细胞凋亡的信号转导机制研究进展.docx

1、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：死亡受体介导的细胞凋亡途径，线粒体介导的凋亡途径，内质网介导的细胞凋亡途径，粒酶介导的细胞凋亡途径，Anoiki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

2、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caspase 8）1和效应胱天蛋白酶（caspase 3，7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（death inducing signal complex，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 (death domain,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（fas associated death dom

3、ain protein，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（death effector domain,DED）招募procaspase 8，受体 FADD procaspase 8在DISC局部的浓度增高，有助于caspase 8发生同源活化。活化的caspase 8能够剪切并活化caspase 3、 7、 4、 9和 104。活化的caspase 3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。caspase 10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

4、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（tumor necrosis facter receptor ，TNFR）为代表介导的信号转导途径该途径由死亡受体TNFR为代表介导启动。肿瘤坏死因子受体(TNF Rs) 是具有代表性的最大的死亡受体家族，要紧包括TNFR(p55,CD120a)、TNFR (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、TNFR相关死亡域结合蛋白（TNFR1 associ

5、ated death domain protein,TRADD）、彼此作用受体蛋白(receptor interacting protein,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TNFR和TNFR介导细胞凋亡5。 TNFR信号转导中最重要的分子是TRADD，它介导TNFR的凋亡信号，也介导了TNFR诱导转录核因子 B（NF B）和活性蛋白 (activator protein 1,AP 1)活化的信号6。当配体TNF与TNFRs结合，TNFR三聚体化，并激活TNFR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：通过招募FAD

6、D诱导细胞凋亡：TNFR胞浆区的死亡结构域与TRADD羧基端的死亡结构域结合，TRADD向TNFR胞浆区招募FADD，FADD再通过DED又进一步招募procaspase 8；procaspase 8发生同源活化，其下游caspase的级联反映致使细胞凋亡。通过肿瘤坏死因子受体相关蛋白2(tumor necrosis factor receptor associated factors 2,TRAF2)和RIP诱导转录因子活化：TRAF2和 RIP使NF B诱导激酶（NF B inducing kinase，NIK）活化。NIK使IB发生磷酸化，并增进其分解和释放出NF B， 使NF B发生活

7、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(mitogen activated protein kinase kinase kinase 1,MEKK1)或相关的丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶(mitogen activated protein kinase kinase kinase,MAPKKK)，后者使c Jun氨基结尾激酶（c Jun N tenminal Kinase，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（cytochrome c,cyt c）释

8、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(TNF related apoptosis induced ligand，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（death receptor 4,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NF B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（decoy receptor1，DcR1），TRAILR4又称诱捕受体2(dec

9、oy receptor1，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FADD11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 (mediator of receptor induced toxicity,MORT1)与MACH/FLICE(caspase 8)12结合，从而激活 caspase 8的白介素

10、1b转化酶/漂亮线虫死亡基因3(Interleukin 1bconverting enzyme/Caenorhabditis elegans death,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cyt c13，而要紧的信号转导通路是JNK信号转导通路。cyt c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cyt c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

11、外膜。在细胞凋亡进程中cyt c的释放是线粒体外膜通透性增高的结果14。 JNK P38和细胞外信号调剂激酶（extracellular signal regulated kinase，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(Mitogen activated protein Kinase Kinase4，MKK4)和有丝割裂素激活蛋白激酶激酶7(Mitogen activated protein Kinase Kinase7，MKK

12、7)，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cyt c。cyt c释放的具体机制有两种途径：线粒体外膜蛋白聚合成膜通透转运孔（Permeability transition pore，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cyt c和凋亡介导因子(apoptotic inducing factor,AIF)释放。Bcl 2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

13、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cyt c释放至胞质18。进入胞质的cyt c与凋亡酶激活因子 1（apoptotic protease acticating factors 1，APAF 1）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APAF 1招募procaspase 9在凋亡小体上寡聚，procaspase 9发生同源活化19，其进一步激活下游的效应胱天蛋白酶caspase 3，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

14、体释放cyt c和caspase 9，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cyt c，从而介导细胞凋亡18。 实验说明，Bcl 2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，Bcl 2家族能够分为两类：一类是抗细胞凋亡基因，其代表是Bcl 2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。Bcl 2/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AP 1 提高二者的表达量，也能够直接磷酸

15、化激活Bim/Bmf，再通过Bax/Bak来发挥作用23。另外，TNF 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IAP 1结合，解除对caspase 8的抑制作用。激活的caspase 8一方面能够直接激活caspase 3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cyt c，通过caspase 9/3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（wild type murine embryonic fibroblasts，WTMEFs)，白屈菜红碱也能诱导Bak活化和环孢素mPTP开放的灵敏

16、性使线粒体肿胀，10 h后cyt c从线粒体释放25。Bcl 2和Bcl XL直接与胞浆中的Apaf 1相结合存在于线粒体外膜。通过线粒体Bcl 2/Bcl XL Apaf l caspase 9前体四聚体复合物，对Apaf 1的结构进行调控，从而抑制cyt c的释放，Bcl 2和Bcl XL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，Bcl 2/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/NR2B NMDAR 和 mGluR5受体，可使Bcl 2下调、