TNF-α基因与靶点解析：炎症反应、TNFR信号通路及人源化小鼠模型应用
目录
导语：为什么TNF-α仍是炎症与自身免疫研究的核心靶点
在炎症反应、自身免疫疾病、肿瘤免疫和细胞死亡研究中，TNF-α（tumor necrosis factor alpha）长期处于关键位置。它既是巨噬细胞、单核细胞和T细胞等免疫细胞释放的重要促炎细胞因子，也是一类已被多种生物药物反复验证的经典治疗靶点。对于生物科研人员而言，理解TNF-α并不只是记住一个炎症因子名称，而是要把靶点人源化模型、基因功能、受体信号、疾病表型和药物评价体系联系起来。
围绕“TNF-α”这一核心关键词，本文系统梳理TNF基因、TNF-α蛋白形式、TNFR1/TNFR2信号通路、疾病关联、抗TNF-α药物开发逻辑，并进一步补充适用于炎症、自身免疫和抗体药物评价的赛业小鼠模型与业务推荐，帮助读者从一个基因切入，延展到可执行的课题设计和模型选择。
一、TNF基因与TNF-α蛋白基本信息
TNF基因也常被称为TNF-α基因，编码肿瘤坏死因子超家族（tumor necrosis factor superfamily，TNFSF）中的TNF-α蛋白。TNF-α最早因其诱导肿瘤细胞坏死和肿瘤消退相关活性而受到关注，后来被证明在炎症反应、免疫稳态、细胞存活、细胞凋亡和坏死性细胞死亡等过程中具有广泛作用。
在实际课题中，研究人员常需要区分三个层面：基因层面的TNF/Tnf，蛋白层面的TNF-α，以及受体层面的TNFR1/TNFR2。若研究目标是TNF-α缺失对疾病表型的影响，可考虑基因敲除小鼠或条件性基因敲除策略；若研究目标是抗TNF-α抗体或其他人源靶向分子，则需要进一步关注TNF-α人源化模型。
TNF基因基本信息与赛业模型资源状态。标有“√”的项目表示赛业红鼠资源库中有相应保存状态的小鼠资源。
科研提示：TNF-α既可作为炎症反应的检测指标，也可作为干预靶点。课题立项时应先明确问题属于“TNF-α功能验证”“TNF-α通路机制解析”还是“抗TNF-α药物评价”，不同问题对应的模型和实验检测指标并不相同。
二、TNF-α的两种功能形式：膜结合型与可溶型
TNF-α主要由活化的巨噬细胞和单核细胞产生，也可由T细胞、NK细胞、内皮细胞等在特定刺激下表达。TNF-α首先以跨膜前体蛋白形式存在，即膜结合型TNF-α（membrane TNF-α，mTNF-α）。随后，TNF-α转换酶（TNF-α converting enzyme，TACE，也称ADAM17）可剪切其胞外结构域，形成可溶性TNF-α（soluble TNF-α，sTNF-α）。
mTNF-α和sTNF-α并非简单的“前体与产物”关系。两者在受体偏好、空间作用距离、局部炎症放大和药物阻断效果上都可能产生差异。对于抗TNF-α药物、TNFR1/TNFR2选择性调节剂以及炎症疾病模型而言，mTNF-α与sTNF-α的动态平衡往往会影响体内药效解释。
图1. TACE剪切TNF-α前体蛋白，形成可溶性TNF-α蛋白。
三、TNFR1与TNFR2：同一配体下的不同信号出口
TNF-α主要通过两类受体发挥作用：TNF receptor type 1（TNFR1，也称p55、CD120a）和TNF receptor type 2（TNFR2，也称p75、CD120b）。TNFR1通常表达更广，几乎可见于多种有核细胞表面；TNFR2表达范围相对受限，常见于部分免疫细胞、神经细胞和内皮细胞等。
TNFR1胞质尾含有死亡域（death domain，DD）。当TNF-α三聚体与TNFR1结合后，可通过TRADD、RIPK1、TRAF2、cIAP1/2等分子形成复合物，并进一步激活NF-κB、AP-1等转录因子，促进炎症反应、细胞存活和组织修复；在特定细胞环境中，TNFR1也可引发caspase-8介导的细胞凋亡，或RIPK3/MLKL相关的程序性坏死。
TNFR2与TNFR1不同，其胞内区不含死亡域，更常与TRAF1/TRAF2等信号分子发生相互作用，并在部分情境下与免疫调节、T细胞功能、内皮细胞活化和组织修复相关。正因为TNFR1和TNFR2下游输出不同，TNF-α靶向研究正在从“广谱抑制TNF-α”逐步延展到“选择性调控TNF-α受体信号”的方向。
