腫瘤壞死因子-α誘導蛋白8樣蛋白家族對炎癥和腫瘤的調控作用及其機制研究進展

顧正忠，孫鵬達，王志成，王旭東

吉林大學第二醫院胃腸營養及疝外科，長春 130041

慢性炎癥是腫瘤發生發展的因素之一[1]。細胞炎癥可由多種因素引起，包括藥物、酒精、病原微生物感染及環境毒素。細胞機制揭示慢性炎癥能夠激活細胞因子和趨化因子，增強炎癥過程，它們參與腫瘤的發生發展[2-3]。目前已知腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的生成、失調與多種人類疾病的發生相關，包括阿爾茨海默癥[4]、炎癥性腸病[5]、糖脂代謝紊亂[6]和癌癥[7]。抑制TNF-α介導的炎癥和凋亡相關生物分子因其與耐藥相關而在癌癥治療中發揮重要作用。重要的是，TNF-α與腫瘤壞死因子受體1型（tumor necrosis factor receptor-1，TNFR-1）和腫瘤壞死因子受體2型（tumor necrosis factor receptor-2，TNFR-2）結合[8]，激活核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）途徑，誘導腫瘤壞死因子-α誘導蛋白8樣蛋白（TNF-α-induced protein 8 like，TNFAIPL/TIPE）表達，包括腫瘤壞死因子-α誘導蛋白 8（TNF-α-induced protein 8，TNFAIP8）、TNFAIP8 樣 蛋 白 1（TNFAIPL1/TIPE1）、TNFAIP8樣蛋白 2（TNFAIPL2/TIPE2）和 TNFAIP8樣蛋白3（TNFAIPL3/TIPE3）。研究表明，TNFAIP8和TIPE3促進細胞存活和耐藥，是細菌感染的危險因素[9]，有著促進癌癥發生發展的作用[10]，而TIPE1和TIPE2與細胞凋亡相關，起到抑癌作用[11-12]。TIPE2還有著調節炎癥的作用，其種系缺失可導致老年129系小鼠發生全身炎癥[13-14]。TIPE家族在結構上高度同源，顯示出約54%的氨基酸序列同源性和約75%的氨基酸序列相似性[15]，在機制上TIPE蛋白在參與趨化作用的分子信號中表現出顯著重疊[16]，TIPE信號的改變影響著炎癥、腫瘤的發生及發展，然而，各成員在人類癌癥中扮演著高度不同的角色。本文綜述了TIPE信號改變后小鼠的表型表現，以及TIPE蛋白調節炎癥和腫瘤的細胞信號機制。

1 TNFAIP8是細胞凋亡的負調控因子

TNFAIP8最初發現于轉移性頭頸鱗狀細胞癌細胞系，是第一個被發現的TIPE家族蛋白[17]。TNFAIP8在大多數人體組織中都有表達，但許多器官中其mRNA表達水平與蛋白表達不一致，人類蛋白質圖譜數據表明，TNFAIP8mRNA和蛋白的表達主要存在于骨髓、免疫系統、胃腸道、肺和脂肪組織[18]。在男性中，附睪、精囊、睪丸和前列腺組織中均有中等水平的mRNA表達。在女性中，TNFAIP8mRNA和蛋白在輸卵管、宮頸和子宮內膜中均有表達。在許多人體組織中，如胰腺、唾液腺、甲狀腺、腎臟、肝臟和卵巢，都發現了較低水平的mRNA和無法檢測到的蛋白表達。

