01
TNF和TNFR超家族的生物学基础
家族组成
肿瘤坏死因子(TNF)和肿瘤坏死因子受体(TNFR)在免疫细胞的促炎和凋亡信号传导中起关键作用,其信号失调与多种疾病相关。TNF超家族(TNFSF)含18个人类基因,编码20多种蛋白(包括异源三聚体),与29种TNF受体超家族(TNFRSF)成员通过40多种配体-受体相互作用模式进行信号传递。
● TNF超家族的结构特征:TNFSF成员以肿瘤坏死因子同源结构域为支架,通过原体组装形成同源/异源三聚体(发挥功能的受体结合单位)。TNFSF的三聚体结构具有三个受体结合位点(由两个相邻亚基构成),可诱导受体聚集。当配体与受体结合后,受体胞质域排列形成信号复合物,招募衔接蛋白。
● TNFR超家族的结构特征:TNFRSF成员多是由多个二硫键构成受体胞外域的细长梯状结构,还含有半胱氨酸富集域(CRDs),构成配体结合部分,不同成员的CRDs数量不同(1-6个)。多数TNFRSF成员发挥生物活性需要多个三聚体复合物以晶格状排列聚集。部分TNFRSF成员含有前配体组装域(PLAD),可限制未结合配体的受体取向以防止自发激活,还可能有助于受体信号单元的多聚化。
信号机制
● 促存活通路:依赖含E3泛素连接酶的TNFR相关因子(TRAF)衔接蛋白,招募形成cIAP-TRAF-E3泛素连接酶复合物,降解抑制剂并释放活性丝氨酸激酶(如NIK、IKKα、IKKβ),激活NF-κB、MAPK等通路,调控细胞增殖与存活。
● 促凋亡通路:依赖死亡结构域(DD)衔接蛋白(如Fas相关死亡域),启动胱天蛋白酶水解级联反应,诱导凋亡、坏死性凋亡并释放炎症细胞因子(如IL-1β)。
图1 T细胞上的共刺激TNFRSF成员以及它们的配体和代表性信号通路
生理与病理作用
● 生理作用:参与先天性和适应性免疫系统的发育与协调,对免疫细胞的发育、活化、增殖、存活等过程起着重要调控作用,如T细胞活化、B细胞存活、淋巴器官形成等。
● 病理作用:异常激活可能会导致炎症、癌症和自身免疫疾病等,表现为免疫活性失控,如抗原呈递细胞(APCs)、T细胞和B细胞的反应过度,以及TNFSF的过量产生作用于组织细胞直接驱动病理过程。同时,由于其在调控先天性和适应性免疫中的核心作用,TNFRSF的激活可能增强癌症中的免疫保护相关的免疫应答。
图2 TNFSF成员在不同APC子集上的上下文相关角色
02
TNF/TNFR超家族的分子机制
TNF信号轴
● 机制:TNF可由多种细胞在炎症条件下产生,通过TNFR1和TNFR2发挥作用。
①TNFR1:广泛表达,激活后能诱导细胞死亡、免疫细胞激活及多种炎症相关分子表达,还可通过引发细胞死亡间接促进炎症;
②TNFR2:主要在特定细胞表达,其激活可促进T/B淋巴细胞增殖、存活和分化,在Tregs中与免疫耐受和抗炎功能相关。
● 疾病关联:TNF在先天和体液免疫反应中不可或缺,但慢性炎症中其异常表达是多种IMIDs的病理标志,如类风湿关节炎(RA)、炎症性肠病(IBD)患者血清及病变组织中TNF水平升高与疾病严重程度相关,TNFRSF1A基因多态性与银屑病、溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)有关。
TL1A信号轴
● 机制:TL1A作为一种炎症细胞因子,主要由树突状细胞、巨噬细胞等抗原呈递细胞在炎症刺激下表达,通过与DR3结合激活NF-κB、PI3K等通路,促进T细胞效应功能和纤维化相关细胞因子分泌,引发炎症和细胞凋亡。同时,它还存在可溶性DcR3作为诱饵受体调节其功能。
● 疾病关联:TL1A-DR3相互作用在T细胞中起共刺激信号作用,与多种自身免疫性疾病发病机制相关。在UC和CD患者中,其血清和肠道组织中的表达水平升高,还可通过多种途径促进炎症、纤维化及组织重塑。此外,TNFSF15基因多态性与IBD、银屑病等相关。
CD40/CD40L信号轴
