肿瘤坏死因子(tumor necrsis factor,TNF)与内毒素密切相关。人们把来源于单核细胞和巨噬细胞的、能够使肿瘤细胞坏死的血清物质命名为 TNF-α,下面介绍TNF-α的来源和结构。
内源性TNF(tumor necrsis factor,肿瘤坏死因子)是具有脂溶性的糖蛋白低聚物,广泛存在于内脏器官、皮肤、肌肉、白细胞、胚胎组织和神经组织。TNF-α主要由LPS(lipopolysaccharide,脂多糖)激活的单核细胞、巨噬细胞分泌产生;而TNF-β(淋巴毒素-1)主要来源于T淋巴细胞,但肥大细胞、多形核白细胞、角质化细胞、平滑肌细胞、星型胶质细胞、小神经胶质细胞、肾小球系膜细胞、肠腺的嗜酸粒细胞以及一些肿瘤细胞也可以自发或经过诱导产生TNF。在内毒素血症中,肝脏是血液TNF-α的主要来源,部分肝切除者可以耐受内毒素的毒性效应。
TNF-α基因位于人染色体6p21.1~p22,在HLA基因群谱中靠近HLA-A位点,与HLA基因连锁。TNF-α和TNF-β基因沿3'→5'方向紧密连锁,相隔1.2kb。两者均由4个外显子和3个内含子所组成。TNF-αmRNA长度为1.7kb,而小鼠TNF-α基因长度约为1kb,位于17号染色体上,在主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)的H-2D基因上游约70kb处。
TNF-α基因的TATA盒在其转录起始位点ATG上游20bp处,同时在其上游也存在其他各种调控元件,包括Y盒启动子、cAMP反应元件、c-jun/AP-1以及至少有5个NF-κB增强子等结合位点。TNF-αmRNA的3'端非翻译区还存在UUAUUUAU八个核苷酸序列结构,许多细胞因子的mRNA中均有此结构,此结构可使其mRNA稳定性降低,半衰期缩短。TNF-a mRNA的稳定性还受到3'非翻译区的其他位点调节:①对放线菌素D敏感的位点。②对放线菌素D不敏感,此位点受LPS调节后,TNF-αmRNA 的稳定性增高,显著减低TNF-αmRNA的降解率,使TNF-αmRNA在细胞内聚集100倍,增加TNF-α的蛋白质翻译,导致高TNF-α血症,易出现内毒素的毒性效应。
成熟的TNF-α由157个氨基酸残基组成,含有1个二硫键(C69~C101位点),无糖基化位点,pI为5.6。人TNF-α前体为233肽,N端76肽不是信号肽,却能将TNF-α前体形式固定在细胞膜上,使成熟的分泌型TNF-α保留在细胞表面。TNF-α前体中疏水跨膜部分下游的Lys19和Lys20被豆蔻酸酰基化后,可以介导TNF-α前体运输到膜上的过程,膜结合型的TNF-α是Ⅱ型跨膜蛋白(typeⅡ transmembrane protein),即C端在细胞外,N端留在胞质内;胞质区有29个氨基酸,跨膜区有28个氨基酸,细胞外有176个氨基酸。膜型TNF-α有细胞毒理活性,可直接与相邻细胞表面的TNF受体(TNF-αreceptor、TNFR)结合,发挥旁分泌效应。小鼠TNF-α前体为235肽,成熟的TNF-α含有156个氨基酸残基,有1个糖化位点,糖基化后并不影响其三聚体的形成。
TNF-α的二级结构主要为β折叠,结晶学分析证明,天然TNF-α为以非共价键连接的三聚体,以三重轴对称构成一个铃状结构;TNF-α单体有2个β折叠和5个反平行的β折叠串,外部的β折叠富含亲水残基,内部的β折叠为疏水性残基,单体之间相互结合形成稳定的三聚体。单体的C端卷在β折叠内,N端暴露在外。单体两两接触区是TNF结合TNFR的结构域,三聚体形成的三个结构域结合三个相邻或成簇的受体,使受体二聚化或三聚化,进而诱导其生物学活性。