细胞程序性死亡通路的研究进展

摘要：
细胞程序性死亡（ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ
ｃｅｌｌ
Байду номын сангаас
ｄｅａｔｈ，ＰＣＤ）一直被看做是细胞凋亡（ａｐｏｐｔｏｓｉｓ）。随着细胞生物学研究的深
入，新的细胞死亡途径逐渐被揭示出来。如胀亡、自噬、副凋亡等。这些通路有些是ｃ拍ｐａｓｅ依赖的，有些不依赖于ｃａｓｐａｓｅ途 径。在细胞程序性死亡过程中，各种通路不是单独起作用的，而是相互交联的，有彼此重叠的机制出现。目前，Ｃｌａｒｋｅ形态学 分类法是得到大多数学者认可的细胞程序性死亡的分类方式。按照该分类法，可将ＰＣＤ分为３大类，即：Ｉ型细胞程序性死 亡、Ⅱ型细胞程序性死亡和Ⅲ型细胞程序性死亡。 关键词： Ｉ型细胞程序性死亡 Ⅱ型细胞程序性死亡 Ⅲ型细胞程序性死亡
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｄｖａｎｃｅ
ｏｎ
Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ Ｃｅｌｌ Ｄｅａｔｈ Ｐａｔｈｗａｙ
Ｍａ Ｚｈｏｎｇｒｅｎｌ・２・３
Ｍｉｎ Ｙｕｎｘｉｎｌ
（１ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆｔ＃ｅ
２Ｋｅｙ
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ／ｏｒ Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００３０；
生物技术通报
・综述与专论・ ＢＩＯＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＢＵＬＬＥＴＩＮ ２００９年第１ １期
细胞程序性死亡通路的研究进展
敏云馨１ 马忠仁１’２’３
（１西北民族大学生命科学与工程学院，兰州７３００３０；２西北民族大学生物工程与技术国家民委重点实验室，兰州７３００３０； ３甘肃省动物细胞工程中心．兰州７３００３０）
ｃ鸽ｐ髂ｅ
丝裂灾变
１９８９年，Ｍｏｌｚ等在一种对热敏感的酵母突变株
中发现，细胞分裂时因染色体分离发生异常而死亡。
有学者便把这种因ＤＮＡ发生损伤致使细胞无法进行 完全的分裂从而导致四倍体或多倍体的现象称为丝 裂灾变（ｍｉｔｏｔｉｃ ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｅ）。有试验表明，丝裂灾变 的发生是受到多种信号通路调节的精密过程，其与细 胞周期检查点异常、中心体或纺锤体结构异常以及 ＤＮＡ损伤存在密切联系。因此，许多导致上述状况 的因素都可以导致细胞发生有丝分裂灾变。Ｄａｖｉｄ 等ｕ卅发现多西紫杉醇可以诱导细胞进入以丝裂灾变
Ｂｕｌｌｅｔｉｎ
２００９年第１１期
为特征的程序性死亡。Ｃｈａｎ等¨纠指出细胞在发生 丝裂灾变时，其中间过程有ｃａｓｐａｓｅ的参与。Ｍａｎｓｉｌｌａ 等¨钊进一步发现丝裂灾变的下游通路可以是ｃａｓｐａｓｅ 依赖的，也可以是ｃａｓｐａｓｅ非依赖的。这从一个侧面 反映出程序性死亡通路的多样性和复杂性。 １．３凋亡样细胞程序性死亡 凋亡样细胞程序性死亡的形态学特征是以细胞 质、细胞核、染色质浓缩为主。大多数情况下，它与 经典的细胞凋亡相似，不同点在于它的染色质凝集 得不够紧密Ⅲ１，而且是ｃａｓｐａｓｅ非依赖的【１引。Ｍａｔｈ－ ｉａｓｅｎ等¨引指出，在其它非依赖ｃａｓｐａｓｅ死亡路径 中，都有染色质凝集的不够紧密的现象出现，这说明 染色质的紧密浓缩与ｃａｓｐａｓｅ活化有关。 目前，关于凋亡样细胞程序性死亡的研究大多 数只停留在形态学观察和它的诱因的层面Ⅲ１，关于 机制的研究较少。ｃａｓｐａｓｅ是在何种机制下使染色 质紧密浓缩的程度下降，ｃａｓｐａｓｅ活化的程度差异是 否可以控制染色体的浓缩，值得进一步研究。