TNFAIP8是細胞凋亡的負調控因子，具有致癌性。與載體轉染細胞相比，TNFAIP8在宮頸癌HeLa細胞中的過表達減少了凋亡細胞數量，并能誘導腫瘤細胞對順鉑耐藥，這表明TNFAIP8是一種抗凋亡分子[19]。在乳腺癌MDA-MB-435細胞中過表達TNFAIP8可增強細胞增殖及致瘤性，并通過上調Ⅰ型膠原蛋白提高細胞遷移能力[20]。TNFAIP8還可通過促進血管內皮生長因子受體-2（vascular endothelial growth factor receptor-2，VEGFR-2）、基質金屬蛋白酶1（matrix metalloproteinase 1，MMP1）和基質金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP9）的表達增強MDA-MB-435細胞的遷移[21]。在乳腺癌患者中，高水平TNFAIP8組與低水平TNFAIP8組相比，腫瘤惡性程度較高，患者生存時間較短[22]。在前列腺癌中，TNFAIP8的缺失可增加抗增殖及凋亡相關基因的表達，例如白細胞介素-24（interleukin-24，IL-24）、酰基-酰基載體蛋白硫酯酶-3（fatty acyl-Acyl carrier protein thioesterase 3，FAT3）、蛛毒素受體2（recombinant latrophilin 2，LPHN2）和促紅細胞生成素肝細胞A3（erythropoietin-producing hepatocellular A3，EphA3），通過誘導自噬促進前列腺癌細胞存活[23]。TNFAIP8缺失還增加脂肪酸氧化基因的表達，降低多個腫瘤基因的表達，如活化T細胞核 因 子 5（nuclear factor of activated T-cells 5，NFAT5）、人肺腺癌轉移相關轉錄本1（metastasisassociated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1）、間充質-上皮轉化（mesenchymal epithelial transition，MET）、叉頭框蛋白 A1（forkhead box protein A1，FOXA1）和鼠類肉瘤病毒癌基因（Kirsten rat sarcoma viral oncogene，KRAS）[10]。另有研究發現TNFAIP8核定位增加及其與核黏附素-α2在細胞核內的相互作用與前列腺癌高復發風險相關[24]。在非小細胞肺癌中，與健康的肺組織相比，腫瘤組織中TNFAIP8mRNA水平更高，且TNFAIP8能通過鼠雙微體基因（murine double minute 2，MDM2）/p53通路促進腫瘤細胞增殖及對順鉑耐藥[25]。TNFAIP8能夠抑制肺微血管內皮細胞和腫瘤細胞內VEGFR-2的表達，同時TNFAIP8失活抑制了轉移相關分子MMP1和MMP9的表達，提示TNFAIP8在肺癌的進展中起著重要作用[21]。TNFAIP8與大腫瘤抑制基因1（large tumor suppressor gene 1，LATS1）相互作用調節肺癌細胞Hippo信號的分子機制被報道，TNFAIP8能夠降低LATS1磷酸化水平，使得Yes相關蛋白（Yes-associated protein，YAP）表達增加，增強了肺癌細胞的增殖和侵襲能力[26]。在肺癌A549細胞中，TNFAIP8變異體2（TNFAIP8 variant-2，TNFAP8-v2）能夠抑制p53基因，并能阻止p53與其靶基因的結合[27]；相對應地，TNFAIP8-v2基因敲除后p53表達顯著增加且與其靶基因結合活躍，使p21表達增加，細胞周期阻滯，細胞DNA損傷，表明TNFAIP8還可通過調節p53的功能而影響肺癌的發展[27]。TNFAIP8在肝癌中的作用尚不明晰，Dong等[28]報道了TNFAIP8在肝癌中可誘導細胞增殖、遷移和侵襲，其作用機制與TNFAIP8通過抑制LATS1磷酸化調節YAP蛋白表達活性而調控肝癌中Hippo信號有關。通過siRNA敲除LATS1或YAP可阻斷TNFAIP的作用，提示TNFAIP8通過LATS1-YAP通路加速肝癌發展[28]。在胃癌中，miRNA-9的表達低于癌旁組織，而miRNA-9的過表達使得TNFAIP8表達降低，導致胃癌細胞體內生長和體外增殖受限，提示TNFAIP8同樣促進胃癌的發生發展[29]。Chen等[30]的研究證實在胃腺癌中，TNFAIP8的高表達與浸潤深度、血管侵犯、淋巴結轉移以及預后不良相關。除了癌癥，Porturas等[31]還揭示了TNFAIP8在感染中的生物學作用，研究表明TNFAIP8通過抑制Ras相關的C3肉毒素底物1（Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1，Rac1）調節單核細胞增生性李斯特菌的感染，TNFAIP8缺陷小鼠對李斯特菌感染抵抗力增強，肝脾的細菌載量減少[31]。

