熊 娟(綜述)，徐笑紅(審校)

(浙江省腫瘤醫(yī)院檢驗科，杭州310022)

細胞內(nèi)外配體和受體的相互作用是多細胞生物維持生存和調(diào)控功能的基礎(chǔ)，腫瘤壞死因子超家族成員(tumor necrosis factor superfamily，TNFSF)和其膜受體(tumor necrosis factor receptor，TNF-R)的相互作用是該調(diào)控途徑中一個典范，不僅與機體免疫系統(tǒng)的功能及組織高度相關(guān)，且可能與一些獲得性的免疫缺陷病及遺傳基因病的病因?qū)W有關(guān)。體內(nèi)有多種免疫活性因子(干擾素、白細胞介素等)即通過激活上調(diào)TNF-R以達到清除腫瘤細胞、減輕炎癥效應(yīng)、促進細胞凋亡的目的。它們發(fā)揮的生物學(xué)功能是復(fù)雜的，但兩者均存在相似的結(jié)構(gòu)，且相互作用位點是高度保守的，對其結(jié)構(gòu)的深入了解有利于對其功能進行研究。

1 TNFSF

TNFSF的配體是由18個基因編碼的Ⅱ型跨膜蛋白，具有共同的同源結(jié)構(gòu)域(TNF homeodomains，THD)，位于羧基端，即胞外端。盡管TNF的大多數(shù)配體都是膜結(jié)合蛋白，但可溶性是其發(fā)揮其功能的必要條件，體內(nèi)某些可溶性配體可被限制性蛋白水解酶水解，如金屬蛋白酶作用于TNF和人核因子κB受體活化因子配基(receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand，RANK)［1，2］，基質(zhì)溶解因子作用于FasL［3］，枯草桿菌蛋白酶家族成員能作用于TNF的某些成員，如人可溶性B淋巴細胞刺激因子(B-cell activating factor，BAFF)、纖維連接蛋白(extradomain A，EDA)、人腫瘤壞死因子相關(guān)弱凋亡誘導(dǎo)因子(tumour necrosis factor related weak inducer of apoptosis，TWEAK)和增殖誘導(dǎo)配體(a proliferation-inducing ligand，APRIL)［4，5］。相反，一些膜結(jié)合配體的脫離會抑制其功能，如FasL遇到蛋白水解酶水解后，其細胞毒活性會大大減弱［6］;淋巴毒素(lymphotoxin，LT)的氨基端能模擬信號肽結(jié)構(gòu)，使其順利轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄问剑蔐T很少以膜結(jié)合蛋白的形式存在，除了其與LTβ結(jié)合成LT1β2二聚體。Zhang 等［7］研究發(fā)現(xiàn)，TNF相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體(TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)被半胱氨酸蛋白酶水解后，由于水解產(chǎn)生的可溶片段太小，反而難以維持其功能的發(fā)揮。

研究發(fā)現(xiàn)，參與TNF家族調(diào)節(jié)免疫和炎癥的配體反應(yīng)在幾個水平，其中LT、LTβ對次級淋巴器官的形態(tài)發(fā)生提供了重要的信號［8］，而B淋巴細胞有關(guān)的因子，如BAFF和CD40L可能參與免疫前體細胞的修飾和激活［9］，另外促凋亡相關(guān)基因的TNF家族配體(如FasL及TRAIL)可通過激活誘導(dǎo)細胞死亡發(fā)揮其細胞毒作用，并參與淋巴系統(tǒng)動態(tài)平衡［10］。此外，有研究表明有些配體在調(diào)節(jié)上皮細胞、內(nèi)皮細胞和破骨細胞的成熟和分化中發(fā)揮重要的作用［11］。除了參與免疫調(diào)節(jié)，TNF家族成員與獲得性或遺傳性缺陷疾病也相關(guān)，在一些獲得性免疫反應(yīng)中，如敗血癥性休克或類風濕關(guān)節(jié)炎患者體內(nèi)往往過表達一些TNF 家族［9］。

2 TNF家族配體的結(jié)構(gòu)特點

THD是一個長約150個氨基酸的序列，包含芳香族和疏水性殘基的保守骨架。不同TNF家族配體結(jié)構(gòu)中的THD有著幾乎完全相同的空間折疊構(gòu)型，且與三聚蛋白形成密切相關(guān)。THD包含兩個β–片層，每個β–片層由五個反向平行5個β折疊股構(gòu)成。內(nèi)層為A'、A、H、C和F折疊股，這一構(gòu)型與三聚體形成密切相關(guān);外層為E、D、G、B和B'結(jié)構(gòu)域。三聚體中，每一個亞基的一個邊緣(鏈E和F)與相鄰的亞基的彼此相對，形成大的疏水界面，從而達到非常穩(wěn)定的相互作用［12］。近年來，研究發(fā)現(xiàn)多數(shù)TNF家族配體均利用一個二硫鍵將CD和EF環(huán)鏈接在一起，在TRAIL中，EF環(huán)中可能存在一個單獨的半胱氨酸殘基(Cys230)參與協(xié)調(diào)鋅離子，這種金屬結(jié)合位點在腫瘤壞死因子家族中是唯一的，不僅對TRAIL穩(wěn)定性和生物活性有重要影響，也有助于單體之間的相互配位［13］。Hao等［14］也贊同此觀點，發(fā)現(xiàn)錯誤的結(jié)構(gòu)配對，尤其是不完全的鋅離子對位，局部氧化，和錯誤的二硫鍵鏈接在促進腫瘤細胞凋亡的同時可能造成嚴重的肝臟毒性。

