細(xì)胞凋亡相關(guān)的信號通路

李曉婷

1（四川大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院，成都610041）

2（樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，樂山614000）

細(xì)胞凋亡，1972年由Kerr提出，指的是細(xì)胞在一定條件下接受刺激信號并且受基因調(diào)控的一種自主性、程序性的死亡過程。從20世紀(jì)80年代末開始，其就成為腫瘤學(xué)、病因?qū)W的研究熱點，人們對其認(rèn)識越來越深入，對其發(fā)生的分子機(jī)理了解的也越來越透徹。本文就對目前研究較多的兩種介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的信號通路作一綜述。

1 wnt信號通路

1.1 wnt信號途徑的組成

Wnt基因從小鼠的乳腺腫瘤被發(fā)現(xiàn)后，最初被命名為int－1，經(jīng)研究表明，它是果蠅的無翅基因（wng）在小鼠中的同源基因。wng基因是最初在果蠅中發(fā)現(xiàn)的發(fā)育調(diào)控基因，后來將wng與int－1結(jié)合，提出了wnt基因的稱謂［1］。wnt基因在胚胎細(xì)胞的發(fā)育中起著重要的作用，其所調(diào)控的信號傳導(dǎo)系統(tǒng)即wnt信號途徑。同其它的細(xì)胞間信號傳導(dǎo)途徑一樣，它也是由一種分泌的信號蛋白、跨膜受體蛋白以及復(fù)雜的胞內(nèi)多種蛋白將信號由細(xì)胞表面?zhèn)鲗?dǎo)至細(xì)胞核內(nèi)［2］。

目前較公認(rèn)的wnt信號通路至少有三個分支：1）經(jīng)典 wnt通路，又叫 wnt／β－catenin通路，該通路被激活后將導(dǎo)致胞質(zhì)內(nèi)β－catenin的穩(wěn)定和積累，隨后進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)激活靶基因的表達(dá)［3］。2）wnt／PCP通路（planar cell polarity pathway），通過激活 Dsh下游區(qū)、Rac、小GTP酶、Rho和Cde42等，從而激活c－jun N端激酶JNK來發(fā)揮作用，參與細(xì)胞極性的建立和細(xì)胞骨架重排，調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架的不對稱分布和上皮細(xì)胞的協(xié)同極化［4］。3）wnt／鈣離子通路，主要由wnt5a和wnt11激活，通過G蛋白激活PLC（phospholipase C）和PKC（protein kinase C），從而引起胞內(nèi)鈣離子濃度增加和鈣離子敏感信號成分的激活，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞運(yùn)動和細(xì)胞粘著性［5］，該通路可與經(jīng)典的wnt通路相拮抗。

在這里主要介紹一下經(jīng)典的wnt通路。經(jīng)典的wnt信號途徑由wnt特異性跨膜受體卷曲蛋白（frrizled）、散亂蛋白（dishevelled）、糖原合成酶激酶3β（GSK－3β）、軸蛋白（Axin）、大腸腺瘤樣息肉基因（APC）、β－連環(huán)蛋白（β－catenin）、T細(xì)胞因子／淋巴樣增強(qiáng)因子（Tcf／Lef）以及其他一些基因的表達(dá)產(chǎn)物共同構(gòu)成。其中β－連環(huán)蛋白是正向調(diào)節(jié)因素，GSK－3β、軸蛋白、APC等是負(fù)向調(diào)節(jié)因素，位于β－catenin上游［3，4］。

1.2 wnt信號的傳導(dǎo)及功能

在正常胚胎發(fā)育過程中，在wnt信號或其它胞外信號刺激下，wnt與細(xì)胞表面受體frizzled家族結(jié)合，通過dishevelled使GSK－3β失活，保證胞漿內(nèi)β－連環(huán)蛋白不被GSK－3β降解。β－連環(huán)蛋白進(jìn)入細(xì)胞核與轉(zhuǎn)錄子結(jié)合，啟動轉(zhuǎn)錄過程，進(jìn)而調(diào)控相應(yīng)基因的表達(dá)。

