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TRAIL诱导细胞死亡及其耐药机制研究进度

来源:www.timetimetime.net 时间:2019-10-03 编辑:思考

1 TRAIL及其受体

1.1 TRAIL/Apo-2LTRAIL/Apo-2L是33-35 kD II型跨膜蛋白,由281个氨基酸残基组成。细胞外羧基端的高度保守的TNF同源域(THD)与三聚体的形成有关。在生理条件下,TRAIL/Apo-2L分子以完全的膜结合形式存在于免疫效应细胞(例如T细胞)的膜上,或者被磷酸尿酰磷酸腺苷(uPA)以截短的可溶性残基形式释放(114- 281)。两种形式都具有生物活性,可以与死亡受体形成三聚体,并被锌离子稳定,从而可以诱导细胞凋亡。

1.2 TRAIL受体属于TNF受体超家族,分为三种类型:

(1)死亡受体:由468个和411个氨基酸残基组成的I型跨膜蛋白,包括TRAIL-R1/DR4和TRAIL-R2/DR5,具有58%的一致性,并在体内广泛分布。它们两者在细胞外结构域和死亡结构域(DD)中均具有两个与细胞内结构域中的TNFR和Fas同源的富含半胱氨酸的伪重复序列。

(2)诱饵受体:包括TRAIL-R3/DcR1和TRAIL-R4/DcR2。 DcR1是由299个氨基酸残基组成的I型跨膜蛋白。它的细胞外结构域类似于DR4和DR5。有两个富含半胱氨酸的序列,没有跨膜和细胞内区域,只有一个糖基磷脂酰肌醇(GPI)附着在细胞表面。因此,它与TRAIL结合后不会诱导凋亡。 DcR2是由386个氨基酸残基组成的I型跨膜蛋白,具有跨膜区和DD的一个片段,该片段被切割且不传递凋亡信号。

(3)骨保护素(OPG):TRAIL的第三个诱饵受体,是由401个氨基酸残基组成的细胞外可溶性受体,对TRAIL的结合能力较弱,并抑制TRAIL诱导的细胞凋亡。死。

2 TRAIL诱导细胞死亡的机制

2.1 TRAIL诱导的凋亡TRAIL结合功能受体DR4/DR5并激活形成三聚体。通过DD相互作用,Fasossociated Death Domain(FADD)被募集到受体,然后通过FADD。死亡效应子结构域(DED)将胱天蛋白酶(caspase-8/10前体)募集到受体复合物中,形成诱导死亡的信号复合物(DISC)。前半胱天冬酶8/10在DISC中自我剪切以形成活性半胱天冬酶8/10并释放到细胞质中,激活下游半胱天冬酶信号传导级联并诱导凋亡。由于内源性半胱天冬酶抑制剂中X连锁的凋亡抑制蛋白(XIAP)的表达极大地影响了DISC中半胱天冬酶的激活,因此根据半胱天冬酶激活的程度和时间来划分细胞。 I型和II型。在I型细胞中,caspase-8/10被完全激活,而被XIAP抑制较少,XIAP直接激活了caspase的作用(caspase-3/6/7),这是一种诱导凋亡的外在途径。在II型细胞中,XIAP表达仅允许形成少量活性caspase-8/10,需要激活线粒体介导的内在途径(内在途径):少量活性caspase-8/10分裂BH3-仅蛋白质(含BCL -2抑制性BH3结构域的蛋白质,BID)形成tBID(截短的BID),将tBID转运至线粒体,激活BAX(Bcl-2相关X蛋白)和BAK(Bcl-2拮抗剂1),并诱导凋亡线粒体释放之前的因素。 (例如细胞色素c,SMAC/DIABLO,HTRA2/Omi)进入细胞质,细胞色素c,细胞质中的凋亡蛋白激活因子1(APAF-1)和前胱天蛋白酶9活化小球,后者激活了另一个起始胱天蛋白酶 caspase-9进一步激活caspase-3/7的作用,引起细胞凋亡。 SMAC/DIABLO的释放抑制XIAP活性并进一步促进细胞凋亡。

