Bcl—2家族蛋白與Ca2+信號(hào)通道在細(xì)胞凋亡中的調(diào)控作用

摘要：Bcl-2家族蛋白是細(xì)胞凋亡過(guò)程中重要的調(diào)控因子，主要通過(guò)抑制線粒體中細(xì)胞色素c及其他介導(dǎo)細(xì)胞凋亡因子的釋放，來(lái)抑制細(xì)胞凋亡。除此之外，Bcl-2家族蛋白成員還可以調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中Ca²⁺的釋放，促進(jìn)或抑制細(xì)胞的凋亡。最近研究顯示，Bcl-2家族蛋白與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）中1，4，5 - 三磷酸肌醇（IP3）受體相互作用，調(diào)節(jié)其通道開(kāi)口，抗凋亡蛋白成員抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)過(guò)度釋放Ca²⁺，支持細(xì)胞生存；促凋亡蛋白成員增強(qiáng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放Ca²⁺，上調(diào)線粒體中Ca²⁺的濃度，觸發(fā)細(xì)胞凋亡。本文就Bcl-2家族蛋白在Ca²⁺信號(hào)通道中的作用做一綜述。

關(guān)鍵詞：Bcl-2；鈣離子通道；1，4，5 - 三磷酸肌醇（IP3）受體；細(xì)胞凋亡

【中圖分類(lèi)號(hào)】

R249 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1002-3763（2014）07-0027-02

1 Bcl-2蛋白的一般概念

Bcl-2（ B cell lymphoma-2）是Bcl-2家族蛋白中的一員，其能控制線粒體中促凋亡因子的釋放。

Bcl-2基因最早由Tsujimoto等^[1]從濾泡性非霍奇金B(yǎng)細(xì)胞淋巴瘤患者染色體t（14；18）易位的斷點(diǎn)處分離出來(lái)，在正常人體中定位于18號(hào)染色體，在患者體內(nèi)則易位于14號(hào)染色體。Bcl-2家族蛋白根據(jù)結(jié)構(gòu)同源性和功能分為3類(lèi)——抗凋亡蛋白包括Bcl-2、Bcl-xL、A-1、Bcl-w、Mcl-1；促凋亡蛋白包括Bax、Bad、Bak、Bim、Bcl-xs等；僅含有BH3結(jié)構(gòu)域的“BH3 only” 蛋白，包括Bad、Bim、Bik、Bid等。這個(gè)家族蛋白幾乎所有的成員都能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器膜的通透性。眾所周知，促細(xì)胞凋亡蛋白Bax和Bak能夠增強(qiáng)線粒體中細(xì)胞色素c的釋放。相反，抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-xL主要通過(guò)抑制線粒體中細(xì)胞色素c的釋放，保護(hù)細(xì)胞免于凋亡?？沟蛲龅鞍譈cl-2和其他成員，調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中Ca²⁺的釋放在細(xì)胞凋亡中的作用雖不像線粒體通道得到大家的認(rèn)可，但還是相當(dāng)重要的。而且，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中釋放出來(lái)的Ca²⁺可以觸發(fā)線粒體釋放細(xì)胞色素c，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。1994年，抗凋亡蛋白Bcl-2及其他成員能夠抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中Ca²⁺的釋放，使胞質(zhì)中Ca²⁺濃度適中，從而抑制細(xì)胞的凋亡。Bcl-2家族蛋白中抗凋亡成員和促凋亡成員對(duì)Ca²⁺的調(diào)控作用是截然相反的，Bcl-2家族蛋白中的促凋亡蛋白促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放Ca²⁺，增強(qiáng)線粒體對(duì)Ca²⁺的吸收，影響線粒體膜的通透性，致使細(xì)胞凋亡；Bcl-2家族蛋白中的抗凋亡蛋白能夠區(qū)分促凋亡的Ca²⁺信號(hào)和抗凋亡的Ca²⁺信號(hào)，抑制前者，增強(qiáng)后者，抑制細(xì)胞凋亡。

