高浓度葡萄糖对血管内皮细胞凋亡作用机制の研究

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上海第二医科人学99级硕十学何论文
高浓度葡萄糖对血管内皮细胞凋亡的作用及机制研究
中文摘要
血管并发症是糖尿病常见而危害严重的慢性并发症之一·偾料表明血管内皮细胞功能紊乱与糖尿病血管并发症密切相关,血管内皮细胞功能和内皮层结构的损害为血管病变的原发性因素。

近来研究提示高血糖可引起细胞内氧化应激的增加并导致细胞凋亡。

细胞凋亡可从多条途径和多个层面进行调控,若能阐明高血糖致血管内皮细胞凋亡的机理,则可进行早期干预,预防或延缓糖尿病血管并
.1厂一
发症的发生、发展。

为此夕我们在建立血管内皮绁盥溷亡摸型的基础上,对高浓度葡萄糖(25mM)诱导的细胞凋亡及其干预药物进行了研究,并对它们的机制进行了探讨。

f本研究采用人脐静脉血管内皮细胞株ECV-304为研究对象,用25mM葡萄|
糖培养建立了高浓度葡萄糖条件下内皮细胞凋亡的模型,并进行定性定量鉴定。

我们用噻哗蓝(MTT)法检测细胞活力,采用琼脂糖凝胶电泳检测细胞凋亡特异的阶梯状DNA区带,并用流式细胞仪对凋亡进行定量检测。

结果发现:(1)ECV-304细胞在25mM葡萄糖条件下培养24小时、48小时、72小时,MTT法测得其OD值比『F常浓度葡萄糖(5.5mm)组分别下降20.86%0(P<0.05)、3133%、45.29%o(P<o.01)。

(2)用1.8%琼脂糖凝胶电泳可在高糖48小时、72小时组检测到细胞凋亡特异性DNA片段。

(3)流式细胞仪检测到难常浓度葡萄糖组与高糖48小时组细胞凋亡率分别为3.6%和17.2%。

为进一步探讨高浓度葡萄糖导致内皮细胞凋亡的途径,我们检测了高糖(25raM)培养条件下凋亡内皮细胞内反应性氧自由基(ReactiveOxygenSDecies;ROS)、caspase一3蛋白、泛素(Ubiquitin;Ub)mRNA的变化。

结果发现:(1)高糖培养48小时组细胞内ROS水平以每个细胞的平均通道荧光(meanchanneIfluorescencepercell;MCF)计算为145.84+8.35MCF,较『F常浓度葡萄糖组(8219-+4.09MCF)显著升高(JD<O.01)。

(2)凋亡执行蛋白caspase.3在高糖48小时组增加。

(3)UbmRNA在高糖24小时、48小时和72小时组分别增加25.37
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%(P<0.05)、53.47%年1163.93%(P<O.01)。

上述结果显示,高浓度葡萄糖诱导的ECV一304细胞凋亡可能与高糖条件下细胞内ROS、caspase一3蛋白和UbmRNA水平升高有关。

本研究进一步应用银杏叶提取物对高浓度葡萄糖条件下内皮细胞凋亡进行十预,观察细胞凋亡、细胞内ROS、caspase.3蛋白和LibmRNA的变化。

结果显示:(】)在高糖(25mM)加银杏叶提取物(25099/m1)环境下培养48小时,MTT法测得ECV-304细胞OD值比单纯高糖组升高41.30%(JD<005);预先用银沓叶提取物(25099/m1)处理48小时后换用高浓度葡萄糖(25mM)加银杏叶提取物(25099/m1)继续培养48小时,细胞OD值比未经银杏叶提取物(250I,tg/m1)预处理组升高21.39%(|P<O.05)。

(2)高糖加银杏叶提耿物后细胞内ROS水平为103.66_+574MCF,较单纯高糖组(145.84+8.35MCF)显著下降(P<0.05)。

(3)高糖加银杏叶提取物后ECV-304细胞凋亡率由17.2%下降为8.7%。

(4)在高糖加银杏叶提取物组caspase.3蛋白和UbmRNA较单纯高糖组水平升高。

结果提示,银杏叶提取物可能通过降低细胞内ROS、caspase一3蛋白和UbmRNA水平而对抗高浓度熏扛萄糖引起的内皮细胞损伤。

我们的研究路果显示,高浓度葡萄糖可降低内皮细胞活力,诱导其凋亡,可能与caspase一3和泛素介导的细胞浆内的蛋白水解系统有关,从蛋白降解这一方向研究高浓度葡萄糖导致血管内皮细胞损伤,可能对进一步阐明高糖条件下内皮细胞损伤的机理及寻找有关的防治药物有重要意义。

