TNFR信号通路系列之一：TNFR1相关复合体

TNFR信号通路系列之一：TNFR1相关复合体

一、TNFR超家族

TNFR超家族（TNF receptor superfamily，TNFRSF）包含 29 个成员，是由胞外域和胞内域组成的跨膜受体。 TNFR超家族成员分为三大类[1,7,11]。

1、死亡受体

第一类是死亡受体（death receptors，DRs），其胞质区尾部具有介导细胞凋亡和坏死的特定死亡结构域（death domain，DD）[1,7,11]。包括[7]：

• Fas / CD95 / Apo1 / APT1（见帖：死亡信号诱导复合体（DISC））
• TNFR1 / CD120a / p55-R / TNFAR / TNFR60（见下文）
• DR3 / TRAMP / WSL1 / LARD / WSLLR / DDR3 / TR3 / Apo3
• DR4 / TRAILR1 / Apo2
• DR5 / TRAILR2 / KILLER / TRICK2A / TRICKB
• DR6 / TR7

2、激活受体

第二类是激活受体，其胞质区尾部包含一个或多个TIM（TRAF相互作用基序），可激活多种信号通路，如 NF-κB、MAPK、JNK、p38、ERK、PI3K[1,7,11]。包括[7]：

• TNFR2 / p75 / CD120b / TNFR80 / TNFBR（见下文）
• CD40 / p50 / Bp50（见帖：TNFR信号通路系列之三：TRAF家族）
• CD30 / Ki-1 / D1S166E
• CD27 / Tp55 / S152
• TNFR2-RP / TNFCR / TNFRIII
• LT-Beta R
• OX40 / CD134 / ACT35 / TXGP1L
• 4-1BB / CD137 / ILA
• BAFFR
• BCMA / BCM
• TACI / CAML相互作用因子
• RANK / TRANCE-R（见帖：OPG/RANK/RANKL信号通路）
• p75 / NGFR
• HVEM（疱疹病毒进入介体）/ HveA / ATAR / TR2 / LIGHTR
• GITR / AITR / TNFRSF18
• TROY / TAJ
• EDAR
• XEDAR / EDA-A2R
• RELT
• Fn14

3、TNF受体家族成员

第三类是 TNF 受体家族成员，不包含功能性细胞内信号传导域或基序。尽管这类受体不能提供细胞内信号转导，但是它们作为受体，可以与其他两个信号转导组有效竞争它们的相应配体。因此，这些DcR（诱饵受体）通过阻止其他TNF受体激活信号转导途径发挥作用[7,11]。包括[7]：

• DcR1 / TRID / TRAIL-R3
• DcR2 / TRUNDD / TRAIL-R4
• DcR3
• OPG（见帖：OPG/RANK/RANKL信号通路）

二、TNF相关分子介绍

1、TNF-α

TNF-α 是一个非螺旋的富含β折叠的蛋白质。TNF-α 以同源三聚体的折叠形式存在，每个亚基通过β折叠以边对面的堆积方式形成一个精密、金字塔样的三聚体分子[2]。

TNF-α 主要以跨膜型 TNF-α（tmTNF-α）的形式产生。此外还有部分 tmTNF-α 由金属蛋白酶TACE（TNF-α converting enzyme，TNF-α转换酶）裂解成 sTNF-α（可溶性形式）[3]。

2、TNF受体

TNF受体有2种，均为 I 型跨膜蛋白[2-4]。

• TNFR1（TNFRI，TNFRSF1A，p55，CD120a），可被 tmTNF-α 或 sTNF-α 激活，在体内大多数细胞表面广泛分布，是 TNF-α 信号转导的核心调节因子[2,3]，
• TNFR2（TNFRII，TNFRSF1B，p75，CD120b），主要由 tmTNF-α 激活，且其表达主要局限在免疫细胞[2]。

TNFR1、TNFR2的胞外区都含有 4 个 CRD（cysteine-rich-domain，富含半胱氨酸的结构域），每个 CRD 包含 6 个半胱氨酸，形成 3 对二硫键。CRD 独特的折叠方式决定了 TNF 与受体之间的特异性结合，与 TNF 结合部位是 CRD2 和 CRD3。虽然 CRD1、CRD4 不直接参与对 TNF 的识别与结合，但它们的缺失导致与 TNF 的结合能力显著下降[2]。两种受体胞外区有30％同源性，而胞内区无相似性，提示二者介导不同的信号传递途径[2,11]。

三、信号转导分子介绍

1、TRADD、FADD

TRADD（TNFR1-associated death domain protein，TNFR1相关死亡域结合蛋白）、FADD（Fas-associated death domain protein，Fas相关死亡结构域蛋白）均具有死亡结构域（DD）。