此外，由LTA基因编码的TNF-β蛋白，也称淋巴毒素α（lymphotoxin alpha，LT-α），同样属于TNF超家族，并可与TNFR1和TNFR2结合。因此，在设计TNF-α相关通路实验时，需要注意TNF/TNF-β、TNFR1/TNFR2以及下游信号节点之间的交叉关系。
图2. TNFR1与TNFR2介导的信号通路。TNF-α通过不同受体和复合物连接炎症、细胞存活、凋亡与坏死等生物学过程。
四、TNF-α相关疾病与研究方向
TNF-α的过度表达或信号失衡与多种炎症性和免疫相关疾病密切相关，包括类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis，RA）、银屑病及银屑病关节炎、炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）、强直性脊柱炎、哮喘、动脉粥样硬化、代谢炎症以及部分神经炎症相关疾病。TNF-α既可作为疾病炎症负荷的指标，也可作为治疗干预靶点。
在疾病机制研究和药物评价中，TNF-α通常需要与具体细胞来源、受体类型和炎症网络共同分析。常见研究重点包括：TNF-α在巨噬细胞、单核细胞或T细胞中的产生与调控；TNFR1/TNFR2在疾病不同阶段的功能差异；TNF-α与IL-1β、IL-6、IFN-γ、MCP-1等炎症因子的相互作用；以及抗TNF-α治疗中的疗效、耐药、感染风险和免疫平衡。相关问题可结合自免小鼠模型和疾病药效评价体系进行验证。
| 研究方向 | TNF-α相关问题 | 常见检测指标 |
|---|---|---|
| 自身免疫疾病 | TNF-α是否驱动滑膜炎、肠道炎症或皮肤炎症？ | 病理评分、炎症细胞浸润、TNF-α/IL-6/IL-1β、临床评分 |
| 肿瘤免疫与炎症微环境 | TNF-α是增强抗肿瘤免疫，还是促进慢性炎症和免疫抑制？ | 肿瘤生长、免疫浸润、T细胞状态、巨噬细胞极化 |
| 细胞死亡与组织损伤 | TNF-α是否通过TNFR1触发凋亡或坏死性细胞死亡？ | caspase-8、RIPK1/RIPK3、MLKL、TUNEL、组织损伤指标 |
| 药物评价与转化研究 | 候选抗体或抑制剂能否有效阻断人源TNF-α相关病理反应？ | 体内药效、细胞因子谱、靶点占有、安全性和药代/药效关系 |
五、从靶点机制到TNF-α抑制剂开发
TNF-α抑制剂是炎症和自身免疫疾病治疗中非常重要的一类生物药物代表。相较于非特异性免疫抑制剂，TNF-α靶向药物的核心逻辑是阻断促炎细胞因子与受体相互作用，从而降低炎症级联放大。阿达木单抗、英夫利昔单抗、依那西普等代表性药物，推动了抗TNF-α治疗在多种免疫炎症疾病中的应用。
但在研发层面，TNF-α并不是一个“只要抑制就一定更好”的简单靶点。过度或长期阻断TNF-α可能影响宿主防御、感染风险和免疫稳态；不同疾病、不同阶段、不同受体输出之间也存在差异。因此，抗TNF-α药物或TNFR选择性调节剂的开发，需要将体外结合/中和活性、细胞因子释放、疾病模型药效和安全性观察串联起来。
对于人源TNF-α靶向抗体、融合蛋白或新型调节分子，普通小鼠模型有时难以完整反映人源靶点结合特征。此时，DBA/1-hTNF小鼠等TNF人源化模型可用于类风湿性关节炎等疾病研究和抗TNF-α药物相关评价，帮助研究人员在体内系统中观察人源TNF-α相关药效。
六、TNF-α相关小鼠模型推荐
TNF-α课题的模型选择应与研究目的相匹配。若研究基因功能，可使用TNF-α敲除或条件性敲除模型；若研究人源药物作用，可优先考虑TNF-α人源化模型；若研究RA、IBD、银屑病等疾病药效，则需要把靶点模型与疾病诱导模型、病理评分和细胞因子检测组合使用。
TNF-α全身性敲除小鼠和TNF-α条件性敲除小鼠可用于TNF-α基因功能及炎症机制研究。
| 模型/资源 | 推荐用途 | 适用场景 |
|---|---|---|
| TNF-α基因敲除小鼠 | 研究TNF-α缺失对免疫反应、炎症级联和疾病表型的影响。 | 基础功能验证、炎症通路解析、表型观察。 |