银杏叶提取物能对抗高浓度葡萄糖导致的细胞内反应性氧自由基的增加,提高内皮细胞在高糖环境下的活力,降低其凋亡率,对血篮由应缉盥起保护作用。

其机制可能与细胞浆内的蛋白降解途径有关,银杏叶提取物在蕴屡瘟血篮差发症的防治中有潜在的应用价值。

关键词:高糖;凋亡;氧自由墓银杏叶提取壤uPP
Studyonthemechanismofvascularendothelialcellapoptosis
inducedbyhighconcentrationofglucose
ABSTRACT
Vasculardiseaseisthemostfrequentandseverecomplicationofdiabetes.Manystudiessuggestedthatvascularendotheliumdysfunctionhaveacloserelationshipwithdiabetes.associatedvasculardisease.Hyperglycemiacanincreaseintracellularreactiveoxygenspecies(ROS)andinduceapoptosis.Apoptosisorprogrammedcelldeathisanactive,geneticallycontrolledprocessofcellsuicide,Itrequiresdenovo
andcallberegulatedfrommanylevelsorgenetranscriptionandproteinsynthesis
pathways.Ifthemechanisminvolvedinhigh—glucose—triggeredacceleratedendothelialcellapoptosisiselucidated,itmaybepossibletointervenetheharmfulprocessintheearlystageandpreventtheoccurrenceandprogressionofdiabetes—associatedvasculardisease.Therefore,weestablishedamodeIofhigh—glucose—triggeredendothelialcellapoptosis,theninvestigatedtheroleofhighglucoseandextractofGinkgobilobaintheprocessandthemechanisminvolved.HumanumbilicalveinendothelialcelllineECV-304wasexposedtohighconcentrationglucose(25mM)fordifferenttimeperiods,Cellviabilitywasmeasured
MTTtest,gelelectrophoresiswascarriedoutforassayingDNAfragmentation,theby
percentageofapoptotiecellswasassessedbyaFACScanflowcytometer.Wefoundthat(1)theODvalueofMTTtestinECV-304cellsculturedin25raMglucosefor24h,48h,72hdecreasedby20.86%(P<O.05)、31.33%、45.29%(P<O.01)respectively(2)thetypicalladderpatternofDNAfragmentationwasfoundinthosecellstreatedwith25raMglucosefor48hor72hinDNAgelelectropboresis.(3)AfterincubationofECV-304cellswith25mMglucosefor72hthepercentageofapoptoticcellswas17.2%detectedbyflowcytometry,anditwas3.6%with5.5mMglucoseTofurtherinvestigatethemechanismofendothelialcellsapoptosisinducedbyhighconcentrationofglucose,wecomparedthelevelsofintracellularROS,caspase一3proteinandUbmRNAinECV-304cellsculturedwithnormalorhighconcentration
25mMglucoseforofglucose.Theresultsshowedthat:(1)ExposureofECV-304to
48htheintracellutarROSformationwassignificantlyenhancedcomparedwithtO55mMglucose(145.84+-.8.35MCFVS82.19±4.09MCF,P<0.叭).(2)thelevelof
ECv_304to25mMglucosefor72hcaspase一3proteinwasincreasedafterexposureof
(3)Afterculturedin25raMglucosefor24h,48hand72h,thelevelofUbiquitin
mRNAinECV-304cellsincreasedby25.37%(P<O.05)、53.47%and6393%(P<O.01)respectivelycomparedwiththecontrolgroup.TheaboveresultssuggestedthattheincreasedintracellularROSunderhighglucoseconditionmayinduceapoptosisinECV-304cells,theexpressionofcaspase一3proteinandUbiquitinmRNAseelrJstobeinvolved
WefurtherinvestigatedtheroleofextractofGinkgobiloba(EGb)inthepreventionofhigh·-glucose-—triggeredendothelialcellapoptosisandtheresultsshowedthat:(1)InMTTtest,theODvalueofECV-304cells,whichwastreatedwith25mMglucoseplus250pg/mlEGbmedium,increaseby4130%comparedwith25raMglucosegroupwithoutEGb(P<0.05).ECV-304cellswaspre-treatedwith25099/mlEGbfor48hthenculturedunder25raMglucoseplus250p_g/mlEGbmedium,theODvalueofthesecellsincreaseby21.39%comparedwithnon—pre-treatedgroup(P<005).(2)TheadditionofEGb(250p.g/m1)attenuatedhigh—glucose—mediatedincreasedintracellularROSformationfrom145.84_+8.35MCFto103.66±5.74MCE(3)ThepercentageofapoptosiscellsinhighglucoseplusEGb(250/.tg/m1)groupis87%,whichislowthaninhighglucosegroup(17.2,∞.(4)Thelevelofcaspase一3proteinandUbmRNAincreasedin25raMglucosegroupandwasattenuatedbytheadditionofEGbatadoseof250p_g/ml
AlltheresultsmentionedabovesuggestedthathighglucosemayinduceECV-304cellsapoptosisatleastpartlythroughincreasingintracellularROS
formationandcaspase一3protein,ubiquitinseemedtoinvolvedalso.EGb
canattenuatehighglucoseinducedapoptosisatleastpartlythroughinhibitionofROSformation,caspase一3proteinandUbmRNAexpression.EGbmayexertabeneficialeffectinthepathogenesisofdiabeticvasculardisease
Keywords:highglucose;endothelialcellapoptosis;ROS;EGB;UPp
—~圭塑篁三堕型叁堂!!堡堡±堂垡堡塞
图1.1ECV-304细胞形态
2、MTT棱检测ECV-304细胞活力改变
Ecv-304细胞在『F常浓度葡萄糖(5.5mM)下生长至呈80%融合,换用含O·2%牛血清白蛋白的高浓度葡萄糖(25mM)和萨常浓度葡萄糖的DMEM培养液,分别培养24小时、48小时、72小时,MTT法检测细胞活力。

