肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体耐药机制研究进展

谢芳，鲁锦志，易村犍

(长江大学第一临床医学院 荆州市第一人民医院妇科，湖北 荆州 434000



肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体耐药机制研究进展

谢芳，鲁锦志，易村犍

(长江大学第一临床医学院 荆州市第一人民医院妇科，湖北 荆州 434000

[摘要]肿瘤化疗药物耐药是肿瘤临床治疗面临的主要障碍。肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TRAIL)是肿瘤坏死因子(TNF)家族中新发现的一个配体成员，通过与肿瘤细胞死亡受体DR4或DR5相互作用，从而启动细胞凋亡，被认为对肿瘤细胞具有选择性杀伤作用，因而在肿瘤治疗上具有较好的应用前景。然而，多种肿瘤细胞可对TRAIL产生耐药，使得TRAIL在临床应用受到很大限制。对近年来报道的TRAIL耐药的相关分子靶点和信号通路进行总结，主要包括异常的蛋白质合成、内质网应激途径、泛素调节死亡受体表达、热休克蛋白、细胞自我吞噬等相关信号，为肿瘤TRAIL耐药患者提供新的治疗靶点和思路。

[关键词]肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TRAIL)；TRAIL受体；耐药；肿瘤

随着对恶性肿瘤发病机制的深入研究，越来越多的诱导细胞凋亡的配体及其受体相继被发现，它们在肿瘤治疗中的研究及应用也逐渐引起关注。肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)是一种可由大多数组织细胞产生并分泌的细胞因子，并被广泛接受对肿瘤治疗具有选择性靶向杀伤作用[1]，是肿瘤坏死家族中继肿瘤坏死因子(TNF)和Fas抗原配体(FasL)之后的又一个重要的新成员，由于其能够诱导肿瘤细胞凋亡，而对正常细胞没有杀伤作用的显著特性，使TRAIL成为近年来肿瘤生物治疗方面的一个研究热点。但TRAIL耐药却是它诱导细胞凋亡的主要障碍[2]，使其临床应用受到限制。综述了肿瘤细胞对TRAIL耐受的相关因素，以期为肿瘤TRAIL耐药患者提供新的治疗靶点和思路。

1TRAIL及其受体

肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TRAIL)是1995年由Wiley等首次发现的TNF家族新成员[3]，在机体分布广泛，可特异性诱导肿瘤细胞、病毒感染细胞发生凋亡，而对大多数正常细胞基本无毒害作用。TRAIL属于Ⅱ型跨膜蛋白，活性部位在胞膜外的C-末端区域，编码基因由281个氨基酸组成，含有5个外显子和3个内含子，定位于人染色体3q26。

早期研究表明TRAIL有5种特异性受体：2个死亡受体TRAILR1(DR4)、TRAILR2(DR5)、2个诱骗受体TRAILR3(DcR1)、TRAILR4(DcR2)和1个可溶性受体(OPG)。死亡受体DR4和DR5分别由468个氨基酸和499个氨基酸组成的Ⅰ型跨膜蛋白，胞质内均含有一个大小为70个氨基酸的死亡结构域(Death domain, DD)，人类许多组织均含表达DR4、DR5的mRNA，死亡受体活化后形成同源三聚体能诱导细胞凋亡。诱骗受体DcR1和DcR2分别是由259个氨基酸和386个氨基酸组成的Ⅰ型跨膜蛋白，诱骗受体与死亡受体具有一定的同源性，但二者最大的区别在于DcR1缺少跨膜成分及胞内区域而DcR2的胞内区仅有一段不完整的DD，诱骗受体主要表达于正常组织，在肿瘤细胞中含量较低或不表达，虽然都能与TRAIL结合，但不能传递TRAIL的死亡信号。OPG是一种分泌型TNF同源物，在体内具有抑制破骨细胞发生、增加骨骼密度的作用，其胞内也缺少DD，故与TRAIL结合不能转导凋亡信号。

