子（TNF）-α是一种多向性细胞因子，以可溶性TNF-α（soluble TNF-α,sTNF）和跨膜TNF-α（transmembrane TNF-α，tmTNF）2种形式存在，分别与肿瘤坏死因子受体（TNF receptor,TNFR）1和TNFR 2结合后，发挥其生物学作用，参与炎症反应、调节免疫功能、抑制肿瘤生成等，与多种疾病密切相关[1-2]。多发性硬化（multiple sclerosis,MS）是中枢神经系统最常见的慢性脱髓鞘疾病，属于自身免疫性疾病。在遗传因素和（或）环境因素作用下，髓鞘组织受到损伤发生脱失，进而神经轴突退化，患者出现不同程度的感觉、运动和识别等功能障碍[3]。在疾病早期，髓鞘组织可以有一定程度的再生，病情有所缓解，但随着病程延长，髓鞘再生能力逐渐下降，疾病呈进行性进展[4]。截至目前，多发性硬化发病机制不明。近年的研究显示，TNF-α/TNFR信号通路在髓鞘损伤与再生中发挥了重要作用[5-6]。本文主要就TNF-α和TNFR在多发性硬化中的研究进展综述如下。

1 TNF-α和TNFR

1.1 TNF-α TNF-α由tnf-α基因编码，是单拷贝基因。人类的tnf-α位于6号染色体，长度为3.6 kb，转录翻译后形成233个氨基酸的单体跨膜前体蛋白（tmTNF），TNF-α转移酶将胞质尾区的157个氨基酸水解后，剩余的76个氨基酸形成可溶性单体蛋白（sTNF），而后tmTNF和sTNF分别聚集形成有活性的同源三聚体[7-8]。TNF-α包括4个外显子和3个内含子，大部分TNF-α由第4个外显子编码，外显子1和2主要包含前导肽序列。TNF-α由多种免疫细胞产生，以激活的巨噬细胞为主，此外还有T淋巴细胞、B淋巴细胞、自然杀伤细胞、树突细胞以及单核细胞等；在中枢神经系统，TNF-α主要由小胶质细胞和星形胶质细胞产生。

1.2 TNFR sTNF-α以及tmTNF-α分别与相应的受体TNFR1（p55，CD120a）和TNFR2（p75，CD120b）结合，进而激活相应的下游通路，发挥生物学功能。尽管TNFR1和TNFR2都是胞外区富含半胱氨酸的Ⅰ型跨膜糖蛋白，但两者在表达模式、配体亲和力、胞质尾区结构以及下游通路的激活途径不尽相同。TNFR1在胞质区有死亡结构域（death domin，DD），主要作用是诱导细胞凋亡；而TNFR2不包含胞外的死亡结构域，而是包含TIM结构域（T-cell immunoglobulin and mucin domain），主要通过与死亡因子受体相关因子（TRAF）结合，介导细胞激活和生存的信号通路[9-10]。在小鼠模型中，TNFR1在灰质神经元中高度表达，尤其在沿微管相关蛋白树突的索状结构处，此外在白质的星形胶质细胞和少突胶质细胞中也高水平表达；在尸检中TNFR1在神经元和髓鞘化的少突胶质细胞上表达，与髓鞘相接触的小胶质细胞、巨噬细胞或星形胶质细胞表达TNF-α，从而通过TNFR1对髓鞘环免疫。TNFR2在白质中星形胶质细胞高度表达，在少突胶质细胞以及少突胶质细胞前体细胞中也表达，在尸检中TNFR2主要在星形胶质细胞以及小胶质细胞中表达。由此可见，TNFR1和TNFR2均存在于少突胶质细胞中，并在其功能调节中发挥作用[9]。

2 TNF-α/TNFR在MS中的作用

临床观察表明，MS患者脑髓液中TNF-α的表达水平显著升高，峰值与磁共振探测到的病变部位呈正相关，并且慢性进展型患者脑脊髓液中TNF-α的表达水平显著高于稳定型患者[11]。扩展残疾状况评分（expanded disability status scale，EDSS）是临床上常用的MS评估量表，在慢性进展型MS患者中，TNF-α与EDSS有密切关系，随着TNF-α水平升高，EDSS的疗效指数增加，患者的预后变差[12]。

2.1 sTNF-α和TNFR1在脱髓鞘中的作用 在双环己酮草酰二腙（cuprizone）诱导的脑胼胝体脱髓鞘小鼠模型中，无论是在脱髓鞘期还是髓鞘再生阶段TNF-α的表达量都升高，并且TNF-α阳性细胞的数量也增加，提示TNF-α与髓鞘脱失和再生都有关。但是，在TNF-α–/–小鼠中，髓鞘的缺失和再生都没有发生明显的改变，仅在发病初期髓鞘脱失有所减轻，而在最后还会完全脱失；虽然少突胶质细胞积累的数量并没有发生变化，但是少突胶质细胞的凋亡数量减少。这说明，TNF-α与少突胶质细胞的增殖以及募集没有关系，可能通过促进少突胶质细胞凋亡在急性脱髓鞘阶段加剧病情[5]。而sTNF-α信号通路主要介导细胞凋亡，Fas相关死亡域蛋白（Fas-associated with death domain protein，FADD）在sTNF-α信号通路的表达中有重要作用，体外实验中基因敲除FADD的少突胶质细胞可以完全抵抗死亡受体调节的细胞凋亡。在实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）小鼠模型中，敲除少突胶质细胞中的FADD可以显著改善小鼠的临床指标[13]。这表明sTNF-α信号通路在多发性硬化中可能起负面作用。Xpro1595是一种新型的先导分子，能迅速与sTNF-α三聚体中的亚基交换，使sTNF-α失去活性，中断sTNF-α信号通路，但对tmTNF-α没有作用[14]。Xpro1595处理组的EAE小鼠，临床指标良好，前后肢均无瘫痪的现象，轴突保护力好，髓鞘再生数目多，髓鞘脱失数目少，髓鞘疏松程度较轻。因此，在EAE的起始阶段主要是sTNF-α通过死亡受体调节少突胶质细胞的凋亡，放大了炎症反应，最终导致轴突的损伤和神经元的凋亡[9]。

