细胞凋亡与心脑血管疾病的关系

中国康复医学杂志，２００５年，第２０卷，第１１期ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎＭｅｄｉｃｉｎｅ，Ｎｏｖ．２００５，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．１１

・综述・细胞凋亡与心脑血管疾病的关系

徐波１向青１，２

细胞凋亡是一种不同于细胞坏死的生理性死亡方式，对生物机体的正常发育及自身稳定具有极其重要的作用。细胞凋亡功能的失控，抑制或增加，均会引起机体平衡失调，导致疾病，如与凋亡抑制有关的疾病：肿瘤、自身免疫性疾病等；与凋亡增加有关的疾病：神经系统脑缺血缺氧性疾病、老年性痴呆症、心肌梗死、心力衰竭、动脉粥样硬化等，其中心脑血管疾病是危害人类健康最主要的原因。因此，了解细胞凋亡途径及其调控因素，研究细胞凋亡与疾病发生、发展的关系，以细胞凋亡为切入点，探讨细胞凋亡相关疾病的预防措施及康复治疗方法成为近年来人们关注的热点之一。

１细胞凋亡

细胞凋亡是由细胞内在机制引起，可由某些因素诱导但不是坏死性的改变，是保持完整膜结构的细胞固缩，染色质浓缩并边集，由膜结构包裹部分细胞核和细胞质形成凋亡小体，凋亡细胞多为分散的个体细胞，琼脂糖凝胶电泳常呈现特征的ＤＮＡ梯形条带，整个过程无炎症反应［１］。

２细胞凋亡途径

细胞凋亡过程大致可分为３个阶段：诱导期（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎｐｈａｓｅ）、效应期（ｅｆｆｅｃｔｏｒｐｈａｓｅ）和降解期（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｐｈａｓｅ）。各种不同的内、外界刺激经相应受体，通过效应分子相互作用，引起ｃａｓｐａｓｅ家族的级联反应，降解各种细胞内底物，使细胞呈凋亡状态［２］。

目前认为主要的凋亡途径有以下两种：①死亡受体信号传导途径：死亡受体是细胞膜表面的某些蛋白质，通过与携带凋亡信号的特异性配基结合，迅速将凋亡信号转导至细胞内，引起细胞凋亡。②线粒体—细胞色素Ｃ凋亡信号传导途径：线粒体是细胞中产生能量的细胞器。Ｊａｃｏｂｓｏｎ等［３］发现：有核细胞去核后，胞质体仍可被诱导凋亡；进而，线粒体在有核细胞凋亡中的作用也得到证实。目前普遍认为：细胞凋亡过程中许多重要事件的发生都与线粒体形态与功能的改变密切相关，是凋亡的执行者，其诱导的凋亡具有相对的独立性。

３细胞凋亡的相关基因及影响因素

细胞凋亡是机体在生长、发育和受到外来刺激时，为保持机体内环境平衡的一种自我调节机制。细胞凋亡过程受到一系列细胞内相关基因的调节与控制，如癌基因ｃ－ｍｙｃ、抑癌基ｐ５３、死亡基因ｂｃｌ－２家族、Ｆａｓ／ＦａｓＬ、转录因子ＮＦ－κＢ及细胞因子ＩＦＮ等。

４细胞凋亡与相关的心血管系统疾病

近年来，越来越多的研究证明：细胞凋亡参与了心血管系统疾病的病理过程。在动脉粥样硬化、心肌梗死、心力衰竭等疾病中，分别发现有血管平滑肌细胞及心肌细胞的凋亡。４．１细胞凋亡与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化斑块的发生、发展取决于细胞凋亡与细胞增殖的相对平衡［４］。Ｈａｎ等［５］对动脉粥样硬化患者的冠状动脉粥样硬化斑块进行观察，发现斑块内有血管平滑肌细胞的凋亡。研究表明：在动脉粥样硬化发生过程中活化的巨噬细胞和Ｔ淋巴细胞产生的淋巴因子，能使Ｆａｓ表达上调，促进血管平滑肌细胞的凋亡，且凋亡的发生与ｂｃｌ－２基因表达的下调有关［６－７］。凋亡的血管平滑肌细胞不仅具有产生凝血酶的能力，还能够增加动脉粥样硬化斑块局部凝血酶的活性，直接形成血栓，进而促进动脉粥样硬化的发生过程［８］。因此，进一步深入研究血管平滑肌细胞凋亡对动脉粥样硬化发生及发展的影响，可能为动脉粥样硬化的治疗与预防提供新途径。４．２细胞凋亡与心肌梗死