2RAIL诱导细胞凋亡的机制

TRAIL通过与靶细胞表面的特异性受体结合而发挥其诱导凋亡的作用，目前研究较多的启动凋亡级联反应有两种主要途径: 线粒体非依赖性途径和线粒体依赖性途径。TRAIL诱导细胞凋亡是通过与死亡受体DR4或DR5结合，活化受体胞内的DD，使其与Fas相关蛋白死亡结构域(Fas-associated death domain, FADD)的C端结合。FADD通过其N端上的死亡效应域(death effector domain, DED)与半胱天冬酶8前体(procaspase-8)上的DED结合，形成TRAIL-DR4/DR5-FADD-procaspase-8的死亡诱导信号复合体(Death-inducing signaling complex, DISC)，促使procaspase-8募集和自我催化形成有活性的凋亡起始蛋白半胱天冬酶8(caspase-8)。caspase-8活化后，通过2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、caspase-6或caspase-7引发caspase瀑布式级联放大反应而诱导凋亡[4]。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催化Bcl-2家族蛋白Bid断裂形成截短的Bid(truncated Bid，tBid)，tBid作用于线粒体导致Bax、Bak在线粒体膜的寡聚化，促使线粒体膜释放细胞色素C(cytochrome c，cytC)和Smac/Diablo到细胞质中，cytC、Apaf-1和d-ATP共同促使procaspase-9自身催化形成有活性的caspase-9，进而活化效应蛋白，最终诱导细胞凋亡[5]。

3TRAIL耐药的机制

虽然TRAIL及其受体能诱导肿瘤细胞的凋亡，然而，由于肿瘤对TRAIL的耐药性限制了它的临床应用。TRAIL耐药的产生是多因素的。

3.1蛋白质合成与TRAIL耐药

许多疾病的发生归因于不能合成具有特定活性的蛋白质，在真核基因表达调控中，蛋白质翻译调控异常与人类的多种恶性肿瘤有关。翻译调节的一个主要目标是真核细胞翻译起始因子4E(eukaryotic translation initiation factor 4E, eIF4E)，其与位于mRNA的5’端7-甲基鸟苷帽子结构相互作用，并转移这些mRNA、RNA解旋酶eIF4A和骨架蛋白eIF4G到翻译起始复合物eIF4F[6]。由于eIF4E是eIF4F复合物缺乏的启动因子之一，因此eIF4E是帽依赖性翻译起始的限速因子。研究发现eIF4E在多种恶性肿瘤中存在高表达且与肿瘤的侵袭和转移密切相关。eIF4E的抑制剂可以通过下调周期蛋白D1(Cyclin D1)和缺氧诱导因子(hypoxia-inducing factor-1a ，HIF-1a) 的水平作为TRAIL的增敏剂，且周期蛋白D1和HIF-1a都遵循帽依赖性翻译调节机制[7]。氨基末端激酶(JNK)信号通路通过诱导DR的分泌来促进细胞色素C从线粒体膜释放到细胞质或者是通过翻译后磷酸化修饰下游的促凋亡蛋白诱导细胞凋亡[8]。也有报道发现，氨基末端激酶(JNK)激活DR5的表达，DR5通过caspase-8的激活导致肿瘤细胞凋亡[9]。

