TNF-α介导骨髓细胞死亡及其在再障发病中的作用

劳晓洁，郑志军，卢 伟，陈永峰

（台州学院 医学院，浙江 台州 318000）

TNF-α介导骨髓细胞死亡及其在再障发病中的作用

劳晓洁，郑志军，卢 伟，陈永峰＊

（台州学院 医学院，浙江 台州 318000）

肿瘤坏死因子α（TNF-α）是由激活的单核/巨噬细胞和细胞毒T淋巴细胞等分泌产生的一种多效性细胞因子，在炎症反应、细胞凋亡和细胞坏死等过程中起重要的调控作用。研究表明，高分泌水平的TNF-α参与了机体造血的负向调控，并对骨髓造血干/祖细胞的破坏起重要作用。本文重点就TNF-α介导的细胞死亡对机体造血的影响以及TNF-α在再障发病方面的研究进展作一综述。

TNF-α；细胞死亡；再障；造血调控

再生障碍性贫血（Aplastic anemia，AA）是由化学物质、生物因素、放射线或不明原因引起的骨髓造血干/祖细胞衰竭及骨髓造血微环境损伤、骨髓脂肪细胞及非造血细胞增多，骨髓造血能力受损以致血细胞数量异常减少的一种疾病［1，2］。由于AA病因复杂，其发病机制至今尚未完全明了。近年研究结果表明AA是一种T细胞异常活化，TNF-α、IL-6、IFN-γ等炎性分子分泌异常增加，以骨髓为靶组织，最终导致造血干/祖细胞衰竭的自身免疫性疾病。研究证实，TNF-α可同时介导生存和死亡信号，对正常造血可能起抑制和促进双向作用。体外研究发现，高分泌水平的TNF-α对造血干细胞（HSC）的扩增具有明显的抑制活性，抑制细胞凋亡可明显促进HSC的体外扩增。此外，体内实验表明，TNF-α可动员HSC离开骨髓龛并抑制HSC的功能，在再生障碍性贫血的发生和发展中起重要作用［3］。

1TNF-α及其受体TNFR

TNF-α是一种可溶性多肽，由157个氨基酸组成，其在机体内的存在形式为二聚体、三聚体或五聚体，其中三聚体为成熟型TNF-α的活性形式。机体内的淋巴细胞、成纤维细胞以及单核细胞、巨噬细胞等多种细胞均具有合成和分泌TNF-α的能力［4］。研究显示，细菌内毒素、病毒、免疫复合物、IL-1、IFN-γ等均可刺激TNF-α的生成［4，5］。TNF-α既是一种重要的免疫细胞因子，同时又是一种重要的炎性细胞因子，在机体的细胞功能、免疫、炎症反应以及细胞的存活和死亡等过程中起重要调节作用。

TNF-α与其膜表面受体TNFR结合，是实现其细胞毒性、抗病毒、免疫调节以及细胞增殖、分化、死亡等生物学功能的基础。TNFR存在两种类型：TNFR1（55 kD）和TNFR2（75 kD）。两类TNFR均为I型膜蛋白，属于肿瘤坏死因子/神经生长因子受体（TNFR/NGFR）超家族成员。TNFR1在几乎所有细胞的表面

都能检测到，TNFR2则主要局限在起源于造血干细胞的细胞上。资料显示，除了TNF-α和TNF-β外，其它配体都不能激活TNFR［6］。由于TNFR在不同类型细胞中的表达水平存在明显差异，因而TNF-α对不同细胞的生物学作用也有所不同［4，7］。研究表明，TNFR1和TNFR2均参与介导TNF-α对造血祖细胞的抑制作用，但只有TNFR1能介导TNF-α对造血祖细胞的双向调节作用［8］。

在正常人血及尿液中还可检测到毫微克水平的可溶形式TNFR（sTNFR），它们是蛋白酶从细胞膜上水解下来的受体片段［4］。sTNFR的生物学作用并不完全清楚，研究表明多种急慢性疾病状态时sTNFR有所增高，高水平的TNF可溶性受体能与膜TNFR竞争结合TNF，从而抑制TNF的生物学作用［9］。研究显示，AA患者血清与骨髓sTNFR1和sTNFR2水平均明显升高。通过对重型再障（SAA）与慢性再障（CAA）患者可溶形式TNFR水平进行比较，发现SAA患者血清与骨髓中sTNFR1和sTNFR2水平均高于CAA患者，且差异均具有统计学意义，这一结果表明AA病情越严重，患者体内细胞免疫激活程度越高，提示可溶形式TNFR水平可作为区分AA病情严重程度的一个生物学指标［10］。