ｃａｓｐａｓｅ路径，导致细胞凋亡＂’。Ｆｌｕｕｒ等¨１的研究 显示，ＩＬ－７在Ｆａｓ介导的凋亡途径中发挥促进凋亡 的作用。
Ｉ．Ｉ．３
内质网途径
内质网（ｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃ
ｒｅｔｉｃｕ．
１ｕｍ，ＥＲ）是细胞内重要的细胞器，是调节蛋白质合 成及合成后折叠、聚集的场所，是调节细胞的应激反 应及细胞钙水平的场所。内质网功能在多种胞内和 胞外刺激下受损，引起内质网应激（ｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃ
收稿日期：２００９一０７．０７
Ｉ型细胞程序性死亡
经典的凋亡途径 细胞凋亡是存在于所有哺乳动物细胞中的保守
途径，它在胚胎发育阶段的组织形成和维持细胞动
作者简介：敏云馨（１９８３－），女，回族，硕士研究生，研究方向：动物细胞培养在生物医学领域的应用．Ｅ．ｍａｉｌ：ｍｉｎｙｕｎｘｉｎ２００８＠１６３．ｃｏｒｎ
Ｌａｂｏｒａｔａｒｙ
ｏｆＳｔａｔｅ Ｅｔｈｎｉｃ Ａｆｆａｉｒｓ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｆｏｒ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｆｏｒ Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００３０；
’Ａｎｉｍａｌ Ｃｅｌｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｃｅｎｔｅｒ口厂钿ｗ“Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００３０）
１．２
途径有两个主要的研究热点，即线粒体是否就是线
粒体凋亡途径的核心控制点，以及细胞色素Ｃ和其 它原凋亡蛋白质是以何种形式从膜孔中释放出来。 Ｗａｔｅｒｈｏｕｓｅ等旧１指出，线粒体外膜的通透性与细胞 凋亡密切相关，线粒体内膜的完整性不受Ｃｙｔ－ｃ释 放的影响。Ｃｈｉｐｕｋ等¨１指出，线粒体外膜的通透性 是线粒体外膜和胞质协同作用的结果，虽然线粒体 外膜上的蛋白也起重要作用，但对于细胞是否进入 凋亡，胞质内的生化反应是主要决定因素，线粒体不 起决定作用。线粒体的融合分裂与细胞凋亡也是密 切相关的，线粒体融合分裂的调节分子也参与了凋 亡过程。Ｋａｒｂｏｗｓｋｉ等¨’发现，超表达介导线粒体分 裂的分子Ｄｒｐｌ或Ｆｉｓｌ可以促进线粒体分裂，同时 诱导细胞凋亡，而抑制Ｄｒｐｌ或Ｆｉｓｌ则可以抑制凋 亡。Ｃａｏ等¨１发现，在细胞毒性药物引起的凋亡中， ｃ．Ｍｙｃ和ｃａｓｐａｓｅ－２协同作用激活Ｂａｘ，从而介导线 粒体途径的细胞凋亡。 １．１．２死亡受体途径诱导细胞凋亡的一条重要 途径是死亡受体介导的途径。激活细胞凋亡的受体 在细胞膜上，它可被一些胞外配体激活。典型的死 亡受体是Ｆａｓ（又称为ＣＤ９５或Ａｐｏ－Ｉ）和肿瘤坏死因 子受体（ＴＮＦＲ）。死亡受体通路的凋亡过程需要由
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｅｌｌ ｂｉｏｌｏｇｙ。ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ ｃｅｌｌ ｄｅａｔｈ（ＰＣＤ）ｈａｖｅ ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｂｅｅｎ
ｐｏｓｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｏｎｃｏｓｉｓ，ａｕｔｏｐｈａｇｙ，ｐａｒａｐｔｅｓｉｓ，ｓｏｍｅ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｐａｔｈｗａｙｓ
ｃａｎ
ｏｆ ｅｘｐｅｒｔｓ，ｂｙ ｗｈｉｃｈ，
ｂｅ ｄｉｖｉｄｉｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ：ｔｙｐｅ
Ｉ ＰＣＤ，ｔｙｐｅ ＩＩ ＰＣＤ，ｔｙｐｅ ｉｎ ＰＣＤ．
Ｔｙｐｅ Ｕｌ ＰＣＤ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｙｐｅ
Ｉ ＰＣＤ
Ｔｙｐｅ
ＩＩ ＰＣＤ
细胞死亡是生物界普遍存在的现象，它不同于 机体死亡，在正常人体组织中，每天都有千千万万个 细胞死亡。细胞死亡的方式主要有两种：坏死（ｎｅｃ・ ｒｏｓｉｓ）和程序性细胞死亡（ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ
８活化来介导¨１。刺激Ｆａｓ受体导致其与Ｆａｓ
配体及Ｆａｓ相关死亡域蛋白（ＦＡＤＤ）结合。ＦＡＤＤ再 与ｃａ印ａ舱８前体结合，三者形成诱导死亡信号复合体
（ｄｅａｔｈ ｉｎｄｕｃｉｎｇ ｓｉｇｎａｌｉｎｇ ｃｏｍｐｌｅｘ，ＤＩＳＣ），ｃａｓｐａｓｅ８
前体再通过自身的剪切作用被活化，启动下游的
万方数据
生物技术通报Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｔｉｃｕｌｕｍ ｓｔｒｅｓｓ，ＥＲ
ｒｅ－
ｓｔｒｅｓｓ）一ｏ，在应激条件下，细胞会
ｐｒｏｔｅｉｎ
ｒｅｓｐｏｎｓｅ
启动“未折叠蛋白应答”（ｕｎｆｏｌｄｅｄ
ＵＰＲ）来增强内质网合成蛋白质的功能。但是，如果 细胞长时间处于ＵＰＲ或者ＵＰＲ不足以保护细胞， 就会导致细胞凋亡¨…。在内质网应激性细胞凋亡 途径中，Ｃａｓｐａｓｅ一１２作为凋亡起始因子发挥了关键 作用。内质网Ｃａ２＋水平的异常可直接激活ｃａｓｐａｓｅ－ １２，活化的ｃａｓｐａｓｅ一１２进一步激活ｃａｓｐａｓｅ－９，后者激 活下游的ｃａｓｐａｓｅ－３进入细胞凋亡的最终通路。但 ｃａｓｐａｓｅ．１２对ｃａｓｐａｓｅ－９的激活不依赖线粒体凋亡途 径成分Ａｐａｆ－１和细胞色素Ｃ¨１。。最新研究表明ｃａｌ— ｐａｉｎ也可能是内质网途径的参与者之一¨“。 随着对经典细胞凋亡途径研究的不断深入，３ 种通路之间，以及它们与其它程序性死亡通路之间 的联系也逐渐被揭示出来。其中，Ｃａ２＋是机体传递 信息重要的第二信使，它主要储存于线粒体和内质网 中，因此线粒体凋亡途径和内质网凋亡途径可以被 Ｃａ２＋的异常波动有机地结合在一起。Ｓａｒｅｅｎ等¨列发 现，线粒体不仅在线粒体凋亡途径中起作用，而且在 Ｃａ２＋和ｃａｌｐａｉｎ依赖的死亡途径，即在内质网应激性 细胞凋亡途径中也起到关键的作用。
ｃｅｌｌ ｄｅａｔｈ，
症反应。 直到上个世纪末，人们一直将细胞程序式死亡 与细胞凋亡等同看待，然而，近年来大量的研究结果 显示，细胞凋亡只是细胞程序式死亡中发现较早的 一种死亡方式。程序性细胞死亡的分类方式大致有 两种，即基于死亡机制的分类和基于形态学的分类。 Ｃｌａｒｋｅ等…补充了Ｓｃｈｗｅｉｃｈｅｌ和Ｍｅｒｋｅｒ对于细胞死 亡的分类，将程序性细胞死亡分为Ｉ类、Ⅱ类和Ⅲ 类，至今仍被广泛引用。
万方数据
２００９年第１ １期
敏云馨等：细胞程序性死亡通路的研究进展
２ｌ
态平衡中有十分重要的作用。细胞凋亡又被称为 ｃａｓｐａｓｅ依赖性凋亡途径，按照不同的作用机制，可 将其分为３种，即线粒体途径、死亡受体信号途径、 以及内质网途径。 １．１．１线粒体途径线粒体途径可以被胞外刺激 或胞内刺激启动，包括氧化作用和细胞毒性药物刺 激。在线粒体的内外膜之间，存在两种主要的促凋 亡因子：细胞色素Ｃ（ｃｙｔｏｅｈｒｏｍｅ Ｃ，Ｃｙｔ．Ｃ）和凋亡诱 导因子（ａｐｏｐｔｏｓｉｓ—ｉｎｄｕｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ，ＡＩＦ）。凋亡信号 导致Ｃｙｔ．Ｃ从线粒体内释放到细胞质中，进而与凋 亡蛋白酶激活因子１（Ａｐａｆ－Ｉ）结合，启动一系列的 级联反应，最终激活脱氧核糖核酸酶，水解核酸和细 胞骨架蛋白，导致细胞凋亡。目前，对于线粒体凋亡