3 TNF-R

在人類中，迄今確定有29種TNF-R，其中大部分是I型(胞外N末端，細胞內(nèi)C端)跨膜蛋白，但也有例外，如B淋巴細胞成熟抗原(B cell maturation antigen，BCMA)、跨膜激活劑及鈣調(diào)親環(huán)素配體相互作用分子(transmembrane activator and calcium modulator and cyclophilin ligand interactor，TACI)，BAFFR 和X-連鎖性外胚層發(fā)育不良受體為Ⅲ型跨膜蛋白(缺乏一個信號多肽)，而凋亡誘導(dǎo)配體受體3(TNF-related apoptosis-inducing ligand receptor 3，TRAIL-R3)則被一個共價鍵錨定在C-末端糖脂上，骨保護素和死亡誘騙受體3缺乏膜相互作用域，因此可作為可溶性蛋白分泌出胞外，其中 CD27、CD30、CD40分子，TNF-R1和TNF-R2等可溶性受體釋放，F(xiàn)as則通過選擇性剪接編碼跨膜區(qū)的外顯子而產(chǎn)生，這些可溶性受體通過修飾釋放后是機體腫瘤細胞實現(xiàn)免疫逃逸的重要方式［15，16］。近年來許多研究認為可溶性受體對其同源配體的激活作用中起著重要作用，Gileva等［17］在對TNFR類似物相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，即正痘病毒的細胞因子反應(yīng)修飾因子CrmB、CrmC和CrmD，這些病毒開放閱讀框架編碼受體與腫瘤壞死因子存在相互作用，并可能干擾炎性反應(yīng)的發(fā)生。

4 腫瘤壞死因子受體家族結(jié)構(gòu)特點

腫瘤壞死因子受體最具特征性結(jié)構(gòu)是其胞外域富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域(cysteine-rich domains，CRDs)，通常載有6個半胱氨酸殘基參與形成三個二硫鍵。CRDs的數(shù)量在不同的受體有所不同，從1到4個不等。人的CD30的三個CRDs有部分重復(fù)，但小鼠CD30沒有。CRDs的重復(fù)和規(guī)則的排列在受體上形成一個拖長的形狀，通過略有扭曲的二硫鍵而達到穩(wěn)定。TNF-R的序列比對存在困難，因為受體間半胱氨酸殘基的間隔并不總是固定的。多數(shù)研究認為TNF-R為單體，TNF-R1易形成頭對頭和頭對尾的二聚體，組織中Fas、TNF-R1和CD40分子在細胞膜中易形成低聚物，低聚物結(jié)構(gòu)的形成促使其插入外膜并形成通道，從而發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，而單體形成往往沒有此功能［18］。

5 腫瘤壞死因子配體和受體的相互作用

1993年，Banner等［19］發(fā)表了開創(chuàng)性的研究來解釋腫瘤壞死因子配體的一級結(jié)構(gòu)與其同源受體(TNF-R1)的結(jié)合。其中三個受體與三個配體組裝六組分的復(fù)合物，而單一的腫瘤壞死因子三聚體結(jié)合三個受體分子(圖1)。最近，TRAIL和TRAIL-R2之間更多高度相似的晶體結(jié)構(gòu)已被確認，其3∶3的比例是其基本的信號單位［12］。事實上，幾何形狀的受體-配體復(fù)合物促使TRAF-2和TNF-R2及CD40分子信號的傳遞。最近確定的受體 BCMA、TACI、BAFFR和成纖維細胞生長因子誘導(dǎo)的早期反應(yīng)蛋白14參與TNF-R1及TRAIL-R2與其各自的配體的結(jié)合，這意味著不同的受體配體接口必須存在且三聚體的空間結(jié)構(gòu)對于這些配體受體復(fù)合物可能也是保守的［20］。

受體分子的結(jié)合位于界面間單體與單體間形成的溝槽中，大致與三聚體中C3對稱軸向平行。構(gòu)象上的變化對復(fù)合體的形成影響相對較小，但很大程度上會影響受體與配體的接觸(CD and AA')［19］。在受體和配體之間主要有兩個接觸區(qū)域，第一個區(qū)域涉及第二個CRD的相應(yīng)殘基(A1加一半的B2)，兩個相鄰配體亞基的DE和AA'(見圖1)。這一區(qū)域載有相對保守的酪氨酸殘基(見于 TNF、FasL、TRAIL等)，這在受體與配體TNF、FasL和TRAIL的結(jié)合中是至關(guān)重要的。第二個區(qū)域，即第二個CRD剩下的殘基(另一半B2)，第三個CRD的A1(圖1)是TNF-R1與相鄰兩個配體結(jié)合的區(qū)域。

圖1 TNF受體與配體的相互作用

正如預(yù)期的那樣，在家族成員之間，受體和配體的接觸的位點是多種多樣的，同時受體和配體的相互作用也是不盡相同的。不同的配體可以結(jié)合同一受體(如TNF和腫瘤壞死因子配體都可結(jié)合TNF-R1)，另外，同一個配體可以結(jié)合不同的受體。

6 小結(jié)

在過去的幾年，越來越多的腫瘤壞死因子和腫瘤壞死因子受體家族成員被發(fā)現(xiàn)，這是基因工程結(jié)合生物信息學(xué)工具共同發(fā)展的一個直接后果。隨著基因組計劃的日趨完成，可以大膽地預(yù)測，這兩個家族的全部成員將被揭開。它們都具有相對保守的分子結(jié)構(gòu)和模式化相互作用。受體的克隆表達種類可能有意外的增加，因為它們的分子結(jié)構(gòu)相比較其配體更加多樣，而腫瘤壞死因子與其受體的分子特征提供了它們生物學(xué)作用的一個基礎(chǔ)認識，這為它們與獲得性或遺傳相關(guān)疾病的相關(guān)性研究提供了物質(zhì)基礎(chǔ)［20］。

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