• TRADD 是TNFR1信号转导中最重要的分子[4,11]。
• FADD 参与形成死亡信号诱导复合体（DISC）。

2、RIP1

RIP1（receptor-interacting protein 1，相互作用受体蛋白1）属于RIP家族。RIP1 的C端结构含有一个死亡结构域 （DD），中间结构则包含一个RIP同型结构域 （a RIP homotypic interaction motif，RHIM）和一个与相互连接的中间域（a bridging intermediate domain，ID）[5]。

RIP1的泛素化与去泛素化，调控复合体Ⅰ激活的NF-κB通路（RIP1泛素化）和复合体Ⅱb激活的Caspase级联反应（RIP1去泛素化）。详细见帖子：RIP家族。

3、TRAF2

TRAF2（TNF receptor associated factor 2，TNFR相关因子2）属于TRAF家族（见帖：TRAF家族）。TRAF2 的 C 端有一个保守的含200个氨基酸的 TRAF 结构域，TRAF 结构域的 2 个不同的 TRAF-N 和 TRAF-C 亚结构域可独立介导自身相互作用和与 TRAF1 相互作用。TRAF-C 的 C 末端序列与 TNFR2 和 TRADD 相互作用，而 TRAF-C 的 N 末端与 RIP 相互作用。TRAF2 也可以直接与 TNF 家族中的一些不含死亡结构域（DD）的成员（如TNFR2）连接[12]。

4、cIAP1/2

cIAP1/2（cellular inhibitor of apoptosis protein 1 and 2，细胞凋亡抑制蛋白1/2）属于 IAP 家族。Smac 与 cIAP1 和 cIAP2 的 BIR 结构域结合后，还充当其 E3 泛素连接酶活性的变构激活剂，导致 cIAP1/2 的自降解[6]。 详细见帖子：XIAP/Smac/Caspase-3信号通路。

5、c-FLIP

c-FLIP（cellular FADD-like interleukin-1β-converting enzyme-inhibitory protein，细胞FADD样白细胞介素-1β 转化酶抑制蛋白）的高水平表达会导致异聚复合体 Caspase-8/c-FLIP 的形成，该复合体具有催化活性，但不能促进 Caspase-8 的完全加工，进而阻断依赖于复合物Ⅱa诱导的细胞凋亡 [6,9]。

复合物Ⅱa的活性通常被 c-FLIP 抑制。在大多数情况下，需要下调 NF-kB 诱导的基因表达（复合物Ⅰ介导）才能激活 caspase-8（复合物Ⅱa介导）[6]。

四、TNFR1相关复合体

TNFR1相关复合体包括：TNFR1复合体Ⅰ、胞质复合体Ⅱa、胞质复合体Ⅱb、坏死复合体。

• TNF-α激活TNFR1，招募形成TNFR1复合体Ⅰ，形成后RIP1被快速多聚泛素化，激活NF-κB信号通路。
• 当NF-κB信号通路被抑制时，Smac 使 cIAP1/2 自降解，随后 TNFR1复合体Ⅰ从质膜上解离，RIP1从复合体Ⅰ中释放，TRADD 招募 FADD、Pro-caspase-8 形成胞质复合体Ⅱa。而被释放的 RIP1 去泛素化，招募FADD、Pro-caspase-8、RIP3 形成胞质复合体Ⅱb。
• 当去泛素化 RIP1 因 caspase-8 或 FADD 缺失无法招募时，RIP1 与 RIP3 中的 RHIM 相互作用，形成坏死复合体。

RIP1 是 TNFR信号通路的关键分子。

• 对 RIP1 的依赖性，由 Smac 通过 cIAP1/2调控。复合体Ⅰ、复合体Ⅱb依赖 RIP1，而复合体Ⅱa不依赖RIP1。
• RIPK1 的泛素化（复合体Ⅰ）激活NF-κB信号通路，发挥抗凋亡作用。而去泛素化（复合体Ⅱb、坏死复合体）发挥促凋亡作用（细胞凋亡、程序性坏死）。
• RIPK1 的激酶活性对细胞凋亡（复合体Ⅱb）至关重要，而对 NF-kB 激活（复合体Ⅰ）可有可无的。

引起细胞凋亡（复合体Ⅱa、Ⅱb）的两种 TNF-a 依赖性 Caspase-8 激活途径受不同生理信号的调节。

• 复合体Ⅱa 不依赖 RIP1，而被 c-FLIP 通过结合 Caspase-8 调控；
• 复合体Ⅱb 依赖 RIP1，被 Smac 通过 cIAP1/2 调控。

