细胞凋亡的信号转导机制研究进展.docx

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细胞凋亡的信号转导机制研究进展

细胞凋亡的信号转导机制研究进展

【关键词】细胞凋亡；死亡受体；线粒体；内质网；粒酶B；Anoikis；胱天蛋白酶家族聚联反映

　　细胞凋亡是细胞在必然条件下同意刺激信号并受基因调控的一种自主性、程序性死亡进程。

能够发生在生理和病理条件下。

关于细胞凋亡的机制，在哺乳动物细胞中要紧有以下几条通路：

①死亡受体介导的细胞凋亡途径，②线粒体介导的凋亡途径，③内质网介导的细胞凋亡途径，④粒酶介导的细胞凋亡途径，⑤Anoiki介导的细胞凋亡途径。

另外，这几条通路后期的一起途径是胱天蛋白酶家族激活。

　　1凋亡受体介导的细胞凋亡途经

　　细胞凋亡的死亡受体途径又被称为细胞凋亡的外部途径。

死亡受体与相应配体相结合而被激活，通过下游系列信号级联反映，逐级激活起始胱天蛋白酶（如caspase8）〔1〕和效应胱天蛋白酶（caspase3，7等）〔2〕最终致使细胞发生凋亡。

依照信号转导途径不同可分为以下三类。

　　受体Fas为代表介导的信号转导途径

　　该途径由死亡受体Fas为代表介导启动，死亡信号诱导复合体（deathinducingsignalcomplex，DISC）的形成是级联反映的关键步骤〔3〕。

Fas受体与Fas结合，受体发生多聚化，胞浆区的死亡域（deathdomain,DD）也发生多聚化，使Fas活化。

活化的Fas招募Fas相关死亡结构域蛋白（fasassociateddeathdomainprotein，FADD）。

FADD一方面通过C端的DD结合Fas，另一方面通过其N端具有致凋亡能力的死亡效应结构域（deatheffectordomain,DED）招募procaspase8，受体FADDprocaspase8在DISC局部的浓度增高，有助于caspase8发生同源活化。

活化的caspase8能够剪切并活化caspase3、7、4、9和10〔4〕。

活化的caspase3和7都能够剪切多聚聚合酶（ADP核酶），引发DNA的降解使细胞凋亡。

caspase10和9都已被证明能够在凋亡信号转导进程中先于其他蛋白酶活化，并通过其酶活性将信号传给其他caspase，最终致使了细胞凋亡的发生。

这条通过DD和FADD的细胞凋亡调控途径是一条大体的凋亡途径。

　　肿瘤坏死因子受体Ⅰ（tumornecrosisfacterreceptorⅠ，TNFRⅠ）为代表介导的信号转导途径

　　该途径由死亡受体TNFRⅠ为代表介导启动。

肿瘤坏死因子受体（TNFRs）是具有代表性的最大的死亡受体家族，要紧包括TNFRⅠ（p55,CD120a）、TNFRⅡ（p75，CD120b）等。

其一起特点是：

胞内区都具有转导细胞死亡信号所必需的一段高度同源性的氨基酸序列，即DD。

最近几年来，发觉的死亡结构域蛋白要紧包括FADD、TNFRⅠ相关死亡域结合蛋白（TNFR1associateddeathdomainprotein,TRADD）、彼此作用受体蛋白（receptorinteractingprotein,RIP）等。

TNF主若是由感染而活化的巨噬细胞和T细胞产生，通过其细胞表面受体TNFRⅠ和TNFRⅡ介导细胞凋亡〔5〕。

　　TNFRⅠ信号转导中最重要的分子是TRADD，它介导TNFRⅠ的凋亡信号，也介导了TNFRⅠ诱导转录核因子κB（NFκB）和活性蛋白（activatorprotein1,AP1）活化的信号〔6〕。