如图12所不,高糖条件下ECV-304细胞在24小时、48小时、72小时OD值比f常浓度葡萄糖组分别下降20.86%(JD<0.05)、31.33%、45.29%(尸<0.01),说明高浓度葡萄糖可显著降低ECV-304细胞活力。

图1.2不同时间高浓度葡萄糖(25mM)对ECV-304
细胞活力的影响
24h、48h、72h分别代表相:正常浓度葡萄糖(55mM)或l角浓度葡萄
糖(25raM)条件下培养24小时、48小时、72小时。

’J对照纠相比:
8P<005,+P<O01.n=12
3、琼脂糖凝胶电泳DNAladder分析
抽提高浓度葡萄糖(25mM)培养24小时、48小时、72小时及『F常浓度葡萄糖(5.5raM)培养72小时ECV-304细胞的DNA,在1.8%琼脂糖凝胶中进行电泳。

如图13所示,高糖48小时、72小时组细胞DNA形成凋亡细胞典型的阶梯状区带电泳图谱(DNAladder),正常浓度葡萄糖组及高糖24小时组细胞DNA仅在电泳加样孔附近出现基因组条带,无DNAladder出现。

图1.3DNA琼脂糖凝胶电泳图
M:marker;I:正常浓度葡萄糖(5,5raM)组;2、
3、4分别代表商浓度葡萄糖(25mM)培养24小时
48小时、72小时。

—堂堑堕壁墅型塑
结果
1、细胞内反应性氧自由基水平分析
Ecv.304细胞在含25mM葡萄糖的培养基中培养48小时,细胞内ROS水平为145.84_+835MCF,较正常浓度葡萄糖组(82.19_+4.09MCF)显著升高(尸<O01)。

(图21)
图21高糖49小时对细胞内ROS的影响
NG:正常浓度葡萄糖(55raM)组;HG:高糖(25raM)组
与NG相比·P<001。

数据为4次试验的统计结果n
2、Westernblot分析caspase一3蛋白变化
ECV.304细胞分别在高糖(25raM)及正常浓度葡萄糖(5.5mM)下培养48小时,用三去污细胞裂解液(参见试剂部分)抽提细胞蛋白质,经Westernblot分析,显示高糖组caspase一3蛋白水平明显高于对照组。

