肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体在消化系统肿瘤治疗中的研究进展

李大欢，许良璧△，刘雪影，唐山，邓超男

消化系统恶性肿瘤严重影响人类健康。2018年全球肿瘤年报显示，最常见的10种癌症中消化系统肿瘤占据一半；相比其他恶性肿瘤，消化系统恶性肿瘤的发生率和死亡率均较高［1］。消化系统恶性肿瘤患者的整体预后较差，5年生存率约20%，其中结直肠癌的发病率仅次于肺癌和乳腺癌，死亡率仅次于肺癌，而胃癌、肝癌及食管癌的死亡率位居结直肠癌之后［2］。因此，若能发现消化系统恶性肿瘤细胞增殖、浸润、转移、耐药等重要过程中的生物学标志物，对临床实践、转化医学等研究均有重要意义。研究显示，肿瘤坏死因子（TNF）相关凋亡诱导配体（TNF related apoptosis inducing ligand，TRAIL）可与其受体结合形成同源三聚体，进而通过多种信号通路诱导肿瘤细胞凋亡，但不影响正常细胞［3］。然而，进一步研究发现，乳腺癌、非小细胞肺癌、胰腺癌及结肠癌等肿瘤对单一使用TRAIL的治疗方案并不敏感，但某些激动剂或者抑制剂辅助使用可提升TRAIL对肿瘤细胞凋亡的敏感性［4］。本文从肿瘤耐药的角度，对TRAIL的生物结构与功能、抗肿瘤机制及其在消化系统肿瘤治疗中的研究进展综述如下。

1 TRAIL的生物结构、功能及其机制

1.1 TRAIL及其受体的生物结构与功能 TRAIL又称为凋亡素2配体，1995年由Wiley等［5］从人心肌cDNA文库中克隆得到并命名。TRAIL是由281个氨基酸形成的Ⅱ型跨膜蛋白，编码基因定位于3q26.1-26.2，cDNA全长1.05 kb，分子质量为32.5 ku，等电点7.36；其活性部位位于胞膜外的羧基末端区域（114～281aa），可通过与受体结合后形成同源三聚体发挥生物活性。TRAIL介导的生物学功能的复杂性源于其受体的多样性［6］。TRAIL受体根据功能可分为3类5种：（1）死亡受体（death receptor，DR），包括DR4、DR5，均含有胞内死亡结构域和依赖半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspase）途径的凋亡信号的识别结构。DR与TRAIL结合后将死亡信息传递至胞质，从而启动肿瘤细胞凋亡进程。（2）“诱骗”受体（decoy receptor，DcR），包括DcR1和DcR2，其结构上与DR受体结构域相似，也可结合TRAIL，但因DcR1缺乏含有死亡结构域的胞质区，而DcR2的死亡结构域不完整，故这2种受体均不能启动TRAIL介导的细胞凋亡信号通路，所以DcR是通过与DR竞争结合TRAIL的方式来抑制TRAIL介导的细胞凋亡。（3）骨保护素（osteoprotegerin，OPG）。OPG是TNFR（tumour necrosis factor receptor）超家族的新成员，没有跨膜区及胞内区，与TRAIL结合不能转导凋亡信号，其主要的生理作用为抑制破骨细胞产生，增加骨密度。

