医学免疫学课件：TNF和TNFR与类风湿关节炎

1、TNF和TNFR与类风湿关节炎目录1基本概念2类风湿关节炎3TNF-与RA的联系4RA治疗5参考文献Tumor Necrosis FactorTNF-Tumor Necrosis Factor ReceptorTNF-传导通路基本概念1.1 Tumor Necrosis Factor分类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-：淋巴因子，抗原和丝裂原可刺激t淋巴细胞分泌tnf-。1.2 TNF-人的TNF-基因长约2.76k

2、b，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，与MHC基因肿瘤坏死因子群密切连锁，分别定位于第6对和第17对染色体上。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，切除信号肽后成熟型TNF-为157氨基酸残基，非糖基化，第69位和101位两个半胱氨酸形成分子内二硫键。TNF-是一个非螺旋、富含B折叠的蛋白多肽，每个单体由反向平行的B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。TNF-基因是RA发病遗传因素的一个重要候选基因。TNF增强子238位GG基因型与RA进展性关节破坏程度相关且不依赖

3、于DR4的存在，TNF区域多态性可能与DR等位基因存在交互作用从而影响疾病易感性。1.3 Tumor Necrosis Factor Receptortnf-r的分型：型tnf-r，55kda，cd120a，439氨基酸残基，此型受体可能在溶细胞活性上起主要作用；型tnf-r，75kda，cd120b，426氨基酸残基，此型受体可能与信号传递和t细胞增殖有关。两型tnf-r均包括胞膜外区、穿膜区和胞浆区三个部分，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-r属于神经生长因子受体（ngfr）超家族。tnf-和tnf-的受体可能是同一的。可溶性tnfr：

4、tnf结合蛋白（tnf-bp）是tnfr的可溶性形式，有sTNf R（TNF-BPI）和sTNFR（TNF-BP）两种。一般认为stnfr具有局限tnf活性，或稳定tnf的作用，在细胞因子网络中有重要的调节作用。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，可促进皮下接种meth a肉毒的生长，可见于正常妊娠尿中。炎症、内毒素血症、脑膜炎双球菌感染、 SLE、HIV感染、肾功不全时以及肿瘤时可升高。可溶性tnfr可有效地减轻佐剂性关节炎的病理改变以及败血症休克。1.4 TNF-传导通路Figure1. TNF- pathwayEva AV Moelant

5、s, et al. Regulation of TNF- with a focus on rheumatoid arthritis. Immunology and Cell Biology. 2013; 91: 393-401.1.4 TNF-传导通路 核转录因子kappaB( NF-B) ：细胞中重要的转录调节因子，通常以p50-p65 异二聚体的形式与其抑制性蛋白( inhibitor kappaB，IB) 结合而呈非活化状态。NF-B 通过刺激因子( 病毒、肿瘤坏死因子、B 细胞活化因子、淋巴毒素等) 的活化进而诱导多种基因的表达，产生多种细胞因子参与炎症反应。Table 1. Cand

6、idate Genes with Single-Nucleotide Polymorphisms (SNPs) Linked to Rheumatoid Arthritis and Their Potential Function in Pathogenesis.Iain B. McInnes, Georg Schett. The Pathogenesis of Rheumatoid Arthritis. N Engl J Med 2011; 365(23): 2205-2219类风湿关节炎Gary S. Firestein. Evolving concepts of rheumatoid a

7、rthritis. Nature 2003; 423: 356-361 2 类风湿关节炎发病机制不明：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。类风湿关节炎的发生可能通过T细胞受体以及HLA-DRB1之间的模糊识别。遗传因素：与类风湿关节炎发病相关的易感基因包括HLA-DR、PADI4和PTPN22等。环境因素：某些病毒和细菌感染可能作为始动因子，启动携带易感基因的个体发生免疫反应，进而导致类风湿关节炎的发病。病原体包括EB

8、病毒、结核分枝杆菌等。Figure2. A proposed model implicating multiple pathogenic mechanisms in RA.Gary S. Firestein. Evolving concepts of rheumatoid arthritis. Nature 2003; 423: 356-361 2 类风湿关节炎特征：滑膜组织增生慢性炎症骨质侵蚀自身抗体、趋化因子、细胞因子类风湿因子(RF)抗变性IgG的自身抗体，主要为19S的IgM，也可见7S的IgG及IgA。它能与人或动物的变性IgG结合，而不与正常IgG发生凝集反应。RF主要出现在类风湿

9、性关节炎患者，约7090的血清中和约60的滑漠液中可检出IgG类RF，这很可能是自身IgG变性所引起的一种自身免疫应答的表现抗瓜氨酸化蛋白抗体(ACPA)：抗瓜氨酸化蛋白抗体是一类针对含有瓜氨酸化表位的自身抗体的总称，对类风湿关节炎的诊断具有很高的敏感性和特异性，并与类风湿关节炎的病情和预后密切相关。各种抗瓜氨酸化蛋白抗体对类风湿关节炎的敏感性和特异性RA中TNF-的表达RA中TNF-的作用TNF-通过促进其他细胞产生细胞因子发挥作用关节骨损伤RA与TNF-的联系3.1 RA中TNF-的表达Marinova-Mutafchieva L, et al. Dynamics of proinflam

10、matory cytokine expression in the joints of mice with collagen-induced arthritis (CIA). Clin Exp Immunol 1997; 107: 5075123.1 RA中TNF-的表达炎症初期：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 rheumatoi

11、d 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: 189195.3.1 RA中TNF-的表达骨质破坏猜想：ACPAs 结合破骨细胞前体细胞会促进其自分泌TNF-，随后TNF-又促进其向破骨细胞分化Ulrike Harr