2.2追踪和自噬

2.2.1自噬双面自噬是细胞自我降解的过程,是肿瘤细胞的细胞防御机制和程序性死亡机制。近年来,自噬在trail引起的肿瘤耐药中发挥了重要作用。

2.2.1.1抑制自噬增强trail的抗肿瘤活性研究发现乳腺癌细胞长期暴露于trail中,自噬增强,导致耐药。trail与自噬抑制剂氯喹联用治疗trail耐药乳腺癌时,可以逆转这种耐药,使细胞对trail敏感,从而增强抗肿瘤作用。烟酸作用于人结肠癌细胞株hct-116时,激活自噬流,使细胞摆脱trail引起的线粒体膜电位紊乱和细胞死亡。提示抑制自噬可增强trail的抗肿瘤活性。

2.2.1.2自噬激活增强TRAIL抗肿瘤活性自噬激活也增强TRAIL抗肿瘤活性。例如,查尔酮衍生物查尔酮-24(chal-24)通过激活肺癌细胞自噬,导致c-flipl和c-iaps降解,增强trail的抗肿瘤活性。在甲状腺癌中,自噬增加使trail敏感的tpc-1细胞对trail更敏感,产生更好的抗肿瘤作用;而对于trail耐药的fro细胞,自噬的抑制使其对trail敏感,如果封闭trail敏感细胞的自噬降低了trail敏感细胞对trail的敏感性。因此,trail诱导的细胞凋亡需要维持必需的自噬水平。

2.2.2自噬与TRAIL介导的细胞凋亡的机制

2.2.2.1自噬体和p62蛋白的积累TRAIL激活TRAIL耐药细胞中的自噬流,导致p62降解并抑制caspase-8激活,但是在TRAIL敏感细胞中,TRAIL抑制自噬流,从而导致caspase-8激活。和凋亡。研究表明,在自噬的不同阶段抑制自噬可导致TRAIL敏感性前列腺癌PC3细胞中TRAIL诱导的细胞死亡产生不同的结果:在将LC3与自噬体膜结合之前使用3-甲基。腺嘌呤抑制自噬,从而阻止p62的聚合和caspase-8的活化,从而抑制细胞死亡。使用CQ抑制自噬体降解不会影响TRAIL诱导的PC3细胞死亡。这表明在不存在自噬降解的情况下,自噬体和p62蛋白聚合物的积累对于TRAIL诱导的细胞死亡至关重要,并且在TRAIL敏感的细胞中自噬降解可能受到抑制。

2.2.2.2活性caspase-8的自噬溶酶体降解caspase-8的自噬溶酶体降解被认为是自噬和TRAIL诱导的细胞凋亡的中间机制[10]。例如,TRAIL导致DNA损伤,PARP被激活,并且发生HMBG1 PARylation。 HMBG1迁移到细胞质以结合BECN-1,启动自噬,减弱caspase-8活性,产生TRAIL抗性,并抑制PARP1-HMGB1途径。减少自噬,从而增加TRAIL诱导的细胞凋亡。因此,TRAIL耐药细胞耐药的原因之一是由不同途径引发的自噬导致活性caspase-8自噬丧失与TRAIL介导的细胞凋亡之间的机制。

2.2.2.3 Beclin 1与Survivin之间的相互作用Beclin 1与Survivin之间的相互作用可能是自噬与凋亡之间的另一潜在机制。实验表明,Beclin 1的抑制下调survivin,使神经胶质瘤细胞对TRAIL诱导的凋亡敏感,并在引入survivin时抵抗这种敏化作用,表明survivin的下调增强了细胞对TRAIL的敏感性,从而诱导凋亡。