1.2 TRAIL诱导肿瘤细胞凋亡的机制 Wong等［7-8］研究认为，TRAIL激活凋亡的信号途径为：（1）通过结合细胞膜上的死亡受体（DR4或DR5），形成配体∕受体三聚复合物，诱导死亡受体胞浆段死亡结构域（death domain，DD）与Fas相关蛋白的死亡结构域（Fas-associated death domain，FADD）C端DD结合，而FADD的N端死亡效应结构域（death effector domains，DEDs）可与procaspase-8结合，形成死亡诱导信号复合物（death inducing signaling complex，DISC），即DR4∕DR5∕FADD∕procaspase-8，procaspase-8通过二聚化和裂解形成有活性的caspase-8；活化后的caspase-8可直接激活下游效应蛋白caspase-3、caspase-6或caspase-7，进而通过线粒体非依赖型途径诱导凋亡。（2）活化后的caspase亦可裂解Bcl-2家族成员中的促凋亡蛋白Bid，而裂解和缩短的Bid又可进一步结合促凋亡蛋白Bax、Bak，引起线粒体跨膜电位降低或破坏，使线粒体释放出细胞色素C（Cytochrome C，Cyt C），Cyt C和凋亡肽活化因子1（apoptotic protease activating factor-1，Apaf-1）形成凋亡酶体后活化caspase-9，从而启动线粒体依赖的凋亡途径。除了上述2条凋亡诱导途径外，TRAIL与受体结合后还能通过激活PI3K∕Akt信号通路、核因子（NF）-κB通路、蛋白激酶C（PKC）、促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族成员等诱导肿瘤细胞凋亡。

2 TRAIL在常见消化系统肿瘤中的应用研究

2.1 食管癌 食管癌是常见的消化系统恶性肿瘤之一，根据全球癌症流行病学数据库（GLOBOCAN）2018年数据显示，我国食管癌的发病率及死亡率分别占全球总数的53.7%和55.7%［1］。对于失去手术机会的进展期食管癌患者，分子靶向治疗是其重要选择之一［9］。TRAIL的生物学特性为食管癌基因靶向治疗带来了希望，但相关研究显示食管癌患者对TRAIL治疗并不敏感，原因是恶性肿瘤在进展过程中已经形成了一些针对TRAIL的高度复杂的防御机制［10］。Chang等［11］通过体外模拟的方式将食管腺癌细胞置于酸∕胆汁暴露的条件下，发现癌细胞可过表达死亡结构域不完整的诱骗受体DcR2，使DcR2与TRAIL结合形成TNFR1相关死亡域蛋白（TNFR1 associated death domain protein，TRADD），但TRADD不能与procaspase-8结合形成DISC，故不能启动TRAIL介导的癌细胞凋亡，而且DcR2还能使凋亡抑制蛋白c-FLIP表达增加，从而使食管腺癌对TRAIL产生耐药。为了突破肿瘤细胞对TRAIL的“防御”机制，Dang等［12］研究发现，蜂窝通信网络因子1（cellular communication network factor 1，CCN1）作为结缔组织生长因子家族中的一员，在胃食管反流病患者的食管上皮中高度表达，而当胃食管反流病进展为腺癌时CCN1的表达水平则降低甚至不表达，CCN1可能为食管腺癌的抑癌基因；另外，该研究还证实，在人食管癌细胞系（OE33和OE99）中联合应用CCN1和TRAIL能起到协同抗癌的作用，CCN1可上调TRAIL及其死亡受体的表达，促进TRAIL介导的肿瘤细胞凋亡，同时CCN1还能通过抑制NF-κB而抑制肿瘤细胞的增殖、迁移，增强食管腺癌细胞对TRAIL的敏感性。Han等［13］研究显示，Periplocin作为一种具有抗癌活性的天然化合物，与TRAIL合用后，可增加人食管癌细胞株（YES-2、KYSE-150及KYSE-510）DR4∕DR5的表达，从而提高食管癌细胞对TRAIL的敏感性；Periplocin还能通过抑制Wnt∕βcatenin途径的活性来降低凋亡抑制基因survivin的表达，亦可达到诱导食管癌细胞凋亡的目的。

