细胞凋亡作用机制的研究进展

bcl22 对 死 亡 受 体 凋 亡 通 路 不 起 作 用 的 细 胞 称 为 一 型 细 胞，反之则称为二型细胞，二型细胞可通过死亡受体途径 激活的 Caspase28 而酶切 bcl22 家族中 Bid，从而进入与细 胞凋亡的线粒体 依 赖 性 途 径 。 ［15，16］ 另 外 ，一 型 细胞 和 二 型 细胞可通过特异性基因的表达发生细胞类型间的转换，如 细胞表达 XIAP 可使一型细胞向二型细胞转化，而胞浆中 Smac ／ DIABLO 的 表 达 可 引 起 二 型 细 胞 向 一 型 细 胞 转 化 ， 因此细胞凋亡的两条通路存在着互相联系及互相转化 。 ［17］
［22］ 陆沈 ，朱红 梅，谢 俊杰 ，等.电 针 对 抑 郁 症 模 型 大 鼠 行 为 学 、血
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ห้องสมุดไป่ตู้
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（Eng1），2007，120（20）：1792-2796．
（责任编辑：陈涌涛）
收 稿 日 期 ：2009－12－28 作 者 简 介 ：张 玉 龙 （1983－），男 ，内 蒙 古 医 学 院 硕 士 研 究 生 ，研 究 方 向 为 解 剖 学 ；李 志 军 （1964－），男 ，硕 士 ，内 蒙 古 医 学 院 教 授 ，研
究方向为脊柱脊髓、应用解剖学。
［16］ 张丽萍，张曼，陈友友，等.加味温胆汤对抑郁模型大 鼠学 习记
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长期以来，人们一直将细胞线粒体视作为提供能量的
pore，PT） 开放引起线粒体通透性转换 （Permeabilitytransi-
细胞器，而忽略其在细胞凋亡中的作用。 随着细胞凋亡研
tion，PT）的直接后果。 PT 孔是跨越线粒体外膜和内膜的通
究的深入，发现某些与凋亡相关的基因产物（蛋白质或酶）
道，其主要是由位于线粒体内膜的腺核苷酸转位子和位于 线体外膜的电压依赖性离子通道所组成 。 ［2，4］ 目前 PT 孔开
近几年来细胞凋亡机制研究进展作一综述，为相关研究提供参考。
关键词：细胞凋亡；线粒体；死亡受体；酶学机制
中 图 分 类 号 ：R329.2
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1673－2197（2010）03－0123－03
细 胞 凋 亡 （apoptosis，APO）是 一 种 由 基 因 调 控 的 细 胞 均可定位于细胞线粒体，从而使线粒体与细胞凋亡之间相
第6卷第3期 2010 年 3 月
亚太传统医药 Asia-Pacific Traditional Medicine
Vol. 6 No.3% Mar. 2010
细胞凋亡作用机制的研究进展
张玉龙，马 佳，李志军 *
（内蒙古医学院，内蒙古 呼和浩特 010059）
摘 要：细胞凋亡（apoptosis，APO）是新近提出的有关细胞死亡的一种模式 ，是生物界重要的生命现象之一，就
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主动死亡过程，是机体生长发育、细胞分化、生理及病理性 关性的研究成为当今生命科学研究的前沿课题。
死亡的重要机制［1］。 20 世纪 90 年代以来，细胞凋亡机制逐
传统的细胞超微结构分析认为，凋亡细胞线粒体的形
渐成为生物学及生物医学的研究热点，以下就近几年来细 态可维持不变直至到细胞降解的最后阶段，但近年的实验
胞凋亡机制的研究综述如下。
研究提示，线粒体在细胞凋亡乃至细胞死亡的过程中均发
