腫瘍壊死因子アルファ

腫瘍壊死因子 （ TNF 、 カケキシン 、またはカケクチン ;かつて腫瘍壊死因子アルファまたはTNFαと呼ばれる）は、全身性炎症に関与する細胞シグナル伝達タンパク質（サイトカイン）であり、急性期反応を構成するサイトカインの1つです。 CD4 +リンパ球、NK細胞、好中球、マスト細胞、好酸球、ニューロンなど、他の多くの細胞タイプによって産生されますが、主に活性化マクロファージによって産生されます。 TNFはTNFスーパーファミリーのメンバーであり、相同TNFドメインを持つさまざまな膜貫通タンパク質で構成されています。

TNFの主な役割は、免疫細胞の調節です。内因性発熱物質であるTNFは、発熱、アポトーシス細胞死、悪液質、炎症を誘発し、腫瘍形成およびウイルス複製を阻害し、IL1およびIL6産生細胞を介して敗血症に応答します。 TNF産生の調節不全は、アルツハイマー病、癌、大鬱病、乾癬および炎症性腸疾患（IBD）を含むさまざまなヒト疾患に関係しています。物議を醸すが、うつ病とIBDの研究は現在TNFのレベルの増加にリンクされています。組換えTNFは、INN タソネルミンの下で免疫刺激剤として使用されます。 TNFは、悪性腫瘍の状況で異所的に産生され、二次性高カルシウム血症を引き起こすことと、過剰な産生が関連する癌の両方で副甲状腺ホルモンに匹敵します。

発見

生体内での免疫系の抗腫瘍応答の理論は、医師ウィリアムB.コーリーによって認識されました。 1968年、カリフォルニア大学アーバイン校のGale A Grangerは、リンパ球によって産生される細胞毒性因子を報告し、リンホトキシン（LT）と名付けました。この発見の功績は、エール大学のナンシー・H・ラドルが共有し、同じ月に出版された一連の記事で同じ活動を報告しました。その後、1975年、ニューヨークのメモリアル・スローン・ケタリングがんセンターのロイド・J・オールドは、マクロファージによって産生される別の細胞毒性因子を報告し、腫瘍壊死因子（TNF）と名付けました。両方の因子は、マウス線維肉腫L-929細胞を殺す能力に基づいて説明されました。これらの概念は、1981年に、オーストラリア国立大学のIan A. Clarkが、OldのグループのElizabeth Carswellと共同で、プレシーケンシング時代のデータと連携して、TNFの過剰生産がマラリア病とエンドトキシンを引き起こすと推論したときに、全身性疾患に拡張されました中毒。

LTおよびTNFをコードするcDNAは1984年にクローン化され、類似していることが明らかになりました。 TNFの受容体への結合とLTによる置換により、2つの因子間の機能的相同性が確認されました。ＴＮＦおよびＬＴの連続的および機能的相同性により、ＴＮＦはＴＮＦαとして、ＬＴはＴＮＦβとして改名された。 1985年、ブルース・A・ビートラーとアンソニー・セラミは、カケクチン（悪液質を誘発するホルモン）が実際にTNFであることを発見しました。その後、TNFが致命的なエンドトキシン中毒のメディエーターであると特定し、ケビンJ.トレーシーとセラミは、致死的な敗血症性ショックにおけるTNFの重要なメディエーターの役割を発見し、モノクローナル抗TNF抗体の治療効果を特定しました。最近では、Mark Mattsonの研究所での研究により、TNFがMn-SODおよびBcl-2の発現を誘導する転写因子NF-kappaBの活性化を含むメカニズムによってニューロンの死/アポトーシスを防ぐことができることが示されました。

遺伝子

ヒトTNF遺伝子は1985年にクローン化されました。これは染色体6p21.3にマップされ、約3キロベースにまたがり、4つのエクソンを含みます。最後のエクソンは、リンホトキシンアルファ（LTA、かつてTNF-βと呼ばれていました）と類似しています。 TNFの3 'UTRには、AUリッチ要素（ARE）が含まれています。

構造

TNFは主に、安定したホモ三量体に配置された233アミノ酸長のタイプII膜貫通タンパク質として生産されます。この膜統合型から、可溶性ホモ三量体サイトカイン（sTNF）は、メタロプロテアーゼTNFアルファ変換酵素（TACE、ADAM17とも呼ばれる）によるタンパク質分解を介して放出されます。可溶性51 kDa三量体sTNFは、ナノモル範囲未満の濃度で解離する傾向があり、それによりその生物活性が失われます。分泌型のヒトTNFαは、三角錐の形をしており、重量は約17 kDaです。分泌型と膜結合型の両方が生物学的に活性ですが、それぞれの特定の機能は議論の余地があります。しかし、両方の形式には、重複した明確な生物学的活動があります。