2.2 胃癌 研究显示，全球一半的胃癌发生在东亚，特别是中国、日本和韩国［14］。目前，进展期胃癌患者的预后普遍较差。TRAIL对癌细胞的选择性毒性为胃癌的治疗提供了可能。Pereira等［15］研究显示，肿瘤细胞中DR4、DR5高表达有利于其与TRAIL的结合，从而形成DISC，促进肿瘤细胞凋亡，但在胃癌的治疗中TRAIL疗效并不明显。Xu等［16］认为miRNAs的失调是胃癌患者对TRAIL治疗应答不敏感的重要原因之一；该研究发现，在胃癌组织及人胃癌细胞系（BGC-823和MGC-803）中，miR-494表达水平明显下调，降低抗凋亡蛋白survivin的表达水平可增强miR-494的表达，进而促进TRAIL介导的肿瘤细胞凋亡。Xu等［17］研究发现，联合使用鸢尾黄酮素和TRAIL可上调细胞凋亡标志物caspase-8∕caspase-9∕caspase-3和多聚ADP核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）的表达水平，增强促凋亡蛋白FADD、DR5和Bax的表达，使凋亡抑制蛋白c-FLIP、Bcl-2和survivin表达水平减少，从而明显提高TRAIL促癌细胞凋亡的能力。Zhao等［18］研究发现，在胃癌细胞株（SGC-7901和MGC-803）中联合使用Periplocin和TRAIL比单独使用Periplocin或TRAIL更能促进胃癌细胞的凋亡；Periplocin能在转录和翻译水平上调DR4和DR5的表达，降低抗凋亡蛋白Mcl-1和Bcl-2的表达，并激活促凋亡蛋白Bid和caspase-3∕caspase-8，从而增强胃癌细胞对TRAIL的敏感性，表明Periplocin可以作为TRAIL的敏化剂，成为胃癌辅助治疗的潜在策略。

2.3 大肠癌 大肠癌是最常见的消化系统恶性肿瘤，全世界每年大约新增患者100万例，死亡患者约50万例，其发病率及死亡率位居所有恶性肿瘤的第3位和第2位［1］。进展期大肠癌的治疗方法除了外科手术，还有化疗和放疗，然而后2种治疗方式因其非特异性的细胞毒性而存在许多不良反应，而且许多患者在治疗后仍会复发。因此，寻找更多有效的替代方案来治疗大肠癌至关重要［19］。近年来TRAIL因为“特异的杀死肿瘤细胞”的功能，成为了大肠癌治疗的研究热点。Wu等［20］发现，TRAIL能够促进血小板凋亡，减少转化生长因子（transforming growth factor，TGF）-β1的释放，从而抑制大肠癌细胞的侵袭和转移。然而，在临床应用中大肠癌患者对TRAIL仍出现了较高的耐药性，疗效并不理想。Kim等［21］研究证实，非细胞毒性剂量的二烯丙基二硫（diallyl disulfide，DADS）可增强TRAIL介导的大肠癌细胞凋亡，DADS与TRAIL的协同效应是通过下调抗凋亡蛋白Bcl-2而实现的。另有研究显示，在大肠癌细胞系（HT-29）中联用Encorafenib和TRAIL后，Encorafenib能促进p53和p53蛋白上调凋亡调节剂（p53 upregulated modulator of apoptosis，PUMA）的表达，还能使DR5过表达，进而增强TRAIL诱导的大肠癌细胞凋亡［22］。Jo等［23］亦发现，活性氧调节剂1（reactive oxygen species modulator-1，Romo1）可通过调节活性氧（reactive oxygen species，ROS）的生成而参与细胞的增殖、衰老和死亡等过程，用TRAIL处理沉默大肠癌细胞系（HCT116、DLD-1、HCT8及SW480）的Romo1后，肿瘤细胞凋亡标志物caspase-8、caspase-9和caspase-3等明显增加，从而促进了TRAIL介导的肿瘤细胞凋亡；该研究认为Romo1和TRAIL间作用机制为：Romo1被抑制后，线粒体功能发生障碍，使ROS生成增多，促凋亡蛋白Bax表达增加；抑制Romo1还引起内质网应激相关蛋白DNA损伤诱导转录物3（DNA damage-inducible transcript3，CHOP）的表达升高，从而促进肿瘤细胞凋亡。大肠癌中一些miRNAs也可能干预TRAIL诱导肿瘤细胞凋亡的过程。Lian等［24］发现，miR-128在大肠癌细胞系（HT29、SW480和SW620）及原发大肠癌组织中的表达水平下降，而在miR-128过表达的条件下，加入TRAIL后大肠癌细胞中ROS生成增多，而ROS可诱导DR5表达增加，从而促进TRAIL诱导大肠癌细胞的凋亡。

