Fas/FasL系統(tǒng)介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡與病毒性心肌炎

范柳芳,陳金水,吳天敏

病毒性心肌炎(viral myocarditis,VMC)是指嗜心性病毒感染引起的心肌非特異性間質(zhì)性炎癥為主要病變的心肌炎。其感染的病毒有二十余種,Coxsaekie病毒(CVB3m)、腺病毒、皰疹病毒最常見,Coxsaekie病毒中以B組I型～V型為主。對病毒引起的心肌細(xì)胞病理改變及機(jī)制的探討一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1]。近年來,由病毒性心肌炎所致的心源性猝死有上升趨勢,VMC多發(fā)于兒童和青壯年,往往年齡越小,病情越嚴(yán)重。它是造成新生兒死亡的重要病因,更是引起青壯年擴(kuò)張性心肌病的主要誘因。因此明確VMC的發(fā)病機(jī)制是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前認(rèn)為,主要為T細(xì)胞介導(dǎo)免疫反應(yīng)及病毒的直接侵犯[2],近年來,學(xué)者通過對心肌炎病人的心肌活檢和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)細(xì)胞凋亡是造成病毒性心肌炎心肌損傷的重要原因。1994年Kawano等[3]首先在1例慢性心肌炎的心肌標(biāo)本中觀察到許多凋亡的心肌細(xì)胞 ,結(jié)果提示凋亡可能是心肌炎心肌損害的機(jī)制之一。另外,Debiasi等[4]也發(fā)現(xiàn)VMC心肌損傷與心肌細(xì)胞凋亡有關(guān)。隨著人們對細(xì)胞凋亡在VMC中作用的認(rèn)識(shí),與凋亡有密切關(guān)系的Fas受體的作用也引起了研究者的興趣。1999年,Nagata闡明了Fas/FasL系統(tǒng)介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的效應(yīng)機(jī)制。近年來研究認(rèn)為細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用是病毒性心肌炎心肌損傷的主要原因,而Fas/FasL途徑是其致靶細(xì)胞損傷的途徑之一。Fas/FasL系統(tǒng)是近年來細(xì)胞凋亡研究中最有意義的發(fā)現(xiàn)。本文就Fas/FasL系統(tǒng)的生物特性及其介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡在VMC中作用做一綜述。

1 細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡的概念是1972年由澳大利亞物理學(xué)家Kerr等[5]首先提出,是細(xì)胞在一定的生理或病理?xiàng)l件下,遵循自身的程序,自己結(jié)束其生命的過程,最后細(xì)胞脫落離體或裂解為若干凋亡小體,被其他細(xì)胞吞噬。細(xì)胞死亡形式包括細(xì)胞凋亡及細(xì)胞壞死,但誰占主導(dǎo)地位,目前尚有爭議,有待于進(jìn)一步深入研究。現(xiàn)在很多情況下,細(xì)胞凋亡亦稱為程序化細(xì)胞死亡(programmed cell death,PCD),有著獨(dú)特的有別于細(xì)胞壞死的形態(tài)學(xué)和生物學(xué)特點(diǎn)。無論是個(gè)體發(fā)育、機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定,還是疾病的發(fā)生發(fā)展,均有細(xì)胞凋亡的參與。通過細(xì)胞凋亡可清除生物體內(nèi)發(fā)育不正常的、對機(jī)體有害的細(xì)胞;清除衰老的細(xì)胞并代之以新生的細(xì)胞;清除體內(nèi)癌前病變細(xì)胞,防止癌變。機(jī)體細(xì)胞凋亡的有關(guān)機(jī)制非常復(fù)雜,尚未完全清楚,細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的信號系統(tǒng)精細(xì)的調(diào)控著細(xì)胞凋亡過程,包括促凋亡基因Fas、Bax、C-myc、p53、C-fos和抑凋亡基因 Bcl-2等。Fas在各種疾病和細(xì)胞凋亡的發(fā)生中起到首要作用,為近年來研究較多的凋亡調(diào)控基因之一。細(xì)胞凋亡的信號傳導(dǎo)途徑包括:①死亡受體傳導(dǎo)途徑,傳導(dǎo)的信號有:腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、FasL等稱死亡信號;②線粒體途徑,傳導(dǎo)的信號包括輻射損傷、某些化學(xué)藥物如氧化砷等。其中死亡信號的受體屬于腫瘤壞死因子受體超家族,包括Fas受體(CD95)、腫瘤壞死因子受體1(TNFR1/DR1)、死亡受體(DR)3、DR6等,它們的胞內(nèi)區(qū)都含有約80個(gè)氨基酸構(gòu)成的死亡域(death domain,DD)[6,7]。目前研究較多的是Fas受體。研究發(fā)現(xiàn)Fas系統(tǒng)是引起細(xì)胞凋亡的主要途徑之一。