(图22)
图2.2Westemblot分析高糖对
caspase一3蛋白的影响
NG:正常浓度葡萄糖(55mM)组;HG:高
糖(25raM)组。

孵育时间48小时
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3、Northernblot分析UbmRNA的表达
1)抽提总RNA的完整性分析
ECV-304细胞在25mM葡萄糖条件下分别培养24小时、48小时、72小时及在『F常浓度葡萄糖(5.5mM)下培养72小时,抽提各组细胞的总RIgA,经1%的琼脂糖凝胶变性电泳后可清楚的观察到28S、18S的存在,且28S:18S约等于2:l,表明抽提的RNA完整性较好,可进行NorthernBlot分析。

(图2.3)
图2.3琼脂糖凝胶电泳分析RNA完整性
I:证常浓度葡萄糖(55raM)组;2、3、4分别代表
商糖(25raM)培养24小时、48小时、72小时封上。

2)UbmRNA的Northernblot分析
证常浓度葡萄糖(5.5mM)培养72小时、高浓度葡萄糖(5.5mM)培养24小时、48小时、72小时的细胞总RNA经Northernblot分析后,x光片经扶度扫描并作统计分析。

如图2.2所示,25mM葡萄糖培养细胞24小时、48小时、72小时多聚UbiquitinmRNA较正常糖浓度培养组分别增加25.37(P<0.05)、53.47%和6393(P<0.01)。

图3.1ECV-304细胞内ROS生成变化
NG:葡萄糖55mM;HG:葡萄糖25mM;EGB:
EGB250¨g/ml。

’jNG相比+P<00l:’jHG相比印<005。

数据为4次试验的统计结果。

3、流式细胞仪分析各组细胞凋亡
ECV一403分别在正常浓度葡萄糖(5.5raM)、高糖(25raM)加银沓叶提取物(250“g/m1)和单纯高糖条件下培养48小时,收集细胞用流式细胞仪定量检测细胞凋亡。

对照组细胞凋亡率为3.6%,单纯高糖48小时组细胞凋亡率为17.2%,高糖加银杏叶提取物后细胞凋亡率下降为8.7%。

说明银杏叶提取物在2501ug/ml浓度下可显著降低高浓度葡萄糖诱导的内皮细胞凋亡。

(图33)
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4、Northenblot分析各组细胞ubmRNA表达变化
1)内皮细胞抽提RNA完整性分析
ECV-304细胞分别在正常葡萄糖(5.5mM)、高糖(25mM)及高糖(25raM)加银含叶提取物(250pg/m1)条件下培养48小时,抽提细胞总RNA,l%琼脂糖凝胶变性电泳后可清楚的观察到28S、18S的存在,且28S:18S约等于2:1,表明抽提的RNA完整性较好,可进行NorthernBlot分析。

(图3.4)
图3.4琼脂糖凝胶电泳分析RNA完整性
l:葡萄糖s5raM:2:葡萄糖25mM培养48小时
3:葡萄糖25mM商fEGB25099/ml培养48小时。

2)UbmRNA的Northenblot分析
『F常葡萄糖(5.5mM)、高糖(25mM)及高糖(25mM)加银畲叶提取物(250pg/m1)三组细胞的总RNA经Northernblot分析,发现高糖组UbmRNA较J下常糖浓度组表达增加,高糖(25mM)}//]银杏叶提取物(25099/m1)组UbmRNA较单用高糖组表达下降,银杏叶提取物在250tsg/ml浓度下可下调高糖诱导的ubmRNA高表达。

(图3.5)
图3.5Northenblot分析UbmRNA表达
1:葡萄糖55mM;2:葡萄糖25mM培养48小时
3:葡萄糖25mM方¨EOB2501.tg/ml培养48小时。

32
5、Westemblot分析各组细胞caspase.3蛋白表达
ECV-304细胞分别在正常葡萄糖(5.5mM)、高糖(25mM)及高糖(25mM)加银杏叶提取物(250肛g/m1)条件下培养48小时,用三去污裂解缓冲液抽提各组细胞蛋白质,经Westernblot分析,可见高糖条件下caspase一3蛋白表达升高,银杏叶提取物可降低高糖状态下caspase一3蛋白的高表达。

(图3.6)
图3.6Westernblot分析caspase一3蛋白表达
1:葡萄糖5.5mM:2:葡萄糖25mM培养48小时
3:葡萄糖25mM加EGB25099/ml培养48小时。

