腫瘤壞死因子α在多發性硬化及髓鞘再生中的研究進展

雷旭丹 徐 菲 李玉皓

腫瘤壞死因子α在多發性硬化及髓鞘再生中的研究進展

雷旭丹 徐 菲 李玉皓△

腫瘤壞死因子（TNF）-α是一種多向性細胞因子，存在可溶性和跨膜兩種形式，分別結合腫瘤壞死因子受體（TNFR）1和TNFR2發揮功能。近年來研究發現，TNF-α/TNFR通路在多發性硬化的發生和髓鞘再生中發揮了重要作用。TNFR1通過死亡受體介導凋亡信號通路，導致少突膠質細胞及神經元的凋亡，從而引起髓鞘脫失等神經退行性改變。TNFR2通過一系列級聯反應促進少突膠質細胞前體細胞的增殖以及分化，從而促進髓鞘的再生，在多發性硬化中有積極作用。

腫瘤壞死因子α；受體,腫瘤壞死因子；多發性硬化；髓鞘；髓鞘再生；綜述

腫瘤壞死因子（TNF）-α是一種多向性細胞因子，以可溶性TNF-α（soluble TNF-α,sTNF）和跨膜TNF-α（transmembrane TNF-α，tmTNF）2種形式存在，分別與腫瘤壞死因子受體（TNF receptor,TNFR）1和TNFR 2結合后，發揮其生物學作用，參與炎癥反應、調節免疫功能、抑制腫瘤生成等，與多種疾病密切相關[1-2]。多發性硬化（multiple sclerosis,MS）是中樞神經系統最常見的慢性脫髓鞘疾病，屬于自身免疫性疾病。在遺傳因素和（或）環境因素作用下，髓鞘組織受到損傷發生脫失，進而神經軸突退化，患者出現不同程度的感覺、運動和識別等功能障礙[3]。在疾病早期，髓鞘組織可以有一定程度的再生，病情有所緩解，但隨著病程延長，髓鞘再生能力逐漸下降，疾病呈進行性進展[4]。截至目前，多發性硬化發病機制不明。近年的研究顯示，TNF-α/TNFR信號通路在髓鞘損傷與再生中發揮了重要作用[5-6]。本文主要就TNF-α和TNFR在多發性硬化中的研究進展綜述如下。

1 TNF-α和TNFR

1.1 TNF-α TNF-α由tnf-α基因編碼，是單拷貝基因。人類的tnf-α位于6號染色體，長度為3.6 kb，轉錄翻譯后形成233個氨基酸的單體跨膜前體蛋白（tmTNF），TNF-α轉移酶將胞質尾區的157個氨基酸水解后，剩余的76個氨基酸形成可溶性單體蛋白（sTNF），而后tmTNF和sTNF分別聚集形成有活性的同源三聚體[7-8]。TNF-α包括4個外顯子和3個內含子，大部分TNF-α由第4個外顯子編碼，外顯子1和2主要包含前導肽序列。TNF-α由多種免疫細胞產生，以激活的巨噬細胞為主，此外還有T淋巴細胞、B淋巴細胞、自然殺傷細胞、樹突細胞以及單核細胞等；在中樞神經系統，TNF-α主要由小膠質細胞和星形膠質細胞產生。

1.2 TNFR sTNF-α以及tmTNF-α分別與相應的受體TNFR1（p55，CD120a）和TNFR2（p75，CD120b）結合，進而激活相應的下游通路，發揮生物學功能。盡管TNFR1和TNFR2都是胞外區富含半胱氨酸的Ⅰ型跨膜糖蛋白，但兩者在表達模式、配體親和力、胞質尾區結構以及下游通路的激活途徑不盡相同。TNFR1在胞質區有死亡結構域（death domin，DD），主要作用是誘導細胞凋亡；而TNFR2不包含胞外的死亡結構域，而是包含TIM結構域（T-cell immunoglobulin and mucin domain），主要通過與死亡因子受體相關因子（TRAF）結合，介導細胞激活和生存的信號通路[9-10]。在小鼠模型中，TNFR1在灰質神經元中高度表達，尤其在沿微管相關蛋白樹突的索狀結構處，此外在白質的星形膠質細胞和少突膠質細胞中也高水平表達；在尸檢中TNFR1在神經元和髓鞘化的少突膠質細胞上表達，與髓鞘相接觸的小膠質細胞、巨噬細胞或星形膠質細胞表達TNF-α，從而通過TNFR1對髓鞘環免疫。TNFR2在白質中星形膠質細胞高度表達，在少突膠質細胞以及少突膠質細胞前體細胞中也表達，在尸檢中TNFR2主要在星形膠質細胞以及小膠質細胞中表達。由此可見，TNFR1和TNFR2均存在于少突膠質細胞中，并在其功能調節中發揮作用[9]。