2.3当使用caspase抑制剂抑制caspase活性时,trail诱导细胞坏死,trail虽然不能诱导凋亡,但却诱导受体反应蛋白激酶(ripk)介导的细胞死亡,称为程序性坏死,这种类型的细胞死亡取决于尸体的激活。当caspase-8被删除或抑制时,ripk1和ripk3被rip同型相互作用基序(rhim)连接形成死亡小体。RIPK3激活死亡小体中的自磷酸化,招募和磷酸化混合谱系。混合型谱系激酶样(mlkl)引起mlkl的构象改变,但其诱导凋亡坏死的分子机制尚不完全清楚。研究表明,mlkl可能参与破坏和调节细胞膜孔的变形。

2.4 TRAIL调节巨噬细胞,树突状细胞,T细胞和NK细胞中TRAIL的表达,并在自身免疫疾病,细菌和病毒感染以及肿瘤代谢的免疫监视中发挥重要作用。 TRAIL通过NF-κB途径诱导趋化因子CXCL2,CCL4和CCL20的分泌。这些趋化因子在生理环境中募集白细胞并调节炎症。 TRAIL/TRAIL-R途径涉及免疫系统的调节和稳定。例如,在大脑中,TRAIL-DR5信号传导通路调节缺氧组织缺血后的炎症,神经元增殖和分化以及脑损伤。 TRAIL受体缺乏的大鼠更有可能发生DSS诱发的结肠炎和与结肠炎相关的癌变。在结肠炎期间,免疫细胞明显浸润。在结肠上皮细胞中也观察到过活化的Janus激酶和NF-κB,两者均与严重的结肠炎有关。随着对TRAIL与免疫系统之间关系的不断研究,TRAIL的另一种完全矛盾的作用逐渐被发现,即TRAIL可损害正常细胞。发现慢性重症肝炎患者外周血中的NK细胞可以高度表达尾迹,并对正常的人肝细胞产生毒性。同时,患者血清和肝脏中存在丰富的炎性细胞因子(IL-6,IL-8),可以进一步增强尾迹的表达和外周血NK细胞的活化。因此,在IL-6/IL-8中,在TRAIL的刺激和NK高表达介导的肝毒性作用下,正常肝细胞对TRAIL诱导的细胞凋亡越来越敏感,从而导致肝损伤。

3 TRAIL的耐药机制

3.1 TRAIL功能性受体的缺失与TRAIL受体的缺失密切相关。在许多类型的癌细胞中发现了DR4和DR5功能缺失。自噬细胞对DR的吞噬作用导致TRAIL耐药。例如,在抗TRAIL的乳腺癌细胞AU565和BT474中,自噬体较高。 DR4和DR5共同连接到噬菌体表面上的LC-3B,导致膜表面上的DR4/DR5减少,从而导致耐药性。当使用3-MA破坏背景噬菌体的形成时,DR4/DR5被释放到膜表面,这增强了TRAIL耐药细胞对TRAIL的敏感性。相反,在对TRAIL敏感的乳腺癌细胞MDA-MB-231中,膜表面上的DR4/DR5较高,并且缺乏背景自噬。当溶酶体活性被博来霉素A1抑制时,细胞的自噬体积会累积,这会降低膜表面上DR4/DR5的含量,从而降低细胞对TRAIL的敏感性。 DR的表达和分布可以通过转录调控和翻译后修饰调控。转录因子p53,CHOP,NF-κB,AP-1,FOXO 3和Sp-1可以上调DR,而转录因子GLI-3和YYI可以分别下调DR4和DR5。在某些癌细胞中,DR可以在翻译后修饰过程中被噬菌体,核膜捕获或保留在内质网/高尔基体中,导致细胞表面受体的丢失,从而导致耐药性。另外,Ras GTPase途径也可以调节DRs的表达。 Ras家族包括H-Ras,K-Ras和N-Ras,它们位于EGFR的下游。在TRAIL耐药细胞中,仅H-Ras过度表达,H-Ras的功能性敲低可以增加表面DR4/5的表达并提高TRAIL耐药细胞对TRAIL的敏感性。

