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摘 要：肿瘤坏死因子（TNF）是一种具有多种生物学活性的细胞因子，其过表达与多种疾病有关。目前，TNF已成为一种治疗炎症疾病极具吸引力的药物作用靶点。综述TNF小分子抑制剂的研究现状，旨在为TNF新型小分子抑制剂的设计和研究提供参考。
关键词：肿瘤坏死因子;小分子抑制剂;作用机理
1 肿瘤坏死因子小分子抑制剂研究背景
肿瘤坏死因子（Tumor Necrosis Factor，TNF）是一種具有多种生物学活性的细胞因子，主要源于单核细胞和巨噬细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞、肥大细胞[1]，在免疫反应调节、T细胞介导的组织损伤、慢性炎症的发生发展等方面具有重要作用[2]。正常水平的TNF-α可以参与抵抗细菌、病毒和寄生虫的感染，促进组织修复，引起肿瘤细胞凋亡等。然而，TNF-α在体内的大量产生和释放会破坏机体的免疫平衡，并引发多种疾病，包括多发性硬化症、败血性休克、恶质病、哮喘以及自体免疫疾病等。
TNF-α的多种生物学活性都是通过两个不同的细胞表面特异受体（TNFR）介导的，且TNFR1和TNFR2产生的信号转导通路并不完全相同[3]。因此，应用拮抗剂或者抑制剂降低患者体内的TNF-α水平或抑制其与TNFR的结合，已经成为一种临床上治疗类风湿性关节炎、节段性肠炎、强直性脊柱炎、银屑病关节炎等TNF过度表达引起的相关疾病的主要途径。
目前出现的TNF-α抑制剂主要抑制TNF-α与受体TNFR1之间的结合，通过破坏两者之间的信号传导，最终抑制TNF-α过度表达所引发的一系列疾病，主要包括合成抗体、合成小分子、天然产物、金属和多肽抑制剂[4]。不同的抑制剂作用时机理并不相同。本综述主要从抑制机理的角度对TNF抑制剂进行分类总结。
2 TNF抑制剂的作用机理
2.1 与TNF结合发挥抑制作用
Grazioli等[5]发现苏拉明对TNF与其受体之间的相互作用起到抑制作用，实验结果证明苏拉明的抑制机理与解聚TNF三聚体有关。后续结果表明了苏拉明分子中的3个结构特征（6个磺酸基团、29.4?的分子长度和结构对称性）对TNF影响的重要性。Mancini等[6]在Grazioli等[5]的工作基础上，选择了一系列与苏拉明结构类似的化合物并测试了对 TNF-TNFR1相互作用的抑制效果，最终得到了两种有效的化合物，分别为锥虫蓝和伊文思蓝，这两种化合物同时具备苏拉明的3种结构特征。Aeg103B、Tyr119C和Lys98B 3个氨基酸残基是3种活性抑制剂与TNF共同的作用位点，且这 3个氨基酸残基在TNF三聚体缔合时发挥了重要的作用[7]。近年来，通过生物模拟实验发现了许多可能是通过破坏TNF三聚体发挥作用的抑制剂，如SPD305[8]、天然抑制剂皂苷[9]等。苏拉明为这部分抑制剂的机理奠定了基础。
Leung等[10]选择过渡金属铱（Ⅲ）复合物作为TNF-α的抑制剂，分子模拟结果表明该金属复合物的作用模式与SPD305类似，通过疏水作用与TNF二聚体结合。细胞实验表明，该金属抑制剂对TNF-α的抑制效果优于SPD305。这是首次关于TNF-α金属抑制剂的报道。
北京大学来鲁华课题组[11-12]通过计算确定了α螺旋多肽与TNF二聚体的结合位点，在此基础上设计了α螺旋多肽DLH08。结果显示，DLH08可以通过与二聚体结合阻止三聚体的形成，从而抑制其生物活性。
2.2 与TNFR结合发挥抑制作用
Carter等[13]通过TNF/TNFR1结合实验进行了结构筛选，发现了一系列含有罗丹宁杂环结构的分子。其中，最佳抑制剂IW927可抑制TNF-TNFR1的相互作用，并可抑制Ramos细胞中TNF引起的Ik-B磷酸化。此外，该化合物对TNFR1的选择性是TNFR2或CD40的2 000倍，首次确定抑制剂结合TNFR1而不是TNF。他们认为，抑制剂以较弱且可逆的作用力与TNFR1结合，然后共价结合到TNFR1上，形成了明显的高结合亲和力。结果还发现，抑制剂与TNFR1的Phe60、Thr61、Leu67和Leu71氨基酸残基形成了范德华作用力。TNFR1没有发生大的结构变化，推测该抑制剂是通过阻断TNF与Ala62附近TNFR1区域的相互作用而起作用的。
3 结语