2 TNF-α/TNFR在MS中的作用

臨床觀察表明，MS患者腦髓液中TNF-α的表達水平顯著升高，峰值與磁共振探測到的病變部位呈正相關，并且慢性進展型患者腦脊髓液中TNF-α的表達水平顯著高于穩定型患者[11]。擴展殘疾狀況評分（expanded disability status scale，EDSS）是臨床上常用的MS評估量表，在慢性進展型MS患者中，TNF-α與EDSS有密切關系，隨著TNF-α水平升高，EDSS的療效指數增加，患者的預后變差[12]。

2.1 sTNF-α和TNFR1在脫髓鞘中的作用 在雙環己酮草酰二腙（cuprizone）誘導的腦胼胝體脫髓鞘小鼠模型中，無論是在脫髓鞘期還是髓鞘再生階段TNF-α的表達量都升高，并且TNF-α陽性細胞的數量也增加，提示TNF-α與髓鞘脫失和再生都有關。但是，在TNF-α–/–小鼠中，髓鞘的缺失和再生都沒有發生明顯的改變，僅在發病初期髓鞘脫失有所減輕，而在最后還會完全脫失；雖然少突膠質細胞積累的數量并沒有發生變化，但是少突膠質細胞的凋亡數量減少。這說明，TNF-α與少突膠質細胞的增殖以及募集沒有關系，可能通過促進少突膠質細胞凋亡在急性脫髓鞘階段加劇病情[5]。而sTNF-α信號通路主要介導細胞凋亡，Fas相關死亡域蛋白（Fas-associated with death domain protein，FADD）在sTNF-α信號通路的表達中有重要作用，體外實驗中基因敲除FADD的少突膠質細胞可以完全抵抗死亡受體調節的細胞凋亡。在實驗性自身免疫性腦脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）小鼠模型中，敲除少突膠質細胞中的FADD可以顯著改善小鼠的臨床指標[13]。這表明sTNF-α信號通路在多發性硬化中可能起負面作用。Xpro1595是一種新型的先導分子，能迅速與sTNF-α三聚體中的亞基交換，使sTNF-α失去活性，中斷sTNF-α信號通路，但對tmTNF-α沒有作用[14]。Xpro1595處理組的EAE小鼠，臨床指標良好，前后肢均無癱瘓的現象，軸突保護力好，髓鞘再生數目多，髓鞘脫失數目少，髓鞘疏松程度較輕。因此，在EAE的起始階段主要是sTNF-α通過死亡受體調節少突膠質細胞的凋亡，放大了炎癥反應，最終導致軸突的損傷和神經元的凋亡[9]。

TNFR1在同一個細胞中可以觸發2種相反的反應，即促進細胞生存和加速細胞凋亡。促進細胞生存的途徑主要是通過核因子（NF）-κB信號通路，而促進細胞凋亡的通路主要通過腫瘤壞死因子受體相關死亡結構域（TRADD）募集Fas相關死亡結構域（FADD）[15]。受體相關蛋白1(receptor-interacting protein-1,RIP1)、RIP3以及細胞凋亡蛋白酶原8形成死亡復合體Ⅱ[16]，調節細胞凋亡蛋白酶8（caspase 8）以及隨后的caspase 3和caspase 7的活化，從而引起細胞凋亡。在FADD缺乏或者caspase 8受到抑制時，RIP1和RIP3組成凋亡復合體，通過釋放多種促進凋亡的信號，導致細胞發生凋亡[17-18]。抗原呈遞細胞如樹突細胞向T細胞呈遞抗原，導致效應T細胞大量增殖，后者可以通過被破壞的血腦屏障，分泌TNF-α，激活星形膠質細胞和小膠質細胞，生成一氧化氮和谷氨酸，引起少突膠質細胞和神經細胞的損傷[19-20]。因此，sTNF-α可以通過啟動死亡受體信號通路來損傷少突膠質細胞以及神經細胞，從而加重多發性硬化病的病情。