讨论
银杏叶提取物的活性成分主要有银杏黄酮苷、银杏内酯和白果内酯等,研究表明银杏叶提取物可诱导多种哺乳动物细胞内Y型谷胱甘肽合成酶(YGCS)mRNA上调,同时使细胞内GCS蛋白和GSH升。

还原型谷胱甘肽本身为有效的抗氧化剂和自由基清除剂,同时它也是线粒体中谷胱甘肽过氧化物酶的必须因子,这使得还原型谷胱甘肽成为线粒体中对抗有潜在威胁的过氧化氢的最有力防线,也是生物体内重要的抵抗氧化应激的还原性物质。

银杏叶提取物可能通过影响与调节体内氧化还原状态有关的酶系发挥其抗氧化作用,通过清除机体过多的自由基,抑制细胞膜的脂质发生过氧化反应,从而保护细胞膜,防止自由基对机体造成的一系列伤害。

鉴于银杏叶提取物的抗ROS作用,我们对它在防治高糖导致的血管内皮细胞凋亡及机制进行了研究。

本实验用MTT法测得高糖加银杏叶提取物培养48小时后细胞OD值比单用高糖培养48小时显著升高(尸<O.05),即银杏叶提取物可增加高糖条件’卜内皮
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结论
1、高浓度葡萄糖(25mM)可降低内皮细胞活力,培养时间大于48小时可明显
诱导血管内皮细胞凋亡。

2、高浓度葡萄糖(25mM)可使细胞内反应性氧自由基水平明显升高,同时
UbiquitinmRNA及Caspase一3蛋白显著上调。

3、银杏叶提取物预处理的细胞其活力较未处理组增高,银杏叶提取物可增加高糖条件下内皮细胞活力;银杏叶提取物可降低高糖条件下内皮细胞凋亡和细胞内反应性氧自由基水平,对高糖条件下Caspase一3和UbmRNA的过度上调有缓解作用。

4、提示高糖可能通过增加细胞内反应性氧自由基水平最终激活caspase.3途径而
诱导凋亡,泛素可能参与这一过程。

而银杏叶提取物因其抗氧化功能在糖尿病血
管并发症的防治中有潜在的应用价值。

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致谢
衷心感谢导师李果教授三年来对我学业上的悉心指导,生活上无微不至的关心。

他严谨的治学态度、渊博的知识和崇高的人格,将使我终生受益,也是我今后学习的楷模。

三年来,导师组罗敏教授在我的学习和科研工作上都给予了很多的支持和帮助,在此向他表示衷心的感谢。

感谢陈家伦、许曼音教授、陈名道教授、胡仁明教授等对我的指导和支持。

深深感谢李纪平、刘云老师三年来给予我生活、学习和工作上的帮助和支持。

感谢中西医结合研究室唐会凤、李风英老师的热心帮助和支持。

感谢徐焰、吴洪熙、赵福妹、稽雪兰、罗雪艳、张惠云、等老师在行政及后勤工作上对我的支持。

感谢刘优萍、伍贻新、张迪、谢晓燕、周文忠、陈战等人的热心支持和帮助。

感谢左祥生、骆天红、杨义生、张芳林、许光武、宋怀东、杨颖、殷俊、李荣英、周丽斌、王宣春、俞放、吴刚、章国玉、杨架林、贾秀娟、牟波、徐立勤、王绍云等同门手足的支持和帮助。

感谢我的同学宋巍、李敏、李光明、周敏等给予的大力帮助。

最后,向一直关心、鼓励我的家人致以衷心的感谢!
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综述
泛素--26s蛋白酶体途径在凋亡中的作用
王晓综述李果审阅
上N第2N科大学附属瑞金医院,上海市内分泌研究所(上海,200025)摘要:泛素一26s蛋白酶体途径(uMquitin一26spFoteasomepathway:UPP)是真核生物细胞中ATP依赖的蛋白降解系统,可通过选择性降解细胞凋亡相关的调节性蛋白,参与细胞凋亡的调控。

关键词:UPP;蛋白降解;凋亡;细胞周期;转录调控
泛素一26s蛋白酶体途径(ubiquitin一26sproteasomepathway:uPP)是细胞内ATP依赖的非溶酶体蛋白降解机制‘”,可高效并高度选择性地降解细胞内蛋白质,尤其是短寿命的功能蛋白、癌基因产物如细胞周期蛋白(cyclin)、p21、p27、PKC、wtp53、c—Jun、c.Fos及c—Mos等,应激状态下也降解细胞内结构蛋白。

