细胞凋亡相关分子机制的研究进展

细胞凋亡相关分子机制的研究进展

细胞凋亡相关分子机制的研究进展

【摘要】凋亡发生是一个主动过程，该过程的启动和进行受到基因的精确调控，目前发现细胞凋亡存在三条通路：死亡受体通路、线粒体通路和内质网通路，各条通路间又有相互联系，共同控制细胞凋亡。

【关键词】细胞凋亡；死亡受体；线粒体；内质网；信号传导通路

细胞凋亡是生物体细胞的主动消亡过程，是多细胞有机体调控机体发育、控制细胞衰老、维持内环境稳定的重要机制。细胞凋亡发生过程的启动和进行受到精确调控，具有独特而复杂的信号系统。各种凋亡信号通过信号传导通路传至细胞内，激活靶分子而产生细胞效应，引发细胞凋亡[1]。细胞凋亡的最终途径是DNA的降解，迄今为止，细胞的凋亡过程确切机制尚不完全清楚，根据起始激活的Caspase不同，凋亡激活的途径分为3种：死亡受体活化途径、线粒体损伤途径、内质网应激启动的凋亡途径[2]。

1 死亡受体活化途径。

死亡受体活化途径又称外源性途径，是经典的凋亡途径。死亡受体介导细胞凋亡的途径主要是通过Fas/FasL、TNFR、TRAIL诱导的，各途径主要是通过跨膜受体将信号

由胞外传递到胞内，衔接蛋白与受体结合后，再由执行蛋白与衔接蛋白结合，进而诱导细胞凋亡[3]。Fas/FasL：Fas（又名Apo1或CD95），是细胞表面分子量为48 kD的Ⅰ型转膜蛋白，含有319个氨基酸残基。Fas由胞浆的C末端区、跨膜区、胞膜外的N末端区三部分组成。胞内区含有死亡结构域DD，在传递凋亡信号中发挥关键性作用，但其C末端15个氨基酸若被除去，则细胞对凋亡的敏感性增强，因此也被认为是死亡抑制域；疏水性的跨膜区由19个aa组成；胞外的N末端区含有3个CRD、长度约40个aa的结构域，是配体结合区域。Fas可在许多组织细胞中表达，其中以免疫系统的表达最丰富，如活化的T和B淋巴细胞、NK细胞等，在肝、肾、心、肺、等组织中也有较高水平表达，特别是成纤维细胞、内皮细胞和上皮细胞FasL是Fas的配体，是由281个aa组成的分子量为40kD的Ⅱ型转膜蛋白，也分为胞内区、跨膜区和胞外区三部分。FasL的分布较为局限，主要分布在活化的T淋巴细胞表面。膜结合型的FasL（mFasL）可被金属蛋白酶介导的蛋白水解作用产生可溶性的FasL （sFasL），而三聚化的sFasL才具有功能。Fas的天然配体为FasL（Fas ligand），属肿瘤坏死因子配体超家族（tumor necrosis factor ligand superfamily member）成员。FasL与其受体Fas结合，诱导Fas分子聚集形成三聚体，通过胞浆内死亡结构域与适配蛋白FADD结合，FADD效应结构域与

caspase-8结合形成诱导死亡信号复合物（DISC）。当DISC 大量生成时活化的caspase-8可以绕开线粒体直接激活caspase家族其他成员，如caspase-3、caspase-7、caspase-6，引发细胞结构蛋白和功能蛋白裂解导致细胞凋亡；当DISC 生成不足时，需先激活线粒体后才能继而活化caspase-8、caspase-3导致细胞凋亡。TNFR：TNF（mTNF）是由233个氨基酸组成的26kDa的Ⅱ型跨膜蛋白，其中前76个氨基酸作为信号肽直接引导蛋白向质膜区运动。mTNF可被金属蛋白酶TACE作用于Ala-66和Val-67氨基酸上形成一个只有17kDa的可溶性TNF即sTNF。sTNF和mTNF可以单体、二聚体或三聚体蛋白的形式共存。TNF通过TNFR1和TNFR2两种受体介导其发挥生物学效应。sTNF仅能激活TNFR1，mTNF可激活TNFR1和TNFR2。TNFR1是一个55kDa的蛋白，几乎在所有细胞类型中均有所表达，其胞内区含有DD。TNFR2是一个75kDa的蛋白，其仅在寡树突胶质细胞、星型胶质细胞、T细胞、肌细胞、胸腺细胞、人骨髓间充质干细胞中表达，其胞质区不含DD。相关研究表明生长因子颗粒蛋白前体PGRN是TNFR1和TNFR2的新配体，颗粒蛋白前体（progranulin）作为TNF的拮抗剂与二者相互反应。事实上，PGRN与TNFR1和TNFR2的亲和力胜于TNF。TRAIL：TRAIL是Ⅱ型跨膜蛋白，因为其与TNF家族成员Fas/Apo-1配体同源性极高，被命名为

