细胞凋亡及凋亡信号途径相关蛋白

细胞凋亡及凋亡信号途径相关蛋白

一、细胞凋亡及凋亡信号途径相关蛋白

1.1细胞凋亡的概念及其途径

细胞凋亡是在生理或病理条件下的一种主动死亡方式，是受细胞内基因及细胞外一些因子调控的生物学过程，以DNA早期降解为特征，其细胞膜一般保持完整，不伴有细胞内容物的释放，细胞最终分解成凋亡小体后被巨噬细胞或组织吞噬，具体表现为：细胞皱缩，出现凋亡小体；死亡的细胞及凋亡小体迅速被巨噬细胞吞噬，无炎性反应；核浓缩，染色质沿核膜凝集，DNA裂解为180～200bp片段，其电泳图象呈梯状。其中包括以下几种凋亡途径：

1.1.1.死亡受体介导途径

胞外的死亡信号可通过死亡受体转入胞内。死亡受体是一类跨膜蛋白，属肿瘤坏死因子(TNF)受体基因家族成员，其胞外有一段富含半胱氨酸的区域,胞质区有一同源的氨基酸残基组成的结构,有蛋白水解功能,称为“死亡区域”。“死亡区域”使死亡信号得以进一步传递启动凋亡。目前发现至少有五种死亡受体在细胞凋亡信号传导中发挥作用。其中最典型的死亡受体有CD95(称Fas或Apo1)和TNFR1(称p55或CD120a)。CD95是一种广泛表达的糖基化的细胞表面分子,含有335个氨基酸残基。CD95的表达细胞因子如干扰素和TNF刺激，并可由淋巴细胞活化，它通过与其天然配基CD95L结合来诱导细胞凋亡。这个过程的发生是因为Fas是一个同源三聚体分子，可诱导Fas三聚体化，导致Fas分子胞质区的死亡结构域(death domain,DD)与一种具死亡域的Fas相关蛋白FADD(Fas-associat-ed protein with death domain)结合，FADD 通过自身的DD与Fas作用，而其死亡结构域DED(death effectordomain)则与caspase-8或caspase-10作用，由于Fas的寡聚化导致了DISC(death-inducing signaling com-plex)的形成及caspase-8、10的寡聚化。Caspase-8、10通过自身剪接作用被激活，从而又可使caspase-3和caspase-7被激活，接下去caspase-3又可激活caspase-6，如此启动caspase的级联反应，最终导致细胞凋亡。而在TNFR1介导的凋亡通路中，三聚化的TN-FR1可汇聚接头蛋白TRADD(TNFR-associated deathdomain)，TRADD通过自身的DD使FADD汇聚并导致caspase-8前体的寡聚化，最终导致caspase级联反应来诱导细胞凋亡。但被激活的的TNFR1还可通过接头蛋白RIP(receptor-interacting protein)形成复合体,经过一系列反应后激活核转录因子诱导LAP表达，而抑制细胞凋亡。这就造成了受体的激活既可以诱导细胞凋亡，又可以抑制细胞凋亡的双向调节作用。

由于Fas与TNFR1是死亡受体途径中的关键通路。研究表明Bcl-2家族中的促凋亡蛋白Bid能在其中发挥重要作用，在正常细胞中,Bid存在于胞液中,但在Fas或TNFR1诱导细胞凋亡时，细胞质溶质中的完整Bid被内源性caspase-8酶切后，将产生一个1.5万的C端肽段和1.3万的N端肽段。1.5万的tBid肽段在其N端被豆蔻酰基化(N-myristoylation)修饰后，便可移

位到线粒体膜上，引起细胞色素C的释放，进而引发细胞凋亡。

1.1.

2.内质网介导途径

内质网是细胞内蛋白质合成的主要场所，同时也是Ca2+的主要储存库。内质网对细胞凋亡的作用表现在两个方面：一是内质网对Ca2+的调控，二是凋亡酶在内质网上的激活。Ca2+是真核细胞内重要的信号转导因子，它的动态平衡在细胞正常生理活动中起着举足轻重的作用。因此，作为细胞内重要的钙库，内质网对胞质中Ca2+浓度的精确调控可影响细胞凋亡的发生。大量试验表明，许多细胞在凋亡早期会出现胞质内Ca2+浓度迅速持续的升高[1]，这种浓度升高来源于细胞外Ca2+的内流及胞内钙库(如内质网)的钙释放，相对高浓度的Ca2+可以激活胞质中的钙依赖性蛋白酶，又可以作用于线粒体，影响其通透性和膜电位的改变，从而促进凋亡。但是内质网上Bcl-2家族中抑凋亡蛋白则可以调节网腔中游离Ca2+浓度，使胞质中的Ca2+维持在合适的浓度水平，进而起到抗凋亡的作用[2]。

当Ca2+平衡态受到破坏或在内质网上积累过多的蛋白质时，能够激活凋亡酶引起细胞凋亡。凋亡酶(caspase)是一类天冬氨酸依赖性的半胱氨酸蛋白酶，它在凋亡中起到重要的调控作用，几乎所有的凋亡都有凋亡酶的参与。凋亡酶家族成员按功能可分为两类：一类为激活型凋亡酶(initiator caspase)，如caspase-8、-9，它们可激活下游凋亡酶；一类为效应型凋亡酶(effec-tor caspase)，如caspase-3、-6、-7,它们可直接降解胞内的功能蛋白，引起凋亡。这些凋亡酶均以无活性的前体形式存在，需要激活因子将其激活为活性形式后才发挥作用。研究发现caspase家族中的caspase-12定位于内质网，当内质网钙离子动态平衡破坏或过多蛋白积聚时内质网可激活caspase-12，活化的caspase-12可进一步剪切caspase-3而参与内质网途径引起的细胞凋亡,但在线粒体信号途径和死亡受体途径中都没发现有caspase-12的激活和参与。这些都表明内质网途径在凋亡中有独特的作用。

1.1.3.线粒体介导途径

失去了赖以生存的生长因子或激素的支持、或者脱离了原来的生长环境、或者由于DNA 损伤等因素，可诱导线粒体介导凋亡途径。线粒体在凋亡中的作用包括：释放半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinylasparatespecific proteinase，caspase)激活因子如细胞色素C；丧失电子转移功能并减少能量的产生；线粒体跨膜电位的消失以及与Bcl-2家族蛋白促凋亡和抑制凋亡的功能等相关。有人提出：线粒体在凋亡中起着决定性的作用[3]。

随着细胞凋亡研究的深入，人们发现某些和凋亡有关的基因产物(蛋白质或酶)均可定位于细胞线粒体，并且各种刺激所诱导的细胞凋亡实验中发现线粒体膜的通透性增加，线粒体内的各种蛋白质被释放出来，这些蛋白质包括细胞色素C、Smac/Diabod、AIF(Apoptosisinducing factor)等，从而使线粒体与细胞凋亡之间相关细胞性的研究成为当今生命科学领域的前沿课题。其中AIF及细胞色素C在凋亡中发挥重要的作用。对于细胞色素C，当细胞接到凋亡信号后，线粒体释放出来的细胞色素C进入细胞浆后在ATP或dATP的协同作用下与凋亡蛋白酶活化因子I(Apoptotic protease-acti-vating factor-1,Apaf-1)结合以使其分子结构改变来激活caspase-9前体，并进一步激活其下游caspase-3等酶系列，启动caspase级联反应，最终导致细胞凋亡。AIF是联系线粒体和核凋亡的另一条通路。