● 机制:CD40在多种免疫细胞如B细胞、树突状细胞、单核细胞等表面表达;CD40L是其天然三聚体配体,主要在活化T细胞、血小板等细胞上表达。二者结合后,CD40胞内结构域募集TRAF,激活NF-κB、MAPK、Jak3/STAT3和PI3K/Akt等信号通路,促进细胞活化、增殖、分化,释放细胞因子和炎症介质,参与免疫应答和炎症反应。
● 疾病关联:CD40/CD40L信号与多种自身免疫性疾病相关,其基因多态性与多种疾病关联。在RA、系统性红斑狼疮(SLE)和IBD患者中,其表达水平异常,阻断该信号可缓解疾病症状。
OX40/OX40L信号轴
● 机制:OX40在激活的CD4+和CD8+T细胞上表达;OX40L在APCs等细胞上表达。二者结合后,能激活NF-κB、ERK、PI3K、AKT等信号通路,促进T细胞存活、增殖,以及IL-2、IL-4、IL-5、IL-17、IFN-γ等细胞因子的分泌,同时抑制CTLA-4等免疫抑制受体,提升免疫应答。此外,OX40信号在Tregs中会损害其抑制功能。
● 疾病关联:OX40的基因多态性(TNFSF4)与多种IMIDs相关,在SLE、银屑病和特应性皮炎(AD)、哮喘等疾病中,OX40/OX40L的表达异常,阻断该信号在疾病治疗方面展现出潜力。
BAFF/BAFF-R信号轴
●机制:BAFF由多种免疫细胞产生,与BAFF-R等受体结合,促进B细胞存活、成熟和抗体产生,通过非经典NF-κB信号通路传导信号。
● 疾病关联:BAFF/BAFF-R信号在RA和SLE等自身免疫性疾病的发病和进展中起关键作用,如在这些疾病患者中,BAFF或BAFF-R的表达水平升高,与疾病活动度和病理变化相关。
图3 焦点TNF/TNFR分子的分子信号机制及其拮抗作用的抗炎益处
表1 TNF/TNFR超家族基因在焦点炎症性疾病中的代表性GWAS关联
03
靶向TNF/TNFR的药物研发进展
TNF拮抗剂
● 作用机制:通过中和TNF或阻断其与TNFR1/TNFR2的结合,抑制下游炎症信号(如NF-κB通路),减少免疫细胞过度活化和细胞因子释放。
● 已获批的TNF拮抗剂
①英夫利昔单抗(Infliximab,Remicade,1998年获批):首个抗TNF单克隆抗体,是人类化IgG1单克隆抗体,获批用于CD、银屑病、RA、UC。
②阿达木单抗(Adalimumab,Humira):为人类IgG1单克隆抗体,通过拮抗TNF发挥作用,已获批用于CD、银屑病、RA、UC等多种IMIDs。
③依那西普(Etanercept,Enbrel):由人TNFR2的胞外域与人类IgG1抗体的Fc部分融合而成,可拮抗TNF,获批用于银屑病和RA。
④戈利木单抗(Golimumab,Simponi):是人类IgG1单克隆抗体,获批用于UC、RA,同时在CD的Ⅱ期临床试验中开展研究。
⑤赛妥珠单抗聚乙二醇(Certolizumabpegol,Cimzia):是聚乙二醇化的人源化IgG1单克隆抗体的抗TNF的F(ab)片段,已获批用于CD、银屑病、RA,且在UC的Ⅱ期临床试验中进行研究。
⑥奥扎利珠单抗(Ozoralizumab,Nanozora):为人类化三价双特异性纳米抗体,由两个抗TNF-α的VHH和一个抗HSA的VHH组成,已在日本获批用于RA。
图4 TNF抑制剂的结构和FDA批准时间表
●处于研发阶段的TNF拮抗剂
①ABBV-3373:是一种阿达木单抗-GRM类固醇偶联物(ADC),具有TNF拮抗和糖皮质激素受体调节双重作用,目前处于Ⅱ期临床试验阶段,用于治疗RA。
②SAR441566:属于小分子TNF拮抗剂,处于Ⅱ期临床试验,用于RA和银屑病的治疗。其作用机制是稳定可溶性TNF三聚体的不对称构象,使其仅能结合三个可能的TNFR1受体结合位点中的两个,从而限制受体聚集和信号传导,在胶原诱导关节炎的小鼠模型中,展现出剂量依赖性的疾病症状抑制作用。
● TNF拮抗剂的临床应用与挑战
自首次获批25年多以来,TNF抑制剂一直是控制RA、IBD和银屑病等疾病最广泛使用且成功的抗炎疗法之一,能显著降低类风湿关节炎的关节炎症、银屑病的皮肤损伤及克罗恩病的肠道炎症,改善患者生活质量。