2 Fas/FasL系統(tǒng)

Fas抗原及Fas配體(FasL)是介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的一對膜蛋白。Fas的英文全稱為Factor associated suicide,即自殺相關(guān)因子,是1989年美、日兩個(gè)研究小組在各自的研究中從小鼠中分離出的對人體細(xì)胞系有溶細(xì)胞作用的抗體,他們把被抗體識(shí)別的細(xì)胞表面蛋白分別稱為Apo-1和Fas[8,9]。1993年在波士頓第五屆人白細(xì)胞分型國際會(huì)議上將其命名為CD95。Fas(Apo-1或CD95)是一種調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡Ⅰ型跨膜糖受體,在結(jié)構(gòu)和功能上屬于腫瘤壞死因子受體和神經(jīng)生長因子受體(NGFR)的家族成員,它廣泛分布于心、肝、肺、腎等器官以及各種上皮細(xì)胞和激活的淋巴細(xì)胞上,具有325個(gè)氨基酸,其相對分子質(zhì)量為45 kDa,它與細(xì)胞上的某些分子交聯(lián)可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生[10,11]。

Fas分胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞漿區(qū)、胞外區(qū)為N端含有3個(gè)高度保守,并呈周期性排列,富含半胱氨酸的亞區(qū),這些半胱氨酸重復(fù)序列可作為相應(yīng)配體的識(shí)別位點(diǎn),當(dāng)這些位點(diǎn)發(fā)生改變時(shí),可阻礙Fas和FasL的結(jié)合。在Fas胞漿區(qū)即C端中部有一個(gè)由60個(gè)～70個(gè)氨基酸構(gòu)成的信號傳導(dǎo)區(qū),與傳遞死亡信號有關(guān),稱為死亡結(jié)構(gòu)域,同時(shí)在C末端有信號傳遞抑制區(qū),若與Fas相關(guān)蛋白(FAP21)結(jié)合,可抑制 Fas信號傳遞,終止 Fas介導(dǎo)的凋亡。Fas抗原有兩種形式:膜型 Fas(mFas)和可溶性(sFas)。近年來發(fā)現(xiàn)的sFas與mFas的區(qū)別僅在于跨膜區(qū)的丟失,sFas與mFas競爭地與FasL結(jié)合,但并不介導(dǎo)細(xì)胞凋亡[12]。

FasL是Fas的天然配體,屬于腫瘤壞死因子家庭成員,其編碼的基因位于人的第1號染色體上,為TNF同源的Ⅱ型穿膜蛋白,主要表達(dá)活化的成熟T淋巴細(xì)胞,T淋巴細(xì)胞受到抗原刺激或在IL-2存在時(shí),其表面迅速被誘導(dǎo)出FasL[13]。FasL胞漿區(qū)為N末端,缺乏信號傳導(dǎo)區(qū),而胞外區(qū)與Fas表達(dá)陽性細(xì)胞結(jié)合,可誘導(dǎo)該細(xì)胞凋亡。FasL在細(xì)胞膜金屬蛋白激酶作用下可發(fā)生蛋白分解,從細(xì)胞膜上脫落,形成可溶性FasL,一般以三聚體的形式存在[14]。sFasL三體能與1個(gè)Fas單體結(jié)合,也能與3個(gè)Fas單體交叉聯(lián)結(jié)[15]。研究提示細(xì)胞膜表面FasL蛋白陽性的細(xì)胞可與表達(dá)Fas蛋白陽性的細(xì)胞相互作用,將死亡信號傳遞給蛋白陽性細(xì)胞并激活此細(xì)胞的凋亡程序而誘發(fā)細(xì)胞凋亡[16]。

3 病毒性心肌炎中Fas/FasL系統(tǒng)的表達(dá)

細(xì)胞凋亡是VMC心肌損傷的原因之一,Fas/FasL系統(tǒng)參與其分子調(diào)控,經(jīng)Fas系統(tǒng)介導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡在病毒性心肌炎發(fā)生、發(fā)展過程中起重要作用。

國外[17-19]許多研究發(fā)現(xiàn)VMC存在心肌細(xì)胞凋亡,細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞(CTL)可通過Fas/FasL路徑導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡,Fas/FasL系統(tǒng)參與了VMC的發(fā)病。Saraste等[20]研究提示CVB3感染的心肌細(xì)胞,與正常對照組比較,細(xì)胞凋亡顯著增加,高峰出現(xiàn)在感染后5 d,細(xì)胞凋亡率平均為0.17%,心肌細(xì)胞的凋亡數(shù)量與心肌中CVB3感染滴度有關(guān)。