2 TNF-α水平与再障

TNF-α作为细胞因子网络中的一员，根据其水平及所处局部微环境的不同可表现出完全不同的作用，在正常情况下，它具有抗感染、抗肿瘤和促进组织修复等重要作用，过量分泌的TNF-α则会导致机体免疫机能失衡，而且TNF-α还会与其他炎症因子协同，参与各种病理发生发展过程［4，11］。同样，不同水平的TNF-α对机体造血功能也表现出完全不同的调控作用，低水平TNF-α可直接或者与IL-3，GM-CSF等造血因子协同促进人造血祖细胞的增殖［12］，而高分泌水平TNF-α则会抑制造血。大量的临床资料证实AA患者存在着TNF-α分泌增高现象，TNF-α水平与正常人相比明显增高，而且TNF-α水平与外周血细胞数量成负相关［13-15］。Martínez-Jaramillo等通过体外长期骨髓培养实验（long-term marrow cultures），观察AA患者骨髓细胞TNF-α分泌情况及其对造血的影响，研究显示AA组培养上清TNF-α水平明显高于正常对照，与此同时，AA组造血祖细胞的增殖受到抑制［16］。Rusten等通过体外实验发现，高水平TNF-α能够抑制SCF对人骨髓造血祖细胞的促增殖作用，此外，SCF与G-CSF、SCF与GM-CSF以及SCF 与IL-3的造血协同作用也被高水平TNF-α所抑制，表现为各系造血祖细胞集落形成数量下降［17］。这些研究的结果证实高分泌水平的TNF-α与AA的发病密切相关。目前，AA患者TNF-α水平异常增高的机制尚不清楚，有学者认为可能与机体细胞免疫异常有关，AA患者CD4+/CD8+T淋巴细胞比例倒置，CD4+T细胞数量减少，而活化的CD8+T细胞数量增加，导致TNF-α合成与释放大幅上调。此外也有学者提出，机体内不同功能亚群单核巨噬细胞的变化也会引起造血细胞因子分泌紊乱，导致促造血因子分泌减少，而TNF-α等造血抑制因子分泌增多［18］。

3 TNF-α介导骨髓造血细胞凋亡

近年研究认为凋亡是再障的一个主要的病理过程，尤其是不能控制的造血前体细胞凋亡程序的启动，有可能是引起机体骨髓造血功能衰竭的关键因素［19］。Scopes等收集不同程度AA患者以及正常人骨髓细胞，经荧光抗体CD34及CD33行染色双标记后,采用荧光激活细胞分离器分析骨髓CD34+细胞的数量变化。研究结果表明，与正常人相比，AA患者骨髓CD34+造血干细胞数量显著下降，CD34+细胞减少幅度与AA病情严重程度正相关［20］。Philpott等用流式细胞仪对10例AA患者骨髓CD34+细胞百分比和凋亡情况进行了分析，结果显示AA患者骨髓CD34+细胞数量明显少于正常对照，CD34+细胞凋亡则显著多于正常对照，而且AA患者CD34+细胞数量越低其凋亡数量越高，提示凋亡可能是造成AA患者骨髓造血干/祖细胞数

量下降的主要原因［21］。

目前，TNF-α/TNFR1介导细胞凋亡途径已被人们所熟知。TNF-α与TNFR1结合后，通过激活下游的caspase 8以及各种效应caspases分子，产生级联激活反应，引起靶细胞凋亡。然而，研究显示，TNF-α可能主要通过Fas/FasL系统介导骨髓造血干细胞的凋亡。Fas和FasL是细胞表面的两种跨膜蛋白，属于肿瘤坏死因子受体（TNFR）及神经生长因子受体（NGFR）超家族。Fas与FasL结合可以启动细胞内部凋亡信号的转导，最终引起细胞发生一系列特征性变化致使细胞凋亡［22，23］。Philpott等报道，AA患者骨髓CD34+细胞Fas抗原表达与正常相比明显上调，细胞对凋亡的敏感性也因此显著增加，而且Fas抗原表达增加程度与AA病情的严重程度成正相关［21，23］。Killick等的研究也发现，相对于正常骨髓CD34+细胞，AA患者骨髓CD34+细胞Fas抗原表达明显上调，CD34+细胞凋亡率也因此显著增加，采用抗胸腺球蛋白干预能有效下调CD34+细胞凋亡率［24］。这些研究结果证实Fas/FasL的确参与了骨髓造血干细胞凋亡信号的转导。此外，有研究发现，采用Fas抗体虽然可特异性阻断Fas/FasL途径，但TNF-α抗体对造血祖细胞集落形成的作用明显强于Fas抗体，而且TNF-α抗体在抑制造血细胞凋亡方面更为有效，说明Fas/FasL途径可能并不是TNF-α介导造血细胞凋亡的唯一途径，TNF-α似乎还能通过其它的途径抑制造血［25］。