2 Ca²⁺在細(xì)胞凋亡和細(xì)胞存活中的調(diào)節(jié)作用

2.1 Ca²⁺從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中釋放：Ca²⁺從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放到胞質(zhì)中的過(guò)程被視為第二信使調(diào)節(jié)細(xì)胞的生存與死亡。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）是細(xì)胞內(nèi)調(diào)節(jié)Ca²⁺動(dòng)態(tài)平衡和信號(hào)傳導(dǎo)的主要細(xì)胞器。Ca²⁺通過(guò)肌漿＼內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子-ATP酶（sarcoplasmic/endoplasmic reticulum Ca²⁺-ATPase，SERCA）泵封存在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，SERCA保持ER管腔內(nèi)Ca²⁺的濃度高于周?chē)募?xì)胞質(zhì)水平。當(dāng)鈣離子從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)經(jīng)與ER膜相關(guān)的1，4，5 - 三磷酸肌醇（IP3）通道（也稱(chēng)為IP3受體）釋放時(shí)產(chǎn)生Ca²⁺信號(hào)。這些Ca²⁺釋放通道有三種亞型，通過(guò)許多不同輔助因子翻譯后修飾，包括磷酸化對(duì)細(xì)胞中的Ca²⁺信號(hào)起到重要作用。從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中釋放到細(xì)胞質(zhì)中的Ca²⁺有兩種表達(dá)形式，一種是高濃度表達(dá)，可能是短暫或持續(xù)的；另一種是成波浪狀高低濃度重復(fù)表達(dá)。許多生理過(guò)程都是Ca²⁺波浪狀表達(dá)，信息通過(guò)重復(fù)尖峰的頻率和振幅進(jìn)行編碼，并將該信息發(fā)送到下游效應(yīng)物，包括鈣離子敏感的磷酸酶和激酶。

2.2 Ca²⁺信號(hào)決定細(xì)胞存亡：Ca²⁺信號(hào)就如同第二信使，通過(guò)Ca²⁺不同形式的表達(dá)來(lái)調(diào)控信息的編碼，例如未成熟T細(xì)胞的T細(xì)胞受體（TCR）的激活反應(yīng)。未成熟的T細(xì)胞主要存在胸腺的皮質(zhì)，TCR活化強(qiáng)度決定了細(xì)胞的生存（陽(yáng)性選擇）或死亡（陰性選擇）。細(xì)胞的生存是由胸腺中弱的TCR活化引起，細(xì)胞死亡是由強(qiáng)TCR活化引起。Ca²⁺信號(hào)介導(dǎo)這兩個(gè)過(guò)程，弱TCR活化誘導(dǎo)Ca²⁺波浪狀表達(dá)，而強(qiáng)大的TCR活化誘導(dǎo)持續(xù)的Ca²⁺水平升高，前者激活活化T細(xì)胞核因子（NFAT），從而上調(diào)促存活細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-2的表達(dá)；后者上調(diào)促凋亡BH3-only蛋白Bim的表達(dá)，從而介導(dǎo)細(xì)胞凋亡。因此，Ca²⁺信號(hào)可以在同一細(xì)胞內(nèi)受到相同刺激時(shí)發(fā)揮雙重作用，如何作用取決于Ca²⁺信號(hào)表達(dá)強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。

2.3 IP3受體產(chǎn)生促凋亡的Ca²⁺信號(hào)：胞質(zhì)中游離Ca²⁺水平升高會(huì)觸發(fā)許多途徑使細(xì)胞凋亡，包括蛋白酶和核酸內(nèi)切酶的激活。Kaiser^[2]等學(xué)者表明糖皮質(zhì)激素能夠介導(dǎo)胞質(zhì)中游離Ca²⁺水平升高，從而導(dǎo)致未成熟的淋巴細(xì)胞死亡，這為理解胞質(zhì)中游離Ca²⁺濃度升高誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡做出開(kāi)創(chuàng)性研究?，F(xiàn)已證明游離Ca²⁺高濃度表達(dá)在糖皮質(zhì)激素介導(dǎo)細(xì)胞凋亡中起關(guān)鍵作用，高濃度的Ca²⁺主要來(lái)自ER的釋放和細(xì)胞外持續(xù)的進(jìn)入?；钚匝酰≧OS），腫瘤壞死因子（TNF），神經(jīng)酰胺，毒胡蘿卜素，糖皮質(zhì)激素，強(qiáng)BCR / TCR活化，生長(zhǎng)因子耗盡等均會(huì)刺激ER中 IP3受體釋放促凋亡的Ca²⁺信號(hào)。在凋亡的早期階段線粒體釋放的細(xì)胞色素C能夠與 IP3受體結(jié)合產(chǎn)生促凋亡的Ca²⁺信號(hào)，而促凋亡的Ca²⁺信號(hào)刺激線粒體繼續(xù)釋放細(xì)胞色素C，形成反饋回路，增強(qiáng)細(xì)胞凋亡。

