Fas/FasL系统在肿瘤细胞凋亡中的研究进展

孙建华(综述)，李　雁(审校)

(　1.武汉大学中南医院肿瘤科 湖北省肿瘤生物学行为重点实验室 湖北省肿瘤医学临床研究中心，武汉 430071；

2.恩施州中心医院胃肠外科，湖北 恩施 445000)



肿瘤医学

Fas/FasL系统在肿瘤细胞凋亡中的研究进展

孙建华1,2△(综述)，李雁1※(审校)

(1.武汉大学中南医院肿瘤科 湖北省肿瘤生物学行为重点实验室 湖北省肿瘤医学临床研究中心，武汉 430071；

2.恩施州中心医院胃肠外科，湖北 恩施 445000)

摘要：Fas作为肿瘤坏死因子/神经生长因子受体超家族成员，在细胞凋亡及免疫调节中发挥重要作用。Fas系统是目前研究最清楚的介导细胞凋亡的信号转导系统，主要由Fas及其相应配体(FasL)组成。细胞在接收到凋亡信号后，主要经外源性(死亡受体途径)和内源性(线粒体途径)两条途径引发细胞凋亡。此外，Fas还可以促进肿瘤细胞侵袭和转移。该文概述了Fas和FasL的分子特征及在肿瘤细胞凋亡中的最新研究进展。

关键词：肿瘤；Fas；FasL；细胞凋亡

细胞凋亡是由于死亡信号触发或内外环境变化，以及在基因调控下所引发的细胞主动死亡过程，是多细胞生物调控机体发育、维持内环境稳定、控制细胞衰老的重要机制。细胞凋亡的发生和进行受精确调控，具有独特而复杂的信号转导系统。Fas/FasL系统是体内介导细胞凋亡的一对糖蛋白分子，在维持机体免疫自稳[1]及肿瘤发生、发展过程中具有重要作用[2]。在大多数肿瘤细胞中，Fas表达下降，而FasL表达增加，肿瘤微环境中免疫效应细胞凋亡，直接或间接促进了肿瘤逃避机体免疫系统的监视，从而有利于肿瘤细胞的侵袭和转移，但这也为肿瘤的治疗提供了可能的途径。现就Fas和FasL在肿瘤细胞凋亡中的最新研究进展予以综述。

1Fas及FasL的分子生物学特点

Fas属于肿瘤坏死因子受体和神经生长因子受体超家族成员，是一种Ⅰ型跨膜糖蛋白。人类Fas基因定位于第10号染色体C24.1区，互补DNA长度为2534 bp，编码产物为319个氨基酸残基、相对分子质量为36 000的跨膜蛋白，其分子结构包括膜外区、跨膜区和胞质区。膜外区为157个氨基酸残基组成的信号肽，具有膜受体特征，氨基酸序列相对保守，当与FasL结合后启动凋亡信号的跨膜传递；跨膜区位于分子结构的中段，由17个氨基酸残基组成；胞质区的一段80~100氨基酸序列与肿瘤坏死因子受体胞质区高度同源，介导细胞凋亡，在传递凋亡信号中发挥关键作用，故该区称为死亡结构域。因此，Fas分子也被称为“死亡分子”。 死亡结构域另外两个结构序列-死亡效应结构域和胱天蛋白酶(caspase)募集结构域具有相似的结构特征，同属于死亡结构域超家族成员，可通过同源蛋白结构域之间的相互作用发挥生物学功能。此外，在Fas分子的胞质段还含有阻抑结构域。在Fas未结合FasL前，该阻抑结构域结合Fas结合磷酸酶1使Fas呈抑制状态。除上述膜结合型Fas外，还存在可溶性Fas，其区别在于有无跨膜区。可溶性Fas分子是由于异常拼接的转录翻译所致，由于翻译产物缺乏跨膜区而呈可溶性分泌。在生理状况下，Fas抗原可广泛表达于胸腺细胞、活化的T淋巴细胞等免疫细胞表面，也可表达于肝、肺等组织细胞表面[3]。FasL又名CD178，是一种Ⅱ型跨膜糖蛋白，属于肿瘤坏死因子配体超家族成员，可特异性地与Fas结合。人和小鼠的FasL基因都位于第1号染色体，含有5个外显子。1994年，Takahashi等[4]克隆了人FasL的染色体基因和互补DNA。FasL是一个同源三聚体，有膜结合性FasL、可溶性FasL和微管相关性FasL。膜结合性FasL和可溶性FasL均以三聚体的形式与靶细胞上Fas结合，诱导Fas形成三聚体，介导细胞凋亡。