12、e, et al. Induction of osteoclastogenesis and bone loss by human autoantibodies against citrullinated vimentin. The Journal of Clinical Investigation. 2012; 122: 1791-1802.Figure3. Bone loss elicited by MCV-ACPAs is induced by TNF-mediated increase of osteoclast precursor trafficking and differentia

13、tion. 3.2 RA中TNF-的作用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.RA中TNF-的作用RA中TNF-的作用TNF-通过促进其他细胞产生细胞因子发挥作用关节骨损伤3.3 TNF-通过促进其他细胞产生细胞因子发挥作用募集细胞：TNF-诱导释放趋化因子：RANTES、MCP-1、

14、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

15、 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: 767804.3. 厉彦山. 肿瘤坏死因子及其受体在类风湿关节炎中的作用. 复旦学

16、报, 2010; 37(2): 245-249. 炎性反应：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2,109111，促进炎性反应。慢性炎症：巨噬细胞和滑膜成纤维细胞巨噬细胞初始，滑膜成纤维细胞维持炎症？3.3 TNF-通过促进其他细胞产生细胞因子发挥作用3.3 TNF-通过促进其他细胞产生细胞因子发挥作用慢性炎症Lee, A., et al. Tumor necrosis factor alpha induces sustained signaling and a prolonged and unremitting inflammatory response

17、 in rheumatoid arthritis synovial fibroblasts. Arthritis & Rheumatism, 2013; 65: 928-938.Figure5a. Sustained induction of IL-6, chemokines, and MMPs in FLS by TNF Figure5b. Transient inflammatory response to TNF in human macrophages. RA中TNF-的作用RA中TNF-的作用TNF-通过促进其他细胞产生细胞因子发挥作用关节骨损伤3.4 关节骨损伤破骨细胞：Recep

18、tor activator of nuclear factor kappa B ligand （RANKL）和其受体RANK介导TNF-可能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 1. Eva AV Moelants, et al. Regulation of TNF- with a focus on rheumatoid arthritis. Immunology and Cell Biology , 2013; 91: 393401.2. Li P, et al. RANK signaling is not required for TN

19、F- mediated increase in CD11hi osteoclast precursors but is essential for mature osteoclast formation in TNF-mediated inflammatory arthritis. J. Bone Miner. Res. 2004; 19:207213.3. Vis M, et al. Evaluation of bone mineral density, bone metabolism, osteoprotegerin and receptor activator of the NFB li

20、gand serum levels during treatment with infliximab in patients with rheumatoid arthritis. Ann. Rheum. Dis. 2006; 65: 14951499.3.4 关节骨损伤Figure6b. RANK blockade has no effect on the increased CD11bhi osteoclast precursor frequency (OCP) in TNF-Tg mice.Figure6a. RANK blockade reduces osteoclast numbers

21、 both within long bones and at rosion sites in joints of TNF-Tg mice treated with RANK:Fc. 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. Re

22、s. 2004; 19:207213.3.4 关节骨损伤Eva AV Moelants, et al. Regulation of TNF- with a focus on rheumatoid arthritis. Immunology and Cell Biology (2013) 91, 393401Figure7. TNF-a-mediated signaling in osteoclasts.治疗药物使用原则现存问题治 疗 方 法4.1 治疗药物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

23、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 agentsTNF-单抗(e.g., infliximab, adalimumab, golimumab and certolizumabpegol) TNF受体融合蛋白(e.g.,etanercept).Helga Radner, Daniel Aletaha. Anti-TNF in rheumatoid arthritis: an overview. Wien Med Wochenschr. 2015; 165:394.1 治疗药物Infliximab (Remicade)英夫利昔单抗单抗类

24、药物，3-10 mg/(kg* 6w)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：isoniazide、methotrexateEtanercept (Enbrel)依那西普融合蛋白：TNF受体+IgG的Fc 段 ,25mg/2w或50 mg/w肺结核感染率最低 非单抗，无ADCC效应Helga Radner, Daniel Aletaha. Ant

25、i-TNF in rheumatoid arthritis: an overview. Wien Med Wochenschr (2015) 165:39. 4.1治疗药物联合用药Figure8. Forest plot of the risk ratio for attaining clinical remission using combination therapy versus onotherapy at follow-up.Kuriya, B.et al. Efficacy of initial methotrexate monotherapy versus combination

26、therapy with a biological agent in early rheumatoid arthritis: a meta-analysis of clinical and radiographic remission. Ann. Rheum. Dis., 2010, 69, 1298-1304.4.1 治疗药物Infliximab (Remicade)英夫利昔单抗单抗类药物，3-10 mg/(kg* 6w)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

27、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：isoniazide、methotrexateEtanercept (Enbrel)依那西普融合蛋白：TNF受体+IgG的Fc 段 ,25mg/2w或50 mg/w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. 4.2 使用原则使用剂量Binder, N.B.,

28、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.Figure9. Histologic analysis of the tarsal area of the hind paws of WT and

29、 hTNF-transgenic mice after 3 weeks of treatment with different concentrations of adalimumab4.2 使用原则使用剂量肺结核筛查联合用药：isoniazide、methotrexate4.3 现存问题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尽管没有研究表明TNF抑制会使恶性肿瘤恶化长时间使用仍然可能带来风险6. 参考文献Eva AV Moelants, et al. Regulation of TNF- with a focus on rheumatoid

30、 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 regulat

31、ion 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.厉彦山. 肿瘤坏死因子及其受体在类风湿关节炎

32、中的作用. 复旦学报, 2010; 37(2): 245-249.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., 2