3.2内质网应激与TRAIL耐药

内质网(endoplasmic reticulum, ER)是一个参与蛋白质合成调节的重要细胞器，不仅能够适当的折叠新合成的蛋白质还能调节细胞内Ca2+的存储水平。上述过程的故障导致内质网正常生理功能的损伤，称为内质网应激(endoplasmic reticulum stress, ERS)。ERS引起的信号传导，称为未折叠蛋白质反应(unfolded protein response, UPR)。长期和严重的ERS导致细胞凋亡[10]。ERS诱导DR5上调，已经被证实在TRAIL耐药细胞的致敏中发挥至关重要的作用。CHOP是ERS的一个特异转录因子，能激活死亡受体DR5，在正常情况下，CHOP的含量较低，当细胞处于应激状态下，CHOP的表达大大增加，过度表达的CHOP能促进细胞凋亡。研究表明在卵巢癌细胞中ERS稳定剂牛磺熊去氧胆酸钠(tauroursodeoxycholate, TUDCA)显著降低GRP78和CHOP蛋白水平，下调DDP引起的杀伤作用(P<0.05)；ERS诱导剂毒胡萝卜素(thapsigargin, TG)则能显著上调GRP78、CHOP蛋白水平和DDP引起的杀伤作用(P<0.05)[11]。越来越多的研究还表明,诱导ERS还能增加恶性胶质瘤、结肠癌、乳腺癌、黑色素瘤、肝癌细胞对TRAIL诱导凋亡的敏感性[12～14]。ER应激减少FLIP和Mcl-1的水平，上调 DR5的表达[12～14]，为ER应激诱导剂增加TRAIL耐药细胞的敏感性提供了一个可靠依据。

3.3泛素途径与TRAIL耐药

蛋白质的稳定性对控制细胞的生长、发育以及细胞凋亡是一个关键的调控机制。细胞内蛋白质通过依赖泛素途径的选择性降解，对细胞的调控起到了至关重要的作用。泛素化作用有许多关键的蛋白调控靶点，通过26S蛋白酶降解这些蛋白。因此，蛋白酶就成为了一个很有吸引力的癌症治疗靶点。蛋白酶阻断剂在对肿瘤细胞化疗增敏和放疗增敏上也起到附加效应。蛋白酶阻断剂PS-341通过上调DR5、激活外源性和内源性细胞凋亡途径，增加HCT-116和HC4 细胞对TRAIL的敏感性[15]。b-AP15，一种新的去泛素化活性的蛋白酶体阻断剂，通过上调DR5和下调c-FLIP，增加肿瘤细胞对TRAIL介导细胞凋亡的敏感性[16]。蛋白酶阻断剂PS-341通过增加DR5 和 DR4受体水平，从而增强了caspase-8的活性，进一步促进了TRAIL的杀伤作用[15]。蛋白酶阻断剂MG132或硼替佐米通过分裂Mcl-1 和 Akt蛋白，使恶性胸膜间皮瘤细胞对TRAIL介导的细胞凋亡更加敏感[17]。硼替佐米介导蛋白酶体抑制剂通过外源性和内源性凋亡途径使TRAIL抵抗的促人乳头状瘤病毒细胞对TRAIL诱导的细胞死亡更加敏感[18]。死亡相关蛋白激酶(DAPK2)是TRAIL的信号调节剂，通过抑制DAPK2的表达影响NF-κB的磷酸化和转录活性，从而导致了NF-κB靶基因DR4 和DR5的表达[19]。总之，这些研究提示蛋白酶阻断剂和TRAIL联合应用对TRAIL的增敏作用具有很好的应用前景。