| TNF-α条件性敲除小鼠 | 在特定组织或细胞类型中研究TNF-α功能，避免全身敲除带来的系统性干扰。 | 巨噬细胞、T细胞、上皮细胞或组织特异性炎症机制研究。 |
| DBA/1-hTNF小鼠（C001587） | 将小鼠Tnf基因替换为人源TNF基因，可用于TNF-α信号通路、类风湿性关节炎和人源TNF-α靶向药物评价。 | 抗TNF-α抗体、融合蛋白、TNF-α通路调节剂的体内药效和机制验证。 |
| 靶点人源化模型 | 通过人源基因替换鼠源基因，表达更接近药物作用对象的人源靶点。 | 抗体药物、细胞因子靶向药物、跨物种差异较明显靶点的临床前验证。 |
| 自免小鼠模型 | 支持RA、银屑病、IBD等免疫炎症疾病相关机制与药效研究。 | 疾病模型构建、候选药物筛选、炎症评分与组织病理学分析。 |
TNF-α人源化小鼠验证数据示例
TNF-α人源化模型的验证通常需要同时关注人源TNF-α的表达、分泌和生物学活性。LPS刺激、αCD3/αCD28激活、ELISA检测、L929细胞抗增殖实验及体内细胞因子变化等实验，可以用于评估模型是否能够在生理调控背景下表达并释放人源TNF-α，从而支撑人源TNF-α靶向药物的体内评价。
图3. LPS处理后mTNF-α和hTNF-α的平均血浆浓度。
图4. ELISA分析hTNF-α（红色）和mTNF-α（蓝色）的分泌情况。
图4左图显示αCD3/αCD28刺激人外周血单个核细胞（hPBMC）后的分泌情况；右图显示将野生型小鼠或hTNF-α小鼠脾细胞经αCD3/αCD28激活（Act）或不处理（NA）后的检测结果。αCD3/αCD28处理后，hTNF-α小鼠脾细胞可分泌hTNF-α，而不分泌mTNF-α。
图5. hTNF-α和mTNF-α的抗增殖活性检测。
图5左图显示，αCD3/αCD28激活野生型小鼠和hTNF-α小鼠脾细胞后，收集上清液处理L929细胞；与野生型脾细胞上清液相比，hTNF-α小鼠脾细胞上清液处理后的L929细胞呈现TNF-α浓度依赖性的抗增殖表型。右图显示，用anti-mTNF-α抗体和anti-hTNF-α抗体预处理相关上清液，可解除对L929细胞的增殖抑制作用。
图6. hTNF-α诱导hTNF-α小鼠体内包括mMCP1在内的多种细胞因子表达。
七、赛业业务推荐：从基因功能到药效评价
围绕TNF-α开展科研或药物研发时，单一模型通常难以覆盖从机制到转化的全部问题。建议根据研发阶段组合使用基因编辑动物模型、靶点人源化模型、体外检测、疾病模型和药效评价服务。
| 研发问题 | 推荐业务 | 可解决的问题 |
|---|---|---|
| TNF基因功能验证 | 基因敲除小鼠 | 明确TNF-α缺失是否影响炎症反应、免疫细胞功能或疾病表型。 |
| 人源TNF-α药物评价 | 靶点人源化模型 | 评估候选抗体或抑制剂在体内对人源TNF-α的结合、阻断和药效。 |
| 自身免疫与炎症疾病药效 | 自免及炎症药效评价 | 围绕RA、IBD、银屑病等疾病场景建立药效评价和病理分析体系。 |
| 现货模型与常用模型查询 | 智鼠商城 | 查询常用基因编辑鼠、疾病模型、人源化模型及相关模型资源。 |
| 项目方案沟通 | 联系我们 | 围绕TNF-α课题目标、模型背景、验证指标和交付周期进行方案确认。 |
八、TNF-α课题实验设计建议
TNF-α相关实验不宜只看单一细胞因子表达水平。更完整的设计应同时关注TNF-α来源、受体表达、下游信号、疾病表型和药物干预效果。尤其是在自免与炎症药效评价中，建议将分子层面检测指标和组织/临床表型结合起来。
| 实验层级 | 建议检测指标 | 适用目的 |
|---|---|---|
| 分子表达 | TNF-α、TNFR1、TNFR2、ADAM17/TACE、NF-κB相关分子 | 确认TNF-α通路是否被激活或抑制。 |
| 细胞功能 | 巨噬细胞极化、T细胞活化、细胞凋亡、坏死性细胞死亡 | 解释TNF-α影响免疫细胞或靶组织的功能机制。 |
| 炎症网络 | IL-1β、IL-6、IFN-γ、MCP-1、CXCL家族趋化因子 | 判断TNF-α在炎症因子级联中的位置。 |
| 动物模型 | 疾病评分、体重、病理评分、免疫浸润、血清细胞因子 | 评价TNF-α干预对体内疾病表型的影响。 |