wnt信號途徑調(diào)控著大腦、脊髓和運(yùn)動神經(jīng)元等形成過程。同時也調(diào)控著腦發(fā)育過程中的特殊前體細(xì)胞。

1.3 wnt引起細(xì)胞凋亡的機(jī)制

細(xì)胞凋亡是神經(jīng)系統(tǒng)受到破壞的重要原因之一。很多疾病的發(fā)生發(fā)展都涉及到細(xì)胞凋亡的功能缺失［5，6］。

wnt信號通路引起細(xì)胞凋亡的機(jī)制主要有以下幾種：首先，通過β－連環(huán)蛋白／tcf的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)途徑。Rhee等研究發(fā)現(xiàn)，在一些受損細(xì)胞發(fā)生凋亡時，wnt1通過β－連環(huán)蛋白／tcf的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)來阻止細(xì)胞凋亡。一些靶基因，比如c－myc通過激活β－連環(huán)蛋白、環(huán)氧合酶－2等誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［7］。而外源性的wnt1過度表達(dá)就可以抑制這種凋亡，或者通過抑制線粒體釋放細(xì)胞色素C來抑制細(xì)胞凋亡［7］。其次，APC通過另一機(jī)制來控制細(xì)胞凋亡。在Tef／lef未激活的情況下，APC基因可以激活半胱氨酸－3、半胱氨酸－7、半胱氨酸－9，然后清除多聚合酶使得細(xì)胞發(fā)生破碎，從而引起細(xì)胞凋亡［8］。

2 JNK信號通路

2.1 JNK信號途徑的組成

JNK是位于胞質(zhì)內(nèi)的絲氨酸／蘇氨酸蛋白激酶，又被稱為應(yīng)激活化蛋白激酶（stress－activated kinases，SAPK），于1990年被發(fā)現(xiàn)，是促分裂原活化蛋 白 激 酶 （mitogen－activated protein kinase，MAPK）家族的主要成員之一。其包含兩個磷酸化功能區(qū)thr－pro－tyr，通過與c－jun N 末端活化區(qū)結(jié)合并使其第63／73位絲氨酸殘基磷酸化，JNK的活化是通過其氨基酸殘基磷酸化實現(xiàn)的，一旦被激活，胞漿內(nèi)的JNK將轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)［9］。

在脊椎動物，JNK由JNK1、JNK2和JNK3三個亞型組成，JNK1，JNK2的表達(dá)具有廣泛性，JNK3局限于腦、心和睪丸［9］。每個JNK基因都可以編碼46和54k D的蛋白產(chǎn)物。三種異構(gòu)體通過不同的方式與不同的蛋白底物相激活、結(jié)合以及磷酸化。

作為MAPK家族的主要成員之一，JNK同MAPK一樣，其信號通路是多級蛋白激酶的級聯(lián)反應(yīng)，包括三個關(guān)鍵激酶：MAPK、MAPK的激酶（MKK）和 MAPK激酶的激酶（MKKK）。MKKK對MKK的絲氨酸、蘇氨酸雙位點磷酸化將其激活；進(jìn)而MKK對MAPK進(jìn)行絲氨酸、蘇氨酸雙位點磷酸化［10］。

2.2 JNK信號通路的傳導(dǎo)及功能

JNK的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)同MAPK的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相似，都是 MKKKs－MKKs－MAPK［11］。

首先，MKKK對MKK的絲氨酸、蘇氨酸雙位點磷酸化從而將其活化。目前已知的有MEKKs、混合連接激酶（MLKS）、凋亡信號調(diào)節(jié)激酶（ASKs）和 TGF－β激活的蛋白激酶（TAK）等［12］。

其次，MKK對MAPK進(jìn)行絲氨酸、蘇氨酸雙位點磷酸化，主要是MKK4和MKK7。它們通過磷酸化JNK的thr，tyr位點而激活JNK，是JNK的特異性激酶［13］。研究已證實JNK的下游底物主要為轉(zhuǎn)錄激活蛋白－1（activator protein－1，AP－1），如cjun、junB、junD和ATF2。JNK接受上游信號后被激活，可進(jìn)一步使c－jun的氨基末端第63位和第73位絲氨酸殘基磷酸化，進(jìn)而激活c－jun，從而增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄活性。