但当前的TNF拮抗剂存在一些局限性,如原发性无应答率较高,在CD患者中,抗TNF治疗初始诱导的原发性无应答率在试验中为20%-40%,且在抗TNF治疗开始后的12个月内,23%-46%的患者会出现应答丢失,7%-25%的患者会停止治疗;还可能增加机会性感染风险、引发免疫原性导致抗药抗体形成和疗效逐渐丧失,以及诱发自身抗体等。这些局限性也推动着新型TNF拮抗剂的研发。
TL1A拮抗剂
● 作用机制:TL1A拮抗剂通过阻断TL1A与DR3的相互作用,抑制相关信号通路的激活,从而减少炎症细胞因子的分泌,减轻炎症反应,并可能抑制纤维化进程。比如在肠道炎症中,可降低促炎细胞因子如TNF、IFN-γ的产生,缓解肠道炎症,还能减少成纤维细胞的活化,抑制胶原合成,改善肠纤维化。
● 研发进展
全球处于临床阶段的TL1A靶点药物有12款,其中单靶点药物9款。处于临床II期的有辉瑞的RG6631(PF-06480605/RVT-3101)、默沙东的Tulisokibart(MK-7240/PRA-023)、梯瓦制药的TEV-48574。
①Tulisokibart(PRA023):为一种人源化IgG1抗TL1A单抗。在克罗恩病(CD)的Ⅱa期试验中,临床缓解率为49%,内镜应答率26%,目前已启动UC的Ⅲ期试验。
②TEV-48574:属于人IgG1抗TL1A单抗,已启动UC和CD的2期试验招募,但此前其哮喘2期研究因未达主要目标而终止。
③PF-06480605(RVT-3101):抗TL1A单克隆抗体,在溃疡性结肠炎(UC)的Ⅱb期试验中,14周临床缓解率达32%,显著高于安慰剂(12%),且能降低肠道纤维化相关标志物表达。
● 临床意义
炎症性肠病(IBD)影响全球约600-800万人,美国约200万人,现有疗法仅有10-15%的患者病情缓解。TL1A拮抗剂为IBD患者提供了新的治疗选择。此外,TL1A拮抗剂还可能对其他免疫和纤维化疾病,如类风湿关节炎、特应性皮炎、系统性红斑狼疮、哮喘、银屑病等有治疗潜力。
● 市场前景
IBD药物市场规模较大且呈增长趋势,2021年美国IBD药物市场约为150亿美元。TL1A靶点药物受到众多制药巨头青睐,如辉瑞、罗氏、默沙东、赛诺菲等纷纷布局。罗氏以高额价格收购RVT-3101,默沙东收购Prometheus-Biosciences获得PRA023,赛诺菲与梯瓦合作开发TEV-48574,这一系列动作显示出TL1A拮抗剂在未来医药市场具有较大的发展潜力。
CD40/CD40L拮抗剂
● 作用机制:CD40L在活化T细胞上表达,与APCs表面的CD40结合后促进免疫细胞活化。靶向药物通过阻断该相互作用,抑制过度免疫反应。
● 研发进展
①达匹利珠单抗(Dapirolizumabpegol):一种聚乙二醇化的抗CD40LF(ab’)片段,用于治疗SLE,在早期临床试验中显示出良好疗效,目前正在进行3期试验。
②Frexalimab:一种新型抗CD40L单克隆抗体,能阻断CD40/CD40L细胞通路,且不会导致淋巴细胞耗竭。在治疗MS的2期试验中取得积极结果,显著减缓了复发性MS患者的疾病活动,目前已启动3期临床试验,同时也在进行针对1型糖尿病患者的2期临床研究。
③达佐利单抗(Dazodalibep):一种非抗体生物拮抗剂,由两个能结合CD40L的Tn3蛋白与人血清白蛋白融合而成,在RA的Ⅱ期临床试验中,显著降低了疾病活动度,且不良事件与安慰剂组相当,耐受性良好。
④Abiprubart:一种CD40拮抗单克隆抗体,可阻断CD40-CD40L相互作用介导的B细胞激活,在RA的Ⅱ期试验中达到了主要终点。
⑤Ravagalimab:一种CD40拮抗剂单克隆抗体,在UC的Ⅱ期试验中进行了测试。
● 临床意义
CD40/CD40L通路的过度激活与多种自身免疫性疾病相关,如SLE患者血清中可溶性CD40L水平升高,且与疾病活动度密切相关;RA患者血清中CD40表达水平上升,与ACPA增加及疾病活动度显著相关。CD40/CD40L拮抗剂通过抑制该通路,有助于减少炎症介质释放,调节免疫细胞功能,延缓关节损伤进展,为自身免疫性疾病患者提供了新的治疗选择。在SLE治疗中,可降低自身抗体滴度,减少疾病发作;在RA治疗中,能改善疾病活动度;在MS治疗中,可减少大脑病变,降低组织损伤。
