细胞凋亡的机制
细胞凋亡不同于细胞坏死的生理死亡过程,是一种程序性细胞死亡方式,具有复杂的分子调控机制,受一系列基因及其表达产物的有序调控,而且基因间还存在正负调节和相互作用。已发现有三类细胞凋亡基因:在细胞凋亡过程中表达的基因、促进细胞凋亡的基因(Bax、wp53、ced-3和APO-1/Fas等)和抑制细胞凋亡的基因(Bcl-2、mpl和ras等)。按基因的性质又可分为原癌基因、抑癌基因、病毒基因、生长因子及其抑制因子基因、细胞受体基因和蛋白激酶基因等。在死亡受体通路中,人们已经发现五种死亡受体,即Fas、TNFRI、DR3、DR4和DR5。当细胞外死亡信号蛋白与其受体结合后,即可启动细胞凋亡。通过死亡受体通路和线粒体通路传递促凋亡信号,激活凋亡相关基因的表达。当线粒体将细胞色素C从线粒体膜空隙释放至细胞质时,可激活半胱天冬酶(caspase-3)而发生凋亡。凋亡调控基因表达的变化可能激活某些酶。虽然参与细胞凋亡的酶有多种,但各种细胞凋亡的最后通路都是下游caspase-3的活化,使细胞靶蛋白发生致命性水解而死亡。
1.Bcl-2家族 Bcl-2是从小鼠B细胞淋巴瘤中分离得到的原癌基因,通过抑制诱导凋亡的信号,从而防止细胞凋亡,延长细胞寿命。抑制凋亡的基因有Bcl-2和BclxS,而促进凋亡的基因有Bax、Bcl-xL和Bak。
2.p53 p53对缺氧诱导心肌细胞凋亡起重要作用,可能是心肌细胞凋亡的机制之一。
3.肿瘤坏死因子(TNF)-α TNF-α诱导的氧化应激是心肌细胞凋亡的一条途径,主要通过死亡受体途径及其相关蛋白诱导心肌细胞凋亡。
4.胰岛素样生长因子-1(IGF-1) IGF-1是重要的抗细胞凋亡因子,心室壁张力的显著增加,可激活心肌细胞的IGF-1/IGF-1受体自分泌系统,IGF-1及其受体表达增多,抑制心肌细胞凋亡,促进心肌增殖肥厚,参与心肌重构的调节。其机制可能是Mdm 2的上调而阻断了心肌细胞凋亡。
5.Fas Fas抗原属于TNF/神经生长因子受体(NGFR)家族,是一种凋亡的调节因子。许多细胞系中Fas抗原抗体反应可以诱导细胞凋亡的发生。诱导凋亡的机制有两种解释,一种是Fas抗原作为细胞表面受体,与Fas L或抗Fas抗体结合,诱导酸性神经鞘酸酯酶的活化,分解神经鞘酸酯,释放神经酰胺,随后神经酰胺可通过膜结合性的苏氨酸或丝氨酸蛋白激酶等激活第二信使,导致细胞内Ca2+浓度增高,诱发多种生化反应,从而诱导细胞凋亡。另一种是凋亡信号传导途径,从Fas受体,经caspase的调节,活化JNK(Jun-N-terminal kinase)、p38-k(p38-kinase),再通过某种方式激活第二信使,使细胞内Ca2+浓度增高,从而诱导细胞凋亡。
6.丝裂素活化蛋白激酶(MAPK)家族 MAPK是一组分布于细胞质内具有丝氨酸和酪氨酸双重磷酸化功能的蛋白激酶。MAPK属于非死亡受体,对胞膜上不表达死亡受体细胞系的凋亡具有重要作用,也是细胞外信号引起细胞核反应的共同通路。MAPK是心肌细胞增殖分化、坏死、凋亡、细胞骨架重组及间质纤维化等多条信号通路的汇聚点。MAPK最具特点的亚家族成员有:MAPK细胞外信号调节激酶(ERK)、p38MAPK和C-Jun氨基末端蛋白激酶(JNK)。
7.血管紧张素Ⅱ(AngⅡ) AngⅡ有诱导成年鼠心肌细胞发生凋亡的作用。AngⅡ的作用与蛋白激酶C(PKC)的同源蛋白ε及δ(p211)的易位有关,并有细胞内Ca2+浓度的升高。AngⅡ由AT1受体介导,通过PKC导致胞内Ca2+依赖性核酸内切酶,导致心肌细胞的凋亡。(https://www.daowen.com)
8.心房肽 心房肽可使新生鼠心肌细胞发生凋亡,呈剂量依赖性及细胞类型特异性。
9.自由基 氧自由基可触发心肌细胞凋亡。
10.白细胞介素-1β转换酶(ICE/caspase) ICE/caspase是一个保守的细胞内蛋白酶,缺血/再灌注后活性水解酶激活,caspase底物聚ADP-核糖聚合酶(PARP)被选择性分解为凋亡信息片段。
11.原癌基因 原癌基因中的即刻早期基因(IECS)如C-fos、C-jun和C-myc可使细胞由G0期启动进入细胞周期,诱导心肌细胞凋亡。C-myc是细胞凋亡调控中的一个重要相关基因,其作用的发挥由其他信号如生长因子等的存在与否所决定。C-myc的表达和关键生长因子的获得与否决定了细胞的三种状态:生长抑制(C-myc不表达,生长因子缺如);增殖(C-myc表达,生长因子存在);细胞凋亡(C-myc表达,生长因子缺如)。因此C-myc被认为是具有诱导细胞增殖和凋亡双重作用的基因。
12.Cell death defective(ced)-3和ced-4 ced-3和ced-4是与细胞凋亡过程密切相关的基因。
13.儿茶酚胺 儿茶酚胺如肾上腺素可诱导人冠状动脉内皮细胞发生凋亡,而该过程与肾上腺素使Fas和Fas L的表达增加有密切关系。去甲肾上腺素诱导的心肌细胞凋亡是通过β-肾上腺素受体途径,由蛋白激酶A介导,需经电压依赖性钙通道的钙内流。
14.三磷酸腺苷(ATP) ATP不足、caspase激活和细胞色素C移动是心肌细胞凋亡的原因之一。