心肌梗死既有心肌细胞坏死，也有心肌细胞凋亡，其中心肌细胞凋亡是心肌梗死的重要方式。Ｋａｊｓｔｕｒａ等［９］发现：细胞坏死和细胞凋亡在急性心梗中的作用是相互独立的，细胞凋亡是扩大心肌梗死范围的独立因子，心肌梗死的大小更多地取决于细胞凋亡的程度。心肌细胞凋亡有如下特征：心肌损伤早期的主要形式是细胞凋亡，随后细胞死亡逐渐增加；梗死灶中心及边缘均有凋亡发生，梗死中心的凋亡细胞相对密集，梗死灶边缘的凋亡细胞多分散出现。研究还发现：心肌梗死的心肌细胞凋亡伴有Ｂｃｌ－２表达降低及Ｂａｘ表达增加。针对上述特点：尽早恢复心肌灌注，避免发生心肌细胞凋亡，阻断心肌细胞凋亡成为治疗心肌梗死的重要策略。

４．３细胞凋亡与心力衰竭

近期研究结果显示Ｆａｓ活化作用参与了心肌炎和缺血性再灌注损伤主要病理学的发生，其表现为心律失常和机械性功能障碍。尽管心肌细胞有Ｆａｓ表达，但在心肌含氧量正常情况下，有抵制Ｆａｓ介导凋亡的作用，而在心肌细胞缺氧的情况下，Ｆａｓ被激活，诱导心肌细胞凋亡，其途径是通过激活酸性磷脂酶Ｃ等一系列级联反应，使胞浆内Ｃａ２＋浓度升高，直接激活依赖Ｃａ２＋／Ｍｇ２＋的内源性核酸酶，导致ＤＮＡ断裂，染色质固缩，最终导致细胞凋亡，引起心力衰竭［１０］。

利用Ｐ３５基因抑制Ｃａｓｐａｓｅｓ的活性和ＤＮＡ组氨酸的构成，能改善心脏的收缩状况，同时延缓心肌衰竭；而将有活性的Ｃａｓｐａｓｅｓ３显微注射到完整的肌细胞的细胞质内，诱导肌纤维组织的破坏，并减少细胞的收缩力，导致细胞凋亡［１１］。

１北京中日友好医院临床医学研究所生化分子生物学研究室，１０００２９

２通讯作者：向青（北京中日友好医院临床医学研究所生化分子生物学研究室，１０００２９）

作者简介：徐波，女，主管技师

收稿日期：２００５－０５－２６

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中国康复医学杂志，２００５年，第２０卷，第１１期ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎＭｅｄｉｃｉｎｅ，Ｎｏｖ．２００５，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．１１

以上疾病的发生、发展过程中均有细胞凋亡的参与，因此，其为人们认识心血管疾病开拓了新视野，在发病学中具有重要意义。

５细胞凋亡与相关的神经系统疾病

５．１细胞凋亡与缺血性脑损伤

神经元凋亡是缺血性脑损伤过程中神经元死亡的一种形式，无论是暂时性还是永久性脑缺血，均有一些神经元亚群的凋亡机制被激活，出现典型的凋亡特征。Ｌｉ等［１２］对大鼠大脑动脉闭塞模型的研究发现：随闭塞时间的延长，从１０—１２０ｍｉｎ，凋亡细胞数量逐渐增多，形成凋亡细胞群。

缺血性脑损伤导致脑细胞坏死还是凋亡，取决于刺激的性质、强度、受损细胞的种类及所处的阶段。由缺血性脑损伤引起的细胞凋亡可分为三个阶段：异源性启动期、效应期和降解期。异源性启动期是脑缺血后神经细胞膜接受凋亡信号，启动凋亡程序；效应期是凋亡启动后胞浆内发生的变化；降解期是细胞核内发生的凋亡变化，其中效应期是整个凋亡过程中最重要、最复杂的阶段。目前的研究表明，缺血性脑损伤导致细胞凋亡的分子机制主要包括以下几个方面：

①兴奋性氨基酸细胞毒作用：脑缺血时，由于能量缺乏，膜电位消失，神经元和神经胶质细胞去极化，兴奋性氨基酸如谷氨酸从突触前神经末梢释放，而突出前膜对谷氨酸的再摄取受到阻碍，使得细胞间隙谷氨酸累积，过度激活Ｎ－甲基－Ｄ－天冬氨酸（Ｎ－ｍｅｔｈｙｌ－Ｄ－ａｓｐａｒｔａｔｅ，ＮＭＤＡ）受体，导致Ｃａ２＋通道开放，Ｃａ２＋内流，进而激活蛋白水解酶和核酸内切酶，最终引起细胞凋亡。已有研究证明：胞浆中Ｃａ２＋浓度升高可启动细胞凋亡［１３］。最新研究发现，血清Ｃａ２＋浓度可被用作预测缺氧缺血性新生儿脑病的转归［１４］。

