医学免疫学课件：TNF-α与类风湿性关节炎

目录目录 1.TNF 1.1 TNF的分类及其生物学活性 1.2 TNF-1.3 TNFR 1.4 TNF-的传导通路 2.类风湿性关节炎 2.1 发病机制 2.2 特征 3.TNF-与类风湿性关节炎 3.1 TNF-在类风湿性关节炎中的表达 3.2 TNF-在类风湿性关节炎中的作用 3.2.1 TNF-推动类风湿性关节炎发展 3.2.2 TNF-与炎症反应及骨关节破坏 4.基于TNF的类风湿性关节炎的治疗方法1.Tumor Necrosis Factor(TNF)TNF TNF的发现 使多种肿瘤发生出血性坏死 由活化的巨噬细胞、NK细胞、T淋巴细胞等产生 分类 TNF-：巨噬细胞产生的TNF被命名为TNF-，单核因子 LPS、IFN-（干扰素-）、m-csf（巨噬细胞集落刺激因子）、gm-csf（粒细胞巨噬细胞集落刺激因子）可刺激单核细胞、巨噬细胞产生TNF-。而PGE（前列腺素E）则有抑制作用。TNF-：T淋巴细胞产生的TNF被命名为TNF-，淋巴因子 抗原可刺激T淋巴细胞分泌TNF-。也称为淋巴毒素 杀伤或抑制肿瘤细胞 直接杀伤或抑制作用 通过TNF对机体免疫功能的调节作用 TNF作用于血管内皮细胞 提高中性粒细胞的吞噬能力 抗感染 促进细胞增殖与分化 内源性热原质 下丘脑体温调节中枢 巨噬细胞释放IL-1 IL-6基因特点：人的TNF-基因长约2.76kb，小鼠为2.78kb，结构非常相似，均由4个外显子和3个内含子组成，分别定位于第6对和第17对染色体上。蛋白特性：人TNF-前体由233个氨基酸残基组成，含76个氨基酸残基的信号肽，在TNF转化酶TACE的作用下切除信号肽，形成成熟型TNF-，为157氨基酸残基，第69位和101位两个半胱氨酸形成分子内二硫键。无明显种属特异性。人类 TNF-与小鼠 TNF-有79%氨基酸组成同源性。N端少2个氨基酸（Val、Arg）的155氨基酸人TNF-，具有更好的生物学活性和抗肿瘤效应。将TNF-分子氨基端7个氨基酸残基缺失，再将8Pro、9Ser和10Asp改为8Arg、9Lys和10Arg，或者再同时将157Leu改为157Phe，改构后的TNF-比天然TNF体外杀伤L929细胞的活性增加1000倍左右，在体内肿瘤出血坏死效应也明显增加。TNF-是一个非螺旋、富含折叠的蛋白多肽，每个单体由反向平行的折叠组成。通常以二聚体、三聚体或五聚体的形式存在于体内，具有生物学活性的TNF-分子是紧密连接的三聚体。TNFR的分型：型TNFR（TNFR1），55kda，cd120a，439氨基酸残基，可表达于所有类型的细胞上，在溶细胞活性上起主要作用；型TNFR（TNFR2），75kda，cd120b，426氨基酸残基，仅表达于免疫和内皮细胞上，与信号传递和T细胞增殖有关。TNFR的蛋白特性：两型TNFR均包括胞膜外区、穿膜区和胞内区三个部分，胞膜外区有28%的同源，但在有胞浆区无同源性，可能与介导不同的信号转导途径有关。TNF-和TNF-的受体是同一的。可溶性TNFR：TNF结合蛋白（TNF-BP）是TNFR的可溶性状态，有sTNFR、sTNFR 两种。一般认为sTNFR具有局限TNF活性，稳定TNF的作用。TNF-BP可与TNF特异结合，抑制TNF活性，如抑制其细胞毒活性和诱导IL-1产生。Figure1.TNF-pathway丘创华,侯敢,黄迪南.TNF-信号传导通路的分子机理J.中国生物化学与分子生物学报,2007,23(6):430-435.Figure 1.TNF-传导通路Eva AV Moelants,et al.Regulation of TNF-with a focus on rheumatoid arthritis.Immunology and Cell Biology.2013;91:393-401.Figure 2.TNF-pathway 发病原因：遗传因素 人类白细胞抗原(human leukocyte antigen,HLA)主要组织相容性复合体(major histocompatibility,MHC)基因 细胞因子启动子、T细胞信号传导基因 同卵双胎的同病率仅12%-15%环境因素 吸烟 病毒和细菌感染 表观遗传 DNA的低甲基化、组蛋白修饰失调控、微小RNA的表达Lundstrm E,Kllberg H,Alfredsson L,et al.Gene-environment interaction between the DRB1 shared epitope and smoking in the risk of anti-citrullinated protein antibody-positive rheumatoid arthritis:all alleles are important.Arthritis Rheum 2009;60:1597.Bottini N,Firestein GS.Epigenetics in rheumatoid arthritis:a primer for rheumatologists.Curr Rheumatol Rep 2013;15:372.发病机制不明：分子模拟:病原体的某些成分与自身抗原有相似的抗原表位。表位扩展:T细胞或B细胞在免疫应答早期对个别表位的应答扩展到对其他表位的应答。模糊识别:同一种抗原可被多个HLA表型识别，而同一种HLA分子可分别结合不同抗原。特征：滑膜组织增生 慢性炎症 骨质侵蚀3.TNF-与类风湿性关节炎3.1 TNF-在类风湿性关节炎中的表达3.2 TNF-在类风湿性关节炎中的作用3.2.1 TNF-推动类风湿性关节炎发展3.2.2 TNF-与炎症反应及骨关节破坏Marinova-Mutafchieva L,et al.Dynamics of proinflammatory cytokine expression in the joints of mice with collagen-induced arthritis(CIA).Clin Exp Immunol 1997;107:507512 炎症初期：滑膜细胞产生TNF-，吸引巨噬细胞和中性粒细胞 T细胞通过活化其它细胞促进产生TNF-:T细胞和相邻巨噬细胞和滑膜成纤维细胞的接触活化这些细胞，诱导TNF-释放 炎症中期：巨噬细胞1.Eva AV Moelants,et al.Regulation of TNF-with a focus on rheumatoid arthritis.Immunology and Cell Biology,2013;91:3934012.McInnes IB,et al.Interleukin-15 mediates T cell-dependent regulation of tumor necrosis factor-alpha production in rheumatoid arthritis.Nat Med 1997;3:189195.Brennan FM,McInnes IB.Evidence that cytokines play a role in rheumatoid arthritis.J Clin Invest 2008;118:35373545.Figure4.TNF-actions relevant to the pathogenesis of RA.