一般的なハツカネズミTNFαとヒトTNFは構造的に異なります。 17キロダルトン（kDa）TNFプロトマー（185アミノ酸長）は、逆平行βストランドを持つ2つの逆平行βプリーツシートで構成され、TNFファミリーに典型的な「ゼリーロール」β構造を形成しますが、ウイルスのカプシドタンパク質に見られる。

細胞シグナリング

TNFは、TNFR1（TNF受容体タイプ1; CD120a; p55 / 60）とTNFR2（TNF受容体タイプ2; CD120b; p75 / 80）の2つの受容体に結合できます。 TNFR1は55 kDa、TNFR2は75 kDaです。 TNFR1はほとんどの組織で発現しており、TNFの膜結合型と可溶性三量体の両方で完全に活性化されますが、TNFR2は免疫系の細胞で通常見られ、TNFホモ三量体の膜結合型に応答します。 TNFシグナルに関するほとんどの情報はTNFR1から派生しているため、TNFR2の役割は過小評価されている可能性があります。

それらのリガンドと接触すると、TNF受容体は三量体も形成し、それらの先端はTNFモノマー間に形成された溝に適合します。この結合により、受容体に立体構造の変化が生じ、細胞内死ドメインから阻害タンパク質SODDが解離します。この解離により、アダプタータンパク質TRADDがデスドメインに結合し、その後のタンパク質結合のプラットフォームとして機能します。 TRADD結合に続いて、3つの経路を開始できます。

NF-κBの活性化：TRADDはTRAF2とRIPをリクルートします。次に、TRAF2は多成分プロテインキナーゼIKKをリクルートし、セリン-トレオニンキナーゼRIPがそれを活性化できるようにします。通常NF-κBに結合してその転座を阻害する阻害タンパク質IκBαは、IKKによってリン酸化され、その後分解されてNF-κBを放出します。 NF-κBは、核に移行し、細胞の生存と増殖、炎症反応、および抗アポトーシス因子に関与するタンパク質の膨大な配列の転写を媒介するヘテロダイマー転写因子です。
MAPK経路の活性化：3つの主要なMAPKカスケードのうち、TNFはストレス関連のJNKグループの強力な活性化を誘導し、p38-MAPKの中程度の応答を引き起こし、古典的なERKの最小限の活性化を担います。 TRAF2 / Racは、MLK2 / MLK3、TAK1、MEKK1、およびASK1のJNK誘導上流キナーゼを活性化します（それぞれ、直接またはGCKとTrxを介して）。 SRC-Vav-Rac軸はMLK2 / MLK3を活性化し、これらのキナーゼはMKK7をリン酸化し、それがJNKを活性化します。 JNKは核に移行し、c-JunやATF2などの転写因子を活性化します。 JNK経路は細胞の分化、増殖に関与し、一般にアポトーシス促進性です。
死のシグナル伝達の誘導：TNFRスーパーファミリーのすべての死ドメインを含むメンバーのように、TNFR1は死のシグナル伝達に関与しています。ただし、TNFによる細胞死は、炎症プロセスにおける圧倒的な機能と比較して、わずかな役割しか果たしません。その死を誘発する能力は、他の家族（Fasなど）と比較して弱く、NF-κBの抗アポトーシス効果によってしばしば隠されます。それにもかかわらず、TRADDはFADDに結合し、FADDがシステインプロテアーゼカスパーゼ-8を補充します。高濃度のカスパーゼ-8は、自己タンパク質分解活性化とそれに続くエフェクターカスパーゼの切断を誘導し、細胞アポトーシスを引き起こします。

上記の経路によって媒介される無数の、しばしば矛盾する効果は、広範なクロストークの存在を示しています。例えば、NF-κBは、C-FLIP、Bcl-2、およびcIAP1 / cIAP2の転写を促進し、死のシグナル伝達を妨げる阻害タンパク質です。一方、活性化されたカスパーゼは、RIP、IKK、NF-κB自体のサブユニットなど、NF-κB経路のいくつかの成分を切断します。細胞タイプ、他のサイトカインの同時刺激、または活性酸素種（ROS）の量などの他の要因により、バランスを1つの経路または別の経路にシフトさせることができます。このような複雑なシグナル伝達により、TNFが放出されるたびに、非常に多様な機能と条件を持つさまざまな細胞がすべて炎症に適切に応答できるようになります。