TRAIL或Apo2L。由胞外区、跨膜区、胞内区三部分组成，在其胞内区有一个短的N-端结构域，胞外有一个长的C-末端受体结合区域。TRAIL可在正常人的多种组织中表达，如心脏、胸腺、小肠、卵巢、胎盘、骨骼肌、外周淋巴细胞等，而在脑、肝及睾丸中不表达。TRAIL在维持某些T细胞动态平衡以及在NK细胞、T-细胞介导的滤过性病毒和致瘤性转化细胞的清除中发挥重要作用。

2 线粒体损伤途径

线粒体损伤途径又称内源性途径，亦是经典的凋亡途径。线粒体主要由基质、内膜、外膜和膜间隙组成。内膜含有ATP合酶、电子传递链、腺苷酸转位子，生理条件下，这些分子维持电化学梯度；Bcl-2位于内膜，在维持线粒体电位中起重要作用。外膜含有电压依赖的阴离子通道（Voltage-dependent anion channel，VDAC）；膜间隙含有细胞色素C（Cytochrome C，Cytc），Caspases酶原、腺苷酸激酶和凋亡诱导因子（apoptosis inducing factor，AIF）。线粒体的膜通道是细胞凋亡线粒体途径的基本因素。线粒体是多种促细胞凋亡信号转导分子的靶点，同时也是细胞死亡通路的整合元件，在各种促细胞凋亡信号作用下，线粒体通透性转变孔（MPT pore，MPTP）不可逆过渡开放，导致线粒体跨膜电位崩解，呼吸链解偶联，线粒体基质渗透压升高，内膜肿胀，位于线粒体膜间隙的Cytc等释放于细胞浆内，

Cytc的释放是线粒体凋亡路径的主要步骤，在ATP/dATP

存在的情况下，Cytc与凋亡蛋白酶活化因子（apoptotic protease-act ivating factor，Apa-f 1）形成多聚复合体，通过Apa-f1氨基端的caspase募集结构域（caspase recruitment domain，CARD）募集胞质中的caspase-9前体，从而使其自我剪切而活化并启动caspase级联反应，激活下游的caspase-3和caspase-7，完成对其相应底物的切割，引起细胞凋亡。MPTP的分子结构尚未完全确定，通常认为是一个蛋白复合体，包括内膜蛋白如腺嘌呤核苷酸易位子（adenine nucleot ide translocator，ANT）和外膜蛋白即电压依赖性阴离子通道（voltage-dependent anion channel，VDAC），二者协调一致，桥连线粒体内外膜形成孔道。Bcl-2家族控制着线粒体外膜和内膜的通透性，包括Bax，Bak，Bad，Bid 和Bim，通过形成一个通道启动MPTP。Bcl-2和Bd-xL主要分布于线粒体膜和细胞质中，具有拮抗凋亡的作用；Bax 和Bid等分布于细胞质中，具有促进凋亡的作用。位于胞浆的Bid被caspase-8切割成截断的tBid（truncated Bid，tBid），tBid有很强的促凋亡活性，转移到线粒体膜将凋亡信号传递至线粒体，造成线粒体损伤并诱导其激发MPT，释放Cytc，引发凋亡。Bcl-2抑制Bid诱导的凋亡，它不阻止Bid加工或tBid转位，但抑制线粒体膜tBid插入、Bax转位和Bax/Bax 寡聚化。 3 内质网应激启动的凋亡途径