尽管对于TNF小分子抑制剂的报道较多，但是目前已经进入临床应用的TNF-α小分子抑制剂甚少。众所周知，受体结合通常以其大而平坦的表面为特征，表面有许多氨基酸参与复杂多样的相互作用。一般的小分子抑制剂体积较小，与TNF-α的作用方式单一，亲和力差，很难发挥作用。因此，TNF-α小分子抑制剂只有具备一定的疏水性并且体积足够大，才能与TNF作用，从而阻止与第三个单体结合，形成具有生物活性的三聚体或者分解已经形成的三聚体结构，这应该是小分子抑制剂的发展趋势。
[参考文献]
[1]谭兵，李瑜元，聂玉强.抗肿瘤坏死因子-α治疗的研究进展[J].国际内科学杂志，2007（3）：143-147，158.
[2]吴婵媛，李梦涛，曾小峰.肿瘤坏死因子α抑制剂的免疫原性[J].中华临床免疫和变态反应杂志，2009（3）：210-215.
[3]NAUD? P J，DEN BOER J A，LUITEN P G，et al.Tumor necrosis factor receptor crosstalk[J].FEBS J，2011（6）：888-898. [4]AGGARWAL B B，EESSALU T E，HASS P E.Characterization of receptors for human tumour necrosis factor and their regulation by γ-interferon[J].Nature，1985（3）：665-667.
[5]GRAZIOLI L，ALZANI R，CIOMEI M，et al.Inhibitory effect of suramin on receptor binding and cytotoxic activity of tumor necrosis factor[J].International Journal of Immunopharmacology，1992，14（4）：637-642.
[6]MANCINI F，TORO C M，MABILIA M，et al.Inhibition of tumor necrosis factor-α（TNF-α）/TNF-α receptor binding by structural analogues of suramin[J].Biochemical Pharmacology，1999，58（5）：851-859.
[7]MUKAI Y，NAKAMURA T，YOSHIKAWA M，et al.Solution of the structure of the TNF-TNFR2 complex[J].Science Signaling，2010，148（3）：83.
[8]HE M M，SMITH A S，OSLOB J D，et al.Small molecule inhibition of TNF-α[J].Science，2005（11）：1022-1025.
[9]SHAH B A，CHIB R，GUPTA P，et al.Saponins as novel TNF-α inhibitors： isolation of saponins and a nor-pseudoguaianolide from Parthenium hysterophorus[J].Organic & Biomolecular Chemistry，2009（7）：3230-3235.
[10]LEUNG C H，ZHONG H J，YANG H，et al.A metal-based inhibitor of tumor necrosis factor-α[J].Angewandte Chemie International Edition，2012，51（36）：9010-9014.
[11]ZHANG C S，QI S，BO T，et al.Computational design of helical peptides targeting TNF-α[J].Angewandte Chemie International Edition，2013，52（42）：11059-11062.
[12]SHEN Q，ZHANG C S，LIU H B，et al.De novo design of helical peptides to inhibit tumor necrosis factor-α by disrupting its trimer formation[J].MedChemComm，2016（7）：725-729.