國內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)[21],Fas/FasL蛋白表達(dá)的分布與心肌細(xì)胞凋亡的分布趨勢一致,顯示了Fas/FasL蛋白表達(dá)與心肌細(xì)胞凋亡之間的密切關(guān)系,表明Fas/FasL在病毒性心肌炎心肌細(xì)胞凋亡中有重要意義。韓波等[22]的實(shí)驗(yàn)研究顯示:在VMC中Fas蛋白及FasL蛋白的表達(dá)明顯增加,細(xì)胞凋亡也增加,心肌浸潤細(xì)胞存在Fas/FasL介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。FasL蛋白的表達(dá)與心肌病變密切相關(guān),表明Fas/FasL系統(tǒng)參與了VMC的發(fā)病機(jī)制。常紅等[23]的實(shí)驗(yàn)研究提示:經(jīng) Fas/FasL途徑介導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡可能是CTL導(dǎo)致病毒性心肌炎心肌損傷的重要機(jī)制之一。

在VMC的發(fā)病和進(jìn)展過程中,CT L起著十分重要的作用。通過CTL對受染心肌細(xì)胞的殺傷可清除心肌細(xì)胞內(nèi)的病毒,降低心肌內(nèi)病毒滴度,但同時(shí)引起強(qiáng)烈的心肌炎癥反應(yīng),是造成心肌細(xì)胞損傷的重要原因。細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用主要通過兩方面的作用殺傷靶細(xì)胞,一是通過穿孔素與顆粒酶的作用,細(xì)胞凋亡;二是通過Fas、FasL作用誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。研究表明,VMC中心肌細(xì)胞浸潤的 CTL包括CD4+和CD8+,而 CD4+T細(xì)胞,往往通過Fas/FasL顯示其CTL的啟動(dòng)殺傷活性。CD8+T細(xì)胞則通過Fas/FasL和穿孔素-顆粒酶兩種方式顯示其CT L活性[23]。Fas/FasL介導(dǎo)細(xì)胞毒作用在VMC發(fā)病和發(fā)展過程中可能涉及兩方面:激活的CT L一方面可殺傷病毒感染的心肌細(xì)胞以終止病毒感染;另一方面CTL通過Fas/FasL誘導(dǎo)其自身凋亡,控制其介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用而不至于對心肌造成持續(xù)損害[24]。

關(guān)于Fas/FasL誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的調(diào)控途徑。目前比較傾向于FasL與Fas結(jié)合導(dǎo)致Fas胞內(nèi)的死亡區(qū)形成三聚體的活化形式,隨后引起與之結(jié)合的FADD(Fas死亡區(qū)結(jié)合蛋白)構(gòu)象發(fā)生改變,FADD再與FLICE(caspases家族的蛋白酶前體)結(jié)合后導(dǎo)致后者的活化并裂解,其裂解產(chǎn)物P10和P20亞基形成異聚體后即成為有活性的半胱氨酸蛋白酶,從而啟動(dòng)caspases相關(guān)蛋白酶級聯(lián)反應(yīng),最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[25]。

4 凋亡調(diào)控與病毒性心肌炎防治的前景

盡管近年對VM C的研究已深入到分子水平,但其具體的發(fā)病機(jī)制仍不十分清楚。在病毒性心肌炎中,柯薩奇B病毒通過何種方式促進(jìn)細(xì)胞凋亡,有待于深入研究。研究已表明Fas/FasL介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡參與了病毒性心肌炎的發(fā)生、發(fā)展,但是否為主要機(jī)制尚不明確,其分子機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。在此基礎(chǔ)上,研究針對性藥物,將為臨床上治療病毒性心肌炎的開辟一條新的途徑。國內(nèi)外臨床上對于VMC均采用免疫抑制劑、干擾素和心肌細(xì)胞營養(yǎng)劑等傳統(tǒng)的治療方法。雖然這些治療方法能改善VM C的臨床癥狀,并有效地減少其病死率,但副作用大,復(fù)發(fā)率高是其弊端。尋求具有高度特異性且副反應(yīng)較小的治療方法成為目前VM C研究的方向。中藥及其復(fù)方制劑在這方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。目前這方面文獻(xiàn)報(bào)道甚少,研究提示[21,26]心肌康、心康液可減少慢性期VMC小鼠心肌細(xì)胞凋亡的作用,其減少心肌細(xì)胞凋亡的機(jī)制可能是下調(diào)Fas/Fas L蛋白的表達(dá),減弱凋亡的信號轉(zhuǎn)導(dǎo),起到保護(hù)心肌細(xì)胞的作用。加強(qiáng)中藥及復(fù)方制劑對病毒性心肌炎心肌細(xì)胞Fas/Fas L蛋白表達(dá)影響的實(shí)驗(yàn)研究將有利于將動(dòng)物實(shí)驗(yàn)運(yùn)用于臨床,為臨床提供理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。同時(shí)將促進(jìn)中醫(yī)中藥的進(jìn)一步發(fā)展。

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