● 面临挑战
早期CD40L抗体在临床试验中出现过血栓栓塞并发症,这是由于抗体对CD40L和血小板上的Fc受体(FcRs)双重结合,导致血小板激活引发。不过,后续开发的Fc沉默或缺乏Fc结构域的CD40/CD40L拮抗剂,如Frexalimab、Dapirolizumab-pegol等,在安全性方面有了明显改善,在临床试验中未显示出血栓栓塞活动迹象。此外,自身免疫性疾病具有异质性,部分由T细胞独立机制驱动的疾病,对抗CD40L治疗可能反应不佳。
OX40/OX40L拮抗剂
● 作用机制:OX40/OX40L拮抗剂可抑制二者的结合,阻断上述信号通路的激活,进而降低炎症反应和免疫应答强度。比如靶向OX40的单克隆抗体可抑制和减少表达OX40的活化T细胞数量;靶向OX40L的单克隆抗体不耗竭已活化T细胞,而是通过与OX40L结合,阻止其与OX40相互作用,阻断T细胞活化。
● 研发进展
①罗卡替尼(Rocatinlimab):一种全人源、IgG1型抗OX40单克隆抗体,通过抑制OX40,抑制T细胞增殖、扩增和记忆T细胞形成。通过抗体依赖的细胞毒性(ADCC)清除OX40+T细胞,在特应性皮炎中使湿疹面积和严重程度指数(EASI)降低50%以上。
②阿美利单抗(Amlitelimab):一种非T细胞耗竭、全人源的IgG4型抗OX40L单克隆抗体,可与OX40L结合,阻断其与OX40的相互作用,还可抑制OX40L的反向信号传导,阻断2型和Th1/17/22炎症。
● 临床意义
OX40/OX40L信号通路的异常激活与多种自身免疫性疾病相关,如在AD患者的皮肤中,OX40/OX40L表达上调,促进IL-4驱动的Th2辅助细胞分化。OX40/OX40L拮抗剂通过抑制该通路,有助于减少炎症介质释放,调节免疫细胞功能,为自身免疫性疾病患者提供了新的治疗选择。在AD治疗中,可改善皮肤症状,如降低湿疹面积和严重程度指数,清除或减轻皮肤症状。
● 面临挑战
作为TNFR超家族成员,OX40靶点抗体存在一定风险,这类抗体如果引起靶点交联,会短时内极大地激活T细胞,引起细胞因子释放综合征,严重时危及生命。因此,筛选具有阻断活性而非激动活性的抗体、降低体内交联风险、开展试验充分评估风险等,是确保OX40拮抗剂未来长期安全性的重点与难点。
BAFF/BAFF-R拮抗剂
● 作用机制:BAFF/BAFF-R拮抗剂通过阻断BAFF与BAFF-R的相互作用,抑制这些信号通路的激活,减少B细胞的活化和自身抗体的分泌,进而减轻自身免疫反应。
● 研发进展
①贝利尤单抗(Benlysta,2011年获批):首个获批用于SLE治疗的抗BAFF单克隆抗体,能抑制B细胞存活和分化为浆细胞,降低患者血清IgG和自身抗体水平。
②泰它西普(Telitacicept,中国获批):一种能中和BAFF和增殖诱导配体(APRIL)的Fc融合蛋白,用于SLE和IgA肾病,减少蛋白尿和肾功能损伤。
③Ianalumab:一种BAFF-R拮抗的人IgG1单克隆抗体,通过ADCC作用裂解B细胞并阻断BAFF-R信号,在SLE的Ⅱ期研究中表现良好,降低了疾病活动度和自身抗体滴度,目前正在进行Ⅲ期研究。
④Rozibafuspalfa:一种同时拮抗BAFF和诱导性T细胞共刺激配体(ICOSL)的双特异性抗体,正在进行SLE的Ⅱb期研究。
⑤Povetacicept:一种与TACI融合的Fc蛋白,可中和BAFF和APRIL,已进入自身免疫性肾脏疾病的Ib/2a期研究。
● 临床意义
BAFF/BAFF-R信号通路在SLE、RA等自身免疫性疾病的发病机制中起关键作用。SLE患者血清BAFF水平与疾病活动度和自身抗体水平相关,RA患者滑膜组织中BAFF-R表达升高。BAFF/BAFF-R拮抗剂为这些疾病的治疗提供了新方向,能有效减少自身抗体和免疫复合物的产生,缓解系统性炎症和组织损伤。在SLE治疗中,可降低疾病活动度,改善肾脏等器官功能;在RA治疗中,有望减轻关节炎症和损伤。