最近的研究發(fā)現(xiàn)，胞質(zhì)內(nèi)的細(xì)胞骨架蛋白可能也是其作用的底物，比如JNK相互作用蛋白（JIPs）、juk相關(guān)亮氨酸拉鏈蛋白（JLP）、接頭蛋白Crkll、細(xì)絲蛋白（filamin）、抑制蛋白（β－arrestin）、JNK1相聯(lián)系的膜蛋白（JAMP）、多結(jié)合域蛋白POSH以及應(yīng)激活性蛋白激酶相互作用蛋白1（Sin1）等［14］。這些支架蛋白本身并沒有催化功能，但是能編碼對接位點。通過與JNK及JNK信號通路中的相關(guān)成員結(jié)合來調(diào)節(jié)它們的活性和細(xì)胞內(nèi)的定位，增強(qiáng)或者降低JNK信號通路及其與胞內(nèi)其它通路之間的相互作用，從而調(diào)節(jié)JNK信號通路的效率以及特異性。

最后，激活的JNK信號通路通過磷酸化轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白、酶等多種底物來調(diào)節(jié)細(xì)胞的生理過程。

JNK信號通路組成復(fù)雜，直接參與某一信號通路調(diào)節(jié)的成分同樣也受到其他因素的調(diào)節(jié)，并且有細(xì)胞特異性；由一種或者多種胞外刺激產(chǎn)生的其他通路與JNK信號通路間的信號串活，同時出現(xiàn)在信號通路的各級水平，最終起到增強(qiáng)或者抑制各自信號通路的作用。

2.3 JNK與細(xì)胞凋亡

最近的許多研究表明JNK信號通路與細(xì)胞凋亡有著密切的關(guān)系。在某些種類的細(xì)胞中，JNK和／或p38的激活會促進(jìn)炎癥、細(xì)胞凋亡［15］。而在有些細(xì)胞中，JNK的激活卻會促進(jìn)細(xì)胞的存活［15］，這些表明，JNK在細(xì)胞中的激活作用除了與刺激信號有關(guān)外，還與細(xì)胞的類型以及所處的發(fā)育階段有關(guān)。比如，紫外線輻射導(dǎo)致缺乏JNK1和JNK2的大鼠纖維原未見凋亡［16］；DNA損傷對JNK持續(xù)的激活可以促進(jìn)凋亡［17］。

JNK通過磷酸化c－jun和ATF－2激活轉(zhuǎn)錄因子 AP－1，F(xiàn)as配體（Fas L）的啟動子包含有 AP－1和NF－JB順式作用元件，結(jié)果Fas L表達(dá)增強(qiáng)，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。JNK介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的另一途徑是通過磷酸化Bcl－2和Bcl－x L，促進(jìn)線粒體釋放細(xì)胞色素C，從而激活Caspase級聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［18］。

細(xì)胞凋亡是一個復(fù)雜，多樣的過程，不同的應(yīng)激不同的細(xì)胞存在不同的信號途徑。哺乳動物正常生理活動的維持需要多種信號途徑的參與，這些信號途徑之間相互作用，構(gòu)成一個錯綜復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)有利于維持機(jī)體內(nèi)細(xì)胞對信號刺激做出反應(yīng)的完整性和協(xié)調(diào)性。

wnt與JNK信號途徑，作為兩條較經(jīng)典的信號通路，既相互獨立又相互聯(lián)系。在整個信號網(wǎng)絡(luò)中，它們雖然各自發(fā)揮著不同的作用，但在引起細(xì)胞凋亡的途徑中，又相互影響。每條信號通路的作用也并不是一成不變的，例如，除了引起細(xì)胞的凋亡，wnt途徑也可以通過保護(hù)蛋白激酶B（Akt）來促進(jìn)細(xì)胞的存活與分化［9］。wnt可以激活 GSK－3β來抑制β－連環(huán)蛋白磷酸化，而β－連環(huán)蛋白又通過一些目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄來保護(hù)細(xì)胞。Akt使GSK－3β磷酸化，抑制其活性，從而保護(hù)細(xì)胞。同時，短暫的JNK和p38活化，可以提供一個生存信號，然而持續(xù)的活化則將導(dǎo)致細(xì)胞的凋亡。由此可見，細(xì)胞的凋亡是這些信號通路平衡協(xié)調(diào)的結(jié)果，但要闡明其明確機(jī)制仍需進(jìn)一步的研究。

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