细胞凋亡信号转导通路研究

细胞凋亡信号转导通路研究
细胞凋亡（apoptosis）是一种正常的生理性细胞死亡，它是在各种细胞因子的参与和严格控制下，有步骤的裂解过程，是为了维持机体内环境的稳定。

细胞凋亡不足引起的疾病有肿瘤、自身免疫病等；凋亡过度引起的疾病有心肌缺血、心力衰竭、神经退行性疾病、病毒感染等；动脉粥样硬化是由于细胞凋亡过度与不足并存引起的疾病。

由于细胞凋亡和这些重大疾病紧密相连，近些年来被广泛关注。

研究最多的主要是细胞凋亡过程中的蛋白因子和通路。

目前，凋亡通路一般认为有3条：死亡受体、线粒体和内质网通路。

标签：凋亡；caspases；死亡受体；线粒体；内质网
1死亡受体通路
死亡受体是一类跨膜蛋白，属肿瘤坏死因子受体（TNFR）超家族，该家族也被称为神经生长因子受体（NGFR）超家族。

已知的死亡受体有TNFRI、Fas、DR3、DR4和DR5、CAR1。

其相应的配体分别为TNF、FasL、Apo-3、Apo-2L、ASLV，这些配体构成了TNF超家族。

它们由胞外区，跨膜区和胞内区组成，死亡受体与相应的配体结合后，可以通过一系列的信号转导过程，将凋亡信号传向细胞内部，最终引起caspases级联反应，引起细胞凋亡。

1.1 Fas/FasL介导的細胞凋亡FasL与Fas结合后，诱导Fas分子聚集成三聚体，通过Fas胞浆内死亡结构域DD与适配蛋白FADD结合，FADD的死亡效应结构域DED连接caspase-8的DED部分，形成死亡诱导信号复合体DISC，caspase-8经过加工以活性形式从DISC中释放出来。

活化的caspase-8 可以绕开线粒体直接激活caspases家族其他成员caspase-3、6、7等引起细胞凋亡。

目前，caspase-8激活下游的caspases诱导凋亡主要存在两种信号通路，这两种途径的激活主要由caspase-8的量决定：当DISC中caspase-8足量时，通过第一条信号途径，激活caspase-3、6、7，引起细胞裂解而凋亡；而当caspase-8少量时，通过第二条信号途径，caspase-8将胞浆中bcl-2家族的促凋亡蛋白分子bid裂解成一个含BH3结构域的tBid和一个小片段jBid[1]。

tBid被运送到线粒体，与Bcl-2/Bax 的BH3结构域形成复合物，导致CytC释放，并与Apaf-1结合并活化Apaf-1激活caspase-9，随之激活caspase-3等引起凋亡。

最新的研究表明，Fas的DD结构域还可以直接结合DAXX，激活JNK途径引起细胞凋亡。

Fas/FasL细胞凋亡最重要的不同就是没有细胞核的参与和基因的活化。

1.2 TNFR1/TNF-α介导的细胞凋亡TNFR1含有3个功能域C端死亡域、ASD 和NSD，前两者在凋亡中起重要作用。

生理条件下，跨膜形式和可溶性TNF-α前体都是以三聚体的形式发挥作用的。

TNF-α三聚体与TNFR1相互交联后诱导TNFR1的DD区聚集。

TNFR1的DD区与TRADD的DD区相互作用，引起细胞裂解而凋亡或者导致线粒体释放CytC和Smac，活化线粒体凋亡途径。

TRADD还可直接与TANK结合，激活JNK
途径引起细胞凋亡。

在TNF-α的作用下，内质网Ca2+大量释放入胞浆激活calpain，通过内质网途径导致细胞凋亡[2]。

1.3 DR3、DR4和DR5介导的细胞凋亡DR3是一个含有死亡结构域的细胞因子受体，它和TRADD、TRAF2、FADD、RIP和FLICE等都能够结合，并通过它们转导信号诱导细胞凋亡。

DR3还可引起与TNFR1类似的NF-κB激活和细胞凋亡。

同样与TNFR1类似，DR3通过TRADD、TRAF2和RIP激活NF-κB，也可通过TRADD、FADD和caspase-8诱导细胞凋亡[3]。

DR4或DR5的过度表达都能直接诱导细胞凋亡。

DR4和DR5含有一个死亡区域DD，可以结合TRAIL相关配体，形成DISC复合物引起细胞凋亡[4]。

2线粒体通路
在凋亡信号的刺激下，线粒体膜间隙的CytC、AIF、Smac/Diablo、Omi/HtrA2、Endo G等释放出来诱导细胞凋亡[5]。

2.1 CytC 凋亡时CytC从膜间隙释放到胞浆，在ATP/dATP存在的情况下，CytC与Apaf-1形成多聚复合体，通过Apaf-1 N端的Caspase募集结构域CARD 募集胞质中的caspase-9，并使其活化导致细胞凋亡[6]。