● 面临挑战
尽管BAFF/BAFF-R拮抗剂在临床试验中取得了一定成果,但仍面临一些挑战。部分患者对药物的应答存在差异,并非所有患者都能获得理想的治疗效果。长期使用这些拮抗剂可能会影响正常的B细胞功能,增加感染等不良反应的风险。此外,药物的研发和生产成本较高,可能限制其广泛应用。
表2 靶向TNF/TNFR的药物(2 期及以上)
表3 TNFS 或TNFRSF在自身免疫和炎症中的临床靶向
04
其他潜在靶点
图5 其他FDA批准的基于TNFSF的疗法
CD30/CD30L
● 机制:CD30与CD30L的信号传导是活化T细胞和专职抗原呈递细胞(APCs)的主要促存活和促炎信号。
● 疾病关联:CD30在类风湿关节炎(RA)、系统性红斑狼疮(SLE)、特应性皮炎(AD)和哮喘等多种IMIDs中表达上调,其基因多态性与湿疹相关。
● 研发进展:
①MK-8690(PRA-052):一种人抗CD30L单克隆抗体,目前处于Ⅰ期临床试验阶段,用于炎症性肠病(IBD)治疗,旨在评估其安全性和药理学特性。
4-1BB(TNFRSF9)
● 机制:4-1BB在活化T细胞上表达,其共信号作用可促进T细胞存活、增殖和细胞因子产生。
● 潜在应用:虽然4-1BB激动剂主要用于癌症治疗,但基于其在免疫调节中的作用,研究探索了通过4-1BB选择性“同种免疫防御受体”(ADR)设计细胞疗法,以选择性清除致病性淋巴细胞,在自身免疫病和移植物抗宿主病(GvHD)中诱导免疫耐受,相关临床前研究已显示潜力。
图6 结合4-1BB信号传导的免疫治疗策略
RANK/RANKL
● 机制:成骨细胞表达的膜结合RANKL与RANK结合,通过相互作用调控髓系细胞分化为破骨细胞,是骨吸收和稳态的主要驱动因素。
● 疾病关联:在RA中,RANK/RANKL信号与骨侵蚀密切相关。
● 研发进展:
①地诺单抗(Denosumab,2010年获批):抗RANKL单克隆抗体,用于骨质疏松症等治疗,在日本还被批准用于抑制RA相关的骨侵蚀。Ⅲ期研究显示,其能显著减少RA患者的关节破坏进展。
BCMA(TNFRSF17)
● 机制:BAFF和APRIL与BCMA结合,驱动浆细胞存活,BCMA在成熟B细胞(尤其是长寿骨髓浆细胞和浆母细胞)上高表达。
● 疾病关联:与SLE等自身免疫病中自身抗体的产生相关。
● 研发进展:
①Descartes-08(RNA-based自体BCMA特异性CAR-T):用于SLE治疗,处于Ⅱ期评估阶段;
②CD19-BCMA双靶点CAR-T疗法:在狼疮性肾炎(LN)患者的Ⅰ期研究中显示出显著疗效,可清除自身抗体并实现症状缓解。
图7 治疗癌症的新型TNFRSF疗法
表4 TNFRSF在癌症中的临床靶向
抗体发现服务 & 产品
01
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02
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03
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关于仁域生物
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参考文献
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Croft M, Salek-Ardakani S, Ware CF. Targeting the TNF and TNFR superfamilies in autoimmune disease and cancer. Nat Rev Drug Discov. 2024 Dec;23(12):939-961.
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