1975年E.A. Carswell等人發現接種卡介苗的小鼠注射細菌脂多糖後，血清中出現一種能使多種腫瘤發生出血性壞死的物質，將其命名為腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF)。八十年代人們發現其在消耗症中起了重要作用，又稱惡液質素。TNF主要由活化的巨噬細胞，NK細胞及T淋巴細胞產生。1985年Shalaby把巨噬細胞產生的TNF命名為TNF-α，把T淋巴細胞產生的淋巴毒素（lymphotoxin，LT)命名為TNF-β。雖然TNF-α與TNF-β僅有約30%的同源性，但它們卻擁有共同的受體。TNFα的生物學活性占TNF總活性的70 %～95 %，因此目前常說的TNF多指TNF-α。1984年TNF基因的克隆開闢了臨床試驗的時代，是第一個用於腫瘤生物療法的細胞因子，但因其缺少靶向性且有嚴重的副作用，目前僅用於局部治療。
基本介紹
- 西醫學名：腫瘤壞死因子
- 所屬科室：內科 -
- 傳染性：無傳染性
別名,來源,TNF基因特點,TNF蛋白特性,TNF受體,TNF受體超家族,TNF的生物學活性,TNF與臨床,
別名
惡液質素（Cachectin）
巨噬細胞毒素（Macrophage cytotoxin）
壞死素（Necrosin）
細胞毒素(Cytotoxin)
腫瘤壞死因子α(Tumour necrosis factor-α)
出血因子(Hemorrhagic factor)
巨噬細胞毒性因子(Macrophage cytotoxic factor)
分化誘導因子(Differentiation-inducing factor)
來源
巨噬細胞(Macrophages)
自然殺傷細胞(Natural killer cells)
T淋巴細胞(T-lymphoblastoid Cells)
B淋巴細胞(B-lymphoblastoid Cells)
肥大細胞(Mast cells)
成纖維細胞(Fibroblasts)
平滑肌細胞(Smooth muscle cells)
乳腺腫瘤細胞(Breast tumor cells)
卵巢腫瘤細胞(Ovarian tumour cells)
星形膠質細胞(Astrocytes)
L-929細胞(L-929 cells)
枯氏細胞(Kupffer’s cells)
上皮細胞(Epidermal cells)
顆粒細胞（Granulosa cells）
TNF基因特點
人類TNF-α基因於1985年成功克隆，定位於6p21.4，長約3.6 kbp，有4個外顯子和3個內含子，與主要組織相容性複合體（MHC）基因緊密連鎖位於HLA-B 和 HLA-C2 位點之間的 MHC3 類基因區內，由TNFA和TNFB組成，分別編碼TNFα和TNFβ。位於啟動子區238位和308位存在單核苷酸多態性，被認為可調節TNF的轉錄水平，與慢性B肝、自身免疫性疾病、胰島素抵抗、腫瘤等多種疾病的易感性相關。TNF基因編碼的mRNA約1.7 kbp，在其3`非翻譯區有一段許多細胞因子都具有的保守TTATTTAT序列（AU富含元件，ARE）。
佛波酯是TNF的誘導劑，能通過靠近啟動子區TATAA框的一小段序列誘導TNF的轉錄。
TNF蛋白特性
1 人TNF-α前體由233個胺基酸組成（26 kDa），其中包含由76個胺基酸殘基組成的信號肽，在TNF轉化酶TACE的作用下，切除信號肽，形成成熟的157個胺基酸殘基的TNF-α（17 kDa）。由於沒有蛋氨酸殘基，故不存在糖基化位點，其中第69位和101位兩個半胱氨酸形成分子內二硫鍵。人類 TNF-α與小鼠 TNF-α有79%胺基酸組成同源性，TNF-α的生物學作用似無明顯的種屬特異性。最近有人報導通過基因工程技術表達了N端少2個胺基酸（Val、Arg）的155胺基酸人TNF-α，具有更好的生物學活性和抗腫瘤效應。此外，還有用基因工程方法，將TNF-α分子氨基端7個胺基酸殘基缺失，再將8Pro、9Ser和10Asp改為8Arg、9Lys和10Arg，或者再同時將157Leu改為157Phe，改構後的TNF-α比天然TNF體外殺傷L929細胞的活性增加1000倍左右，在體內腫瘤出血壞死效應也明顯增加。TNF-α和β發揮生物學效應的天然形式是同源的三聚體。