2 TIPE1是細胞凋亡的增強劑

TIPE1在開發出該蛋白的特異性抗體后，于2011年被首次發現。TIPE1在多種組織中表達，包括神經元、肝細胞、肌肉組織、腸上皮細胞和生殖細胞，但在成熟B細胞和T細胞中表達缺失[32]。在肝癌中，TIPE1與Rac1的相互作用能夠抑制p65和c-Jun N端激酶，并激發細胞凋亡蛋白酶（caspase）介導的腫瘤細胞凋亡，TIPE1的表達活性與肝癌淋巴結轉移及患者死亡率相關[11]。在帕金森病模型中，氧化應激促進TIPE1表達，而TIPE1可通過與結節性硬化癥復合體2（tuberous sclerosis complex 2，TSC2）競爭F-box/WD重復序列包含蛋白5（F-box and WD repeat domain containing 5，FBXW5）的結合穩定TSC2，所以TIPE1的過表達可導致TSC2的累積，而TSC2是雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）的負調節因子，引起MTOR表達受限，因此，TIPE1可導致大鼠神經元細胞的自噬與調亡[33]。有研究表明TIPE1異位過表達可通過調控cyclin D1、cyclin B1、caspase 8、caspase 3、MMP2和MMP9的表達，使細胞增殖能力降低，誘導細胞凋亡[34]。在Bal b/c肺癌模型中，TIPE1抑制了移植瘤重量和體積的增長，表明TIPE1能夠抑制肺癌的發生發展[34]。在胃癌的侵襲和轉移中，上皮-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）發揮重要作用，在胃癌中TIPE1介導的WNT/β-catenin信號是將TIPE1與抑制EMT聯系起來的關鍵信號轉導途徑，更為重要的是，MMP2和MMP9被證明參與了EMT，而TIPE1顯著抑制了MMP2和MMP9的表達和活性，這進一步佐證了TIPE1對EMT的抑制作用，TIPE1在胃癌的侵襲和轉移中起著抗腫瘤分子的作用[35]。TIPE1在乳腺癌的發生發展中同樣起著負調控作用，研究表明TIPE1在體內和體外都能抑制乳腺癌細胞的增殖[36-37]。TIPE1通過下調細胞外信號調節激酶（extracellular signal-regulated protein kinase，ERK）通路磷酸化抑制EMT，從而抑制乳腺癌細胞的增殖、侵襲和轉移[36-37]。此外，乳腺癌組織中TIPE1的表達較鄰近正常組織減少，且其表達水平與患者生存期呈正相關，TIPE1可能是一種新的乳腺癌預后指標和乳腺癌治療的潛在靶點[36]。在骨肉瘤研究中，TIPE1通過抑制骨肉瘤細胞中單核細胞趨化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）基因的表達抑制巨噬細胞在骨肉瘤中的浸潤，從而抑制骨肉瘤細胞增殖，起到抗腫瘤作用[38]。此外，在血液系統疾病中，研究人員在RAW264.7細胞中觀察到TIPE1可通過上調B細胞淋巴瘤/白血病-2（B cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）家族促凋亡成員的表達水平，促進RAW264.7細胞凋亡，抑制小鼠體內腫瘤生長[39]。但也有學者提出，TIPE1并不總是在發揮腫瘤負調控作用，在宮頸癌中，TIPE1可與p53結合并通過抑制p53乙酰化而降低其活性，從而提高宮頸癌細胞的致瘤性，促進腫瘤進展，表明TIPE1在宮頸癌的發生發展中起到了致癌基因的作用，TIPE1可能成為宮頸癌治療的一個新的潛在靶點，并可作為預測患者預后的生物標志物[40]。雖然TIPE1被發現的時間不長，但大量的研究表明TIPE1在多種癌癥的發生發展中起到了促進腫瘤細胞凋亡的作用，但也有研究顯示TIPE1在宮頸癌模型中起到了促進癌癥發生發展的作用，所以未來仍需更多研究進一步探索TIPE1在腫瘤中的具體作用及其作用機制。但總體來說，TIPE1在大多數腫瘤細胞中有著誘導細胞凋亡并抑制腫瘤發生發展的作用。