動物モデルでは、TNFαは自己反応性T細胞を選択的に殺します。

酵素調節

このタンパク質は、アロステリック制御のモルフィンモデルを使用する場合があります。

生理

TNFは主にマクロファージによって産生されると考えられていましたが、リンパ系細胞、マスト細胞、内皮細胞、心筋細胞、脂肪組織、線維芽細胞、ニューロンなど、さまざまな種類の細胞によっても産生されます。リポ多糖、他の細菌製品、およびインターロイキン-1（IL-1）に応答して、大量のTNFが放出されます。皮膚では、マスト細胞が、事前に形成されたTNFの主な供給源であるように見えます。これは、炎症性刺激（LPSなど）により放出されます。

一般的にIL-1およびインターロイキン-6（IL-6）とともに、さまざまな臓器系に対して多くの作用があります。

視床下部：
- 副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン（CRH）の放出を刺激することによる視床下部-下垂体-副腎軸の刺激
- 食欲の抑制
- 熱
肝臓：急性期反応を刺激し、C反応性タンパク質と他の多くのメディエーターを増加させます。また、インスリンシグナル伝達を損なうインスリン受容体基質-1（IRS-1）のセリンリン酸化を促進することにより、インスリン抵抗性を誘導します
好中球の強力な化学誘引物質であり、内皮細胞上の接着分子の発現を促進し、好中球の移動を助けます。
マクロファージ：貪食、およびIL-1酸化剤と炎症性脂質プロスタグランジンE2（PGE2）の産生を刺激します
他の組織：インスリン抵抗性の増加。 TNFはインスリン受容体のセリン残基をリン酸化し、シグナル伝達をブロックします。
代謝と食物摂取について：苦味の知覚を調節します。

TNFの濃度が局所的に上昇すると、熱、腫れ、発赤、痛み、機能喪失などの炎症の主要な兆候が生じます。

高濃度のTNFはショック様症状を誘発しますが、低濃度のTNFへの長期曝露は、消耗症候群である悪液質を引き起こす可能性があります。これは、たとえば、がん患者に見られます。

Said et al。 TNFαは、単球のPD-1レベルを上方制御することによりCD4 T細胞の拡大と機能をIL-10依存的に阻害し、PD-LによるPD-1の結合後に単球によるIL-10産生を引き起こすことを示した。

Pedersenらの研究。運動誘発性のミオカイン産生により、敗血症に対するTNFの増加が抑制されることを示しています。急性運動が真の抗炎症反応を誘発するかどうかを研究するために、「低悪性度炎症」のモデルが確立されました。エンドトキシン投与。安静時の被験者では、エンドトキシンにより、TNFの循環レベルが2〜3倍増加しました。対照的に、被験者がエルゴメーターサイクリングを3時間行い、2.5時間で内毒素ボーラスを投与した場合、TNF応答は完全に鈍化した。この研究は、急性運動がTNF産生を阻害するかもしれないといういくつかの証拠を提供します。

薬理学

TNFは炎症反応を促進し、関節リウマチ、強直性脊椎炎、炎症性腸疾患、乾癬、化膿性汗腺炎、難治性喘息などの自己免疫障害に関連する多くの臨床的問題を引き起こします。これらの障害は、TNF阻害剤を使用して治療されることがあります。この阻害は、TNFα、アダリムマブ（Humira）、セルトリズマブペゴル（Cimzia）に直接結合するインフリキシマブ（レミケード）などのモノクローナル抗体、またはENF TNFRよりも親和性が高い。

一方、TNF阻害剤で治療された一部の患者は、疾患の悪化または自己免疫の新たな発症を発症します。 TNFにも免疫抑制ファセットがあるようです。考えられるメカニズムの説明の1つは、TNFが腫瘍壊死因子受容体2（TNFR2）に結合するため、調節性T細胞（Treg）にプラスの効果があるという観察結果です。

抗TNF療法は、がん治療においてわずかな効果しか示していません。インフリキシマブによる腎細胞癌の治療は、特定の患者で長期にわたる疾患の安定化をもたらしました。エタネルセプトは、IL-6およびCCL2のダウンレギュレーションを介して特定の患者で長期にわたる疾患の安定化を示す乳癌および卵巣癌の患者の治療についてテストされました。一方、進行性膵臓癌患者の治療のためにゲムシタビンにインフリキシマブまたはエタネルセプトを追加しても、プラセボと比較した場合の有効性の違いとは関連していませんでした。

相互作用

TNFはTNFRSF1Aと相互作用することが示されています。

命名法

LTαはTNFβと呼ばれなくなったため、HGNC（HUGO Gene Nomenclature Committee）データベースに示されているように、以前の遺伝子シンボルとしてのTNFαは、単にTNFと呼ばれるようになりました。