2.4 IP3受體產(chǎn)生促存活的Ca²⁺信號(hào)：Ca²⁺作為第二信使在許多重要的細(xì)胞過(guò)程中發(fā)揮作用，包括受精，細(xì)胞分裂，分泌和神經(jīng)傳遞等。Ca²⁺信號(hào)可以調(diào)節(jié)線粒體生物性能，促進(jìn)線粒體代謝，從而直接促進(jìn)細(xì)胞成活。弱BCR / TCR活化，生長(zhǎng)因子，激素，神經(jīng)遞質(zhì)，三磷酸腺苷（ATP）等因素會(huì)刺激IP3受體釋放促存活的Ca²⁺信號(hào)，使游離Ca²⁺成波浪狀表達(dá)。游離Ca²⁺波浪狀表達(dá)維持鈣調(diào)磷酸酶的最佳激活，鈣調(diào)磷酸酶反過(guò)來(lái)去磷酸化，從而激活轉(zhuǎn)錄因子NFAT。因此，Ca²⁺波浪狀表達(dá)通過(guò)NFAT的活化使T細(xì)胞增值和存活，增進(jìn)促存活細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-2（IL-2）的轉(zhuǎn)錄。TCR介導(dǎo)的促存活的Ca²⁺信號(hào)通過(guò)鈣離子敏感轉(zhuǎn)錄因子 NFAT上調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2 and Bcl-XL的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞存活。

3 Bcl-2家族蛋白對(duì)Ca²⁺信號(hào)的作用

Bcl-2家族蛋白中抗凋亡蛋白如Bcl-2 和 Bcl-XL正調(diào)控促存活Ca²⁺信號(hào)的表達(dá)，負(fù)調(diào)控促凋亡Ca²⁺信號(hào)的表達(dá)；而促凋亡Bcl-2家族成員如Bax和Bak正調(diào)控促凋亡的Ca²⁺信號(hào)。

3.1 Bax， Bak及 BH3-Only蛋白增強(qiáng)促凋亡Ca²⁺信號(hào)的表達(dá)：抗凋亡Bcl-2家族成員抑制ER釋放Ca²⁺，而促凋亡家族成員促進(jìn)ER中Ca²⁺的釋放并上調(diào)線粒體對(duì)Ca²⁺的攝取。在前列腺癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)Bax和Bak在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中過(guò)度表達(dá)并且誘導(dǎo)Ca²⁺從ER向線粒體遷移，改變線粒體膜的通透性，觸發(fā)線粒體釋放細(xì)胞色素C從而促使細(xì)胞凋亡。后來(lái)該學(xué)者又用星形孢菌素和多柔比星誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡時(shí)，得到了上述同樣的結(jié)論。此外，基因敲除Bax后，星形孢菌素誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中從ER向線粒體遷移的Ca²⁺明顯減少。Carvalho近期發(fā)現(xiàn)將Bax顯微注射到星膠質(zhì)細(xì)胞中，誘導(dǎo)ER和線粒體都釋放Ca²⁺，使Ca²⁺濃度升高并在細(xì)胞之間傳播，引起細(xì)胞凋亡。Bcl-2家族蛋白中BH3-Only蛋白在調(diào)節(jié)Ca²⁺從ER向線粒體穿行過(guò)程中發(fā)揮積極作用，細(xì)胞毒性應(yīng)激（例如：輻射，多柔比星）和 p53蛋白的過(guò)表達(dá)都可以上調(diào)BH3-Only蛋白Bik的表達(dá)。Bik存在于ER，受到應(yīng)激反應(yīng)使Ca²⁺從ER釋放，此過(guò)程依賴(lài) Bax/Bak的介導(dǎo)。由Bik應(yīng)激反應(yīng)釋放的Ca²⁺能激活GTP酶Drp1，Drp1參與p53蛋白誘導(dǎo)線粒體裂變和細(xì)胞色素C釋放至細(xì)胞質(zhì)等過(guò)程。BH3-Only蛋白Bik通過(guò)增強(qiáng)ER釋放Ca²⁺促進(jìn)細(xì)胞凋亡；然而，活化的唯BH3結(jié)構(gòu)域的Bcl-2家族成員Bid通過(guò)增加線粒體中由IP3受體介導(dǎo)的Ca²⁺濃度促進(jìn)凋亡。