该蛋白水解通路的发现被认为是细胞周期、细胞恶性转化和免疫学研究的转折点。

研究表明该系统在凋亡调节中也发挥重要作用12J。

1泛素一26s蛋白酶体途径简介
UPP系统水解底物的第一步是将泛素(ubiquitin;Ub)标记到将被降解的靶蛋白上,即将Ub共价交联到靶蛋白的赖氨酸£一氨基上,称为底物的Ub化;Lib化的底物可进一步被26s蛋白酶体识别并降解。

1.1Ub结合系统泛素是76个氨基酸组成的多肽,分子量约8.5kD,其结构在真核生物细胞内高度保守。

目前发现参与Ub化反应的酶至少有E1、E2、E3这3类:E1即Ub激活酶(Ubactivatingenzyme),在ATP参与下,E1以其活性位点半胱氨酸的毓基与Ub的C末端生成高能硫酯键,使Ub活化;E2即Ub转运蛋白或结合酶(ubiquitin—conjugatingenzymes;Ubcs),是由多个成员组成的蛋白家族,可接受El传递来的Lib,在E3参与下将Ub转移到底物上;E3即Ub一蛋白质连接酶(Lib—proteinligase),这是一个更为复杂和庞大的家族,它们直接或间接与底物结合,促进Ub从与E2形成的硫酯中间产物转移到底物上,或转移到已与底物相连的Ub上形成Ub链,作为底物降解的靶向性信号。

许多E3
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家族成员往往与其他蛋白形成复杂的多亚单位复合体,再与特定的E2家族成员协同作用,对不同的底物进行特异性的识别,呈现出蛋白质降解的高度选择性。

根据结构和/或所识别降解信号的种类,已鉴定出4个E3亚型…。

即E3cx、HECT结构域蛋白(Hom01090tlStoE6~APcarboxy|terminus)、分裂后期促进复合物(anaphasepromotingcomplex;APC)和SCF复合体,SCF的名称来源于它的3个早期发现的成分:Skpl、Cdc53/Cullin和含F盒蛋白质p1(F—boxproteins;Fbps)的~种,该复合体还包含最近发现的一种环指状蛋白Rbxl【4】。

不同的SCF复合体中可含有不同的Fbp,Fbps作为底物识别因子,可识别特定位点磷酸化的底物。

底物的ub化成为其被26s蛋白酶体降解的靶向性信号。

1.226s蛋白酶体系统26s蛋自酶体由20s核心催化颗粒和多种调节成分组成[51。

20s蛋白酶体由0LH和Dl ̄7共14种亚单位组成,其中7个同源的仪亚单位和7个同源的p亚单位分别组成0l环和p环,两个p环在中『自J、两个&环在两侧,4个环层叠成圆筒状的20s蛋白酶体,酶活性位点位于20圆柱体空心结构中心,水解中一II,由B环内3个残基T11:rl、Lys33、Glul7和N末端自由氨基组成。

另外,哺乳动物还有3个可被IFN--'/诱导的B亚单位,可替代其组成性的同源亚单位,改变蛋白酶体的活性,在抗原加工和递呈中起重要作用。

目前己知的调节成分有19s帽(cap)和PA28,大肠杆菌中与26s蛋白酶体结构、功能相似的为HsIVU(heatshocklocusVU),已有学者成功的解析出其晶体结构[6】,这将大大促进对于真核生物26s蛋白酶体作用机制的研究。

Ub化的底物在26s蛋白酶体中被降解,Ub可被去Ub化酶(deubiquitinatingenzymes;DUBs)从底物水解下来,重复利用。

2UPP在凋亡中的作用
对烟草幼鹰蛾体节间肌肉萎缩机制的研究,引发了UPP在细胞凋亡中作用的探讨。

编码多聚Ub基因的cDNA与从萎缩肌肉中提取的RNA杂交,发现多聚UbmRNA表达显著升高伴有Ub一蛋白结合物增加,这两项发现在组织切片中得到证实且发生在细胞凋亡的形态学改变之前【2】,一系列类似报道引起研究者对UPP途径在凋亡调节中作用的兴趣。

随着蛋白酶体抑制剂特别是特异性抑制剂lactacystin的发现,大大方便了对uPP和凋亡作更直接的研究,使得对于探讨UPP在凋亡中的作用机制成为可能。

多聚(ADP一核糖体)聚合酶PARP是DNA修复关键酶,凋亡时CPP32(即
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Caspase3)可裂解PARP。