募集细胞：TNF-诱导释放趋化因子：RANTES、MCP-1、IL-8、SDF-1等，发生趋化作用：例如：T细胞迁移。TNF-促进内皮细胞表达整合素（integrins）和粘附分子（adhesion molecules），募集白细胞，被吸引的细胞继续表达TNF-，形成正反馈。促进血管翳生成：TNF-诱导产生释放多种细胞因子：例如：组织因子、细胞间黏附分子1(ICAM-1)、血管细胞黏附分子1(VCAM-1)、环氧化酶(COXII)和血管内皮生长因子(VEGF)。这些分子作用于血管内皮细胞，促进滑膜炎症和血管翳的形成。1.Rossol,M.,et al.Tumor necrosis factor receptor type I expression of CD4+T cells in rheumatoid arthritis enables them to follow tumor ne-crosis factor gradients into the rheumatoid synovium.Arthritis&Rheumatism,2013;65:1468-1476.2.Bevilacqua MP.Endothelial-leukocyte adhesion molecules.Annu Rev Immunol 1993;11:767804.TNF-参与的过程：RA滑膜组织增生炎症自身免疫反应作用的分类炎症反应骨关节破坏 炎症反应：TNF-诱导表达前炎性因子IL-1、IL-6、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子，促进炎性反应。直接损伤 招募炎症细胞 级联放大 炎症的维持（慢性炎症）：巨噬细胞初始，滑膜成纤维细胞维持炎症 炎症和血管翳 NF-B途径 直接破坏 通过P21激活激酶1诱导MMP-9表达 激活B激活受体配体、转化生长因子 Receptor activator of nuclear factor kappa B ligand（RANKL）和其受体RANK介导 促进破骨细胞前体细胞从骨髓迁移到外周，在RANKL存在情况下放大破骨细胞生成、活化、聚集过程 造成骨关节损伤需要IL-1的参与 可能通过IL-1介导1.Eva AV Moelants,et al.Regulation of TNF-with a focus on rheumatoid arthritis.Immunology and Cell Biology,2013;91:393401.2.Sudhakar C,Nagabhushana A,Jain N,et al.NF-kappaB mediates tumor necrosis factor alpha-induced expression of optineurin,a negative regulator of NF-kappaB.J.Plos One,2009,4(4):e5114-e5114.3.Gradaigh D O.Joint erosion in rheumatoid arthritis:interactions between tumour necrosis factor,interleukin 1,and receptor activator of nuclear factor B ligand(RANKL)regulate osteoclastsJ.Annals of the Rheumatic Diseases,2004,63(4):354-9.Zwerina J,Redlich K,Polzer K,et al.TNF-induced structural joint damage is mediated by IL-1.J.Proceedings of the National Academy of Sciences,2007,104(28):11742-7.影响细胞的增殖和凋亡 肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体 刺激血管平滑肌细胞增殖和凋亡 可能与血管翳有关 利于滑膜增生 激活蛋白1和NF-B 血管生成素 RA相关贫血 TNF-与血清铁、血红蛋白浓度负相关1.Scott B B,Zaratin P F,Gilmartin A G,et al.TNF-modulates angiopoietin-1 expression in rheumatoid synovial fibroblasts via the NF-B signalling pathwayJ.Biochemical&Biophysical Research Communications,2005,328(2):409-14.2.Zhan M,Yuan F,Liu H,et al.Inhibition of proliferation and apoptosis of vascular smooth muscle cells by ghrelinM/Acta Biochimica et Biophysica Sinica.2008:769776.3段宏梅,肖卫国.TNF-、EPO与类风湿性关节炎贫血相关性研究C 全国自身免疫性疾病专题研讨会暨第十一次全国风湿病学学术年会论文汇编.2006.靶向治疗 代表药物有corticosteroids、非甾类抗炎药 主要通过乙酰化作用使环氧酶1（COX-1）和COX-2 失活，从而阻断花生四烯酸经环氧化酶催化产生前列腺素类物质而起到消炎止痛的作用。对关节破坏没有治疗效果 Anti-TNF agents TNF-单抗(e.g.,infliximab,adalimumab,golimumab)TNF受体融合蛋白(e.g.,etanercept).单克隆抗体的抗原结合部分(certolizumabpegol).与methotrexate联用Helga Radner,Daniel Aletaha.Anti-TNF in rheumatoid arthritis:an overview.Wien Med Wochenschr.2015;165:394.1 治疗药物 Infliximab（英夫利昔单抗）、Adalimumab（阿达木单抗）、golimumab（伐利木单抗）单抗类药物 嵌合型抗体、人源化抗体 结合TNF-作用：减轻炎症症状，抑制骨坏死，提高治疗效果 毒副作用：TNF正常生理作用被抑制 TNF在早期防御反应中的抗感染作用被抑制。