细胞凋亡的机理与调节研究进展:细胞凋亡的机理

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  文章编号:1009-5519(2008)13-1995-03 中图分类号:R33 文献标识码:A      从20世纪80年代末期以来,人们对细胞凋亡的认识逐渐深入,对细胞凋亡发生机理的了解越来越透彻,同时也发现这一过程包含着非常复杂的调控机制。尽管仍有许多问题甚至是关键的问题没有搞清楚,但近几年的研究在凋亡信号转导途径、细胞凋亡的生化反应机制以及细胞凋亡的基因调控等方面都取得了显著的进展。本文就细胞凋亡的机理与调节作用进行综述。
  
  1 细胞凋亡的生物学特征
  
  1.1 形态学变化:从形态学观察,细胞凋亡的变化是多阶段的,细胞凋亡往往涉及单个细胞,即便是一小部分细胞也是非同步发生的。首先出现的是细胞体积缩小,胞间连接消失,与周围的细胞脱离, 核质浓缩,核膜核仁破碎 ;胞膜有小泡状形成, 胞膜结构仍然完整,最终可将凋亡细胞分割为几个凋亡小体[1] 。 1.2 生物化学变化
  1.2.1 DNA降解:细胞凋亡的一个显著特点是细胞染色体的DNA降解,这是一个较普遍的现象。这种降解非常特异并有规律,所产生的不同长度的DNA片段约为180~200 bp的整倍数,而这正好是缠绕组蛋白寡聚体的长度,提示染色体DNA恰好是在核小体与核小体的连接部位被切断,产生不同长度的寡聚核小体片段。实验证明,这种DNA的有控降解是一种内源性核酸内切酶作用的结果,该酶在核小体连接部位切断染色体DNA,这种降解表现在琼脂糖凝胶电泳中就呈现特异的梯状Ladder图谱,而坏死细胞呈弥漫的连续图谱[2]。
  1.2.2 生物大分子合成:细胞凋亡的生化改变不仅仅是DNA的有控降解,在细胞凋亡的过程中往往还有新的基因的表达和某些生物大分子的合成作为调控因子[3]。 如在糖皮质激素诱导鼠胸腺细胞凋亡过程中,加入RNA合成抑制剂或蛋白质合成抑制剂即能抑制细胞凋亡的发生。
  