1、TNFR1复合体Ⅰ[1-3,6,8,9,12]

（1）TNFR1复合体形成

TNFR1 的胞内区与 SODD（silencer of death domain，死亡结构域沉默子）结合，抑制了 TNFR1 的死亡结构域（DD）与 TRADD 等接头分子的结合。

当 TNF-α 三聚体与 TNFR1 的胞外区结合，引起 TNFR1 的三聚化，胞内区的 SODD 被释放，TNFR1 胞内区的死亡结构域（DD）与 TRADD、RIP1 相结合。TRAF2 不能直接结合于 TNFR1，但 TRAF2 通过与 TRADD 的 N 端非DD部分相互作用而被招募。TRAF2 通过其 TRAF-N 亚结构域与 cIAP1/2 相互作用。最终，形成由TNFR1、TRADD、RIP1、TRAF2、cIAP1/2组成的TNFR1复合体Ⅰ（又称膜相关复合体）。

（2）激活NF-κB信号通路

复合体Ⅰ装配完成后，RIP1 被快速多聚泛素化，该过程对于 IKK 复合物的募集和 NF-κB 的活化都是必要的。复合体Ⅰ通过激活 IKK 复合物，进而激活NF-κB信号通路。RIP1泛素化过程，以及NF-κB信号通路激活过程见帖子：RIP家族。

2、胞质复合体Ⅱa

在 TNFR1复合体Ⅰ激活 NF-κB 信号通路的过程中，当 cIAPs、TAK1、NEMO 的活性被抑制或者表达下调时，TNFR1复合体Ⅰ转运进入细胞内，转变为胞质复合体Ⅱa和Ⅱb[9-11]。

（1）胞质复合体Ⅱa的形成

Smac 使 cIAP1/2 自降解，随后 TNFR1复合体Ⅰ从质膜上解离，RIP1从复合体Ⅰ中释放（释放的RIP1参与形成复合体Ⅱb）。TRADD 通过其死亡结构域（DD）募集 FADD，FADD 通过 DED 相互作用募集 Pro-caspase-8（DED 位于 Caspase 的 prodomain 结构域）。复合体Ⅰ转变为由TRADD、FADD、Pro-caspase-8组成的胞质复合体Ⅱa[9-11]。

（2）c-FLIP的抑制作用

复合物Ⅱa的活性通常被 c-FLIP 抑制（c-FLIP 可由 NF-kB 诱导表达）。在大多数情况下，需要下调 NF-kB 诱导的基因表达（复合物Ⅰ介导）才能激活 caspase-8（复合物Ⅱa介导）[6]。

胞质复合物Ⅱa通常以酶原的状态存在于无活性的 Caspase-8 中，进一步聚集后迅速活化并触动信号通路下游的其他 Caspase 因子最终发动联级反应[5]。

3、胞质复合体Ⅱb

（1）RIP1去泛素化

胞质复合体Ⅱa形成过程中，RIP1从复合体Ⅰ中释放。被释放的 RIP1 的 K63 多聚泛素链被去泛素化酶 CYLD（cylindromatosis）或者泛素修饰酶 A20 切割去除[9,10]。

（2）胞质复合体Ⅱb的形成

去泛素化的 RIP1 通过其死亡结构域（DD）募集 FADD、Pro-caspase-8，并通过 RHIM 募集 RIP3， FADD 取代 TNFR1 形成由 FADD、Pro-caspase-8、RIP1、RIP3 组成的胞质复合体Ⅱb，从而启动依赖于 RIP1 激酶活性的细胞凋亡[9-11]。

• 泛素化 RIP1 阻止其与 RIP3 或 FADD 结合，从而阻断了复合体Ⅱb引起的细胞凋亡[10]。

4、坏死复合物

胞质复合体Ⅱb 形成过程中，RIP1 去泛素化后，若 caspase-8 或 FADD 缺失，RIP1 与 RIP3 中的 RHIM 相互作用，形成坏死复合体[1,10]。坏死复合体，又称为功能性淀粉样信号复合物（functional amyloid signaling complex）[1,5]。

坏死复合体通过RIPK1/RIPK3/MLKL信号通路引起细胞坏死性凋亡（又称程序性坏死）[10]。RIPK1/RIPK3/MLKL信号通路见帖子：RIP家族。

五、TNFR2的信号转导

TNFR2 胞内区没有死亡结构域（DD），因此不能与 TRADD 结合。但 TNFR2 的 TRAF 结构域可与胞质中的 TRAF2 连接，并招募 TRAF3、TRAF1、cIAP1/2。TNFR2 和 TNFR1 具有共同的信号效应，激活NF-κB信号通路[3,12]。

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