当配体TNF与TNFRs结合，TNFRⅠ三聚体化，并激活TNFRⅠ在质膜表面局部招募TRADD。

TRADD能够引发两条信号转导通路的激活〔7〕：

①通过招募FADD诱导细胞凋亡：

TNFRⅠ胞浆区的死亡结构域与TRADD羧基端的死亡结构域结合，TRADD向TNFRⅠ胞浆区招募FADD，FADD再通过DED又进一步招募procaspase8；procaspase8发生同源活化，其下游caspase的级联反映致使细胞凋亡。

②通过肿瘤坏死因子受体相关蛋白2（tumornecrosisfactorreceptorassociatedfactors2,TRAF2）和RIP诱导转录因子活化：

TRAF2和RIP使NFκB诱导激酶（NFκBinducingkinase，NIK）活化。

NIK使IκB发生磷酸化，并增进其分解和释放出NFκB，使NFκB发生活化，并进入细胞核，激活一系列基因表达，致使细胞凋亡发生。

TRAF2和RIP还能够直接或间接地活化有丝割裂原/细胞外信号调剂激酶激酶1（mitogenactivatedproteinkinasekinasekinase1,MEKK1）或相关的丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶（mitogenactivatedproteinkinasekinasekinase,MAPKKK），后者使cJun氨基结尾激酶（cJunNtenminalKinase，JNK）和P38三肽区的苏氨酸/酪氨酸双磷酸化而激活JNK信号转导通路〔8〕，使细胞色素c（cytochromec,cytc）释放，即通过线粒体介导通路，最终致使细胞凋亡。

　　TRAIL信号转导通路

　　目前已发觉了两类TNF相关凋亡诱导配体（TNFrelatedapoptosisinducedligand，TRAIL）受体〔9〕:

一类为功能型受体，如TRAILR1和TRAILR2，因含有死亡结构域而别离被称为死亡受体4（deathreceptor4,DR4）和死亡受体5（DR5）。

DR3为一细胞因子受体，散布于富含淋巴细胞的组织和器官中，表现出诱导细胞凋亡和激活NFκB两种生物活性。

另一类为无功能型受体，如TRAILR3又称诱捕受体1（decoyreceptor1，DcR1），TRAILR4又称诱捕受体2（decoyreceptor1，DcR2），所有受体的胞外区结构高度同源，无功能型受体胞内区缺失因此丧失介导细胞凋亡的功能。

更重要的是，无功能型受体仅高表达于正常细胞，在癌细胞表面表达很低或不表达。

　　TRAIL的生物学效应是通过与细胞膜上的相应受体结合而产生的〔10〕。

TRAILR通过FADD〔11〕传递信号，可能的机制是被激活的TRAILR通过死亡结构域之间的彼此识别作用与FADD结合，FADD再通过它的受体介导毒性结构域（mediatorofreceptorinducedtoxicity,MORT1）与MACH/FLICE（caspase8）〔12〕结合，从而激活caspase8的白介素1b转化酶/漂亮线虫死亡基因3（Interleukin1bconvertingenzyme/Caenorhabditiselegansdeath,ICE/CED3）活性，后者再激活其他的ICE/CED3蛋白酶，启动caspase级联反映，作用于底物发生凋亡。

　　2线粒体介导的细胞凋亡途径

　　在脊椎动物细胞凋亡进程中，线粒体在细胞凋亡进程中起最大体的作用，其关键性分子是cytc〔13〕，而要紧的信号转导通路是JNK信号转导通路。

cytc是第一种被发觉的线粒体释放促凋亡蛋白，是线粒体呼吸链的重要组成部份。

正常情形下cytc是一个定位于线粒体膜间隙的水溶性蛋白，稳固地结合于线粒体内膜，不能通过外膜。

在细胞凋亡进程中cytc的释放是线粒体外膜通透性增高的结果〔14〕。

　　JNKP38和细胞外信号调剂激酶（extracellularsignalregulatedkinase，ERK）的动态平稳决定了细胞的存活与凋亡〔15〕。

前者要紧促细胞凋亡，后者要紧促细胞存活。

细胞外刺激要紧包括应激、紫外线、热休克、内毒素、TNF等作用于细胞，通过MAPKKK、有丝割裂素激活蛋白激酶激酶4（MitogenactivatedproteinKinaseKinase4，MKK4）和有丝割裂素激活蛋白激酶激酶7（MitogenactivatedproteinKinaseKinase7，MKK7），使JNK和P38三肽区的苏氨酸/酪氨酸双磷酸化而激活JNK信号转导通路〔8〕，而后作用于线粒体，使线粒体释放cytc。

