细胞凋亡机制及其表现

1、细胞凋亡机制及其在机体中的表现摘要：细胞凋亡这一概念最早由Kerr等提出的，认为该种细胞死 亡像秋天的树叶凋谢一样，故称谓“Apoptosis”，希腊文即凋亡之意.细胞凋亡是维持神经系统正常发育，维持其免疫系统正常功能所必 需过程。目前，对细胞凋亡的研究已经成为生命科学领域研究的热 点。细胞凋亡主要通过受体介导的信号途径诱导细胞凋亡因子或刺激 因素通过第二信使系统传递信号，信号传递途径决定了细胞的命运。 本文就细胞凋亡的发生机制、及其在机体中的表现等方面作一综述。关键词：细胞凋亡；机制；表现引言：细胞凋亡在形态学和生化改变方面具有特征性。(1)形态学改变包括细胞皱缩，染色质浓缩，核裂解成碎片，

2、最终 细胞膜及内质网膜将完整细胞器及碎片包裹成多个分散的凋亡小体。(2)生化改变以往认为内源性核酸内切酶活性增加染色质核小体间 DNA断裂是引起凋亡的一个启动因子，但有些具有细胞凋亡特征性改 变的却没有染色质核小体间DNA断裂，有的甚至缺乏细胞核，看来仅 仅以此酶活性增加作为凋亡的启动因子，不能得到满意的解释。目前 许多学者都着重于对细胞内蛋白酶的研究，认为这些蛋白酶可能在细胞凋亡的启动方面起着关键性作用。研究依据为：(1)在细胞凋亡早期已发现特异的、可复制的细胞内 蛋白的降解(2)某些蛋白酶抑制剂可抑制细胞凋亡的发生(3)部分病 毒蛋白质作用类似蛋白酶抑制剂，可以抑制细胞凋亡(4)基因删除

3、实验证明某些蛋白酶在细胞凋亡中起着主要作用正文:1凋亡因子(TRAIL)对癌细胞凋亡的机制研究凋亡因子TRAIL能诱导肿瘤和转化细胞凋亡而不伤害正常细 胞.TRAIL与细胞膜上死亡受体结合，引发受体蛋白构象变化，经胞 膜内受体死亡域(death domain, DD)募集接头蛋白FADD，再经过FADD 的死亡效应域与凋亡蛋白解酶原一8/10的DED相互结合，形成DISC , 引起凋亡蛋白解酶(caspase)级联反应，促使癌细胞凋亡.目前，可 溶性重组人性化TRAIL(rhTRAIL)和抗DR4 / 5单克隆抗体已进AI广,床 I /II期实验阶段.但绝大部分癌细胞对TRAIL有耐受或引起耐

4、受，耐 受机制主要是由于lAP,Bcl2及eFLIP,家族蛋白的过表达而产生.因 此，为了克服TRAIL的耐受，已有多种小分子IAP和Bcl-2拮抗剂在研发并进行临床实验.至今尚无cFLIP拮抗剂的报导.2钙激活蛋白酶与蛋白酶体抑制剂诱导细胞凋亡的机制探讨蛋白酶体抑制剂诱导PC12细胞凋亡的作用通路，为深入研究泛 素一蛋白酶体系统(UPS)功能障碍诱发细胞凋亡发病机制提供新线索。方法建立PSI诱导的PC12细胞模型，在48h提取蛋白，应用荧光差 异凝胶电泳(DIGE)系统获得差异蛋白点，运用基质辅助激光解吸/电 离飞行时间质谱仪(MALDITOF Pro MS)鉴定出差异蛋白。结果实验 组与对

5、照组比较，在48 h看到细胞凋亡(细胞核呈固缩状或碎裂状)， 凋亡率达14. 86%。实验组钙激活蛋白酶(calpain)与对照组比较表 达量显著增高，有统计学意义(P005)。结论首次发现在蛋白酶体 抑制PC123病毒感染调控细胞凋亡的机制一般来说，病毒调节靶细胞凋亡的途径主要有两种：经免疫系统介 导或病毒本身具有凋亡调节基因；病毒凋亡调节基因通过模仿或调节 细胞凋亡途径中某些保守成份而发挥作用。细胞调亡调对于这一系统 的研究现己取得了很大进展。1经免疫系统介导细胞凋亡病毒感染可激活CTL介导细胞凋亡，CTL 对清除动物体内病毒具有重要意义。CTL主要通过两条途径杀死已被病毒 感染的细胞(1

