Bcl-2与细胞凋亡

1、Bcl-2与细胞凋亡摘要Bcl-2基因是一原癌基因,能抑制细胞凋亡.但近年研究发现,存在有 Bcl-2 敏感和不敏感的细胞凋亡现象.Bcl-2抑制细胞调亡的机制目前仍然不清,大多认 为与Bcl-2的细胞内抗氧化作用及抑制钙离子的跨膜运动有关.最近,Ree魏出Bcl-2具有离子通道蛋白和吸附/锚定蛋白的双重特性,并阐述了 Bcl-2抑制细胞凋亡的 某些机制.关键词：Bcl-2 ;细胞凋亡自从1972年Kerr提出细胞凋亡aoptosis 的概念至今,人们对细胞凋亡现象 进行了广泛、深入的研究.但是,凋亡的分子和生化机制迄今尚未彻底明了；而已 形成的初步熟悉大多源于对Bcl-2基因家族的研究.,调

2、亡进程可分为三个时 相：诱导期,效应期和降解期.在诱导期,细胞接受各种信号从而引发各种不同的 效应：进入效应期后,经过一些决定细胞命运存活 /死亡的分子调控点,细胞 进入不可逆的程序化死亡,这些调控分子包括一系列原癌基因和抑制癌基因的产生, 其中Bcl-2家族起着决定性的作用；降解期那么产生可见的凋亡现象1.Bcl-2基因即B细胞淋巴瘤/白血病-2基因是一种原癌基因,它具有抑制凋 亡的作用,并用近年来的一些研究已开始揭示这一作用的机制.目前已经发现的Bcl-2蛋白家族按功能可分为两类,一类是象 Bcl-2 一样具有抑制凋亡作用,如哺乳动 物的 Bcl-X1、Bcl-W、Mcl-1、A1、线虫

3、Ced-9、牛痘病毒 E1B119kD?,而另一类具 有促进凋亡作用,如 Bax、Bcl-Xs、Bad Bak、Bik/k、Bid 和 Harakiri2.最初在血液淋巴细胞中发现Bcl-2能抑制细胞死亡,随后陆续在其它一些细胞 中也发现Bcl-2的这种作用.但近年来研究发现,除些之外尚存在Bcl-2不敏感的凋亡途径.本文拟就凋亡与Bcl-2的关系及其研究进展作一综述.1 Bcl-2敏感的凋亡途径Bcl-2可以抑制由多种细胞毒因素所引起的细胞死亡.Bcl-2的过度表达能增强所观察细胞对大多数细胞毒因素的反抗性.这一发现使人们熟悉到凋亡的各种信号 转导途径有一个共同的通路或交汇点,而该通路或交汇

4、点受Bcl-2调节.实验说明,Bcl-2可增强细胞对大多数DN颇伤因子的反抗性,抑制大多数化疗药物所引起的靶 细胞凋亡,但其本身并不能抑制这些因素对细胞的损伤；同样地,它也不能促进DNA修复.p53蛋白是DN颇伤的一个分子传感器,已证实 Bcl-2能抑制p53介导的凋亡, 但不能抑制p53向核内转位或者p53介导的生长停滞,可能Bcl-2的作用是在DN颂伤 后,阻止激活凋亡机制的信号到达其靶分子；在细胞毒性T细胞中,由颗粒酶 喊活CaasesS族的一个或多个半胱氨酸蛋白酶所诱导的凋亡不依赖于Bcl-2 ,颗粒酶B可能仅作用于凋亡路径中Bcl-2调节位点的下游.以上结果说明在凋亡途径中 Bcl-

5、2的 作用位点在信号分子和效应蛋白酶之间的位置2 oBcl-2抑制细胞凋亡可能与其以下几种作用有关：1.1 细胞催抗氧化作用3以往研究说明,在去除生长因子所诱发的凋亡中, 活性氧损伤ROS是促发细胞死亡的主要诱因：Bcl-2的过度表达可减少氧自由基 产生和脂质过氧化物的形成.提示 Cai等4的实验说明Bcl-2的抗氧化作用是间接 的,即可能在于抑制超氧阴离子的产生而不是直接消除活性氧.细胞色素c cytochrome c, Cyt c 作为呼吸链中重要的电子传递体,它从线粒体内膜上的释放会阻 断电子向下游传递体,它从线粒体内膜上的释放会阻断电子向下游的传递,危及呼 吸链的功能并导致超氧阴离子的

6、加速产生；而 Bcl-2可以抑制Cyt c的释放,从而抑 制了超氧阴离子的产生.此外,Bcl-2还可以增加胞内的谷胱甘肽GSH等抗氧化 剂,升高NAD+/NADH比值,抑制和凋亡相联系的GS降低,促进GS进入核内,从 而影响细胞的氧化复原状态.但也有证据说明,在没有自由基的情况下Bcl-2也能抑制凋亡.因此,Bcl-2的性质远非仅仅是一种抗氧化剂.1.2 抑制钙离子跨膜流动Lam等曾报道钙泵特异性抑制剂Thaigargen TG诱 导的WEH17.21细胞的凋亡可被Bcl-2所抑制,其原因是Bcl-2抑制了 Ca2+勺跨膜流 动,提 示Bcl-2可通过调节胞内钙离子浓度来调节凋亡.然而 Wei