2.4 其他消化系统肿瘤 由于TRAIL对肿瘤细胞的选择性毒性，使其不仅适用于上述消化系统肿瘤的治疗，在肝癌、胰腺癌的治疗方面也有相关研究。胰腺癌具有侵袭性生长模式的特点，早期就有发生侵袭和远处转移等风险。研究认为，单用TRAIL治疗胰腺癌的疗效不佳［25］。Dai等［26］发现，在胰腺癌细胞系（PANC-1和MIA PaCa-2）中联用TRAIL与雷公藤（triptolide，TPL）后，产生的细胞自噬体的数量较单独使用TRAIL增多，而且TRAIL与TPL联用还能增加自噬标志物如自噬相关基因（autophagyrelated gene，ATG）的表达并抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的表达，TPL通过下调TPL∕TRAIL通路中的上游基因Pumilio RNA结合蛋白家族成员1（Pumilio RNAbinding family member1，PUM1）表达，进而诱导胰腺癌的自噬，从而发挥对胰腺癌细胞的“杀死”作用。另外，对胰腺癌动物模型的研究发现，TRAIL与氯喹联用可明显抑制胰腺癌细胞增殖，并证实氯喹可通过抑制抗凋亡蛋白的表达而增强TRAIL诱导的胰腺癌细胞凋亡［27］。Nazim等［28］研究发现，在耐TRAIL的肝癌细胞株Huh7中，TRAIL与Luteolin联用可使DR5表达上调，从而增强TRAIL诱导的肝癌细胞凋亡。Rasheduzzaman等［29］证 实，TRAIL与Cardiac glycoside联用可下调肝癌细胞（Huh-7和HepG2）抗凋亡蛋白Bcl-2表达，增加促凋亡蛋白Cyt C的转位和ROS的生成，从而增强肝癌细胞对TRAIL的敏感性。另外，有研究显示，miR-21-3p在肝癌干细胞中过量表达，miR-21-3p可直接调节抑癌基因磷酸酶-张力蛋白同源物（phosphatase and tensin homologue，PTEN）表达，抑制miR-21-3p可上调PTEN的表达水平并通过PI3K∕Akt∕Bad级联反应，增强肝癌干细胞对TRAIL的敏感性［30］。此外，TRAIL因有维持免疫平衡和抑制免疫反应的功能，使其成为病毒性肝炎、脂肪肝等疾病的潜在治疗策略［31］。

3 小结

综上所述，TRAIL因可促进“癌细胞选择性凋亡”特性成为癌症治疗研究的热点。目前，有关TRAIL在肿瘤治疗中耐药机制的研究多集中在其与caspase级联反应相关的凋亡因子和TRAIL受体之间的关系上。耐药机制研究多集中在其与激活caspase级联反应和诱导癌细胞凋亡的关系上［32］。在胃癌、食管癌、结直肠癌治疗的研究中，TRAIL可以通过联用一些化合物来提高TRAIL死亡受体的活性，或者利用某些分子增加caspase级联反应中的促凋亡蛋白表达能力或增强其对抗凋亡蛋白的抑制作用，从而提高TRAIL介导的促进肿瘤细胞凋亡的能力，但提升TRAIL敏感性的机制并不明确，而且关于其治疗肝、胆、胰腺恶性肿瘤的研究偏少，有待后续研究的深入。