6、)通过分泌穿孔素和颗粒酶。在MHC I类抗原诱导之下， CTL与被病毒感染。(2)通过上调Fas / FasL基因表达，激活磷酸酯酶， 合成神经酰胺，神经？ 一步激活丝/苏蛋白激酶，通过信号转导激活细胞凋亡病毒直接调节凋 亡2抑制细胞凋亡的病毒蛋白目前已发现20种以上病毒蛋白能抑制 细胞这些病毒蛋白来源不同，调控机制各异。4凋亡机制-信号传递机制凋亡一般由细胞外的调节因素与其在细胞表面的受体结合而启动。 经活化的受体又启动胞内第二信号系统，激活核酸内切酶，引起DNA 裂解，进而引发细胞凋亡。细胞外的调节因素包括生理活性因子：如 肿瘤坏死因子、转化生长因子及表皮生长因子等；非生理因素：如X射线、

7、紫外线、一氧化氮、毒素及化疗药物等；感染因素：如EB病毒、腺病毒及HIV病毒等。有学者认为，细胞凋亡的信号传导能使用或部分利用细胞增殖和分化过程中的传统信号途径。传统信号途径包括G结合蛋白信号途径和酶蛋白信号途径，前者可以调节第二信使cAMP和钙离子的生成，细胞内cAMP和钙离子浓度的变化可以对细胞凋亡产生影响；后者可通过酪氨酸蛋白激酶（PTK）、Ras-MAPK或JaK-STAT等途径参与凋亡信号的传导。但众多研究表明可直接启动细胞凋亡的信号途径或死亡信号途径是两种死亡因子，即肿瘤坏死因子和Fas配体与细胞膜表面的相应受体TNF受体和37?结合以后所发生的凋亡反应。目前对TNF和FasL与相

8、应受体结合所介导的细胞凋亡信号途径及其机制已取得了突破性进展5细胞凋亡机制-酶学机制胱冬蛋白酶（caspases）是近几年研究的热点之一，属于ICE/CED3 蛋白酶家族成员，目前发现至少有14种之多，分别命名为 caspases1-caspases14。与细胞凋亡密切相关，它是通过级联反应， 最终激活核酸内切酶来实现的。也有人认为凋亡并不总是引起 caspases的释放，而caspases的释放也并不总是引起凋亡，很可能 还与细胞的迁移和分化有关.。蛋白酶前体可在天冬氨酸位点上被切 断成3部分，H2N端是抑制区域被移去，另一端COOH端断裂成一大一 小亚单位称为死亡区域，二大二小亚单位结合成

9、活化酶，可以作用于 下游效应caspases，这种级联反应的进行有赖于caspases的调节蛋 白、辅助因子、反馈关系和阈限等控制。当凋亡外界信号只作用于前 体caspases，前体可活化蛋白酶激发因子，激发因子可以活化蛋白酶 效应因子，然后作用于底物蛋白，其作用包括以下3个方面：凋亡信 号传导级联反应过程的一个关键环节；可直接破坏细胞结构，如核 层蛋白和凝胶蛋白等，使蛋白分解引起凋亡；对蛋白酶的调节功能，如灭活细胞凋亡的抑制剂作用、激活下游的核酸内切酶等。总的来说，在蛋白酶级联切割过程中，caspases-3处于核心位置，不同的蛋白酶分别切割其酶原，使其激活，活化的caspases-3又进一

10、步切割不同的底物，最终使细胞走向凋亡。6细胞凋亡机制-核酸内切酶核酸内切酶是凋亡的最终执行者，各种凋亡刺激因素通过不同的信 号途径，最后激活核酸内切酶，引起DNA裂解为180-200bp及其整 倍数的片段，在凝胶电泳中显示为“DNA梯形带”。目前所知核酸内切 酶至少有4种以上包括核酸内切酶-1、核酸内切酶-2、DUC18和NUC1 等。核酸内切酶经caspases-3激活后，对核小体进行消化切割并产 生特征性的“DNA梯形带”，有人认为在凋亡过程中只有一种核酸内切 酶参与切割，如核酸切内酶-1家族中的核酸内切酶gamma，有人根据 DNA片段有高分子量和低分子量两种，提出可能有不同的核酸内切酶

11、 参与，如核酸内切酶-1和核酸内切酶-2。其它参与凋亡过程的蛋白 酶还包括丝氨酸蛋白酶、纤溶酶原激活物以及由泛素介导的蛋白酶反应等。7线粒体促凋亡机制线粒体是真核细胞的重要细胞器，是动物细胞生成ATP的主要地点。有学者认为线粒体在细胞凋亡中处于中心地位，并认为Bcl-2家族是增殖和凋亡信号的中心调节剂。凋亡信号需经线粒体放大，线粒体再释放CytoC凋亡诱导因子、核酸内切酶G、Smac/DIABLO和丝氨酸蛋白酶Omi/HtrA2，激活caspases级联反应，最终引起凋亡，线粒体改变引起细胞死亡已知有三种机制：电子传递、氧化磷酸化和ATP产生的破坏；释放促凋亡因子，如AIF/Cytoc等；改变