2Fas/FasL系统与细胞凋亡

在Fas/FasL系统介导的细胞凋亡信号转导过程中，Fas必须寡聚形成三聚体，从而将胞外的死亡信号转入胞内，基本过程包括活化死亡受体分子：FasL或竞争性抗体与其相应的死亡受体结合后，Fas胞质区经过转录后修饰，诱导Fas胞质段的阻抑结构域脱离Fas结合磷酸酶1，同时诱导Fas分子中的死亡结构域相互聚集，形成三聚体并募集到脂筏，三聚体的死亡结构域与连接蛋白分子FADD (Fas-associated death domain)中的死亡结构域结合；形成死亡诱导信号复合物：FADD分子的另一端含有可与胱天蛋白酶原(procapase)-8/-10相结合的死亡效应结构域，而procapase-8/-10亦含有死亡效应结构域，两者可以通过同源蛋白结构域的相互作用，形成由Fas/FADD/procaspase-8/-10组成的死亡诱导信号复合物[5]；活化caspase家族：caspase被认为是凋亡效应器酶[6]，凋亡酶体中由于procapase的聚集而导致自身水解与活化，形成有活性的caspase-8/-10，后者可次第激活其同源酶家族中的其他酶原如其下游的procaspase-3/-6/-7)；完成凋亡过程：caspase-3为细胞凋亡信号转导中的关键效应酶，其活化最终引发细胞凋亡。caspase-3可以激活DNA降解酶，包括多聚腺苷二磷酸-核糖多聚酶DNA磷酸激酶、Lamin B、蛋白激酶C θ和caspase活化的DNA酶抑制剂。caspase活化的DNA酶抑制剂剪接成caspase活化的DNA酶后移入核内降解染色质DNA，进而完成细胞凋亡过程。FasL与Fas结合，形成由Fas/FADD/Procaspase-8/-10组成的死亡诱导信号复合物，诱导caspase-8/-10的活化。在Ⅰ型细胞，caspase-8/-10可以直接活化下游的caspase-3/-6/-7而诱导细胞凋亡；在Ⅱ型细胞，活化的caspase-8/-10通过活化Bid(Bcl-2 interacting domain)为tBid，tBid转位到线粒体膜上，并活化位于线粒体外膜上的Bax/Bak，从而使线粒体释放细胞色素C入胞质，从而激活内源性凋亡途径。

3凋亡的死亡受体通路与线粒体通路之间的联系

细胞在接收到经Fas传递的凋亡信号后，主要经两种途径引发细胞凋亡，即外源性凋亡途径(死亡受体途径)和内源性凋亡途径(线粒体途径)。据此，将对Fas介导的细胞凋亡敏感细胞分为FasⅠ型细胞和FasⅡ型细胞两种。Ⅰ型细胞(如胸腺细胞)通过caspase途径诱导凋亡信号，而Ⅱ型细胞(如肝细胞)通过线粒体膜电位的消失，线粒体膜通透性增高，细胞色素C释放，进而引发caspase级联反应，导致细胞凋亡[7]。此通路由含BH3结构域的Bcl-2家族成员Bid、Bad等在接受到胞内的死亡信号后激活。Bcl-2家族蛋白是在细胞凋亡过程中起关键作用的一类蛋白。在线粒体上，Bcl-2家族蛋白通过与其他凋亡蛋白的协同作用，调控线粒体结构与功能的稳定性，发挥着细胞凋亡“主开关”的功能；根据其在细胞凋亡中的不同作用可分为抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白两类，抗凋亡蛋白包括Bcl-2、Bcl-xL等；而促凋亡蛋白包括Bax、Bak、Bid和Bad等[8]。在FasⅡ型细胞介导的细胞凋亡中，由于胞内没有形成大量的死亡诱导信号复合物，不能形成足够的caspase-8，因此，不足以激活下游的caspase-3/-6/-7。此时，caspase-8可以酶切细胞质溶质中完整的Bid，产生一个15 000 的C端肽段tBid，tBid肽段便可易位到线粒体外膜上，tBid有很强的凋亡活性，诱发促凋亡家族成员Bax和Bak寡聚化，启动细胞色素C的释放，进而引发细胞凋亡[9]。因此，Bid将凋亡信号从死亡受体途径传递到线粒体途径，把死亡受体通路与线粒体通路连接起来，放大了凋亡信号。细胞色素C的释放是线粒体凋亡路径的关键步骤，在腺苷三磷酸/脱氧腺苷三磷酸存在时，细胞色素C与凋亡蛋白酶活化因子形成多聚复合物，通过凋亡蛋白酶活化因子的caspase募集结构域募集胞质中的procaspase-9，并使其自我活化产生caspase-9，激活下游的caspase-3 /-6/-7，完成其相应底物的剪切，引起细胞凋亡[10]。由此可见，细胞色素C能激活procaspase， 而有活性的caspase也能刺激线粒体释放细胞色素C，细胞凋亡信号分子相互影响，构成细胞凋亡的环形通路-死亡环。这样，上游分子和下游分子的凋亡信号呈级联放大效应。