  2 细胞凋亡的机理
  
  2.1 接受凋亡信号:细胞凋亡的启动是细胞在感受到相应的信号刺激后胞内一系列控制开关的开启或关闭,不同的外界因素启动凋亡的方式不同,所引起的信号转导也不相同。
  2.2 凋亡的重要执行者:现已能确定Caspase即半胱天冬蛋白酶在凋亡过程中是起着必不可少的作用,细胞凋亡的过程实际上是Caspase不可逆有限水解底物的级联放大反应过程。目前,至少有10多种Caspase被发现,Caspase分子间的同源性很高,结构相似,都是半胱氨酸家族蛋白酶。根据功能可把Caspase基本分为二类:一类参与细胞的加工;另一类参与细胞凋亡。Caspase家族一般具以下特征。
  2.2.1 常以酶原的形式存在:Caspases在细胞内以无活性的酶原形式存在(相对分子质量29~49 kDa),在受到激活后其内部保守的天冬氨酸残基经水解形成大(P20)小(P10)两个亚单位,并进而形成两两组成的有活性的四聚体,其中,每个P20/P10异二聚体可来源于同一前体分子也可来源于两个不同的前体分子[4]。
  2.2.2 具有半胱氨酸激活位点和底物裂解位点:Caspases C端同源区具有半胱氨酸激活位点和底物裂解位点,当作用于胞内特异性底物后将引起细胞凋亡。Caspases的底物特异性由其裂解位点N-端的4个氨基酸残基决定,其底物裂解部位通常位于靶蛋白质一级结构中Asp残基后,数目由1个到多个不等。Caspase酶系作为细胞凋亡的中枢效应器,在细胞凋亡的启动及进程中发挥着极为重要的作用[5,6]。
  2.2.3 Caspase活化机制:Caspase的活化是有顺序的多步骤水解的过程,Caspase分子各异,但是它们活化的过程相似。首先在caspase前体的N-端前肽和大亚基之间的特定位点被水解去除N-端前肽,然后再在大小亚基之间切割释放大小亚基,由大亚基和小亚基组成异源二聚体,再由两个二聚体形成有活性的四聚体[7]。
  2.2.4 Caspase的效应机制
  2.2.4.1 凋亡抑制物:正常活细胞因为核酸酶处于无活性状态,而不出现DNA断裂,这是由于核酸酶和抑制物结合在一起,如果抑制物被破坏,核酸酶即可激活,引起DNA片段化(fragmentation)。现知Caspase可以裂解这种抑制物而激活核酸酶,因而把这种酶称为Caspase激活的脱氧核糖核酸酶(caspase-activated deoxyribonulease CAD),而把它的抑制物称为ICAD。因而,在正常情况下,CAD不显示活性是因为CAD-ICAD以一种无活性的复合物形式存在。ICAD一旦被Caspase水解,即赋予CAD以核酸酶活性,DNA片段化即产生。研究发现CAD只在ICAD存在时才能合成并显示活性[8],提示CAD-ICAD以一种其转录方式存在,因而ICAD对CAD的活化与抑制却是必需要的。
  2.2.4.2 破坏细胞结构:Caspase可直接破坏细胞结构,如裂解核纤层,核纤层(Lamina)是由核纤层蛋白通过聚合作用而连成头尾相接的多聚体,由此形成核膜的骨架结构,使染色质(chromatin)得以形成并进行正常的排列。在细胞发生凋亡时,核纤层蛋白作为底物被Caspase在一个近中部的固定部位所裂解,从而使核纤层蛋白崩解,导致细胞染色质的固缩[9]。
  2.2.4.3 使调节蛋白丧失功能:Caspase可作用于几种与细胞骨架调节有关的酶或蛋白,改变细胞结构。其中包括凝胶原蛋白(gelsin)、聚合黏附激酶(focal adhesion kinase,FAK)、P21活化激酶α(PAKα)等。这些蛋白的裂解导致其活性下降,如Caspase可裂解凝胶原蛋白而产生片段,使之不能通过肌动蛋白(actin)纤维来调节细胞骨架[10]。
  2.2.4.4 其它功能:Caspase还能灭活或下调与DNA修复有关的酶、mRNA剪切蛋白和DNA交联蛋白。由于DNA的作用,这些蛋白功能被抑制,使细胞的增殖与复制受阻并发生凋亡。
  
  3 细胞凋亡的调节
  
  细胞凋亡受到严格调控,在正常细胞Caspase处于非活化的酶原状态,凋亡程序一旦开始,Caspase被活化后发生凋亡蛋白酶的级联反应,发生不可逆的凋亡。 这与一系列凋亡抑制分子有关,现已发现多种凋亡抑制分子,包括P35,CrmA,IAPs,FLIPs以及Bcl-2家族的凋亡抑制分子。
  3.1 P35和CrmA:P35和CrmA是广谱凋亡抑制剂,研究结果表明P35以竞争性结合方式与靶分子形成稳定的具有空间位阻效应的复合体并且抑制Caspases活性,同时Caspases在特定位点特异切割P35,切割后的P35与caspase的结合更强[11];CrmA(Cytokine response modfer A)是血清蛋白酶抑制剂,能够直接抑制多种蛋白酶的活性。
  3.2 FLIPs:FLIPs(FLICE-imhibirory proterins)能抑制Fas/TNFR1介导的细胞凋亡。它有多种变异体,但其N-端功能前区(Prodomain)完全相同,C端长短不一。FLIPs通过DED功能区,与FADD和Caspase-8,10结合,拮抗它们之间的相互作用,从而抑制Caspase8,10的作用[12]。
  3.3 凋亡抑制蛋白:凋亡抑制蛋白(IAPs,inhibitors of Apoptosis protien)为一组具有抑制凋亡作用的蛋白质[13],它首先是从杆状病毒基因组克隆并发现能够抑制由病毒感染引起的宿主细胞死亡反应。具有大约20氨基酸组成的功能区,这对IAPs抑制凋亡是必需要的,既可以结合活化的Caspase,又可结合Caspase酶原,进而抑制细胞凋亡。
  3.4 Bcl-2家族:Bcl-2家族成员众多, 它们分别既有抗凋亡作用,也有促凋亡的作用。多数成员间有两个结构同源区域,在介导成员之间的二聚体化过程中起重要作用。Bcl-2成员之间的二聚体化是成员之间功能实现或功能调节的重要形式。Bcl-2生理功能是阻遏细胞凋亡,延长细胞寿命,在一些白血病中Bcl-2呈过度表达。Bcl-2的亚细胞定位已经明确,它在不同的细胞类型可以定位于线粒体、内质网以及核膜上,并通过阻止线粒体细胞色素C的释放而发挥抗凋亡作用[14]。此外, Bcl-2具有保护细胞的功能, Bcl-2的过度表达可引起细胞核谷胱苷肽(GSH)的积聚,导致核内氧化还原平衡的改变,从而降低了Caspase的活性。Bax是Bcl-2家族中参与细胞凋亡的一个成员,当诱导凋亡时,它从细胞质基质迁移到线粒体和核膜。
  