12、细胞氧化还原潜能。死亡类型(凋亡和坏死)不同决定于线粒体的改变。例如，当激发因子如钙离子、神经酰胺刺激线粒体，结果有两种：一是渗透性不平衡使线粒体肿胀、外膜破裂、电化学梯度破坏和ATP减少使细胞坏死；二是线粒体外膜透性增加，释放CytoC,激发caspases蛋白溶解酶，产生细胞凋亡。8 AIF在细胞凋亡中的作用AIF位于线粒体膜间隙，有研究表明，AIF可以作为非caspases依赖 性细胞死亡效应剂，在凋亡信号的作用下，线粒体释放AIF。AIF属 于旧黄素蛋白类，分子量为57ku，它能与FAD稳定结合，显示NAD(p)H 氧化酶活性。在死亡信号作用下，AIF发生转移，通过胞浆到达细胞 核，和

13、DNA结合，引起非caspases依赖性染色质浓缩。也有人认为AIF 很可能是caspases中的一种。在很多层面上，AIF和caspases配体之 间都有交叉，在凋亡早期，当caspases活性发生时，例如在CD95引起 细胞凋亡时，caspases-8被激活后出现AIF的释放。同样，在鬼臼乙 叉甙诱导凋亡时caspases-8的活化处于线粒体膜电位的上游，也处于 AIF的上游。活化的caspases和caspases激活蛋白可以引起AIF从线 粒体内释放；相反，AIF在体外可以引起细胞色素c从纯化线粒体内释 放。在一些细胞死亡诱导的范例中，AIF的释放早于细胞色素c，并且 中和AIF能阻止

14、细胞的死亡，阻止细胞色素A释放也能起到同样的效 果。这表明，至少在一些情况下，细胞色素c依赖性caspases活化时 需要AIF的参与。然而，在另外一些细胞凋亡的例子中，线粒体中AIF 的释放晚于细胞色素c，这表明在凋亡中线粒体膜电位可以有不同模 式。AIF与Hsp70的另一水平的交叉存在与热休克蛋白70水平。AIF 与Hsp70相互作用，Hsp70是Apaf-1依赖性caspases阻滞剂。理论上 说，AIF能够间接通过抑制Hsp70激活caspases级联反应9诱导HepG2细胞凋亡的机制研究探讨乙型肝炎病毒x蛋白结合蛋白抑制阿霉素诱导HepG2肝癌细 胞凋亡的作用及可能的分子机制，为研究

15、肝细胞癌的临床耐药性奠定基础。方法以建立的稳定高表达HBXIP基因的HepG2细胞系 为研究对象，分别用不同浓度的DOX处理高表达HBXIP组及对照组细 胞，M1rr法检测细胞的生存率，DAPI染色及Annexin V. FITC/PI 染色检测细胞凋亡，免疫印迹法检测蛋白表达水平。结果MTY结果表明，DOX能够抑制HepG2 细胞的存活，但HBXIP对DOX诱导的HepG2细胞凋亡作用具有明显的拮 抗效应，并抑制DOX诱导的caspase. 3、caspase9及其底物PARP的 活化，同时促进Bcl-2蛋白的表达。结论HBX1P蛋白能够抑制化疗药物 DOX诱导的HepG2细胞凋亡，其机制可

16、能与调节胱天蛋白酶家族关键因 子的活性相关。系统化疗是临床常用的治疗方法之一。虽然一些新型药物的应用使 肝癌的化疗呈现出新局面，但肿瘤耐药性的存在使得化疗对肝细胞癌 的有效性大。乙肝病毒X蛋白结合蛋白)由于能够与乙肝病毒x蛋白 (HBx )的。末端结合而被命名，其在肿瘤组织中高表达，可分别与HBx、 survivin和hSuv3p蛋白结合而参与调控HBv复制、细胞凋亡、有丝分 裂及RNA代谢等生命过程J。我们前期实验结果表明，HBXIP可以通过 活化Akt而促进肝癌细胞的增殖_6 ；通过调节cyclinD1、p21和p27等 蛋白表达而参与细胞周期的调控。本实验旨在研究HBXIP对阿霉素诱 导

