【Gene of the Week】三分钟带你了解TNF-α及其受体

想调整研究方向，获得学术研究突破口？想获得论文选题思路，提高发文命中率？你需要了解学科发展态势和未来走向！赛业生物专栏《Gene of the Week》每周会根据热点研究领域介绍一个基因，详细为您介绍基因基本信息、研究概况和应用背景等，助您保持学术研究敏锐度，提高科学研究效率，期待您的持续关注哦。今天我们要讲的主角是免疫研究热门靶点TNF基因。

基因基本信息

备注：标有√的意为赛业红鼠资源库有该种保存状态的小鼠

TNF-α简介

TNF基因，也称TNF-α基因，编码肿瘤坏死因子超家族（tumor necrosis factor superfamily，TNFSF）中的TNF-α蛋白。TNF-α最早在1970年代由Carswell等人发现，因其具有抑制肿瘤细胞增殖，引起肿瘤消退（tumor regression）的能力而被命名。TNF-α主要由活化的巨噬细胞产生，其含233个氨基酸的跨膜（transmembrane）前体蛋白（mTNF-α）经TNF转换酶 (TNF-α converting enzyme，TACE) 切割掉信号肽后，形成含157个氨基酸的可溶性TNF-α蛋白（sTNF-α）。

图1. TACE剪切TNF-α前体蛋白^[2]

TNF-α的受体及相关信号通路

TNF-α有两个受体：TNF receptor type 1 (TNFR1, 也称为p55、CD120a) 和TNF receptor type 2 (TNFR2, 也称为p75、CD120b)。其中，TNFR1持续性表达在几乎所有有核细胞的表面；而TNFR2的表达范围比较局限，主要是诱导性表达在一些免疫细胞（e.g. T细胞和巨噬细胞等）、神经细胞，以及内皮细胞中^[1]。

机体中与TNF-α结合的受体主要是TNFR1，且mTNF-α和sTNF-α都能激活TNFR1。TNFR1的胞质尾含有一个死亡域（death domain, DD），当TNF三聚体与TNFR1结合时，DD发生构型变化，招募肿瘤坏死因子受体相关死亡域蛋白(TNFR1-associated DD, TRADD)以及受体相互作用丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1 (receptor-interacting serine/threonine-protein kinase 1，RIPK1)，并根据RIPK1的泛素化状态，激活不同的下游通路。其中，当复合物I（TRADD、TRAF2、cIAP1/2和RIPK1）形成时，NF-κB和AP1转录因子被激活，从而促进细胞存活、组织再生或炎症反应；当复合物IIa （TRADD、FADD和caspase-8）和 复合物IIb（RIPK1、RIPK3、FADD、FLIPL和caspase-8）的形成会导致caspase-8的前体被剪切，形成成熟的caspase-8蛋白，并引发细胞凋亡；而当复合物IIc（RIPK1、RIPK3、MLKL）形成时，混合系列蛋白激酶样结构域（mixed lineage kinase domain-like protein，MLKL) 被激活，引发细胞坏死。

与TNFR1不同，TNFR2主要与mTNF-α结合，且TNFR2的胞质尾不含DD，能直接与肿瘤坏死受体相关因子1（TNFR associated factor 1，TRAF1)和肿瘤坏死受体相关因子2（TNFR associated factor 2 ，TRAF2)相互作用，在稳态信号下诱导复合物 I 的形成，激活NF-κB通路，促进细胞存活。

此外，由 LTA基因编码的同样隶属于TNSF超家族的TNF-β蛋白，也称为淋巴毒素α（Lymphotoxin Alpha，LT-α）,也能与TNFR1和TNFR2相结合。

图2. TNFR1与TNFR2介导的信号通路^[3]

小结

作为一种细胞因子，TNF-α在免疫反应中发挥了重要作用，包括促进炎症反应、细胞增殖和分化、细胞凋亡和坏死等。此外，TNF-α的过表达与多种疾病的发展息息相关，例如哮喘、类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis, RA）、银屑病性关节炎（psoriatic arthritis, PA）、炎症性肠病（inflammatory bowel disease, IBD）、糖尿病（diabetes）和动脉粥样硬化（Atherosclerosis）等^[4]。相对于非特异性免疫抑制剂，TNF-α抑制剂提供了靶向治疗。目前，TNF-α抑制剂在多种炎症性疾病的治疗中都取得了不错的效果。例如，全球首个获批的TNF-α抑制剂 -- 艾伯维(AbbVie)公司的阿达木单抗(adalimumab)，其在美国已获批包括10个适应症，在中国也已获批了3个适应症：RA、PA和AS。

赛业生物TNF-α基因编辑鼠助力免疫研究

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TNF-α人源化小鼠

品系背景：C57BL/6J

品系构建策略：

通过基因替换实现TNF-α人源化：小鼠TNF-α基因被人源TNF-α基因取代。hTNF-α的表达受小鼠内源性启动子调控。

品系说明：

☑ hTNF-α在小鼠体内具有正常的生理表达和调节模式。

☑ 小鼠靶基因不表达。

研究应用：

☑ 本模型可用于评估hTNF-α靶向药物在体内的有效性和安全性。

☑ 通常用于自身免疫性疾病和炎症领域。

模型验证：

☑ TNF-α表达检测

图1. LPS处理后mTNF-α和hTNF-α的平均血浆浓度。

用生理盐水 或LPS处理从野生型小鼠（n＝2）和hTNF-α小鼠（n＝2）收集的血浆样品，通过ELISA测量mTNF-α（A）和hTNF-α（B）的平均浓度。

图2. ELISA分析hTNF-α（红色）和mTNF-α（蓝色）的分泌情况。

左图：αCD3/αCD28刺激人外周血单个核细胞（hPBMC）；右图：讲野生型小鼠或hTNF-α小鼠的脾细胞用αCD3/αCD28激活（Act）或不做处理（NA）。在αCD3/αCD28处理后，hTNF-α小鼠的外周血单个核细胞分泌hTNF-α，而不分泌mTNF-α。

图3. hTNF-α和mTNF-α的抗增殖活性。

左图：用αCD3/αCD28激活野生型小鼠和hTNF-α小鼠脾细胞，收集上清液来处理L929细胞。与野生型脾细胞上清液相比，用hTNF-α小鼠的脾细胞上清液处理后的L929细胞呈现出TNF-α浓度依赖性的抗增殖表型。右图：用anti-mTNF-α抗体和anti-hTNF-α抗体预处理野生型小鼠和hTNF-α小鼠上清液能够解除对L929的增殖抑制作用。

图4. hTNF-α诱导hTNF-α小鼠体内包括mMCP1在内的多种细胞因子的表达。

参考文献：

[1] Hijdra D., Vorselaars A.D., Grutters J.C. et al. Differential expression of TNFR1 (CD120a) and TNFR2 (CD120b) on subpopulations of human monocytes. J Inflamm 9, 38 (2012).

[2] Black R.A. Tumor necrosis factor-α converting enzyme. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 34,1–5 (2002).

[3] Holbrook J, Lara-Reyna S, Jarosz-Griffiths H, McDermott M. Tumour necrosis factor signalling in health and disease. F1000Res. 8:F1000 Faculty Rev-111(2019).

[4] Iqbal M., Verpoorte R., Korthout H.A.A.J. et al. Phytochemicals as a potential source for TNF-α inhibitors. Phytochem Rev 12, 65–93 (2013).

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