在U937成单核细胞、HL60细胞和RVC细胞,蛋白酶体抑制剂可提高CPP32活性,加快PARP降解,促进凋亡‘21。

近年来的研究证明,线粒体跨膜电位△vm下降是细胞凋亡发生的重要环节。

地塞米松诱导凋亡的胸腺细胞,蛋白酶体抑制剂处理后可阻止△‰下降,同时阻止了线粒体后超氧化物阴离子生成、核DNA丧失和磷脂酰丝氨酸暴露,从而抑制了凋亡。

由此可推测,蛋白酶体对凋亡的调控是发生在Caspase级联反应和线粒体变化的上游事件【引。

D53、NF.1(B和Bcl一2家族中的Bcl.2是重要的凋亡调控因子,而它们都是UPP的底物‘7。

】,此外,U】)P还参与调控与凋亡密切相关的细胞周期、转录激活、信号传导等过程,因此UPP对凋亡的调控可能是多途径的。

2.1P53途径
P53是促进细胞凋亡的重要调控因子,同时也是UPP的底物,这使得P53成为联系UPP和凋亡的第一个候选因子。

p53在凋亡调控中的作用是肯定的也是复杂的,作为转录因子p53可通过转录激活一系列靶基因实现对凋亡的调控【】…,其中有些基因编码的蛋白参与线粒体膜完整性和通透性的控制,如Bcl.2家族中的Bax、Bcl一2、Bcl—XL,有些编码死亡受体,如FAS、DR5、DcRl/TRID、DcR2tTRUNDD,其它还有如PIGs、p21wA“IPIGl4)、GADD45、IGFBP3、IGF—II、IGF—IR、PAG608、p85等。

2.1.1Bcl一2家族这是一个与凋亡密切相关的蛋白家族,其中Bax、Bak、Bcl.Xs、Bad、Bid、Bik、Bim、Hrk和Bok有促凋亡活性,Bcl.2、Bcl。

XL、Bcl.W、Mcl.1、A1/Bfl一1有抑凋亡活性,促凋亡和抑凋亡活性的比例对凋亡的调控至关重要。

体外研究显示,Bax:Bax二聚体可形成穿越线粒体膜的通道,也可促进线粒体内膜渗透性膜孔的开放。

而Bcl.2、Bcl.X1可抑制这种现象。

p53可上调Bax、下调Bcl一2,推测p53可利用Bax形成膜孔的能力调节线粒体跨膜电位,增加线粒体内细胞色素C、AIF等的释放,促进凋亡。

2.1.2PIGs(p53一inducedgenes)PIGs包括13种控制氧化还原的基因和p21,这些基因均在p53诱导的凋亡之前出现,可以设想应激导致p53水平升高,诱导PIGs表达,产生反应性氧自由基,导致线粒体膜损伤诱发凋亡。

p21是一个细胞周期抑制物,它在p53介导的细胞周期停滞中有重要作用,但对凋亡的直接影
上海第二医科大学99级硕十学位论文响尚不清楚。

2.13膜死亡受体途径p53可诱导FAS、FASL、DR5、Dcrl/TRIDD、DcR2/TRUNDD表达上调,可通过膜死亡受体途径诱导细胞凋亡aD53主要的细胞内调节物为癌基因蛋白MDM2,它由野生型p53诱导产生,可与p53直接作用并抑制其活性,形成负反馈调节环路。

研究认为MDM2具有泛素连接酶的作用…】,可促进p53蛋白从核内向胞浆转运,以其42~94位氨基酸在D53蛋白N末端附近与p53结合,并以464位的半胱氨酸与Ub结合,催化D53的Ub化,26s蛋白酶体可识别并降解Lib化的p53[他1,使p53保持在较低的水平,细胞正常生长。

uPP可通过降解p53来调控细胞凋亡,应用蛋白酶体抑制剂后,在发生细胞凋亡的同时还检测到p53和Ub化p53的升高。

另外,某些凋亡诱导因素如氧化型低密度脂蛋白、NO等在诱导凋亡的同时,出现蛋白酶体活性下降‘”]、p53蛋白水平升高f141,似乎这些因素本身起着蛋白酶体抑制剂的作用。