１
１．１
ＰＣＤ）。细胞坏死是细胞对外来伤害的一种被动反 应，如局部缺血、高热、物理化学损伤和生物侵袭等， 均可造成细胞急速死亡。细胞坏死的主要形态学特 点是胞膜的破坏，细胞及细胞器水肿（胞浆泡化）， 但染色质不发生凝集。与细胞坏死不同，细胞程序 性死亡是受基因控制的主动性细胞死亡，是机体稳 定内环境和平衡细胞数量的重要调节机制。它不仅 在生理状态下发生，而且也能被细胞因子和化学药 物诱导产生。细胞程序性死亡的典型形态学特征是 细胞膜完整、无前炎症因子等细胞内容物逸散，无炎
ａｌｅ
ｐｒｏ・
ａｒｅ
ｃａｓｐａｓｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ，ｏｔｈｅｒｓ ｎｏｔ．Ａｌｌ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｐａｔｈｗａｙｓ
ｍｏｓｔ
ｃｒｏｓｅｔａｌｋｉｎｇ，ｅｖｅｎ ｔｈｅｙ ｓｈａｌｅ ｓａｍｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，Ｃｌａｒｋｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ａｃｃｅｐｔｅｄ ｂｙ ＰＣＤ
２
ａｐｏｐｔｏｓｉｓ）的概念，Ｐａｒａ．的意思是“紧邻的、相关的”。 其典型特征是染色质浓缩、线粒体肿胀、以及细胞质 空泡化。２０００年，Ｓｐｅｒａｎｄｉ等∞纠发现人胰岛素样生 长因子１受体（ｉｎｓｕｌｉｎ．１ｉｋｅ
ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ １ ｒｅｃｅｐｔｏｒ，
ＩＧＦＩＲ）能诱导一种与经典凋亡不同的死亡途径，并 定义为Ｐａｒａｐｔｏｓｉｓ。尽管ｐａｒａｐｔｏｓｉｓ是ｃａｓｐａｓｅ非依赖 性的，但ｃａｓｐａｓｅ－９却可以诱导ｐａｒａｐｔｏｓｉｓ。与经典的 凋亡途径不同的是，副凋亡途径中不需要线粒体的 参与，没有细胞色素ｃ的释放和凋亡小体的形成¨“。 副凋亡可以被胰岛素样生长因子Ｉ受体、ＴＮＦ受体家 族成员ＴＡＪ／ＴＲＯＹ诱发，也可以被有丝分裂原激活蛋 白激酶介导旧“。 有关Ｐａｒａｐｔｏｓｉｓ的文献报道较少，将其与其它 ＰＣＤ通路进行比较的研究更少，其机制有待于进一 步深入研究。 ３．２胀亡 １９９５年，Ｍａｊｎｏ等在大量研究的基础上认识到 一种不同于凋亡的细胞死亡方式，并将这种坏死样 的细胞死亡命名为胀亡（ｏｎｃｏｓｉｓ）。也有一些学者 将其称为“程序性细胞坏死”。胀亡细胞的形态学 特征表现为快速的细胞肿胀、细胞器肿胀、空泡化， 以及胞膜通透性的增加。细胞胀亡与细胞凋亡的区 别之一在于：细胞凋亡导致细胞以脱核方式死亡，而 细胞胀亡则导致细胞以核溶解的方式死亡。因此， 对凋亡和胀亡后的细胞进行研究，有可能会揭开坏 死细胞的细胞／分子特征旧“。 有关胀亡的分子机制还没有完全被揭示出来。 Ｂａｒｒｏｓ等＂纠研究认为，细胞胀亡很可能是因为细胞 膜离子通道失控、细胞内ＡＴＰ水平下降导致钠离子 大量涌人、细胞肿胀、最终死亡。Ｒｙｏｋｅ等＂叫研究 认为，细胞凋亡和胀亡的分子过程有一部分很可能 是重叠的，这一段共同通路可能就是ｅａｓｐａｓｅ通路。 ｃａｓｐａｓｅ在细胞凋亡中的作用之一是介导ＤＮＡ的片 段化。但Ｌｉｓａ等＂¨研究发现，在胀亡细胞中，ＤＮＡ 片段化可以不依赖ｃａｓｐａｓｅ的作用。 ３．３坏死样细胞程序性死亡 程序性细胞死亡是细胞主动的死亡过程，而坏 死则是细胞被动的死亡过程。坏死样细胞程序性死 亡（ｎｅｃｒｏｐｔｏｓｉｓ）则是由细胞信号通路介导的程序性 坏死。Ｄｅｇｔｅｒｅｖ等＂２１研究认为，坏死样细胞程序性