2.2 TNFR2在髓鞘再生中的作用 在cuprizone誘導的腦胼胝體脫髓鞘模型的研究中發現，TNFR2在少突膠質細胞前體細胞的再生及分化中有重要作用[5]，而其調節再生的機制還不明確。TNF-α可誘導趨化因子CXCL12的表達，趨化白細胞進入中樞神經系統并且調控少突膠質細胞的分化。血管周圍的星形膠質細胞和小膠質細胞都表達CXCL12，從而使浸潤的白細胞局限在血管周圍，并且可以促進少突膠質母細胞的成熟。在cuprizone誘導的脫髓鞘模型中，少突膠質細胞的凋亡導致小膠質細胞和星形膠質細胞的激活，小膠質細胞產生TNF-α，星形膠質細胞中活化的TNFR2誘導CXCL12的表達，CXCL12又激活CXCR4，導致少突膠質前體細胞增殖并分化形成可髓鞘化的成熟少突膠質細胞。因此，TNFR2可以通過加強少突膠質前體細胞增殖和分化來增加少突膠質細胞的數量，并形成髓鞘保護軸突，對MS有積極的作用[21]。

雖然動物模型和體外實驗關于TNF-α在髓鞘損傷以及再生中的作用取得了很多進展，但仍有許多問題尚不明了。例如，在MS進展期雖有少突膠質細胞的聚集，都沒有髓鞘再生的出現[22]。此外，TNFR2主要在少突膠質細胞表面表達[23]，但其通過何種機制保護少突膠質前體細胞仍未知。隨著有關TNF-α/TNFR通路的深入研究，將為闡明髓鞘損傷與再生的機制提供更多的分子學依據，也將為藥物開發提供新的思路。

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（2014-05-20收稿 2014-07-14修回）

（本文編輯 魏杰）

The Research Progress of Tumor Necrosis Factor Alpha in Multiple Sclerosis and Remyelination

LEI Xudan,XU Fei,LI Yuhao△
Key Laboratory of Tumor Microenviroment and Neurovascular Regulation,School of Medicine of Nankai University, Tianjin 300071,China
△

E-mail:liyuhao@nankai.edu.cn

Tumor necrosis factor(TNF)-α is a pleiotropic inflammatory cytokine,which is produced chiefly by activated macrophages.Two forms of TNF-α,soluble and transmembrane,can bind tumor necrosis factor receptor(TNFR)1 or TNFR2,respectively.Recently,a concept has emerged that TNF-α/TNFR pathway plays an important role in the pathogenesis of multiple sclerosis and remyelination.TNFR1 induces death of oligodendrocytes via death receptor-mediated apoptosis, which leads to demyelination or other neurodegenerative changes.However,TNFR2 has a positive effect on multiple sclerosis.It facilitates the proliferation and differentiation of oligodendrocyte precursor cells,thus promoting remyelination.

tumor necrosis factor-alpha;receptors,tumor necrosis factor;multiple sclerosis;myelin sheath;remyelination;review

R744.5

A

10.3969/j.issn.0253-9896.2014.11.027

國家科技支撐計劃項目（2012BAI08B06）；國家自然科學基金資助項目（81301080）；教育部留學回國啟動基金（[2012]1707）

南開大學醫學院、天津市腫瘤微環境與神經血管調節重點實驗室（郵編300071）

△通訊作者 E-mail：liyuhao@nankai.edu.cn