一项研究显示infliximab在西班牙的应用导致了大规模爆发肺结核感染。可能机制：ADCC效应破坏巨噬细胞，造成巨噬细胞内细菌被释放而感染。措施：肺结核筛查，联合用药：methotrexate（甲氨蝶呤）Helga Radner,Daniel Aletaha.Anti-TNF in rheumatoid arthritis:an overview.Wien Med Wochenschr(2015)165:39.4.1 治疗药物 Etanercept(Enbrel)依那西普 融合蛋白：TNFR+IgG1的恒定区 结合TNF-和 肺结核感染率最低 非单抗，无ADCC效应Helga Radner,Daniel Aletaha.Anti-TNF in rheumatoid arthritis:an overview.Wien Med Wochenschr(2015)165:39.感染几率高 药物昂贵，需要长时间使用 无法修复受损关节 使用持续时间难以统一，中断用药后果不明确 脱髓鞘病、心力衰竭Eva AV Moelants,et al.Regulation of TNF-with a focus on rheumatoid arthritis.Immunology and Cell Biology.2013;91:393-401.Marinova-Mutafchieva L,et al.Dynamics of proinflammatory cytokine expression in the joints of mice with collagen-induced arthritis(CIA).Clin Exp Immunol 1997;107:507512McInnes IB,et al.Interleukin-15 mediates T cell-dependent regulation of tumor necrosis factor-alpha production in rheumatoid arthritis.Nat Med 1997;3:189195.Ulrike Harre,et al.Induction of osteoclastogenesis and bone loss by human autoantibodies against citrullinated vimentin.The Journal of Clinical Investigation.2012;122:1791-1802.Helga Radner,Daniel Aletaha.Anti-TNF in rheumatoid arthritis:an overview.Wien Med Wochenschr.2015;165:39Kuriya,B.et al.Efficacy of initial methotrexate monotherapy versus combination therapy with a biological agent in early rheumatoid arthritis:a meta-analysis of clinical and radiographic remission.Ann.Rheum.Dis.,2010,69,1298-1304.Bluml S,Scheinecker C,Smolen JS,et al.Targeting TNF receptors in rheumatoid arthritis.Int Immunol.2012;24(5):27581.Lee,A.,et al.Tumor necrosis factor alpha induces sustained signaling and a prolonged and unremitting inflammatory response in rheumatoid arthritis synovial fibroblasts.Arthritis&Rheumatism,2013;65:928-938.Vis M,et al.Evaluation of bone mineral density,bone metabolism,osteoprotegerin and receptor activator of the NFB ligand serum levels during treatment with infliximab in patients with rheumatoid arthritis.Ann.Rheum.Dis.2006;65:14951499.Li P,et al.RANK signaling is not required for TNF-mediated increase in CD11hi osteoclast precursors but is essential for mature osteoclast formation in TNF-mediated inflammatory arthritis.J.Bone Miner.Res.2004;19:207213.Diarra D,Stolina M,Polzer K,et al.Dickkopf-1 is a master regulator of joint remodeling.Nat.Med.2007;13:156163.Binder,N.B.,et al.Tumor necrosis factor-inhibiting therapy preferentially targets bone destruction but not synovial inflammation in a tumor necrosis factor-driven model of rheumatoid arthritis.Arthritis&Rheumatism,2013;65:608-617.Kavanaugh A,Fleischmann RM,Emery P,et al.Clinical,functional and radiographic consequences of achieving stable low disease activity and remission with adalimumab plus methotrexate or methotrexate alone in early rheumatoid arthritis:26-week results from the randomised,controlled OPTIMA study.Ann Rheum Dis.2013;72(1):6471.