1 细胞凋亡的线粒体依赖性途径和死亡受体途径
挥着关键性的作用。线粒体跨膜电位崩解是细胞凋亡特异
1.1 细胞凋亡的线粒体途径
性早 期 指 标 之 一 ， 这 是 由 于 PT 孔 （Permeabilitytransition-
总的来说， 在蛋白酶级联切割过程中 ，Caspases－3 处 于 核 心 位 置 ［22］，不 同 的 蛋 白 酶 分 别 切 割 其 酶 原 ，使 其 激 活 ， 活化的 Caspases－3 又进一步切割不同的底物，最终使细胞 走向凋亡。 2.2 核酸内切酶
核酸内切酶是凋亡的最终执行者，各种凋亡刺激因素 通过不同的信号途径， 最后激活核酸内切酶 ， 引起 DNA 裂解为 180－200bp 及其整倍数的片段，在凝胶电泳中显示 为“DNA 梯形带”。 目前所知核酸内切酶至少有 4 种以上 包括核酸内切酶－1、 核 酸 内 切酶－2、DUC18 和 NUC1 等 。 核酸内切酶经 Caspases－3 激活后，对核小体进行消化切割 并 产 生 特 征 性 的 “DNA 梯 形 带 ”，有 人 认 为 在 凋 亡 过 程 中 只有一种核酸内切酶参与切割， 如核酸切内酶－1 家族中 的 核 酸 内切 酶 Gamma ， ［23］ 有 人 根 据 DNA 片 段 有 高 分 子 量 和低分子量两种， 提出可能有不同的核酸内切酶参与，如 核酸内切酶－1 和核酸内切酶－2 。 ［24］ 其它参与 凋 亡 过 程 的
2 酶学机制
2.1 Caspases 蛋白酶 胱冬 蛋 白 酶 （Caspases）是 近 几 年 研 究 的 热 点 之 一 ，属
于 ICE ／ CED3 蛋白酶家族成员， 目前发现至少有 14 种之 多，分别命名为 Caspases1－caspases14 。 ［18］ 与细胞凋亡密切 相关，它是通过级联反应，最终激活核酸内切酶来实现的。 也有人认为凋亡并不总是引起 Caspases 的释放 ， 而 Caspases 的释放也并不总是引起凋亡， 很可能还与细胞的迁 移和分化有关 。 ［19］ 蛋白酶前体可在天冬氨酸位点上被切断 成 3 部分，H2N－端是抑制区域被移去，另一端 COOH－端断 裂成一大一小亚单位称为死亡区域，二大二小亚单位结合 成活化酶， 可以 作 用 于 下 游 效 应 Caspases 这 种 级 联 反 应 （Spases Cascade） 的 ［20］ 进行有赖于 Caspases 的调节蛋白、辅 助因子、反馈关系和阈限等控制。 当凋亡外界信号只作用 于 Caspases 前 体 （Procaspases），前 体 可 活 化 蛋 白 酶激 发 因 子（Initiator of Caspases），激发因子可以活化蛋白酶效应因 子，然后作用于底物蛋白 ， ［21］ 其作用包括以下 3 个方面：① 凋 亡 信 号 传 导 级 联 反 应 过 程 的 一 个 关 键 环 节 ；② 可 直 接 破 坏 细 胞 结 构 ，如 核 层 蛋 白 （Laminine） 和 凝 胶 蛋 白 （Gelsolin） 等 ，使 蛋 白 分 解 引 起 凋 亡 ；③对 蛋 白 酶 的 调 节 功 能 ，如 灭 活 细胞凋亡的抑制剂作用、激活下游的核酸内切酶等。
最近研究发现某些凋亡因子也可通过破坏的线粒体外 膜直接进入细胞浆， 目前对于这一过程发生的机理尚不清 楚，但当细胞凋亡时 VDAC 的关闭能使线粒体 ATP 和 ADP 交换发生障碍 。 ［10］ 当线粒体内膜高极化时质子大量转运至 线粒体膜间隙导致膜间隙渗透压增高， 使胞浆中大量水份 渗入致使膜间隙压力增大， 水分冲破表面积较小的外膜而 导致膜间隙中的大量凋亡诱导因子重新分布于细胞质以造 成细胞凋亡 。 ［11］ 1.2 细胞凋亡的死亡受体途径