  参考文献:
  [1] Zhao Zq. Cardiovas Res,2000,40,651,Zhao Z-Q, Nakamura M,Wang N-P,Velez DA,Hewan-Lowe KO,Guyton RA,et al. Dynamic progression of contractile and endothelial dysfunction and infarct ex-tension in the late phase of reperfusion[J].Surg Res,2000,94:1.
  [2] 彭黎明,王曾里. 细胞凋亡的基础与临床[M]. 北京:人民卫生出版社,2003.363.
  [3] Yue TL,Ma XL,Wang XK,et al. Possible involvement of stress2 ac-tivated protein kinase singnaling pathway and Fas receptor expres-sion by carvediol[J].Circ Res,1998,82(2):166.
  [4] Kappsi AA,Fan S,Singhal PC,et al.Role of 14-3-3epsilon,c-myc/max and AKC phrophoryiation in HIV-1 gp120 induced mesangial cell proliferation[J].Am J Physiol Renal Physiol,2001,280:333.
  [5] Roos A,Sato T,Maier H,et al.Induction of renal cell apoptosis by antibodies and compiement[J].Exp Nephrol,2001,9:65.
  [6] Beere HM,Wolf BB,Cain K,et al. Heat-shock protein 70 inhibits apoptosis by preventing recruitment of procaspase-9 to the Apaf-1 apoptosome[J]. Nat Cell Biol,2000,2(8):469.
  [7] Cain K,Brown DG,Langlais C,et al. Caspase activation involves the formation of the aposome, a large(approximately 700 kDa) caspase-activating complex[J].J Biol Chem,1999,274(32):22686.
  [8] Cain C,Miller S,Ahn J,et al. The N terminus of p53 regulates its dissociation from DNA[J]. J Biol Chem,2000,275(51):39944.
  [9] 何小明.线粒体膜通道与细胞凋亡[J]. 国外医学・生理、病理科学与临床分册,2002,22(5):450.
  [10] Kleibl Z,Raisova M,Novotny J,et al. Apoptosis and its importance in the development and therapy of tumors[J].SB Lek,2002,103(1):1.
  [11] Fulda S,Wick W,Weller M,et al. Smac agonists sensitize for Apo2L/TRAIL or anticancer drug induced apoptosis and induce regression of m alignant glioma in vivo[J]. Nat Med,2002,8(8):808.
  [12] Zhivotovsky B,Orrenius S,Brustugun OT,et al.Injected cytochrome c induces apoptosis[J].Nature,1998,391:449.
  [13] Yoshida H,Kong YY,Yoshida R,et al,Apaf1 is required for mito-chondrial pathways of apoptosis andbrain development[J].Cell,1998,94:739.
  [14] Cecconi F,Alvarez-Bolado G,Meyer BI,et al.Apaf1(CED-4 homo-logue)regulates programmed celldeath in mammalian development[J].Cell,1998,94:727.
  收稿日期:2008-02-19

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