TNFR1在同一个细胞中可以触发2种相反的反应，即促进细胞生存和加速细胞凋亡。促进细胞生存的途径主要是通过核因子（NF）-κB信号通路，而促进细胞凋亡的通路主要通过肿瘤坏死因子受体相关死亡结构域（TRADD）募集Fas相关死亡结构域（FADD）[15]。受体相关蛋白1(receptor-interacting protein-1,RIP1)、RIP3以及细胞凋亡蛋白酶原8形成死亡复合体Ⅱ[16]，调节细胞凋亡蛋白酶8（caspase 8）以及随后的caspase 3和caspase 7的活化，从而引起细胞凋亡。在FADD缺乏或者caspase 8受到抑制时，RIP1和RIP3组成凋亡复合体，通过释放多种促进凋亡的信号，导致细胞发生凋亡[17-18]。抗原呈递细胞如树突细胞向T细胞呈递抗原，导致效应T细胞大量增殖，后者可以通过被破坏的血脑屏障，分泌TNF-α，激活星形胶质细胞和小胶质细胞，生成一氧化氮和谷氨酸，引起少突胶质细胞和神经细胞的损伤[19-20]。因此，sTNF-α可以通过启动死亡受体信号通路来损伤少突胶质细胞以及神经细胞，从而加重多发性硬化病的病情。

2.2 TNFR2在髓鞘再生中的作用 在cuprizone诱导的脑胼胝体脱髓鞘模型的研究中发现，TNFR2在少突胶质细胞前体细胞的再生及分化中有重要作用[5]，而其调节再生的机制还不明确。TNF-α可诱导趋化因子CXCL12的表达，趋化白细胞进入中枢神经系统并且调控少突胶质细胞的分化。血管周围的星形胶质细胞和小胶质细胞都表达CXCL12，从而使浸润的白细胞局限在血管周围，并且可以促进少突胶质母细胞的成熟。在cuprizone诱导的脱髓鞘模型中，少突胶质细胞的凋亡导致小胶质细胞和星形胶质细胞的激活，小胶质细胞产生TNF-α，星形胶质细胞中活化的TNFR2诱导CXCL12的表达，CXCL12又激活CXCR4，导致少突胶质前体细胞增殖并分化形成可髓鞘化的成熟少突胶质细胞。因此，TNFR2可以通过加强少突胶质前体细胞增殖和分化来增加少突胶质细胞的数量，并形成髓鞘保护轴突，对MS有积极的作用[21]。

虽然动物模型和体外实验关于TNF-α在髓鞘损伤以及再生中的作用取得了很多进展，但仍有许多问题尚不明了。例如，在MS进展期虽有少突胶质细胞的聚集，都没有髓鞘再生的出现[22]。此外，TNFR2主要在少突胶质细胞表面表达[23]，但其通过何种机制保护少突胶质前体细胞仍未知。随着有关TNF-α/TNFR通路的深入研究，将为阐明髓鞘损伤与再生的机制提供更多的分子学依据，也将为药物开发提供新的思路。

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（2014-05-20收稿 2014-07-14修回）

（本文编辑 魏杰）

The Research Progress of Tumor Necrosis Factor Alpha in Multiple Sclerosis and Remyelination

LEI Xudan,XU Fei,LI Yuhao△
Key Laboratory of Tumor Microenviroment and Neurovascular Regulation,School of Medicine of Nankai University, Tianjin 300071,China
△

E-mail:liyuhao@nankai.edu.cn

Tumor necrosis factor(TNF)-α is a pleiotropic inflammatory cytokine,which is produced chiefly by activated macrophages.Two forms of TNF-α,soluble and transmembrane,can bind tumor necrosis factor receptor(TNFR)1 or TNFR2,respectively.Recently,a concept has emerged that TNF-α/TNFR pathway plays an important role in the pathogenesis of multiple sclerosis and remyelination.TNFR1 induces death of oligodendrocytes via death receptor-mediated apoptosis, which leads to demyelination or other neurodegenerative changes.However,TNFR2 has a positive effect on multiple sclerosis.It facilitates the proliferation and differentiation of oligodendrocyte precursor cells,thus promoting remyelination.

tumor necrosis factor-alpha;receptors,tumor necrosis factor;multiple sclerosis;myelin sheath;remyelination;review

R744.5

A

10.3969/j.issn.0253-9896.2014.11.027

国家科技支撑计划项目（2012BAI08B06）；国家自然科学基金资助项目（81301080）；教育部留学回国启动基金（[2012]1707）

南开大学医学院、天津市肿瘤微环境与神经血管调节重点实验室（邮编300071）

△通讯作者 E-mail：liyuhao@nankai.edu.cn