3.4热休克蛋白与TRAIL耐药

热休克蛋白(heat shock proteins，HSP)是一个高度保守、广泛存在于原核及真核生物中的细胞内蛋白，根据分子量的大小分为HSP110、HSP90、HSP70、HSP60、小分子HSP(<27kDa)和泛素[20]。热休克蛋白是高度丰富的胞质蛋白，起分子伴侣的作用。HSP的功能在细胞应激例如高温和缺氧条件下显著放大。在这些应激条件下，HSP通过抑制蛋白质的聚集和增强受损蛋白质的适当折叠刺激细胞增殖。在肿瘤细胞中，热休克蛋白90α(Hsp90α)通过保持突变信号传导蛋白的活性导致肿瘤细胞的恶性变，使其成为抗癌药物作用的靶点。尽管Hsp90α报道招募FLIPs到DISC导致TRAIL耐药，但抑制Hsp90的功能除了能影响多个致瘤的基质，同时还具有TRAIL敏化效应[21]。大量研究证实，HSP60在细胞不同部位表达和分布，所发挥的功能是存在差异的。一些细胞实验结果证实，HSP60与NFκB活性存在相关性。Cappello等指出HSP60的增加是由NFκB信号介导的[22]。NFκB在宫颈癌细胞中是已被证实的TRAIL受体调节因素[23]。HSP60从细胞内向细胞外排出，可能会影响HSP60与IKK结合，从而影响NFκB活性，NFκB活性改变将可能导致TRAIL受体表达发生变化。此外，研究表明，HSP60与HIF活性之间存在某种联系。HS.Ban等指出，HIF抑制剂11可抑制缺氧时HIF活性，并抑制HSP60的活性[24]。HS.Ban等指出，HSP60抑制剂4可抑制HIF聚集并影响其活性[25]。鉴于HIF激活介导了Hela细胞产生TRAIL耐受[26]，HIF在结肠癌细胞中是已被证实的TRAIL受体调节因素[27]。HSP27能够阻止内源性凋亡途径中细胞色素C从线粒体释放[28]，在肺腺癌A549细胞中，通过siRNA干扰降低HSP27的表达能够敏化TRAIL诱导的细胞凋亡[29]。总的来说，热休克蛋白在调节TRAIL耐药具有重要作用，但具体机制尚需要进一步研究。

3.5细胞自噬与TRAIL耐药

自噬是一种溶酶体降解过程，通常在应对不良微环境压力下激活[22]。自噬本身具有双重作用，既肿瘤促进和肿瘤抑制效果。肿瘤细胞为了适应代谢负荷和缺氧环境而激活自噬，但过度的自噬会导致细胞死亡。作为抗癌治疗的反应，激活自噬是否会导致细胞生存或细胞死亡仍然还不清楚。先前的研究表明，诱导自噬可能是克服肿瘤化疗耐药的一个有效的治疗方法[30]。细胞保护的自我吞噬能够回避TRAIL的敏感性，利用自噬药物抑制剂抑制肿瘤细胞中的自噬，能增强肿瘤细胞对TRAIL的敏感性[31]。虽然自噬调节的关键过程与TRAIL耐药相关，仍然需要更多的研究来阐明自噬介导TRAIL耐药的分子机制，可以针对自噬调节TRAIL耐药，为临床治疗提供依据。

4展望

TRAIL作为一个具有良好应用前景的化疗治剂目前已经进入临床Ⅱ期评估阶段。然而，随着肿瘤对TRAIL产生耐药，使TRAIL治疗受到限制，但参与逃避TRAIL诱导的细胞毒性和TRAIL耐药的发展机制目前仍不清楚。是否TRAIL受体激动剂和TRAIL增敏剂能恢复癌细胞对TRAIL的敏感性仍然是一个悬而未决的问题。大量临床研究表明联合TRAIL和化疗药物无疑是对TRAIL耐药的肿瘤治疗的一种合理方案。然而，TRAIL耐药的有效治疗目标基本上需要关注以下几点：①增加TRAIL的半衰期，②发展新型的与TRAIL的协同组合，③从FDA批准的药物库中筛选和鉴定TRAIL的新型增敏剂。尽管TRAIL在肿瘤领域的应用受到了限制，但相信随着研究的不断深入，TRAIL将具有很好的临床应用前景。

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[编辑]一凡

[中图分类号]R730.23

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2016)12-0085-04

[作者简介]谢芳(1987-)，女，硕士生，主要从事妇科肿瘤研究工作；通信作者：易村犍，cunjiany@163.com。

[基金项目]湖北省医学领军人才培养工程专项经费资助项目(鄂卫生计生发(2013)4号)。

[收稿日期]2016-01-20

[引著格式]谢芳，鲁锦志，易村犍.肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体肿瘤耐药机制研究进展[J].长江大学学报(自科版)，2016，13(12)：85～88,92.