缺血性腦血管疾病中的凋亡基因研究新進(jìn)展

摘要：最近有研究發(fā)現(xiàn)在缺血半影區(qū)或者梗死區(qū)域許多神經(jīng)元在腦缺血幾天或幾小時后出現(xiàn)凋亡并非壞死，神經(jīng)元可在缺血后一段時間后具有復(fù)原的潛能[2]。本文就腦缺血后細(xì)胞凋亡基因如Bcl-2家族，Par-4，P53，Caspase，F(xiàn)as，AIF和IECs細(xì)胞凋亡的調(diào)控機制進(jìn)行一簡要綜述。

關(guān)鍵詞：缺血性腦血管疾??；凋亡相關(guān)基因

腦缺血，即腦部供血不足，導(dǎo)致腦組織功能障礙及死亡，其分為局限性和全腦性。腦缺血可以導(dǎo)致低代謝率，能量供應(yīng)不足，可誘發(fā)視覺，肢體動作和語言障礙，進(jìn)一步可導(dǎo)致心臟呼吸停止，腦組織不可逆損傷[1]。在腦缺血性中風(fēng)發(fā)生的幾分鐘內(nèi)，受到最劇烈的血流量減少影響的腦組織中心會遭受致命創(chuàng)傷隨后立即壞死。包圍壞死中心區(qū)域的是受血流減少影響較小的組織，其功能表現(xiàn)靜息，但仍保持代謝活躍，其邊界區(qū)域就構(gòu)成了缺血半影區(qū)。

腦缺血可以通過不同的途徑誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡，包括內(nèi)源途徑(如Bcl-2家族，P53，Caspase等基因)和外源途徑（如Fas）。下文將介紹腦缺血中不同細(xì)胞凋亡基因（如Bcl-2家族，Par-4，P53，Caspase，F(xiàn)as，AIF和IECs）的最新研究，探討其相關(guān)的凋亡機制。

1 Bcl-2家族基因

B細(xì)胞淋巴瘤-2基因（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）家族蛋白根據(jù)其促進(jìn)或者抑制凋亡的反應(yīng)以及它們所占有的Bcl-2同源區(qū)域（BH）分為三個類：一類為抗凋亡蛋白，包括Bcl-2，Bcl-xL，Bcl-w，Mcl-1和A1/Bfl-1等；一類為促凋亡蛋白，包括Bax，Bak和Bok/Mtd。此兩類均由1-4個Bcl-2同源區(qū)域(Bcl-2 homoIogydo-main，BH)構(gòu)成，BH1-BH4均具有α螺旋結(jié)構(gòu)。另外一類則是BH3-only蛋白（如Bid，Bim/Bod， Bad， Bmf， Bik/Nbk， Blk， Noxa， Puma/Bbc3， Hrk/DP5），其僅占有BH3結(jié)構(gòu)域[3]。Bcl-2能改變線粒體的理化性質(zhì)從而抑制細(xì)胞凋亡，如通過調(diào)節(jié)線粒體膜對一些凋亡蛋白前體的通透性。在全腦缺血再灌注后海馬CA1區(qū)及CA3區(qū)中發(fā)現(xiàn)，Bcl-2過度表達(dá)能減弱Fas和TNFR1蛋白在全腦缺血再灌注后的表達(dá)，明顯減少凋亡細(xì)胞數(shù)[4]。一部分的BH3-only蛋白如Bid、Bad可通過激活Caspase-9或者Apaf-1（凋亡酶激活因子1）誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Bax能允許一些離子和小分子如細(xì)胞色素C等穿過線粒體膜，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，從而引起細(xì)胞凋亡。PUMA蛋白也可以通過誘導(dǎo)細(xì)胞色素C的釋放以及Caspase的激活從而誘導(dǎo)凋亡[5]。然而，抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-w能與Bak形成異源二聚體，隨后中和Bak促凋亡的作用，從而抑制細(xì)胞凋亡。通過免疫組化以及免疫電鏡，研究發(fā)現(xiàn)在腦缺氧缺血新生小鼠模型上，Bcl-2易位到細(xì)胞核內(nèi)并在其中蓄積。他們同時也發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)缺氧缺血后以及在體外培養(yǎng)的人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞（IMR-32）中載體的挑戰(zhàn)后，Bcl-2總體水平下降，蛋白酶抑制劑CX295可阻止其在體內(nèi)外的下降，證明了Bcl-2的減少依賴于蛋白酶。在缺血后的大鼠的同側(cè)紋狀體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，Bcl-2可提高鈣緊張素水平，同時抑制骨形態(tài)發(fā)生蛋白4的表達(dá)，提示著Bcl-2通過下調(diào)BMP-4的表達(dá)的提升缺血誘導(dǎo)紋狀體神經(jīng)發(fā)生的分子調(diào)控機制。在腦缺血中Bcl-2家族基因在神經(jīng)元凋亡的促進(jìn)和抑制都起著舉足輕重的作用。