3 TIPE2是炎癥和免疫的負調控因子

TIPE2是目前研究較多的TIPE家族成員之一，其在2008年被首次報道，其作用主要與炎癥和免疫調節相關。研究表明，TIPE2主要在骨髓和免疫系統中表達，是炎癥和免疫系統的負調節因子[15]，但其在T細胞中表達，而在B細胞中幾乎不表達[41]。在小鼠中敲除TIPE2基因可導致小鼠對Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）發生超敏反應，進而引發多器官炎癥、脾大，甚至死亡[13]。但另有研究表明人組織中的TIPE2表達與小鼠不同，其可表達于大量非造血細胞類型，且表達于分化型鱗狀上皮細胞中，而不在祖細胞中表達[42]。目前已有研究表明TIPE2mRNA在系統性紅斑狼瘡和哮喘患者外周血單核細胞（peripheral blood mononuclear cell，PMBC）中表達降低[43-44]。在這些人類疾病中，TIPE2的下調提高了IL-6、IL-17和IL-21的水平[44]。TIPE2的表達也調節慢性乙型肝炎病毒感染，TIPE2表達下調與病毒載量和血清肝炎標志物呈負相關[45]。在原發性膽道硬化患者的PBMC中觀察到TIPE2同樣表達降低[46]。在心肌缺血/再灌注損傷中，TIPE2抑制核苷酸結合寡聚化結構域蛋白2（nucleotide binding oligomerization domain-2，NOD2），下調促分裂原活化的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）和 NF-κB 信號負調控NOD2介導的炎癥信號[47]。

在癌癥中，TIPE2在肝癌[14]、胃癌[48]、非小細胞肺癌[49]和食管癌[50]中表達降低。但與此同時，在腎癌中觀察到TIPE2表達增高，且與TNM分期呈正相關[51]。在結腸癌組織中同樣觀察到了TIPE2表達與淋巴結轉移和癌癥Duke分期呈正相關[52]。在肝癌細胞中敲除TIPE2可激活Ral和蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，也稱AKT）信號，增強細胞抵抗力及遷移能力，并促進失調外囊復合體的形成，相對應地，過表達TIPE2可誘導肝癌細胞調亡，并能抑制Ras誘導的腫瘤發生[14]。在胃癌細胞中，TIPE2還可通過上調N-Ras和p27表達水平以及抑制AKT與ERK1/2信號轉導減弱細胞增殖能力，抑制細胞生長，誘導凋亡[48,53]。在非小細胞肺癌中，TIPE2可通過降低Rac1活化以及VEGF表達抑制腫瘤血管生成，減弱腫瘤細胞的侵襲能力[49]。有臨床研究表明TIPE2還可通過MTOR信號通路誘導腫瘤細胞自噬減少非小細胞肺癌中順鉑耐藥的發生[54]。TIPE2在食管癌的發生發展中通過抑制WNT/βcatenin信號通路起負調控的作用也有報道[50]。