| 药物评价 | 药效、靶点占有、PK/PD、抗药抗体、安全性指标 | 支持候选抗TNF-α药物的临床前转化判断。 |
FAQ
TNF基因和TNF-α是同一个概念吗？
TNF基因编码TNF-α蛋白。科研语境中常把TNF、TNF-α、TNFSF2作为同一靶点体系讨论，但在实验设计中应区分基因层面的Tnf/TNF、蛋白层面的mTNF-α和sTNF-α，以及受体层面的TNFR1/TNFR2。
TNFR1和TNFR2在TNF-α研究中有什么区别？
TNFR1表达范围更广，胞内含死亡域，能够关联炎症、细胞存活、凋亡和坏死等多条通路；TNFR2表达更受细胞类型和刺激状态影响，常与免疫细胞、内皮细胞和组织修复相关信号有关。
研究TNF-α时，应该选择全身性敲除、条件性敲除还是人源化小鼠？
如果目的是观察TNF-α缺失对整体免疫和炎症表型的影响，可考虑全身性敲除小鼠；如果需要分析特定组织或细胞类型中的功能，条件性敲除更合适；如果研究对象是人源TNF-α靶向药物，通常需要关注TNF-α人源化模型。
为什么抗TNF-α药物评价需要人源化模型？
许多抗体或生物大分子药物对人源靶点具有特异性，普通小鼠的鼠源TNF-α可能无法真实反映药物结合和药效。因此，在候选分子验证阶段，人源化模型可帮助评估人源靶点相关的体内药效和安全性风险。
TNF-α相关实验通常需要观察哪些指标？
常见指标包括TNF-α表达水平、TNFR1/TNFR2下游NF-κB/AP-1信号、炎症细胞浸润、IL-1β/IL-6/MCP-1等细胞因子变化、组织病理评分、疾病活动度评分以及药物干预后的药效和安全性终点。
参考文献
- [1] Hijdra D., Vorselaars A.D., Grutters J.C. et al. Differential expression of TNFR1 (CD120a) and TNFR2 (CD120b) on subpopulations of human monocytes. Journal of Inflammation. 2012;9:38.
- [2] Black R.A. Tumor necrosis factor-α converting enzyme. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 2002;34:1–5.
- [3] Holbrook J, Lara-Reyna S, Jarosz-Griffiths H, McDermott M. Tumour necrosis factor signalling in health and disease. F1000Research. 2019;8:F1000 Faculty Rev-111.
- [4] Iqbal M., Verpoorte R., Korthout H.A.A.J. et al. Phytochemicals as a potential source for TNF-α inhibitors. Phytochemistry Reviews. 2013;12:65–93.
公司核心优势为抗体源头创新，通过自主搭建HUGO-Ab®全人源抗体小鼠平台，集成共轻链技术、纳米抗体技术，结合自研的AbSeek®AI智能计算平台，建设起HUGO-LAb™抗体分子库，围绕肿瘤、自免、代谢等重点疾病方向，建立靶点研究、抗体发现、分子筛选与功能验证的一体化数据体系，并持续沉淀具有开发潜力的候选分子与技术数据资产。赛业生物打造的新一代AI驱动的全人抗体药物研发与转化平台，打通靶点验证、抗体筛选、序列优化和体内外验证全闭环，革新传统试错研发模式，实现可预测、高效率、高成药性、规模化抗体研发。配套HUGO-GT®全基因组人源化小鼠平台，精准支撑靶点验证与功能研究，显著提升生物药临床转化效率。
此外，赛业生物拥有完善的临床前CRO全链条服务能力，覆盖肿瘤、自免、代谢、眼科、神经等疾病领域，可提供模型构建、药理药效评价、机制研究等一体化服务。企业员工超1000人、拥有四万余平研发场地及全球化交付体系，未来将持续迭代核心抗体技术，依托全产业链优势助力全球药企提速创新药研发与落地。