4细胞凋亡的调控

Fas途径介导的细胞凋亡受多种因素调控，包括：细胞型Fas相关死亡区域蛋白样白细胞介素1β转换酶抑制蛋白(FADD-like interleukin-1β converting enzyme inhibitory protein，c-FLIP)，是一类含有死亡效应结构域的凋亡抑制蛋白，其过量表达能抑制Fas介导的细胞凋亡[11]；FLIP的死亡效应结构域能与FADD和caspase-8结合，抑制caspase-8结合到死亡诱导信号复合物上，从而阻断Fas介导的细胞凋亡；在稳定转染的BJAB(人B细胞淋巴瘤细胞株)细胞中，FLIPs可以阻断死亡诱导信号复合物中caspase-8的激活，从而抑制Fas介导的细胞凋亡[12]；凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis proteins，IAPs)：IAPs是caspase的内源性抑制剂，能通过阻断细胞凋亡所必需依赖的caspase蛋白的水解活性，进而抑制细胞凋亡；在死亡受体介导的细胞凋亡过程中，IAP不直接结合或抑制caspase-8，而是通过抑制caspase家族成员位于下游的效应因子caspase-3、caspase-7、caspase-9的活性而发挥作用，其中，IAP直接抑制caspase-3、caspase-7的活性，并直接与procaspase-9 结合而抑制caspase-9激活；X连锁的凋亡蛋白抑制剂：X连锁的凋亡蛋白抑制剂是唯一可与凋亡启动因子caspase-9和效应因子caspase-3、caspases-7结合的凋亡抑制蛋白，其能以高亲和活性与caspases-3、caspases-7和caspases-9结合，从而抑制其活性；X连锁的凋亡蛋白抑制剂的过表达引起的caspase抑制是导致肿瘤细胞对多种化疗药物产生耐药性的重要原因之一；因此，抑制X连锁的凋亡蛋白抑制剂与caspase的结合有望成为克服肿瘤细胞耐药性的新途径[13]。

5Fas/FasL对肿瘤发生、发展的作用

正常情况下，Fas高度表达于各种组织细胞，而在人类肿瘤发展过程中常伴有肿瘤细胞Fas表达缺失或功能丧失，但FasL表达却增加[14]。Fas/FasL系统在肿瘤病理过程中的作用一直是人们研究的热点问题，肿瘤细胞逃避免疫系统攻击的重要机制之一就是由于存在Fas/FasL系统。一方面，癌细胞Fas表达下调以抵抗FasL表达导致的肿瘤浸润细胞、细胞毒性T淋巴细胞的免疫攻击；另一方面，癌细胞FasL表达可与Fas+的肿瘤浸润细胞和Fas+的细胞毒性T淋巴细胞作用，通过Fas系统激发凋亡信号，杀伤肿瘤浸润细胞和细胞性毒T淋巴细胞，使肿瘤细胞逃避免疫监视，实施反击。然而，研究表明，Fas/FasL不仅能够诱导细胞凋亡，还可促发多重信号通路抑制细胞凋亡，其表达异常与肿瘤的发生、发展及自身免疫性疾病有着密切的联系[15]。可能的机制是通过核因子κB、丝裂原活化蛋白激酶及磷脂酰肌醇3-激酶通路介导，刺激细胞增殖，促进肿瘤细胞的迁移和侵袭[16]。Kleber等[17]对神经胶质瘤细胞凋亡的研究表明，Fas的激活还可促进神经胶质瘤细胞的侵袭转移，主要机制为活化的Fas可以诱导丝氨酸家族成员Yes和磷脂酰肌醇3-激酶活化，而活化的磷脂酰肌醇3-激酶可诱导基质金属蛋白酶的表达，最终提高细胞的侵袭性。而Nijkamp等[18]的研究表明，高表达Fas的结肠癌细胞有助于肿瘤的发生、局部生长及远处转移，而下调Fas/FasL的表达水平能够降低肝转移的发生率。