2 人類TNF-β分子由205個胺基酸殘基組成，含34胺基酸殘基的信號肽，成熟型TNF-β分子為171個胺基酸殘基，分子量25kDa。
3 人類TNF-β與TNF-α其DNA同源序列達56%，胺基酸水平上同源性為36%。套用X射線晶體衍射技術證明， TNF是由三個相同的單體亞單位組成的緻密三聚體， 單體亞單位呈楔形，由β片層摺疊形成β夾心結構(β-Sandwich structure)。
TNF受體
1.1 TNF-R的分型
TNFR可分為兩型
Ⅰ型TNF-R（又稱TNFR1、CD120a、p55），439胺基酸殘基，55kDa，其對應的mRNA有4.5Kbp，可表達於所有類型的細胞上，在溶細胞活性上起主要作用。
Ⅱ型TNFR（又稱TNFR2、CD120b、p75）426胺基酸殘基，75kDa，其對應的mRNA有3Kbp，僅表達於免疫和內皮細胞上，與信號傳遞和T細胞增殖有關。
1.2 TNFR的結構功能特點
兩型TNFR都為糖蛋白，均包括胞膜外區、跨膜區和胞內區三個部分，胞外區有28%的同源，但在胞漿區無同源性，可能與介導不同的信號轉導途徑有關。多項研究證實，腫瘤壞死因子主要通過與TNF-R1作用而發揮生物活性。TNF蛋白與TNF-R1胞外區相結合誘導TNF-R1聚集和釋放死亡結構域沉默子（SODD），隨後TRADD與TNF-R1中的死亡結構域結合招募更多的接頭蛋白，例如RIP，TRAF-2和FADD等。這些接頭蛋白再招募其它參與信號轉導的重要蛋白而發揮作用。
目前對TNF-R2的結構和功能了解並不多，不過它缺乏死亡結構域，因此不能促進細胞凋亡過程。然而，TNF-R2可以通過活化NF-κB和JNK通路或者抑制TRAF-2干擾程式性細胞死亡（PCD）。
1.3 TNFR的分布
TNFR存在於多種正常及腫瘤細胞表面，一般每個細胞受體數目在500~5000/細胞，如ME-800腫瘤細胞系TNFR約2000/細胞，Kd為2×10-10M。不同細胞表面TNFR的數目和親和力似乎與細胞對TNF-α的敏感性並不平行。
1.4 可溶性TNFR
TNF結合蛋白（TNF-BP）是TNFR的可溶性形式，有sTNFRⅠ(TNF-BPⅠ)和sTNFRⅡ(TNF-BPⅡ)兩種。一般認為sTNFR具有局限TNF活性，或穩定TNF的作用，在細胞因子網路中有重要的調節作用。Seckiner1988年發現發熱患者尿中有TNF抑制物，分子量為33 kDa。Olsson1989年在慢性腎功能不全患者血和尿中也發現有TNF-BP。TNF-BP可與TNF特異結合，抑制TNF活性，如抑制其細胞毒活性和誘導IL-1產生，可促進皮下接種Meth A病毒的生長，可能為腫瘤逃逸宿主抗腫瘤的機制之一。正常人血清中TNF-BP為1~2 ng/ml，也可見於正常妊娠尿中。炎症、內毒素血症、腦膜炎雙球菌感染、SLE、HIV感染、腎功能不全時以及腫瘤時可升高。可溶性TNFR可有效地減輕佐劑性關節炎的病理改變以及敗血症休克。
TNF受體超家族
目前，研究人員已經證實腫瘤壞死因子蛋白同系物超家族存在著29個不同的受體（圖1）。這些受體可以被分為三個主要群體：
第一類受體是在胞質尾區包含死亡結構域（DD）。通過配體與相應的包含死亡結構域的受體結合可以招募胞內含有死亡結構域的受體，例如Fas相關死亡結構域蛋白（FADD/MORT1）和TNF受體相關的死亡結構域蛋白（TRADD），它們一起構成了所謂的死亡誘導信號複合物（DISC）。這些分子導致caspase活化，誘導細胞凋亡，但也可以招募TNF受體相關因子（TRAF）的家庭成員。
第二類受體在胞質尾區包含一個或多個TRAF相互作用基序（TIM）。激活此類受體可以直接募集TRAF家族成員，最終激活多個信號轉導通路的關鍵分子，如絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）（如c-Jun N末端激酶JNK），P38（P38MAPK），細胞外信號調節激酶（ERK），核因子kappa-B抑制物激酶（IKK）和磷脂醯肌醇3-激酶（PI3K）。
第三類受體不包含功能性細胞內信號結構域或者基序。雖然這些“誘餌”受體並不參與細胞內信號傳導，它可以與其它兩組的受體競爭性的與相應配體結合。
TNF的生物學活性
TNF-α和TNF-β的生物學作用極為相似，這可能與分子結構的相似性和受體的同一性有關。但在某些生物學作用方面也有不同之處。