3.2 Bcl-2和Bcl-XL增強(qiáng)促存活Ca²⁺信號(hào)的表達(dá)：Bcl-2支持細(xì)胞存活，不但通過(guò)抑制促凋亡的Ca²⁺信號(hào)產(chǎn)生，而且能夠增強(qiáng)促進(jìn)細(xì)胞增值和存活的Ca²⁺信號(hào)。在T細(xì)胞中，Bcl-2增強(qiáng)弱TCR活化誘導(dǎo)的Ca²⁺信號(hào)的表達(dá)。此外，Bcl-XL能夠增加T細(xì)胞的比例，間接增加弱TCR活化誘導(dǎo)促存活的Ca²⁺信號(hào)，這有利于NFAT活化和細(xì)胞存活。White[3]等在雞DT40 B細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，Bcl-XL和Bcl-2增強(qiáng)BCR活化誘導(dǎo)的Ca²⁺信號(hào)，這有助于通過(guò)增強(qiáng)線粒體生物能促進(jìn)細(xì)胞存活。Bcl-2抑制ER中Ca²⁺的釋放，胞質(zhì)中Ca²⁺高濃度的表達(dá)，星孢素，神經(jīng)酰胺，腫瘤壞死因子和基因毒性應(yīng)激等引起的細(xì)胞凋亡。Bcl-2抑制ER中Ca²⁺的釋放還有另外一種解釋?zhuān)碆cl-2減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中Ca²⁺的濃度^[4]。Bcl-2可能通過(guò)三種機(jī)制減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中Ca²⁺的濃度：（1）Bcl-2的增加會(huì)通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中的IP3受體導(dǎo)致Ca²⁺泄漏，從而減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中Ca²⁺的濃度^[5]。一般內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是通過(guò)多種途徑的Ca²⁺釋放和Ca²⁺內(nèi)流而達(dá)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔Ca²⁺的穩(wěn)態(tài)平衡。在細(xì)胞中，Bcl-2和IP3受體相互作用的過(guò)程中，由于缺少Bax和Bak導(dǎo)致IP3受體過(guò)度磷酸化，增強(qiáng)Ca²⁺泄漏而減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中達(dá)到穩(wěn)態(tài)的Ca²⁺的濃度。這種機(jī)制可能建議我們通過(guò)Bcl-2家族蛋白中抗凋亡家族成員和促凋亡家族成員的比例來(lái)調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中Ca²⁺的濃度，從而調(diào)控細(xì)胞的凋亡與存活。（2）Bcl-2的過(guò)度表達(dá)減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中Ca²⁺的螯合能力，降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中SERCA泵的水平^[6]。Bcl-2的這種作用可能是特定于某些細(xì)胞類(lèi)型或某些SERCA泵的亞型，因?yàn)槠渌芯咳藛T檢測(cè)不到Bcl-2介導(dǎo)SERCA蛋白水平或活性的降低。（3）第三種假設(shè)是Bcl-2在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中形成離子通道口。這種觀點(diǎn)鑒于Bcl-2和Bcl-XL的結(jié)構(gòu)與細(xì)菌霉素的空隙結(jié)構(gòu)相似，相關(guān)研究表明Bcl-2和Bcl-XL形成離子通道口存在于體外培養(yǎng)的人工脂質(zhì)膜上，但是這種觀點(diǎn)尚存在爭(zhēng)議。

4 結(jié)論

綜上所述，Bcl-2家族蛋白主要在兩方面調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡，即線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，線粒體釋放細(xì)胞色素C和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放Ca²⁺，觸發(fā)細(xì)胞凋亡。從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中釋放出來(lái)的Ca²⁺直接作用于線粒體誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或間接激活信號(hào)通路，如上調(diào)促凋亡蛋白Bim的表達(dá)、激活凋亡蛋白Bad、激活蛋白酶和核酸內(nèi)切酶是細(xì)胞裂解凋亡。雖然Bcl-2家族蛋白在細(xì)胞凋亡方面發(fā)揮著重要作用，但有些方面仍不清楚，進(jìn)一步探討B(tài)cl-2家族蛋白在細(xì)胞凋亡中的分子機(jī)制，將有助于了解多種疾病的發(fā)生和發(fā)展，為治療腫瘤提供有效的方法，為新藥研發(fā)提供新的靶目標(biāo)。為將來(lái)能夠達(dá)到治療或者預(yù)防疾病奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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