[13]CARTER P H，SCHERLE P A，MUCKELBAUER J A，et al. Photochemically enhanced binding of small molecules to the tumor necrosis factor receptor-1 inhibits the binding of TNF-α [J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2001，98（21）：11879-11884.
关键词：肿瘤坏死因子;小分子抑制剂;作用机理
1 肿瘤坏死因子小分子抑制剂研究背景
肿瘤坏死因子（Tumor Necrosis Factor，TNF）是一種具有多种生物学活性的细胞因子，主要源于单核细胞和巨噬细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞、肥大细胞[1]，在免疫反应调节、T细胞介导的组织损伤、慢性炎症的发生发展等方面具有重要作用[2]。正常水平的TNF-α可以参与抵抗细菌、病毒和寄生虫的感染，促进组织修复，引起肿瘤细胞凋亡等。然而，TNF-α在体内的大量产生和释放会破坏机体的免疫平衡，并引发多种疾病，包括多发性硬化症、败血性休克、恶质病、哮喘以及自体免疫疾病等。
TNF-α的多种生物学活性都是通过两个不同的细胞表面特异受体（TNFR）介导的，且TNFR1和TNFR2产生的信号转导通路并不完全相同[3]。因此，应用拮抗剂或者抑制剂降低患者体内的TNF-α水平或抑制其与TNFR的结合，已经成为一种临床上治疗类风湿性关节炎、节段性肠炎、强直性脊柱炎、银屑病关节炎等TNF过度表达引起的相关疾病的主要途径。
目前出现的TNF-α抑制剂主要抑制TNF-α与受体TNFR1之间的结合，通过破坏两者之间的信号传导，最终抑制TNF-α过度表达所引发的一系列疾病，主要包括合成抗体、合成小分子、天然产物、金属和多肽抑制剂[4]。不同的抑制剂作用时机理并不相同。本综述主要从抑制机理的角度对TNF抑制剂进行分类总结。
2 TNF抑制剂的作用机理
2.1 与TNF结合发挥抑制作用
Grazioli等[5]发现苏拉明对TNF与其受体之间的相互作用起到抑制作用，实验结果证明苏拉明的抑制机理与解聚TNF三聚体有关。后续结果表明了苏拉明分子中的3个结构特征（6个磺酸基团、29.4?的分子长度和结构对称性）对TNF影响的重要性。Mancini等[6]在Grazioli等[5]的工作基础上，选择了一系列与苏拉明结构类似的化合物并测试了对 TNF-TNFR1相互作用的抑制效果，最终得到了两种有效的化合物，分别为锥虫蓝和伊文思蓝，这两种化合物同时具备苏拉明的3种结构特征。Aeg103B、Tyr119C和Lys98B 3个氨基酸残基是3种活性抑制剂与TNF共同的作用位点，且这 3个氨基酸残基在TNF三聚体缔合时发挥了重要的作用[7]。近年来，通过生物模拟实验发现了许多可能是通过破坏TNF三聚体发挥作用的抑制剂，如SPD305[8]、天然抑制剂皂苷[9]等。苏拉明为这部分抑制剂的机理奠定了基础。
Leung等[10]选择过渡金属铱（Ⅲ）复合物作为TNF-α的抑制剂，分子模拟结果表明该金属复合物的作用模式与SPD305类似，通过疏水作用与TNF二聚体结合。细胞实验表明，该金属抑制剂对TNF-α的抑制效果优于SPD305。这是首次关于TNF-α金属抑制剂的报道。
北京大学来鲁华课题组[11-12]通过计算确定了α螺旋多肽与TNF二聚体的结合位点，在此基础上设计了α螺旋多肽DLH08。结果显示，DLH08可以通过与二聚体结合阻止三聚体的形成，从而抑制其生物活性。
2.2 与TNFR结合发挥抑制作用
Carter等[13]通过TNF/TNFR1结合实验进行了结构筛选，发现了一系列含有罗丹宁杂环结构的分子。其中，最佳抑制剂IW927可抑制TNF-TNFR1的相互作用，并可抑制Ramos细胞中TNF引起的Ik-B磷酸化。此外，该化合物对TNFR1的选择性是TNFR2或CD40的2 000倍，首次确定抑制剂结合TNFR1而不是TNF。他们认为，抑制剂以较弱且可逆的作用力与TNFR1结合，然后共价结合到TNFR1上，形成了明显的高结合亲和力。结果还发现，抑制剂与TNFR1的Phe60、Thr61、Leu67和Leu71氨基酸残基形成了范德华作用力。TNFR1没有发生大的结构变化，推测该抑制剂是通过阻断TNF与Ala62附近TNFR1区域的相互作用而起作用的。
3 结语
尽管对于TNF小分子抑制剂的报道较多，但是目前已经进入临床应用的TNF-α小分子抑制剂甚少。众所周知，受体结合通常以其大而平坦的表面为特征，表面有许多氨基酸参与复杂多样的相互作用。一般的小分子抑制剂体积较小，与TNF-α的作用方式单一，亲和力差，很难发挥作用。因此，TNF-α小分子抑制剂只有具备一定的疏水性并且体积足够大，才能与TNF作用，从而阻止与第三个单体结合，形成具有生物活性的三聚体或者分解已经形成的三聚体结构，这应该是小分子抑制剂的发展趋势。