1.1 殺傷或抑制腫瘤細胞
TNF在體內、體外均能殺死某些腫瘤細胞，或抑制增殖作用。腫瘤細胞株對TNF-α敏感性有很大的差異，TNF-α對極少數腫瘤細胞甚至有刺激作用。用放線菌素D、絲裂黴素C、放線菌酮等處理腫瘤細胞（如小鼠成纖維細胞株L929）可明顯增TNF-α殺傷腫瘤細胞活性。體內腫瘤對TNF-α的反應也有很大的差異，與其體外細胞株對TNF-α的敏感性並不平行。同一細胞系可能有敏感株和抵抗株如L929-S和L929-R。此外，靶細胞內源性TNF的表達可能會使細胞抵抗外源性TNF的細胞毒作用，因此通過誘導或抑制內源性TNF的表達可改變細胞對外源性TNF的敏感性。巨噬細胞結合型TNF可能參與對靶細胞的殺傷作用。
TNF殺傷腫瘤的機理還不十分清楚，與補體或穿孔素殺傷細胞相比，TNF殺傷細胞沒有穿孔現象，而且殺傷過程相對比較緩慢。TNF殺傷腫瘤組織細胞可能與以下機理有關。
1.1.1 直接殺傷或抑制作用。TNF與相應受體結合後向細胞內移，被靶細胞溶酶體攝取導致溶酶體穩定性降低，各種酶外泄，引起細胞溶解。也有認為TNF激活磷脂酶A2，釋放超氧化物而引起DNA斷裂，磷脂酶A2抑制劑可降低TNF的抗病效應。TNF可或改變靶細胞糖代謝，使細胞內pH降低，導致細胞死亡。
1.1.2 通過TNF對機體免疫功能的調節作用，促進T細胞及其它殺傷細胞對腫瘤細胞的殺傷。
1.1.3 TNF作用於血管內皮細胞，損傷內皮細胞或導致血管功能紊亂，使血管損傷和血栓形成，造成腫瘤組織的局部血流阻斷而發生出血、缺氧壞死。
1.2 提高中性粒細胞的吞噬能力，增加過氧化物陰離子產生，增強ADCC功能，刺激細胞脫顆粒和分泌髓過氧化物酶。TNF預先與內皮細胞培養可使其增加MHCⅠ類抗原、ICAM-1的表達，IL-1、GM-CSF和IL-8的分泌，並促進中性粒細胞粘附到內皮細胞上，從而刺激機體局部炎症反應，TNF-α的這種誘導作用要比TNF-β為強。TNF刺激單核細胞和巨噬細胞分泌IL-1，並調節MHCⅡ類抗原的表達。
1.3 抗感染：如抑制瘧原蟲生長，抑制病毒複製（如腺病毒Ⅱ型、胞疹病毒Ⅱ型），抑制病毒蛋白合成、病毒顆粒的產生和感染性，並可殺傷病毒感染細胞。TNF抗病毒機理不十分清楚。
1.4 TNF是一種內源性熱原質，引起發熱，並誘導肝細胞急性期蛋白的合成。TNF引起發熱可能是通過直接刺激下丘腦提問調節中樞和刺激巨噬細胞釋放IL-1而引起，還可通過IL-1、TNF-α刺激其它細胞產生IL-6。
1.5 促進髓樣白血病細胞向巨噬細胞分化，如促進髓樣白血病細胞ML-1、單核細胞白血病細胞U937、早幼粒白血病細胞HL60的分化，機理不清楚。TGF-β可抑制TNF-α多種生物學活性，但不一致TNF-α對髓樣白血病細胞分化的誘導作用，甚至還有協同效應。
1.6 促進細胞增殖和分化：TNF促進T細胞MHCⅠ類抗原表達，增強IL-2依賴的胸腺細胞、T細胞增殖能力，促進IL-2、CSF和IFN-γ等淋巴因子差生，增強有絲分裂原或外來抗原刺激B細胞的增殖和Ig分泌。TNF-α對某些腫瘤細胞具有生長因子樣作用，並協同EGF、PDGF和胰島素的促增殖作用，促進EGF受體表達。TNF也可促進c-myc和c-fos等與細胞增殖密切相關原癌基因的表達，引起細胞周期有G0期向G1期轉變。最近報導TNF-β（LT）是EB病毒轉化淋巴母細胞的自分泌生長因子，抗LT抗體、sTNFR以及TNF-α能一直EB病毒轉化淋巴細胞的增殖。
IL-1、IFN-γ和GM-CSF對TNF的生物學作用有明顯的增強作用，可能與增加細胞TNF受體的表達有關。已報導一種抗TNF-α單克隆抗體，可模擬TNF-α的某些生物學作用，這種現象在其它因子中還尚未見到。
TNF與臨床
1.1 腫瘤治療中的套用
TNF在人、鼠腫瘤細胞株或原代培養的人癌細胞中，以及荷瘤裸鼠中都表現出殺瘤或抑瘤作用和免疫調節活性。套用TNF在治療腫瘤等方面大多尚處於臨床試驗階段，其也可與IL-2聯合治療腫瘤，目前認為全身用藥的療效不及局部用藥，後者如病灶內注射，局部濃度高且副作用也較輕。近年來已採用TNF基因治療開始對黑色素瘤等腫瘤進行臨床驗證。另外，TNF胸膜內給藥，可以使轉移性胃癌和乳腺癌病人的胸水中的癌細胞顯著減少甚至完全消失。
2003年，國內也是世界上第一例突變體新型人重組腫瘤壞死因子（nrhTNF）獲得批准生產。
1.2 感染性休克
