背景：
肿瘤坏死因子(TNF)是炎症反应的核心细胞因子，中和TNF的生物制剂是治疗慢性炎症和自身免疫病变的最成功药物之一。近年来研究发现，TNF不仅可以通过直接诱导炎症基因表达来驱动炎症反应，还可以通过诱导细胞死亡、激发炎症免疫反应和疾病发展来间接驱动炎症反应。因此，细胞死亡抑制剂被认为是治疗TNF依赖性炎症性疾病的新方法。
简介：
2022年11月15日，来自比利时根特VIB炎症研究中心的Geert van Loo教授课题组在Nat Rev Immunol（IF: 108.5）杂志上发表题为“Death by TNF: a road to inflammation”的文章[1]。这篇综述简要回顾了TNF作为治疗靶点的历史和发现，然后重点关注TNF通过诱导细胞死亡间接促进炎症的最新发现。因此，直接抑制细胞死亡被认为是治疗TNF介导的疾病的一种新的治疗策略，特别是对于抗TNF治疗无效或出现不良反应的患者。
主要结果：
TNF的简短历史。
TNF被认为是一种血清因子,可以诱导急性细菌感染后患者的出血坏死。这一抗癌活动已经被纽约外科医生威廉·科利(William Coley)所利用,他描述了治疗患有癌症的患有癌症的患者,这些细菌的提取物被称为“Coley的混合毒素”。随后,从细菌提取物中分离出脂多糖,并在小鼠实验癌症研究中诱导一些肿瘤消退。Carswell等后来证明,实际上不是LPS本身杀死了癌细胞,而是宿主巨噬细胞在反应中产生的肿瘤坏死因子。因此,坏死因子被命名为“肿瘤坏死因子”或“TNF”2。在此之后,人类、小鼠和TNF受体编码的基因被纯化、测序和克隆,并对重组TNF进行了实验研究,以验证其对癌症治疗的抗肿瘤潜能。然而,当重组细胞因子诱导严重的内毒素休克时,TNF将成为一种强大的抗癌药物。事实上,在这些癌症研究中,TNF被发现与一种以前确定的名为“cachectin”的蛋白质相同,该蛋白负责小鼠内受生素诱导的消瘦病(cachexia)。
在病原体防御中TNF诱导细胞死亡。
宿主-病原体相互作用是两种生物的主要选择压力。虽然宿主必须适应病原体的感染,但病原体必须反过来发展机制,以避免宿主的免疫防御。这种连续的压力选择了主机上多个、分层和相互关联的防御机制。类似地,病原体已经开发出了复杂的策略,以躲避宿主的免疫,通过操纵炎症信号通路或阻止其他抗菌防御机制。不同的细胞死亡检查点似乎已经进化成宿主对这种微生物劫持的反应。事实上,TNF信号信号的目的是建立炎症反应,主要是通过MAPK和NF-kB信号通路促进炎症基因激活。值得注意的是,激活这些信号通路的激酶也是对TNF细胞毒性的断裂。因此,当病原体试图通过传递影响这些激酶适当激活的毒性或效应因子来抑制宿主的炎症基因激活时,细胞将会改变其对诱导细胞死亡的反应,从而激活另一种途径,以提醒免疫系统,尽管释放了相关的分子模式。这在革兰-阴性属耶氏菌属的动物致病性中很好地说明了这一点,它注入了一个酰基转移酶,名为“YopJ / P”,能够抑制TAK1、IKKα和IKKβ的催化活性,试图通过防止促炎症介质的MAPK和NF- kB依赖性表达来摆脱宿主防御。
图1：TNF和TNF诱导细胞死亡史上关键事件的时间轴
在炎症性疾病中TNF诱导细胞死亡。
虽然TNF诱导细胞死亡可以帮助在微生物感染过程中获得适当的免疫反应,但它也可以在环境因素和/或基因突变的结果中,当不受影响的时候,它也可以变成一种高度有害的过程。现在清楚的是,TNF有助于炎症患者的发病机制,不仅通过诱导炎症介质的表达,还可以触发细胞死亡。例如,TNF诱导小鼠的致命感染性休克由RIPK1激酶激活引起的细胞死亡,因为遗传或对RIPK1酶活性的抑制作用完全保护小鼠免受肿瘤TNF的细胞因子风暴、低温度和发病率的影响。在这个模型中,触发事件最初被认为是坏死的,但后来的研究表明,在RIPK1激酶的依赖性凋亡和焦亡中有额外的贡献。事实上,据报道,在部分挽救过低体温的情况下,有8个杂合性酶,并报告了GSDMD的丢失,以限制致死率。TNF诱导在体内的RIPK1激酶依赖细胞死亡的原因,而大多数细胞并没有屈服于单个TNF刺激体外,并没有完全理解,但表明在体内炎症环境影响着RIPK1细胞死亡检查点。人们很容易推测,细胞毒性源于多种细胞因子的共同感知,这些细胞因子是由炎症环境提供的。