4 TNF-α介导程序性坏死对造血的影响

最近研究发现，在某些类型细胞中，当caspase活性被caspase抑制剂zVAD-fmk完全阻断后，细胞死亡方式会由caspase依赖型凋亡转变为非caspase依赖型程序性坏死［26］。程序性坏死与凋亡有共同之处，都需要能量和合成新的蛋白质，是一个细胞自我调控的主动过程，与凋亡有相似的传导通路，都是由相关死亡受体与配体结合触发。程序性坏死又不同于凋亡，它的发生发展包括线粒体、溶酶体和胞膜的裂解，因而会引起显著的炎症反应，并表现为大量炎症细胞浸润，且可以被Nec-1（Necrostatin-1）等抑制剂逆转［26］。资料显示程序性坏死在病毒或者细菌的感染、恶性肿瘤、神经退行性疾病以及免疫性疾病等的过程中均起着非常重要的作用。有学者认为程序性坏死可能是机体内在的一种保护性机制，可以防止组织发生不可逆的坏死，其存在可能为受损细胞的生存和修复创造了条件［27］。

程序性坏死对机体造血机能的影响近年来也日益受到研究人员的关注。Xiao等通过Tak1-敲除（Tak1（-/-））小鼠骨髓衰竭综合征模型，研究TNF-α及Fas这两种死亡途径对造血干/祖细胞的影响［27，28］。研究发现，当TNF-α途径完全失活后（敲除TNFR1和TNFR2基因）（Tnfr1（-/-）r2（-/-）），造血干/祖细胞的死亡率可降低30%～40%，而Fas敲除只能使造血干/祖细胞的死亡率降低5%～10%，而且Fas敲除没能进一步提高Tak1（-/-）Tnfr1（-/-）r2（-/-）造血干/祖细胞的存活率，提示Fas介导的死亡途径只是TNF-α介导死亡途径下面的一个分支［28］。进一步研究发现，TNF-α/Fas所介导的造血干/祖细胞的死亡能被Nec-1所阻断，而其余造血干/祖细胞的死亡则不能被Nec-1所阻断，提示TNF-α介导的凋亡和程序性坏死途径均参与了Tak1-敲除小鼠造血干/祖细胞的死亡调控，并在Tak1（-/-）小鼠骨髓衰竭综合征的发展过程中起着关键的作用［28］。

5 结语

凋亡和程序性坏死是细胞死亡的两种基本模式，在机体的发育和自稳平衡中起着至关重要的作用。作为一种多效细胞因子，TNF-α与其膜表面受体TNFR结合后介导细胞内死亡信号转导，依据具体的处理情况和作用对象，结果表现为凋亡或程序性坏死。通过研究TNF-α介导骨髓造血细胞死亡的不同通路，

了解它们的差别与关联，不仅可使我们进一步了解骨髓造血细胞死亡的调控机理，还会有助于我们了解AA的发病机制，并对新的治疗靶点的提出有着重要的意义。

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TNF-α Mediated Bone Marrow Cell Death and its Role in the Pathogenesis of Aplastic Anemia

LAO Xiao-jie，ZHEN Zhi-jun，LU Wei，CHEN Yong-feng*

（School of Medicine,Taizhou University,Taizhou 318000,China）

TNF-α is a pleiotropic cytokine secreted by activated monocytes/macrophages and cytotoxic T lymphocytes. It plays an important regulatory role in the inflammatory response, apoptosis and necrosis, and other processes. Studies have shown that high level TNF-α secretion is involved in the negative regulation of hematopoiesis in the body and plays an important part in the destruction of hematopoietic stem/progenitor cells. This review article focuses on the progress of research on the effects of TNF-α mediated bone marrow cell death on hematopoiesis in the body especially in the aspect relevant to aplastic a nemia.

TNF-α；cell death；aplastic anemia；hematopoiesis regulation

10.13853/j.cnki.issn.1672-3708.2014.06.012

（责任编辑：耿继祥）

2014-10-09；

2014-11-05

国家自然科学基金（No：81373139）；浙江省自然科学基金（No：LY12C05002）；台州市科技计划项目（No: 1301ky19）。

简介：陈永峰（1969- ），男，广西合浦人，高级讲师，博士，主要从事血发生及其调控研究。