2.2 AIF 凋亡诱导因子AIF从膜间隙释放出来，转移到细胞核，直接诱导染色质凝集和DNA片断化，引起细胞凋亡。

另外AIF可以促进线粒体释放CytC 和caspases级联反应，降低线粒体内膜△Ψm[7]。

AIF 自身并不具有核酸内切酶活性，许多研究表明AIF 可能与Endo G 或其它核酸内切酶协同作用，诱导细胞凋亡。

可见AIF 在CytC/caspases 凋亡途径上游发挥了促凋亡作用。

2.3 Smac Smac的线粒体定位信号肽在凋亡时被切除，形成有活性的Smac，通过A VPI的4个疏水氨基酸残基与IAP家族成员的BIR2，BIR3结构域结合，解除IAPs对caspase-3、9等的抑制作用促进细胞凋亡[8]。

Smac可被caspase8-tBid-bax的级联反应激活并迅速释放到胞质，与XIAP结合并消除对caspase-3的抑制作用，引起细胞凋亡[9]。

此外，Bax、Bak和Bid能够增加线粒体膜的通透性促进Smac的释放[10]。

2.4 Endo G和Omi/HtrA2 Endo G从膜间隙释放入胞质，转位至细胞核，切割细胞核染色质DNA，产生以核小体DNA长度为基数的DNA片段，直接导致细胞凋亡[11]。

Omi/HtrA2是一种广泛表达的线粒体丝氨酸蛋白酶，从膜间隙释放出来通过氨基末端片段A VPI与XIAP，c-IAP1的BIR2或BIR3结构域结合，激活下游caspases级联反应引起细胞凋亡。

2.5 Bcl-2家族Bcl-2家族包括Bcl-2、Bcl-xl和Bak、Bax、Bik、Bid等抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白。

在细胞凋亡过程中，含有BH3结构域的Bid、Bad、Bim、Noxa被激活与Bax亚家族成员Bax，Bak等结合并寡聚化Bax，Bak，寡聚化Bax，Bak插入线粒体膜使其通透性改变，跨膜电
位丢失，释放CytC和其他蛋白等。

线粒体上的转录因子p53与Bak、Bax直接相互作用，解除Bak与Mcl-1的结合，使Bak中的BH3结构域外露并寡聚化，从而引起凋亡[12]；此外，这种相互作用还引起Bak、Bax多聚化[13]导致线粒体通透性改变，使各种促凋亡因子释放到细胞质中。

此外，Bcl-2家族蛋白通过与线粒体通透性转变孔道中的ANT和VDAC结合，调控MPTP开放，促进线粒体膜间蛋白的释放引起凋亡。

3内质网（ER）通路
研究表明，ER应激（ERS）在细胞凋亡中非常重要。

ERS指由于某种原因使细胞ER生理功能发生紊乱的一种亚细胞器病理状态。

如果ER功能持续紊乱，凋亡信号分子caspase-12、CHOP/GADD153、JNK、caspases以及Bcl-2 家族等[14]将被激活而引起细胞凋亡。

3.1 CHOP凋亡通路ER通过增强蛋白质折叠能力、停滞大多数蛋白质的翻译、加速蛋白质的降解等来调节细胞损伤，恢复细胞功能，这些反应都称为未折叠蛋白应答（UPR）。

UPR发生时，①活化的JNK激活c-Jun、p38 MAPK并上调CHOP，导致Bax/Bak寡聚化及caspases的激活而引起细胞凋亡。

②持续的ERS诱发ER中的PERK活化产生ATF4，IRE1又可直接上调CHOP来控制PERK 信号通路，从而加速翻译进程，引起细胞凋亡。

③ER中的ATF6蛋白被活化产生p50ATF6，通过上调XBP1和CHOP促使细胞凋亡。

此外，IRE1又可直接上调CHOP来控制PERK凋亡通路。

3.2 caspases通路Caspase-12、8L特异性存在于ER 外膜，它在死亡受体或线粒体凋亡途径中不被活化。

生理状态下，Caspase-12与其他的caspases都是以无活性的酶原形式存在。

ERS时，①胞内Ca2+升高，引起胞质中calpain的活化，导致细胞凋亡。

②ERS直接导致caspase-12与TRAF2分离，引起caspase-12活化。

③caspase-7直接与caspase-12形成复合物，切割caspase-12，使之活化引起细胞凋亡。

另外，caspase-8L选择性地募集BAP31并被激活，激活的caspase-8L 剪切BAP31 产生一个20 ku 片段，该激活的片段诱导ER 释放Ca2+，导致线粒体PTP孔开放，引起CytC的释放以及线粒体的分裂[15]。

4展望
细胞凋亡通路既相互独立又相互联系、相互影响，凋亡最终都引起caspases 的激活，但caspases基因敲除后细胞凋亡仍然存在，说明细胞凋亡存在代偿途径。

研究细胞凋亡的通路，调控机制及其相互之间的关系，对靶向治疗凋亡引起的肿瘤、自身免疫病、心肌缺血、心力衰竭、神经退行性疾病、病毒感染、动脉粥样硬化等疾病有重大的意义。

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