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