TIPE2與caspase 8結合并激活caspase 8，促進Fas誘導的細胞凋亡，抑制NF-κB激活caspase 1[13,52]。在調節性T細胞中敲除TIPE2可降低細胞表面分子細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白4（cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4，CTLA-4）、叉頭框蛋白3（forkhead box P3，FOXP3）和抗炎細胞因子的表達水平，如IL-10和轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）[55]。這些修飾可導致IL-2的失調，增強活化T細胞的NF-κB活性以及促進T細胞的增殖和分化[56]。類似地，在TIPE2基因敲除的髓樣細胞中，多肌苷酸-多胞苷酸可導致下游細胞因子介導的TIPE2表達下調[57]。此外，研究顯示TIPE2是miRNA-21抑制T細胞凋亡的分子橋梁，而miRNA-21被發現是NF-κB的直接靶點，從而能夠降低TIPE2的表達，導致細胞凋亡抵抗發生[58]。

TIPE2也是TLR誘導的吞噬和氧化爆發的負調控因子，敲除TIPE2基因的小鼠對銅綠假單胞菌感染的抵抗力增強[59]。TIPE2也可能是動脈粥樣硬化形成的負調節因子，因為TIPE2抑制平滑肌的增殖與分化，TIPE2缺失則能促進新生內膜的生成[60]。此外，在氧化型低密度脂蛋白（oxidized low density lipoprotein，OX-LDL）的刺激下，敲除TIPE2基因的巨噬細胞氧化應激增強，促炎因子釋放增加，JNK、NF-κB和p38信號增強[61]。與這一發現相吻合的是，對骨髓中缺乏TIPE2的LDLR（?/?）小鼠喂食高脂飲食加重了動脈粥樣硬化的形成，OX-LDL下調了TIPE2mRNA的表達[61]。在RAW264.7細胞中阿托伐他汀能夠增強脂多糖介導的TIPE2表達，使得下游炎性介質表達減少，包括一氧化氮合酶和NF-κB[62]。

4 TIPE3是脂質第二信使的致癌轉移蛋白

TIPE3主要在分泌型上皮組織中表達，其生物學作用尚不明晰。目前少數研究表明TIPE3是一種致癌分子，TIPE3表達增加存在于結腸癌、非小細胞肺癌、乳腺癌、食管癌、胃癌和惡性膠質瘤，敲除TIPE3基因可以抑制腫瘤增殖，而其過表達則可增強腫瘤的增殖和侵襲[63-64]。TIPE3調節磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/AKT信號，PI3K可以將磷脂酰肌醇二磷酸（phosphatidylinositol bisphosphate，PIP2）轉化為磷脂酰肌醇三磷酸（phosphatidylinositol trisphosphate，PIP3），起到信號轉導作用。研究表明，TIPE3將PIP2和PIP3穿梭到質膜上，可以增強PI3K介導的信號轉導，從而促進腫瘤的發生發展[65]。在胃癌發生發展中，TIPE3激活PI3K/AKT通路提高腫瘤細胞增殖和遷移能力[66]。TIPE3可通過激活AKT和NF-κB信號促進乳腺癌的轉移[67]。TIPE3還可通過抑制p38磷酸化以及負調節p38-MAPK通路抑制腫瘤細胞凋亡，促進惡性膠質瘤發展[68]。但也有報道顯示TIPE3能顯著抑制鼻咽癌細胞增殖、遷移和侵襲[69]。

5 小結與展望

TIPE家族代表了十多年前發現的一個全新蛋白質組。組織表達分析表明這些蛋白之間存在一定的相似性和差異性，TNFAIP8和TIPE1是表達最廣泛的家族成員，存在于多種類型組織中，而TIPE2和TIPE3分別在鱗狀上皮細胞和分泌型上皮細胞中優先表達。研究表明TNFAIP8和TIPE3促進細胞存活和耐藥，是細菌感染的危險因素，有著促進癌癥發生發展的作用，而TIPE1和TIPE2與細胞凋亡相關，起到抑癌作用，TIPE2還有著調節炎癥的作用。但就現有研究來看，對TIPE蛋白質家族的了解仍不夠全面，需要進一步去探索TIPE蛋白質家族的未知奧秘。了解TIPE蛋白質家族的結構、功能及其作用機制，對預防和治療包括惡性腫瘤和自身免疫性疾病在內的廣泛的人類疾病具有極其重要的意義。