17、肝癌细胞凋亡的抑制作用，并探讨其可能的分子机制，为提高化疗 药物的疗效提供理10细胞凋亡机姜黄素诱导肺癌A549细胞凋亡研究姜黄素对A549细胞凋亡的诱导作用，探讨其可能的分子机制。 他们的方法：姜黄素处理A549细胞后，MTr法于不同时间点检测A549 细胞的增殖情况；姜黄素处理A549细胞48h后，流式细胞术(Flow CytoMetry, FCM)检测A549细凋亡率；30,mol/L姜黄素处理A549细 胞24h、48h、72h后，liTPCR、WesternBlot检测A549细胞中P53、Bel2、Bax和C.sp 一3基因的表达水平。结果对黄素对肺癌A549细 胞增殖的抑制作用具

18、有显著的浓度一时间依赖关系，30tmaol /L姜黄 素可诱导A549细胞凋亡。30tm,ol / L姜黄素作用A549细胞24h即可引 起A549细胞中P53、Bax和ca ase3表达水平的上调，48h后可引起Bcl2 表达水平的下调，诱导A549细胞凋亡。结论：30ttmol/L姜黄素可诱 导 A549细胞凋亡，其机制可能与促进P53、Bax和caspa8e3基因的表达， 抑制其基因的表达有关。细胞凋亡(apoptosis)是细胞为维持内环境的稳定，由基因控制的 一种自有序的死亡过程。凋亡过程中细胞核内DNA发生片段化，细胞 膜皱缩分解成凋亡小体，最终被邻近细胞或巨噬细胞吞噬，不发生炎

19、症。细胞凋亡的分子调控机制涉及多个分子的相互作用，与细胞分裂、增殖紧密联系，一旦失控将会导致人体内多种疾病的发生。其中，肿瘤就是一种与细胞凋亡过少而增殖过多密切相关的疾病，若能有效诱导肿瘤细胞凋亡，抑制细胞增殖，肿瘤细胞的生长就可停滞。因而，诱导肿瘤细胞凋亡已成为目前研究治疗肿瘤的一条新思路。姜黄素为姜黄的重要活性成分之一，是一种黄色酸性酚类物质。近年来研究发现，姜黄素对肿瘤的增殖具有明显的抑制作用【4。6j。本研究采用MTF法检测1050 / anol /L姜11脑特异性高表达蛋白TMEM59L诱导细胞凋亡的机制TMEM59L为近年来新发现的脑特异性高表达蛋白，具有促凋亡效果， 但其具体的凋

20、亡机制还不清楚.构建了 TMEM59L重组质粒，并在 HEK293T细胞中过表达TMEM59L，用Annexin v. FITC/PI双染法确定 TTMEM59L可以诱导细胞凋亡，之后用免疫印迹方法检测细胞内凋亡 相关分子激活情况.结果显示，外源TMEM59L可以降低Bcl-2的蛋白表 达水平，诱导细胞色素C从线粒体释放进入细胞质，并且激活 caspase-9、caspase-7和caspase-3，但不激活caspase-8；活化的 caspase-7和caspase-3进一步酶解死亡底物PARP，导致细胞凋亡；此 夕卜，用广谱caspase抑制剂Z-Va |、Ala_Asp-FMK(zVA

21、INFMK)抑制 caspase-7和caspase-3活性后，死亡底物PARP的酶解也基本被抑 制.由此可见，TMEM59L是通过caspase依赖的线粒体途径诱导HEK293T 细胞凋亡.06细胞凋亡(apoptosis)是指细胞在受到内、外信号 刺激后出现的一种自发的死亡过程，是一种主动的、高度有序的、 由基因控制以及一系列酶参与的过程.细胞凋亡具有典型的形态特 征：细胞皱缩，出现小泡状结构，染色质聚集，核解体，形成调亡小 体；位于质膜内侧的磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine，PS)外翻出 现胞外表面口等.经典凋亡信号通路的活化主要有两条途径n：- 条是外源性通路，即由死

22、亡受体及其配体激发的凋亡信号传导至 caspase-8，然后激活效应性caspase蛋白酶而引发细胞凋亡；另一条 称为内源性通路，又称线粒体途径.细胞损伤后，线粒体发生功能障 碍，膜通透性改变，细胞色素c(cytochrome c，Cyt c)等凋亡蛋白从 线粒体释放到胞浆，caspase一9与之形成凋亡复合体并被激活，随之 引起caspase级联活化2和多聚核糖聚合酶(poly ADP ribosepolymeras，PARP)3-4等死亡底物的酶解，最终导致细胞死 亡，此为caspase依赖的线粒体途径；此外，线粒体损伤还可能释放 凋亡诱导因子(apoptosis inducing fac

