想調整研究方向，獲得學術研究突破口？想獲得論文選題思路，提高發文命中率？你需要了解學科發展態勢和未來走向！賽業生物專欄《Gene of the Week》每周會根據熱點研究領域介紹一個基因，詳細為您介紹基因基本信息、研究概況和應用背景等，助您保持學術研究敏銳度，提高科學研究效率，期待您的持續關注哦。今天我們要講的主角是免疫研究熱門靶點TNF基因。

 

基因基本信息

備注：標有√的意為賽業紅鼠資源庫有該種保存狀態的小鼠

 

TNF-α簡介

TNF基因，也稱TNF-α基因，編碼腫瘤壞死因子超家族（tumor necrosis factor superfamily，TNFSF）中的TNF-α蛋白。TNF-α最早在1970年代由Carswell等人發現，因其具有抑制腫瘤細胞增殖，引起腫瘤消退（tumor regression）的能力而被命名。TNF-α主要由活化的巨噬細胞產生，其含233個氨基酸的跨膜（transmembrane）前體蛋白（mTNF-α）經TNF轉換酶 (TNF-α converting enzyme，TACE) 切割掉信號肽后，形成含157個氨基酸的可溶性TNF-α蛋白（sTNF-α）。

圖1. TACE剪切TNF-α前體蛋白[2]

 

TNF-α的受體及相關信號通路

TNF-α有兩個受體：TNF receptor type 1 (TNFR1, 也稱為p55、CD120a) 和TNF receptor type 2 (TNFR2, 也稱為p75、CD120b)。其中，TNFR1持續性表達在幾乎所有有核細胞的表面；而TNFR2的表達范圍比較局限，主要是誘導性表達在一些免疫細胞（e.g. T細胞和巨噬細胞等）、神經細胞，以及內皮細胞中[1]。

 

機體中與TNF-α結合的受體主要是TNFR1，且mTNF-α和sTNF-α都能激活TNFR1。TNFR1的胞質尾含有一個死亡域（death domain, DD），當TNF三聚體與TNFR1結合時，DD發生構型變化，招募腫瘤壞死因子受體相關死亡域蛋白(TNFR1-associated DD, TRADD)以及受體相互作用絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1 (receptor-interacting serine/threonine-protein kinase 1，RIPK1)，并根據RIPK1的泛素化狀態，激活不同的下游通路。其中，當復合物I（TRADD、TRAF2、cIAP1/2和RIPK1）形成時，NF-κB和AP1轉錄因子被激活，從而促進細胞存活、組織再生或炎癥反應；當復合物IIa （TRADD、FADD和caspase-8）和 復合物IIb（RIPK1、RIPK3、FADD、FLIPL和caspase-8）的形成會導致caspase-8的前體被剪切，形成成熟的caspase-8蛋白，并引發細胞凋亡；而當復合物IIc（RIPK1、RIPK3、MLKL）形成時，混合系列蛋白激酶樣結構域（mixed lineage kinase domain-like protein，MLKL) 被激活，引發細胞壞死。

 

與TNFR1不同，TNFR2主要與mTNF-α結合，且TNFR2的胞質尾不含DD，能直接與腫瘤壞死受體相關因子1（TNFR associated factor 1，TRAF1)和腫瘤壞死受體相關因子2（TNFR associated factor 2 ，TRAF2)相互作用，在穩態信號下誘導復合物 I 的形成，激活NF-κB通路，促進細胞存活。

 

此外，由 LTA基因編碼的同樣隸屬于TNSF超家族的TNF-β蛋白，也稱為淋巴毒素α（Lymphotoxin Alpha，LT-α）,也能與TNFR1和TNFR2相結合。

圖2. TNFR1與TNFR2介導的信號通路[3]

 

小結

作為一種細胞因子，TNF-α在免疫反應中發揮了重要作用，包括促進炎癥反應、細胞增殖和分化、細胞凋亡和壞死等。此外，TNF-α的過表達與多種疾病的發展息息相關，例如哮喘、類風濕性關節炎（rheumatoid arthritis, RA）、銀屑病性關節炎（psoriatic arthritis, PA）、炎癥性腸病（inflammatory bowel disease, IBD）、糖尿�。╠iabetes）和動脈粥樣硬化（Atherosclerosis）等[4]。相對于非特異性免疫抑制劑，TNF-α抑制劑提供了靶向治療。目前，TNF-α抑制劑在多種炎癥性疾病的治療中都取得了不錯的效果。例如，全球首個獲批的TNF-α抑制劑 -- 艾伯維(AbbVie)公司的阿達木單抗(adalimumab)，其在美國已獲批包括10個適應癥，在中國也已獲批了3個適應癥：RA、PA和AS。

 

賽業生物TNF-α基因編輯鼠助力免疫研究

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TNF-α人源化小鼠

品系背景：C57BL/6J

 

品系構建策略：

通過基因替換實現TNF-α人源化：小鼠TNF-α基因被人源TNF-α基因取代。hTNF-α的表達受小鼠內源性啟動子調控。

 

品系說明：

☑ hTNF-α在小鼠體內具有正常的生理表達和調節模式。

☑ 小鼠靶基因不表達。

 

研究應用：

☑ 本模型可用于評估hTNF-α靶向藥物在體內的有效性和安全性。

☑ 通常用于自身免疫性疾病和炎癥領域。

 

模型驗證：

☑ TNF-α表達檢測

圖1. LPS處理后mTNF-α和hTNF-α的平均血漿濃度。

用生理鹽水 或LPS處理從野生型小鼠（n＝2）和hTNF-α小鼠（n＝2）收集的血漿樣品，通過ELISA測量mTNF-α（A）和hTNF-α（B）的平均濃度。

 

圖2. ELISA分析hTNF-α（紅色）和mTNF-α（藍色）的分泌情況。

左圖：αCD3/αCD28刺激人外周血單個核細胞（hPBMC）；右圖：講野生型小鼠或hTNF-α小鼠的脾細胞用αCD3/αCD28激活（Act）或不做處理（NA）。在αCD3/αCD28處理后，hTNF-α小鼠的外周血單個核細胞分泌hTNF-α，而不分泌mTNF-α。

 

圖3. hTNF-α和mTNF-α的抗增殖活性。

左圖：用αCD3/αCD28激活野生型小鼠和hTNF-α小鼠脾細胞，收集上清液來處理L929細胞。與野生型脾細胞上清液相比，用hTNF-α小鼠的脾細胞上清液處理后的L929細胞呈現出TNF-α濃度依賴性的抗增殖表型。右圖：用anti-mTNF-α抗體和anti-hTNF-α抗體預處理野生型小鼠和hTNF-α小鼠上清液能夠解除對L929的增殖抑制作用。

 

圖4. hTNF-α誘導hTNF-α小鼠體內包括mMCP1在內的多種細胞因子的表達。

 

參考文獻：

[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).