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除了细胞凋亡的线粒体途径外，细胞内还存在另一种 可引起细胞凋亡的死亡受体途径。死亡受体属于肿瘤坏死 因子受体基因超家族成员，可传导由特定的死亡配体引起 的凋亡信号，目前发现至少有 5 种死亡受体在细胞凋亡信 号传导中发挥作用 。 ［12］ 其中最典型的死亡受体有 CD95（称 Fas 或 Apo1）和 TNFR1（称 p55 或 CD120a）。 一旦细胞受到 某些凋亡信号的 刺 激 ，Fas （CD95） 通 过 与 其 特 异 性配 体 FasL （CD95L）结 合 而 在 细 胞 膜 表 面 发 生 聚 合 ， 形 成 的 复 合 物 通 过 FADD 与 Caspase28 特 异 的 结 构 域 结 合 并 使 Caspase28 形 成 二 聚 体 而 自 身 激 活 ， 进 而 引 起 细 胞 的 Caspases 酶系级联反应以导致细胞凋亡 。 ［13］
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第6卷第3期 2010 年 3 月
亚太传统医药 Asia-Pacific Traditional Medicine
Vol. 6 No.3% Mar. 2010
放的机制尚不清楚，但许多研究表明，PT 孔的开放可引起 一系列与细胞凋亡相关的事件发生，如在线粒体跨膜电位 崩解时，线粒体可释放一种 50kD 的蛋白质［3］，并以此蛋白 直接诱导细胞核凋亡而不需要任何辅助因子的参与，这种 蛋白被命 名 为 凋 亡 诱 导 因 子 （Apoptosinducingfactor，AIF）。 从线粒体中释放的另一种蛋白 Smac ／ DIABLO 可通过结合 抑 制 凋 亡 蛋 白 （IAPsInhibitorofapoptosisproteins） 而 发 挥 促 细胞凋亡作用［5］。 值得提出的是线粒体释放蛋白中还包括 细胞 色 素 C（CytrochomeC，cyt2c），其 一 旦 进 入 细 胞 浆 可 在 ATP 或 dATP 的 协 同 作 用 下 与 凋 亡 蛋 白 酶 活 化 因 子 1 （Apoptoticprotease2activatingfactor21，Apaf21） 结 合 以 使 其 分子结构改变来激 活 Casepase29， 进 而活 化 的 Caspase29 又可激活其下游 Casepase23 等酶系 以 导致 细 胞 凋 亡 。 ［6－8］ Cyt2c 参与了 Caspase23 活化的正反馈调节途径， 即 cyt2c 的释放同样可促进 Caspase2 的活化。 然而 ， 某 些 细 胞 内 cyt2c 的释放事件可能早于线粒体跨膜电位崩解 ， 故表明 线粒体所释放的 cyt2c 还可能依赖于非 PT 孔开放的其 它 途 径 ［9］。
实际上，细胞凋亡的线粒体途径与死亡受体途径并不 能完全分开，两者可在 Caspase23 处会合并通过 Caspase23 激活下游底物而呈现凋亡细胞的共同特点，但两条途径的 另一个会合点是 bcl22s 基因产物 。 ［14］ 早期人们认为 bcl22 和 bcl2xL 等 bcl22s 基因家族成员对死亡受体途径不起作 用，但最近研究结果显示 bcl22 可通过干扰死亡受体途径 而抑制细胞凋亡并提出一型细胞和二型细胞的概念。
（3）：214-218.
［18］ ZHANG YZ，YU NJ，YUAN L，et a1．Antidepressant effect of to-
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tal flavonoids ex-tracted from Xiaobuxin-Tang in forced swim-