3.2 TRAIL诱导细胞凋亡途径的负调控因子

3.2.1拮抗受体 DcR1/DcR2/OPG细胞内DcR1,DcR2和OPG受体可以抑制TRAIL诱导的凋亡途径并产生耐药性。由于缺乏功能域DD,这三种拮抗受体表现出不同的抑制特性。 OPG是最弱的抑制剂,它对TRAIL的亲和力较低,并且在一定程度上表现出与DRIL/DR4/TRAIL的竞争性结合,从而抑制细胞凋亡。 DcR1/DcR2对TRAIL具有更高的亲和力。 DcR1的C端具有GPI结构,位于脂质筏中。当TRAIL被刺激时,它不能与DR4/DR5形成异源多聚体。因此,DcR1也竞争性结合TRAIL。抑制TRAIL诱导的细胞凋亡; D c R 2可以在非脂质痰液区域共收集DR4/DR5,形成异源多聚体复合物,但DcR2缺少DD结构域,因此其募集是由空间介导的。阻止caspase-8的激活。

3.2.2 sigma 1受体sigma1受体(Sig1R)是一种小分子跨膜蛋白,位于内质网膜中,充当调节配体的伴侣,并参与TRAIL诱导的细胞凋亡。在前列腺癌细胞中,较高水平的Sig1R可使细胞对TRAIL具有更高的抵抗力,因此Sig1R是TRAIL诱导的细胞凋亡的重要介体。

3.2.3 c-FLIP同源物在TRAIL耐药细胞中,过度表达细胞型Fas相关死亡域样IL-1β转化抑制蛋白(c-FLIP)。 c-FLIP是caspase-8/10的主要阴性同源物,具有两个caspase-8/10的DED,可被TRAIL DISC募集,并且c-FLIP的长链形式包含caspase样结构域。 caspase缺乏催化活性会抑制caspase-8链的形成,自我加工和激活,因此c-FLIP同源物主要抑制TNF诱导的细胞凋亡。

3.2.4 II型细胞中Bcl-2抗凋亡蛋白和凋亡抑制蛋白,Bax或B细胞淋巴瘤2(Bcl-2)抗凋亡蛋白家族成员的缺失,例如Bcl-2,Mcl的过表达-1和Bc-xL抑制线粒体凋亡途径并产生耐药性。 XIAP等凋亡蛋白(IAP)抑制剂可以存活,而cIAP则可以抑制TRAIL诱导的I型和II型细胞凋亡。