值得注意的是，TNF与TNFR2的结合也激活了非经典NF-κB通路。因此，由TNFR1和TNFR2共同感知的TNF也有可能将TNFR1应答从生存转换为RIPK1激酶活性依赖性死亡。因此，TNF的体外细胞毒性反应和体内细胞毒性反应之间的部分差异可能源于TNFR2表达水平的差异，或者源于膜结合TNF和可溶性TNF的表达差异，因为后者激活TNFR2的能力相对较差。除了TNF家族的配体，最近报道TNF和干扰素-γ的共同感应也通过激活JAK-STAT1-IRF1轴诱导RIPK1激酶活性依赖性的细胞死亡(凋亡，焦亡和坏死性凋亡)。然而，这一通路的激活是否以及如何影响TNFR1下游的已知细胞死亡检查点仍不清楚。有趣的是，TNF和干扰素-γ的中和抗体联合治疗可保护小鼠免于SARS-CoV-2感染期间的死亡，这可能支持已报道的细胞焦亡在重症COVID-19过度炎症中的致病作用。
图2：TNFR1的炎性信号
最近的研究通过产生表达RIPK1的抗caspase 8切割变异体(Ripk1D325A)的小鼠来特异性靶向caspase 8检查点。该突变可诱导小鼠胚胎死亡，而这一死亡可通过RIPK1激酶活性丧失、TNFR1丧失或MLKL(或RIPK3)和FADD(或caspase 8)同时丧失来预防，但不能通过MLKL或RIPK3单独丧失来预防，这证实了联合诱导的凋亡和坏死性凋亡。重要的是，我们还发现了携带可阻止半胱天冬酶8裂解的RIPK1致病突变的患者，这些患者会发生早发性自身炎症性疾病，即所谓的抗裂解RIPK1诱导的自身炎症综合征，这是由患者细胞对RIPK1活化、凋亡和坏死性凋亡的超敏反应引起。
通过作为激酶IKKα、IKKβ、IKKε和TBK1的锚定位点，通过cIAP1、cIAP2和LUBAC连接到TNFR1复合体I的泛素链以依赖RIPK1激酶活性或不依赖RIPK1激酶活性的方式间接控制两个抑制caspase 8依赖性细胞死亡的检查点(图3)。影响泛素信号传导正常调节的突变可触发异常TNF介导的细胞死亡并导致炎症性疾病。例如，cIAP1和cIAP2的缺失导致了TNFR1信号传导导致的胚胎死亡。进一步的研究表明，在成年小鼠中，cIAP1和cIAP2的缺失通过释放对caspase 8依赖的细胞死亡的制动导致炎症和死亡。泛素连接酶x连锁凋亡抑制蛋白(XIAP)的缺乏是导致x连锁淋巴组织增生综合征2 (X-linked lymphoproliferative syndrome 2，一种严重的炎症性疾病)的原因。利用基因靶向小鼠，XIAP可通过调节RIPK1的泛素化来预防TNF- α和RIPK3依赖性细胞死亡，这可能解释x连锁淋巴增生综合征2患者的过度炎症。
图3：TNFR1的信号和对TNFR1通路中三个特征细胞死亡检查点的概述
结论和展望：
虽然在经过遗传改变，缺乏(或表达)凋亡、坏死性凋亡和焦亡装置必需蛋白的小鼠中进行的实验研究已经正式证明了异常细胞死亡可促发炎症性疾病的发生，但我们仍需要使用特异性抑制剂进行功能验证，以确定促炎细胞死亡对人类疾病发病机制的重要性。RIPK1和RIPK3抑制剂以及GSDMD抑制剂目前正在研究作为人类炎症性疾病的潜在疗法。这些抑制剂可能成为自身免疫性疾病患者的替代治疗，特别是对于那些抗TNF治疗无效或出现不良反应的患者。事实上，1/3的类风湿关节炎患者将在治疗的第一年停止抗TNF药物治疗，主要是由于无效或不良事件，并且在IBD和银屑病患者中已显示出相似的疗效特征。
RIPK1有一个独特的疏水囊袋，可以变构调节其激酶活性，这使我们能够开发停靠在该囊袋内的小分子激酶抑制剂。其中一些靶向RIPK1的化合物已进入临床试验，用于治疗炎症性疾病，如溃疡性结肠炎、银屑病和类风湿关节炎。此外，RIPK1抑制剂已进入临床试验，用于治疗神经退行性疾病，包括肌萎缩侧索硬化、阿尔茨海默病和多发性硬化。然而，使用RIPK1抑制剂GSK2982772开展的两项此类试验的第一项结果在一小部分溃疡性结肠炎或类风湿性关节炎患者中未显示出临床疗效。
最后,在小鼠的临床前研究也明确表明,不同的细胞死亡信号通路在隔离中并没有运作,但在一个模块的干预可能无法获得保护,而可以参与一个备用的细胞死亡通路。这种在细胞死亡通路之间亲密的串扰可能最终会损害单一抑制药物的使用,可能需要多种药物同时抑制多个细胞死亡模块或目标中心信号中心。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41577-022-00792-3
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