22细胞周期途径
在整个细胞周期中判别和消除异常增殖的细胞非常重要,细胞必需随时决定是完成有丝分裂,还是为修复损伤停滞生长,如果损伤太严重无法修复细胞凋亡就发生,所以凋亡和增殖通过细胞周期密切联系,细胞周期的调节子既能影响细胞分裂又能影响细胞凋亡。

真核生物细胞周期进程由周期素(eyelin)和周期素依赖性激酶(eyclin—dependentkinase;Cdks)共同驱动,当某一时相表达充分后可适时转入下一个时相。

如在脊椎动物,GI期事件由Cdk4,6一cyclinD复合物控制,
Cdk2-cyclinE复合物是G1js期转变必需的,Cdkl—cyclinA可促进细胞进入有丝分裂期。

Cdks抑制剂(CKI)可通过与cyclin/Cdks复合体的结合抑制Cdks的活性,使细胞周期有足够的时间停留在某一阶段,充分完成特定时相的任务。

现已确定两个CKI蛋白家族,p21家族由p21、p27和p57组成,可抑制多数Cdk—cyclin复合物的活性;/NK4家族包括p15、p16、p18和p19,主要抑制Cdk4的活性。

各种细胞周期调节因子在必需它们的时相出现,在不需要它们的时相减少,现已明确UPP介导的蛋白降解是调控细胞周期进程的普遍机制㈣,周期素CycA、CycB、CycD、CycE,周期素抑制物p19ⅢK4。

、p21。

1…、p27”1p1、p57¨P2、Sicl、Farl、Rural,以及其它调节细胞周期相关事件的cde6、E2F-1等均接受
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Ub化降解。

如在哺乳动物细胞p27脚1可抑制G1--+S期转变,在细胞完成向S期转变的准备工作后,UPP即可介导p27的降解㈣,实现Gl斗s期的转变。

参与此反应的E2为Cdc34,E3为SCF复合物家族成员,此复合物由p19SkipI、Cull、D45Skp2、和环指状蛋白Rocl组成。

姐妹染色体的分离和有丝分裂末期到G1期的转变依赖另一个E3家族成员APC的调节。

APC的底物是含有丝分裂破坏盒的A型和B型周期素。

UPP对上述各种调节因子在特定时相高度选择性的降解,使促进和抑制两方面因素配合默契,细胞顺利通过整个细胞周期。

应用蛋白酶体抑制剂后,Neur02A、MG.63、CHO细胞停滞于G1/S,HeLa细胞停滞于GUM【2J,这些现象的发生可能是因为在某一时相应该通过Ub化降解的调节因子由于uPP受到抑制而依旧保持在较高水平,这与下一时相的调节因子产生了矛盾,引起混乱,细胞周期不能顺利进行,为凋亡的介入提供了机会。

最后只能以细胞自身破坏即细胞凋亡的方式解决,如小鼠淋巴瘤细胞RVC经过蛋白酶体抑制剂处理后,亚G1期细胞增多且伴有凋亡。

23NF.v.B途径
NF.KB是~个核转录因子,活性NF.KB的产生依赖Ub系统[17,18】。

通常情况下NF.vd3的前体p105以Ub依赖的方式在26s蛋白酶体中降解为成熟的p50形式[】9】,p50和RelA(p65)组成异二聚体并与抑制性因子IqcB结合在一起,在胞浆中呈无活性状态。

当有外界信号刺激时,I-KB的32位和36位丝氨酸被MEKKl(一种激酶复合物)磷酸化,在E2--Cdc34协同作用下E3--SCFD。

T”P可介导磷酸化I-vd3的Ub化降解,释放出有活性的NF.KB,进入细胞核内启动相关基因的转录。

靶基因中有些可编码抗凋亡蛋白,如LAP、SOD和A20。

UPP系统受到抑制后,活性NF.KB的产生受阻,抗凋亡蛋白水平降低,容易引发凋亡。

3结语
UPP不仅直接影响凋亡过程的调控因子,还可通过调控细胞周期进程、转录因子等间接影响凋亡。

UPP在细胞凋亡中的作用主要是通过促进细胞分化和增殖,参与DNA损伤的修复,降解p53等而抑制细胞凋亡的发生,是极有潜力的调控细胞凋亡的靶通路。

而特异性蛋白酶体抑制剂可诱导多种肿瘤细胞系凋亡,为恶性肿瘤的治疗提供了新思路。

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