6Fas/FasL在肿瘤治疗中的应用进展

近年的研究表明，Fas/FasL系统就像一把“双刃剑”，在促进肿瘤增殖及凋亡中发挥着不同的作用[19]。根据Fas/FasL系统在不同肿瘤中发挥的促进凋亡或促进增殖的不同作用，人们期望能够找到治疗肿瘤的新靶点。针对Fas/FasL的肿瘤靶向治疗主要应用在促进凋亡或阻断凋亡两方面。通过激活Fas/FasL而促进凋亡的治疗有：重组可溶性FasL或Fas兴奋性抗体[20]、FasL融合蛋白[21-22]、FasL前体药物[23]等；早在20世纪90年代，人们就期望使用Fas抗体来激活Fas介导的细胞凋亡，但在小鼠腹腔内注入抗Fas抗体后，迅速引起小鼠肝细胞大量坏死，小鼠因肝衰竭而死亡[24]；近年来，一种新的重组FasL-APO010已经被证明可以在体外及体内诱导神经胶质瘤细胞的凋亡，Ⅰ期临床试验显示出良好的效果[25]；Liu等[26]将重组的可溶性FasL与阿霉素联合使用，对肝细胞癌显示出明显的协同抗凋亡作用，而在体内的移植瘤模型中同样可观察到这种效果；FasL基因治疗[27]；化疗药物引起的Fas/FasL信号转导：研究表明，多种化疗药物(如阿霉素、5-氟尿嘧啶、依托泊苷和顺铂等)的抗肿瘤机制可能就是诱导Fas或FasL表达上调，引起肿瘤细胞凋亡[28]。根据Fas在某些肿瘤细胞中可以促进细胞增殖而不是促进凋亡的特点，人们期望通过阻断Fas的活化来达到肿瘤治疗的目的，APG101就是其中的典型代表之一。APG101是一种含Fas细胞外结构域的融合蛋白，能够与FasL结合，从而阻断Fas途径介导的凋亡。该药最初在健康志愿者和神经胶质瘤患者间进行了Ⅰ期临床试验，显示出良好的耐受性[29]。

7小结

Fas/FasL在不同组织及不同细胞信号刺激下，可通过诱导细胞凋亡或增殖，来维持机体自身稳定。但由于Fas/FasL系统是全身性活化，目前许多针对Fas/FasL系统的药物表现出严重的全身性毒性反应，且疗效尚不肯定，因此，针对Fas/FasL系统的抗肿瘤靶向治疗目前主要还停留在临床前阶段。由于多种肿瘤细胞显示出对Fas介导的凋亡的抵抗，并具有对放化疗的耐受性，因此，将Fas介导的凋亡诱导剂与放化疗联合使用，将是今后肿瘤研究的重要方向。

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The Research Progress of Fas/FasL System in Tumor Cell ApoptosisSUNJian-hua1,2，LIYan1.(1.DepartmentofOncology,ZhongnanHospitalofWuhanUniversity,HubeiKeyLaboratoryofTumorBiologicalBehaviors&HubeiCancerClinicalStudyCenter,Wuhan430071,China; 2.GastrointestinalSurgeryDepartment,EnshiAutonomousPrefectureHospital,Enshi445000,China)

Abstract：The transmembrane protein Fas belongs to the tumor necrosis factor(TNF) that in turn belongs to the nerve growth factor(NGF) receptor super-family,which plays an important role in apoptosis and regulation of the immune system.Fas system is the most extensively studied system mediating apoptosis signaling transduction,mainly composed of Fas and its corresponding ligand (Fas ligand,FasL).There are two apoptosis signal pathways:the extrinsic(transmitted through death receptors,DR) and the intrinsic(mitochondrial) death pathways.Besides,Fas also facilitates the invasion and metastasis of tumor cells.Here is to summarize the latest progresses in the molecular characteristics of the Fas and FasL,and the most recent progress in the tumor cell apoptosis.

Key words：Tumor; Fas; FasL; Cell apoptosis

收稿日期：2014-12-18修回日期：2015-04-13编辑：郑雪

基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金(20120141110042)； 湖北省医学领军人才培养工程项目(鄂卫生计生发〔2013〕4号)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.20.018

中图分类号：R73-3

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)20-3694-03