7、等5在神经元细 胞GT1-叶发现Bcl-2中发现Bcl-2可抑制由TGff诱导的凋亡,但并不能抑制T明导 的胞内钙离子浓度升高；同时Jason等6在中国仓鼠卵巢细胞5AHSmyc去除细胞 内贮存Ca2疝发现过度表达的Bcl-2仍可抑制凋亡,提示Bcl-2对胞内Ca2+t度的调 节作用也只能是其抑制凋亡的机制之一.1.3 离子通道蛋白和吸附/锚定蛋白 最近Reed7提出Bcl-2蛋白可能具有双重 功能：离子通道蛋白和吸附/锚定蛋白,提出Bcl-2抑制凋亡的局部新机制.1.3.1 离子通道蛋白 体外实验证实,Bcl-2、Bcl-X1和Bax能在线粒体上形成 离子通道,提示它们可能参与调节一些与凋亡

8、有关的细胞现象,如线粒体通透性改 变巨孔形成和线粒体释放凋亡蛋白本科激活因子一一Cyt c和凋亡诱导因子AIF.过度表达的Bcl-2能抑制线粒体通透性改变,并影响巨孔的形成,从而抑制 凋亡.但也有实验发现即使线粒体通透性未改变,Cyt c等凋亡激蛋白也可以释放到胞液中从而诱发细胞凋亡,因此这种观点还有待进一步证实.在所观察的细胞系及多种情况下,凋亡的发生都伴有Cyt c从线粒体释放,继而伴有Caases敖活,而活化的CaaseSW解底物后,其蛋白降解产物又引起线粒体通透性 改变,并最终导致凋亡发生8.Yan/9与Kluck等10发现Bcl-2可以通过抑制 线粒体释放Cyt c来抑制凋亡,继而R

9、o野11和Zhivotovsky等12用两种不同的 方法证实了即使Cyt c已经释放入胞浆,Bcl-2仍能延迟细胞死亡,这是由于Bcl-2 抑制了活化的Caase谢线粒体释放的上游和下游都有Bcl-2调节凋亡的作用点.AIF作为一种线粒体来源的效应蛋白酶,在别离在胞核中能诱导凋亡,同时还 能激发线粒体通透性改变,诱导线粒体释放 Cyt c和Caase-9,并在体外切割和激活 其底物一一半月氨酸蛋白酶C32体外研究发现,Bcl-2过度表达可能阻止AIF从分 离的线粒体上释放,但它并能影响 AIF的产生,同时也不能影响AIF促凋亡的功能1 3.1.3.2 吸附/锚定蛋白 在正常情况下Bcl-2通过

10、其C®疏水残基的伸展而锚定在 细胞内膜上,作为吸附/锚定蛋白,可把胞液蛋白固定在膜边,或是引导胞液蛋白 与别的膜蛋白相互作用.Bcl-2 可与 Bcl-2 家族的 Bcl-2 家族的 Bcl-X1、Bcl-Xs、Bax、Bcl-2、Bacff口Mc1- 1形成同源的蛋白二聚体,而特定的蛋白二聚体那么可作为在细胞死亡信号通路上的 分子开关.例如,Bcl-2可与促凋亡Ba戏成二聚体,如果Bax相对量高于Bcl-2 ,那么 Bax同二聚体的数量增多,从而促进细胞死亡；而如果 Bcl-2相对量高于Bax,那么促 进形成Bcl-2/Bax异二聚体,并使Bcl-2同二聚体的量增多,从而抑制细胞死

11、亡；而 促凋亡分子和Bacff口 Bcl-那么竞争结合细胞死亡抑制分子如 Bcl-X1或Bcl-2 ,由此替换 了 Bax并促进Bax同二聚体形成,诱导凋亡.另外,Bcl-2还可与Bcl-2家族外的11种蛋白质结合,包括蛋白激酶Raf-1、蛋 白磷酸酶 Calcineurin、GTlW、R-Ra矫口 H-Ras、p53-2、肮蛋白 Pr-1、Ced-4、BAG- 1、Nip-1、Nip-2和Nip-3 ,并由此实现其抗凋亡作用.2 Bcl-2不敏感的凋亡途径14Bcl-2抑制凋亡的作用并不是万能的,例如在细胞毒T细胞杀伤作用中,特定的淋巴因子撤离以及某些TN改体家族介导白凋亡途径中Bcl-2不

12、能抑制凋亡,其原因 右能是这些凋亡诱导剂作用于Bcl-2下游或是独立于Bcl-2的其它凋亡路径.最近Sc affidi等15发现,Jurkat等细胞(II型细胞)中Bcl-2可抑制TN改体家族中的CD 95 (Apo-1/Fas)信号通路介导的凋亡,而在 SKW6.嚼细胞(I型细胞)中Bcl-2那么 不能抑制这种信号通路介导的凋亡.其结果说明,凋亡途径对Bcl-2敏感与否可能与细胞类型有关.进一步研究发现,这种差异取决于线粒体是否参与这种凋亡途径, 在I型 细胞中线粒体那么未参与该凋亡途径.因此, Bcl-2可能只抑制依赖于线粒体 的凋亡途径.更进一步研究发现,来源于牛痘病毒的细胞因子应答修饰

13、体A (crmA)是一种丝氨酸蛋白酶抑制剂(serpin )类分子,能抑制一些Caasesfl勺功能.而来源于杆状 病毒的P35®白也能才tp制一些Caasesfl勺功能,而且它比CrmAft有更广泛的Caase鲫 制特性.在组织培养体系中或转基因鼠的 T淋巴细胞中CrmAfe达能抑制CD95 (Fas/A po-1 )和p55TN改体I诱发的凋亡,但对另一些诸如生长因子撤除,DN颂伤等细胞毒因素引起的凋亡那么无能为力,而这些由细胞毒因素引起的凋亡现象那么可被Bcl-2及其同系物所抑制,但是Bcl-2又不能抑制由CD95(Fas/Apo-1 )和TN改体介导的 凋亡.由细胞毒因素及TN改体家族介导的凋亡都可有效地被p35所抑制,提示这些 通路都依赖于CaasesK激活.