cytc释放的具体机制有两种途径：

①线粒体外膜蛋白聚合成膜通透转运孔（Permeabilitytransitionpore，PTP）复合体，是一种高电导非选择性通道〔16〕。

外界刺激使PTP开放和线粒体膜电位崩解，水分进入致使线粒体外膜断裂cytc和凋亡介导因子（apoptoticinducingfactor,AIF）释放。

②Bcl2基因蛋白家族形成的通道〔17〕。

Korneyer等证明正常情形下以单体形式存在于胞质的Bax在受到凋亡刺激时构相发生转变，致使Bax寡聚体形成并整合到线粒体外膜上，使线粒体外膜通透性增加，使游离的cytc释放至胞质〔18〕。

进入胞质的cytc与凋亡酶激活因子1（apoptoticproteaseacticatingfactors1，APAF1）结归并将其激活，然后又结合辅助因子dATP/ATPAPA组成凋亡小体，其中的APAF1招募procaspase9在凋亡小体上寡聚，procaspase9发生同源活化〔19〕，其进一步激活下游的效应胱天蛋白酶caspase3，进而活化caspase六、7使细胞走向凋亡〔7〕。

Ferri等〔20〕实验证明，重组的AIF能够诱导细胞中染色质凝集和DNA大规模降解，而且能够诱导纯化的线粒体释放cytc和caspase9，从而诱发细胞凋亡〔11〕。

在BAX/BAK缺如情形下，多肽氨基酸BH3结构域直接作用于线粒体使其释放cytc，从而介导细胞凋亡〔18〕。

　　实验说明，Bcl2家族成员通过调剂线粒体外膜的通透性和完整性起重要调控作用〔21〕，Bcl2家族能够分为两类：

一类是抗细胞凋亡基因，其代表是Bcl2基因；另一类是促细胞凋亡基因，其代表是bax基因；他们通过激活一系列下游基因发挥调剂凋亡作用〔22〕。

Bcl2/Bax镶嵌在线粒体膜上，调控凋亡诱导蛋白的释放和线粒体功能。

JNK能够通过Bim/Bmf介导线粒体途径的凋亡，JNK能够通过AP1提高二者的表达量，也能够直接磷酸化激活Bim/Bmf，再通过Bax/Bak来发挥作用〔23〕。

另外，TNFα激活的JNK能够使Bid转变成jBid，后者能增进线粒体释放Smac/Diablo到细胞浆内与IAP1结合，解除对caspase8的抑制作用。

激活的caspase8一方面能够直接激活caspase3发挥促凋亡的作用；另一方面能够使Bid转变成tBid，再次作用于线粒体释放cytc，通过caspase9/3发挥促凋亡作用〔24〕。

研究发觉，在野生小鼠胚胎成纤维细胞中（wildtypemurineembryonicfibroblasts，WTMEFs），白屈菜红碱也能诱导Bak活化和环孢素mPTP开放的灵敏性使线粒体肿胀，10h后cytc从线粒体释放〔25〕。

Bcl2和BclXL直接与胞浆中的Apaf1相结合存在于线粒体外膜。

通过线粒体Bcl2/BclXLApaflcaspase9前体四聚体复合物，对Apaf1的结构进行调控，从而抑制cytc的释放，Bcl2和BclXL就能够够最终发挥抑制细胞凋亡作用〔26〕。

　　3内质网介导细胞凋亡的途径

　　钙离子在内质网介导细胞凋亡途径中起要紧作用。

研究证明〔27〕，Bcl2/Bak位于内质网膜上。

谷氨酸（Glu）是一种要紧的兴奋性神经递质，它存在于各类中枢神经系统的神经突触。

Glu从神经细胞释放并激活NR1A/NR2BNMDAR和mGluR5受体，可使Bcl2下调、