2 Par-4基因

前列腺凋亡反應(yīng)素-4 (Prostate apoptosis response-4 ，Par-4)，是一種促凋亡基因，Par-4蛋白是凋亡細(xì)胞對外界刺激反應(yīng)而產(chǎn)生的一種亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域蛋白。由于Par-4對PKA 有高度選擇性，所以其能夠誘導(dǎo)含高水平PKA的癌細(xì)胞凋亡，而對正常細(xì)胞不起作用。El-Guendy 發(fā)現(xiàn)了Par-4的效應(yīng)結(jié)構(gòu)域SAC(aa137-195)具有入核、激活Caspase、抑NF-κB活性以及誘導(dǎo)凋亡的能力。Par-4可以激活Fas/FasL-FADD-Caspase8凋亡途徑，還可以降低ζPKC酶的活性，增強WT1（Wilms瘤抑癌基因）的抑制活性，隔絕TOP1（拓?fù)洚悩?gòu)酶1），從而減低NF-κB活性，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。近來發(fā)現(xiàn)在小鼠大腦中動脈閉塞（MCAO）模型中，比較Par-4缺陷型和野生型小鼠體內(nèi)腦靜脈，血腦屏障，腦水腫中白細(xì)胞和血小板的凝集和粘附的情況。結(jié)果顯示Par-4缺乏可部分通過抑制血小板活化和微血管炎癥的衰減，從而保護腦缺血/再灌注帶來的損傷。Par-4在腦缺血對于神經(jīng)元凋亡調(diào)控存在多樣性的特點。

3 P53基因

P53基因是在DNA病毒SV40轉(zhuǎn)染的哺乳動物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的一種與 SV40大T抗原結(jié)合的蛋白。因其分子量為53 kd，故命名為 P53，可以分為野生型和突變型兩種。如果DNA遭受外來損傷，P53可作為轉(zhuǎn)錄因子誘導(dǎo)一系列下游基因的表達(dá)，介導(dǎo)細(xì)胞停止在G1期，使DNA有足夠的時間得到修復(fù)，如果修復(fù)失敗，則啟動凋亡程序清除細(xì)胞。P53可易位到線粒體，隨后與Bcl-xL相互作用從而引起細(xì)胞色素C的釋放從而誘導(dǎo)凋亡。近來也有研究發(fā)現(xiàn)，在短暫性腦缺血大鼠模型中，P53也可以在轉(zhuǎn)錄水平上激活PUMA，后者可以誘導(dǎo)細(xì)胞色素C的釋放以及caspase的激活從而神經(jīng)元的凋亡。就目前的研究顯示，P53主要通過與Bcl-2家族的相互作用調(diào)控凋亡，是否存在其他途徑有待進(jìn)一步研究。

4 Caspase基因

天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶(Cysteine Aspartate Specific Proteases， Caspase)，以無活性的酶原形式存在于細(xì)胞質(zhì)中。迄今已發(fā)現(xiàn)Caspase14種，可以分成三類，第一類是凋亡起始者（-2，-8，-9，-10，-15），第二類是凋亡執(zhí)行者（-3，-6，-7），第三類則與促炎癥反應(yīng)有關(guān)（-1，-4，-5，-11，-12，-13，-14）。目前與腦缺血有關(guān)研究的比較多的是Caspase-3，Caspase-8以及Caspase-9。凋亡誘導(dǎo)期，線粒體膜通透性（PT）改變，造成細(xì)胞色素C的釋放，細(xì)胞色素C可以與凋亡蛋白酶活化因子（Apaf-1）和procaspase-9結(jié)合形成凋亡復(fù)合物（apoptosome），使得procaspase-9自體剪切激活?；罨腃aspase-9又可以激活Caspase-3，Caspase-3可以分裂聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶（PARP），并最終導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡。另外，F(xiàn)as與FasL結(jié)合后形成死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合物，從而激活Caspase-8，后者可啟動Caspase-3的下游裂解，從而分裂聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。Carlsson等在新生9d的小鼠缺血缺氧模型上發(fā)現(xiàn)，相對于野生型的小鼠，Caspase-2缺乏型小鼠表現(xiàn)出更少的壞死和白質(zhì)的損害，而且在丘腦和海馬中Caspase-3的激活顯著的降低，揭示著Caspase-2在Caspase依賴凋亡中扮演著重要的角色。由此可見，Caspase在神經(jīng)元凋亡中起著不可或缺的角色。

5結(jié)論

在缺血性腦血管疾病的發(fā)生發(fā)展過程中，Bcl-2基因家族，Par-4，IECs，P53，Caspase，F(xiàn)as和AIF等多種凋亡基因，以及多種miRNAs均參與了腦細(xì)胞凋亡的發(fā)生。腦缺血中凋亡基因更深入的分子研究，有助于為腦缺血性腦血管疾病提供更好的臨床治療策略。

參考文獻(xiàn)：

[1]Incorporated CH: \"Brain Ischemia (Cerebral Ischemia)\". 2003.

[2]Taylor RC， Cullen SP， Martin SJ: Apoptosis: controlled demolition at the cellular level[J]. Nature reviews Molecular cell biology 2008， 9(3):231-241.

[3]Kvansakul M， Yang H， Fairlie WD， Czabotar PE， Fischer SF， Perugini MA， Huang DC， Colman PM: Vaccinia virus anti-apoptotic F1L is a novel Bcl-2-like domain-swapped dimer that binds a highly selective subset of BH3-containing death ligands[J].Cell death and differentiation，2008， 15(10):1564-1571.

[4]吳剛，薛榮亮，呂建瑞，等.全腦缺血再灌注后Fas、TNFR1蛋白的表達(dá)與細(xì)胞凋亡的關(guān)系及Bcl-2過度表達(dá)對其的影響[J].南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報 2011，31(8).

[5]Nakano K， Vousden KH: PUMA， a novel proapoptotic gene， is induced by p53[J].Molecular cell，2001，7(3):683-694.編輯/申磊