23、tor， AIF)和核酸内切酶 G(endonuclease G， EndoG： l，使其乙肝病毒X蛋白结合蛋白抑制阿 霉素13 Xafl调节TNFR信号转导而诱导细胞凋亡的机制研究利用基因开关调节的Xafl Saos诱导细胞株，检测Xafl对TNFR信号转导通路的影响，探索Xaf l与TNFa协同诱导细胞凋亡的机制。方法:以免疫印迹法和RTPCR检测Xafl对TNFR1表达的影响，细胞周期DNA含量流式细胞术检测NFKB对Xafl诱导细胞凋亡的影 响，gel mobility shift assay检测NFKB的DNA结合活性，luciferase活性检测法及RTPCR检测NFKB的转录 活

24、性，激酶分析法检测SAPK / JNK激酶的活性。结果：Xaf l不影响TNFR 1蛋白及mRNA水平的表达，细胞内诱导 活性的NFKB可抑制Xafl诱导的细胞凋亡，Xaf l的表达抑制TNFa所介导的NFKB的DNA结合活性和转录 活性，也抑制了SAPK / JNK激酶的活性。结论:Xafl对TNFR信号转导的抑制是Xafl协同TNFa诱导细胞凋亡 的机制之一。，Xaf l能显著协同TNFd诱导细胞凋亡，与Xafl参与调 节TNFR信号转导有关，由于Xafl对TNFd介导的NFKB和JNK / SAPK活性影响并不显著，因此Xafl对TNFR信号转导的轻度抑制，只是Xafl协同TNFd诱导细

25、胞凋亡的机制之一。那么Xafl还通过何种机制诱导或增强细胞凋亡呢?从XIAP的另一组负性调节因子Srnac/DI.ABLO和Omi /HtrA2可以得到启发，两者从线粒体释放后与XIAP以及其它的IAPs结合，暴露胱冬肽酶。如果Xaf l能通过Smac / DIABLO或Omi /HtrA2效应机制问接调节XIAP的功能，那么可以预测Xaf l可能参与了线粒体凋亡信号的转导，从而协同TNFd诱导凋亡。14尼古丁诱导人脐带间充质干细胞 凋亡的 机制探讨尼古丁作用人脐带间充质干细胞(MSCs)前后，一氧化氮(NO)、 细胞内钙离子(ca “)的变化及ot, nAchR的表达情况。方法：采用硝酸还原

26、酶法检测不同质 量浓度尼古丁作用于MSCs后24、36、48 h, MSCs内NO的释放情况；尼古丁作用MSCs 24 h, fluo-3 / AM染色，流式 细胞仪检测MSCs内ca “变化；用RTqPCR检测尼古丁作用后or. , nAchR的表达情况。结果：尼古丁作用MSCs 24、36 h后，各实验组NO水平显著高于对照组(P0. 05)，呈时间、质量浓度依赖性，但在48 h,质量浓度0. 8 与1. 0 mg/mL组，NO水平低于对照组。尼古丁作用后，各实验组质量浓度(06、0. 8、1. 0 mg/mL)的ca荧光强度分别为(141. 26 + 16. 01)、(164. 90 +

27、 18. 39)、(198. 76 + 17. 63)，均高于对照组(119. 30 + 14. 14)，其中质量 浓度0. 8、1. 0 mg/mL组与对照组相比有显著差异(P P21 活化激酶 a (PAKa) 等。这些蛋白的裂解导致其活性下降。如Caspase可裂解凝 胶原蛋白而产生片段，使之不能通过肌动蛋白(actin)纤 维来调节细胞骨架。除此之外，Caspase还能灭活或下调与DNA修复有关的酶、 mRNA剪切蛋白和DNA交联蛋白。由于DNA的作用，这些蛋白 功能被抑制，使细胞的增殖与复制受阻并发生凋亡。所有这些都表明Caspase以一种有条不紊的方式进行破坏 ，它们切断细胞与周围的联系，拆散细胞骨架，阻断细胞DNA复制和修复，干扰mRNA剪切，损伤DNA与核结构，诱导 细胞表达可被其他的细胞吞噬的信号，并进一步使之降解为 凋亡小体加深对健康和疾病的理解总结细胞凋亡也帮助我们理解了一些病毒和细菌侵袭人体细胞的机理。 除7,AIDS，另外一些疾病，如神经变性性疾病、中风、心肌梗塞和 自身免疫疾病等都是由于很多正常细胞被不正确地启动了程序性死 亡过程而造成细胞过有了对程序性细胞死亡的认识，还可把这种认识 应用和深化到一些严重威胁人类疾病如癌症的