[参考文献]
[1]谭兵，李瑜元，聂玉强.抗肿瘤坏死因子-α治疗的研究进展[J].国际内科学杂志，2007（3）：143-147，158.
[2]吴婵媛，李梦涛，曾小峰.肿瘤坏死因子α抑制剂的免疫原性[J].中华临床免疫和变态反应杂志，2009（3）：210-215.
[3]NAUD? P J，DEN BOER J A，LUITEN P G，et al.Tumor necrosis factor receptor crosstalk[J].FEBS J，2011（6）：888-898. [4]AGGARWAL B B，EESSALU T E，HASS P E.Characterization of receptors for human tumour necrosis factor and their regulation by γ-interferon[J].Nature，1985（3）：665-667.
[5]GRAZIOLI L，ALZANI R，CIOMEI M，et al.Inhibitory effect of suramin on receptor binding and cytotoxic activity of tumor necrosis factor[J].International Journal of Immunopharmacology，1992，14（4）：637-642.
[6]MANCINI F，TORO C M，MABILIA M，et al.Inhibition of tumor necrosis factor-α（TNF-α）/TNF-α receptor binding by structural analogues of suramin[J].Biochemical Pharmacology，1999，58（5）：851-859.
[7]MUKAI Y，NAKAMURA T，YOSHIKAWA M，et al.Solution of the structure of the TNF-TNFR2 complex[J].Science Signaling，2010，148（3）：83.
[8]HE M M，SMITH A S，OSLOB J D，et al.Small molecule inhibition of TNF-α[J].Science，2005（11）：1022-1025.
[9]SHAH B A，CHIB R，GUPTA P，et al.Saponins as novel TNF-α inhibitors： isolation of saponins and a nor-pseudoguaianolide from Parthenium hysterophorus[J].Organic & Biomolecular Chemistry，2009（7）：3230-3235.
[10]LEUNG C H，ZHONG H J，YANG H，et al.A metal-based inhibitor of tumor necrosis factor-α[J].Angewandte Chemie International Edition，2012，51（36）：9010-9014.
[11]ZHANG C S，QI S，BO T，et al.Computational design of helical peptides targeting TNF-α[J].Angewandte Chemie International Edition，2013，52（42）：11059-11062.
[12]SHEN Q，ZHANG C S，LIU H B，et al.De novo design of helical peptides to inhibit tumor necrosis factor-α by disrupting its trimer formation[J].MedChemComm，2016（7）：725-729.
[13]CARTER P H，SCHERLE P A，MUCKELBAUER J A，et al. Photochemically enhanced binding of small molecules to the tumor necrosis factor receptor-1 inhibits the binding of TNF-α [J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2001，98（21）：11879-11884.