②一氧化氮的神经毒作用：ＮＯ是体内细胞间的气体信息分子，是机体正常的代谢产物。过量的ＮＯ是引起神经损伤及一些脑损伤如帕金森综合征、早期老年性痴呆等死亡的原因之一［１５］。脑缺血可激活ＮＭＤＡ受体，刺激一氧化氮合酶（ｎｉｔｒｉｃｏｘｉｄｅｓｙｎｔｈａｓｅ，ＮＯＳ）产生过量ＮＯ［１６］，而ＮＯ又与神经元凋亡有密切关系。已有的研究发现，ＮＯ主要通过：ａ．直接损伤ＤＮＡ，或氧化生成过氧化亚硝酸盐，引起细胞凋亡；ｂ．影响线粒体功能，改变其膜电位，引发凋亡；ｃ．作用于细胞凋亡途径的凋亡基因，激活Ｃａｓｐａｓｅ３，启动凋亡程序［１７－１９］。

③凋亡信号传导：Ｍａｔｓｕｙａｍａ等［２０］发现：大鼠局灶性短暂性脑缺血可诱导Ｆａｓ表达，经Ｆａｓ／ＦａｓＬ介导，引起Ｃａｓｐａｓｅ级联反应，导致细胞凋亡的发生。相应的研究也证实：大脑中动脉永久闭塞后，白介素－１β转化酶（ＩＣＥ）表达上调［２１］。ＩＣＥ通过ＩＬ－１β发挥作用，成熟的ＩＬ－１β促进凋亡的发生，是凋亡的增强因子［２２］。

目前，根据缺血性脑损伤导致细胞凋亡的机制，为缺血性脑损伤的治疗开辟了新途径。有研究认为：线粒体通过内在机制释放细胞色素Ｃ，后者进一步激活细胞质中蛋白水解酶，通过多种酶的级联反应导致细胞凋亡，Ｂｃｌ－２基因表达蛋白正是通过抑制细胞色素Ｃ释放，而抑制这种级联反应抑制细胞凋亡［２３］；ｃ－ｆｏｓ基因的瞬间表达可以减少大脑细胞的凋亡，并能延缓细胞的死亡［２４］。有资料表明：利用ＮＯＳ抑制剂可减少ＮＯ的生成，阻止细胞凋亡，有效缩小脑缺氧缺血损伤后脑组织死亡的体积［２５］。而Ｃａｓａｐａｓｅ抑制剂与ＮＭＤＡ受体拮抗剂的联合应用，对脑缺血损伤的治疗取得了较好效果［２６］。近期研究结果显示，生长激素能减少新生幼鼠大脑在缺氧缺血性损伤后的神经损失［２７］，为利用生长激素治疗新生儿缺氧缺血性脑病提供了依据。

５．２细胞凋亡与老年性痴呆

Ｆａｒｌｉｅ等［２８］建立的ｂｃｌ－２转基因小鼠，应用该新生小鼠感觉神经元进行体外培养，发现ｂｃｌ－２能抑制细胞的凋亡，对神经元具有保护作用。患者海马区ｂｃｌ－２表达降低可促进海马神经元凋亡［２９］。将ＩＣＥ凋亡诱导基因导入大鼠及鸡背根神经节神经元中，可诱导神经元发生凋亡。再将ｂｃｌ－２基因导入上述神经元中，ｂｃｌ－２过度表达则能抑制ＩＣＥ诱导的神经元凋亡。老年性痴呆是神经系统老年痴呆的神经退化性疾病。研究发现：老年性痴呆患者也有神经细胞的丢失，其根本病因可能与凋亡途径失调有关。由此，抑制凋亡途径的级联反应，为延长老年性痴呆患者神经元的存活提供了希望，利用靶向凋亡途径上游事件的药物，有可能成为延缓或逆转早期老年性痴呆病程发展的治疗策略之一［３０］。

６小结

细胞凋亡是机体正常的生理过程，细胞凋亡途径的失控，包括凋亡丧失及过度凋亡，都会引发相关的疾病。深入了解心脑血管疾病的凋亡途径及影响因素，探讨其在疾病的发生、发展中的作用，将为通过抑制细胞凋亡而治疗心脑血管疾病提供有意义的实验依据；以细胞凋亡为靶标的治疗方案的制订及基因治疗药物的研制，将为上述疾病的治疗与康复提供行之有效的新方法。

参考文献

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