3.3生存信号通路调节TRAIL诱导的细胞凋亡。包括MAPK,NF-κB和PI3K-PKB/Akt在内的非凋亡途径可以增加不同种类的正常/癌细胞的增殖,存活,迁移,侵袭或发炎的能力,从而产生TRAIL抗性。 TRAIL激活的MAPK信号通路涉及可溶性第二种复合物的形成。 MAPK主要包括三个不同的成员:细胞外信号调节激酶(ERK),c-Jun氨基末端蛋白激酶(JNK)和p38促丝裂原活化蛋白激酶(p38 MAP激酶)。 ERK是第一个被发现参与阻止TRAIL诱导的细胞凋亡的MAPK成员。它们可以抑制ERK通路,下调Mcl-2蛋白并使结肠癌细胞对TRAIL敏感。 P38 MAP激酶被认为是细胞因子调节酶。 JNK涉及细胞增殖和凋亡。 TRAIL通过受体相互作用蛋白激酶1(RIPK1)和TNF受体相关因子2(TRAF2)诱导JNKs。 ERK,JNK和p38的激活取决于细胞类型,而TRAIL受体,c-FLIP和Bcl-2家族蛋白的表达受转录依赖性或非依赖性方式的调节,从而影响尾迹诱导的细胞凋亡。NF-κB是一种核转录因子,已在TRAIL耐药细胞中表现出NF-κB依赖性炎症表型,增强了NF-κB信号转导TRAIL诱导的细胞凋亡并改善了肿瘤转移和侵袭的能力。在TRAIL敏感的细胞中,caspase-8受体相互作用蛋白1(RIP1)阻断NF-κB活性并启动TRAIL诱导的凋亡,但是如果细胞持续暴露于低浓度的TRAIL中,活化的NF-κB会不断积累,从而增加miR21/30C/100产生,进一步下调caspase-8/TRAF-7/caspase-3/FoxO3a,导致NF-κB信号增强,从而建立正反馈。该环产生TRAIL抗性和上皮-间质转化。 TRAIL诱导的JNKs和NF-κB通路的激活分为两个阶段:早期阶段和延迟阶段。早期由TRAF2/cIAP1介导的RIP1泛素化激活,这是由胱天蛋白酶介导的MEKK1分裂和激活产生的。 cFLIP的过表达促进早期阶段,但抑制延迟阶段。当在RIP1或TRAF2缺陷细胞中稳定表达cFLIP时,发现细胞对凋亡具有抗性,但无法激活NF-κB。 Bcl-2的过度表达促进了两个阶段。这些是TRAIL激活JNK和NF-κB途径的机制的很好解释[22]。 PI3K-PKB/Akt途径的激活还涉及TRAIL抗性。PI3K磷酸化和激活Akt,而激活的Akt则使一系列底物磷酸化,从而导致转录水平上调或依赖磷酸化的基因(如c-FLIP,Bcl-2,Mcl-1或XIAP)存活,最终导致对TRAIL的抵抗。结肠癌细胞中PI3K/Akt途径的抑制可使细胞对TRAIL敏感。

4 TRAIL联合策略由于肿瘤细胞类型不同,存在多种TRAIL耐药机制。因此,TRAIL联合疗法的策略也是多样且针对性强的,并且根据特定细胞的特异性耐药机制,还可以选择与TRAIL组合的药物或化合物作为目标,大致可分为以下几类

(1)增加功能性受体DR4/DR5表达的药物或死亡受体激动剂抗体:例如曲格列酮(TGZ)。

(2)c-FLIP抑制剂或在DISC水平激活caspase-8的药物。

(3)Bcl-2,Mcl-1,Bc-xL抑制剂或IAP拮抗剂是存活的抑制剂。

(4)组蛋白脱乙酰基酶抑制剂(HDACi):如丙戊酸。

(5)与自噬有关的药物:例如氯喹,姜油和油质黄质。

(6)与抑制NF-κB和MAPK信号通路有关的药物:如化合物YM155,aplysin。 (7)常规化疗药物:喜树碱,阿霉素,5-氟尿嘧啶,伊立替康,紫杉醇等。

(8)热激蛋白90抑制剂:如NVP-AUY922。

(9)其他:高烧可以增强每种癌细胞系对TRAIL诱导的细胞死亡的敏感性。已经提出温和的热休克疗法可以通过引起c-FLIP降解或激活线粒体凋亡途径来恢复Fas配体或TRAIL诱导的。细胞凋亡。通常,药物通过多种途径对耐药产生抗性,从而与TRAIL共同产生抗肿瘤作用。例如,shogaol通过增加DR5和促凋亡蛋白Bax的表达并降低抗凋亡蛋白的生存表达来克服结肠癌细胞对TRAIL的抵抗力。

5个前景

目前,TRAIL诱导的细胞死亡及其耐药机制的研究取得了很大进展。同时,随着这些机制的改进,其结合策略具有更多发现,这将促进TRAIL的采用。临床研究。然而,由于肿瘤细胞的多样性,TRAIL抗性机制是多样的,并且仍然不可能找到一种或几种可以广泛用于肿瘤治疗的组合药物,以及在TRAIL介导的细胞凋亡和自噬之间。复杂的关系还需要进行更深入的研究,以发现中间的相关机制。将来,这些问题的解决将加快TRAIL药品营销的步伐。

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