近3年線粒體介導(dǎo)細胞凋亡的研究進展

向軍軍 ，賴菁菁，胡躍強

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近3年線粒體介導(dǎo)細胞凋亡的研究進展

向軍軍1，賴菁菁1，胡躍強2

1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)2013級碩士研究生(南寧 530001)，E-mail：464674203@qq.com；2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院

摘要：線粒體是細胞活動的“動力工廠”，在調(diào)節(jié)細胞生存凋亡過程中發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。在細胞凋亡過程中，線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔過度的開放會促使線粒體跨膜電位降低，導(dǎo)致一些相關(guān)的促凋亡因子，如細胞色素C凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis inducing factor，AIF)、B 細胞淋巴瘤-2(Bcl-2)家族以及膜間隙中的Caspase 前體蛋白(procaspase)等從線粒體中釋放進入胞質(zhì)，共同參與對細胞的調(diào)節(jié)。研究線粒體對細胞凋亡的機制，對于研究調(diào)控細胞凋亡具有極其重要的理論意義。本研究以線粒體對細胞凋亡作用近3年研究為基礎(chǔ)，對線粒體介導(dǎo)細胞凋亡中的作用機制進行綜述。

關(guān)鍵詞：細胞凋亡；線粒體；跨膜電位；膜通透性轉(zhuǎn)變孔；線粒體蛋白

細胞凋亡(apoptosis)是一種主動的、程序性的由基因控制的細胞自主性死亡方式，又稱其為細胞程序性死亡(programmed cell death，PCD)[1]。近年來凋亡研究已細化到線粒體介導(dǎo)細胞死亡調(diào)控的模式。并發(fā)現(xiàn)在細胞死亡的經(jīng)典表現(xiàn)出現(xiàn)前，線粒體在膜完整性已經(jīng)發(fā)生了改變，此改變包括了線粒體的內(nèi)膜和外膜。因此認為線粒體對真核細胞在凋亡的調(diào)節(jié)中也發(fā)揮著重要作用。本研究從近3年線粒體跨膜電位、通透性轉(zhuǎn)換孔和線粒體相關(guān)蛋白方面進行綜述，以期能為研究提供思路。

1線粒體膜通透性改變

線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔是存在于線粒體內(nèi)外膜之間的一組蛋白復(fù)合體和非特異性通道，其主要作用于線粒體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)換孔開放；當(dāng)轉(zhuǎn)換孔開放時，內(nèi)膜上離子平衡被打破，基質(zhì)水腫和外膜破裂，激活相關(guān)的凋亡因子，從而介導(dǎo)細胞死亡。線粒體通透性轉(zhuǎn)變孔與細胞凋亡線粒體通透性轉(zhuǎn)變孔(MPTP)同位于其內(nèi)外膜之間。其周期性開放對維持線粒體內(nèi)的穩(wěn)態(tài)及電生理化學(xué)平衡起著重要作用。20世紀50年代MPTP 于線粒體基質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度升高后出現(xiàn)廣泛可逆性水腫時首次觀察到[2]。目前研究認為，MPTP 是細胞凋亡及壞死的共同通路。抑制線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔開放可改善心肌的舒縮及興奮恢復(fù)性質(zhì)，可能與其對衰竭心肌細胞能量代謝的影響有關(guān)[3]。最新研究顯示，陳亞妮等[4]通過觀察速效救心丸對心肌缺血/再灌注大鼠線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔及心肌細胞凋亡的影響，認為速效救心丸對大鼠心肌缺血/再灌注損傷具有一定的保護作用，其機制可能與抑制MPTP 的開放有關(guān)。

2線粒體跨膜電位改變

細胞凋亡在細胞凋亡早期，線粒體外膜對蛋白質(zhì)的通透性增高，線粒體內(nèi)膜的跨膜潛能降低[5]。當(dāng)細胞凋亡信號傳遞至線粒體時，激活第 2 信使，如 Ca2+、Bcl-2(Bax)、神經(jīng)酰胺和活性氧等；使線粒體釋放出細胞色素C(Cyt-C)與凋亡蛋白酶激活因子1(Apaf-1)和 Caspases-9 形成復(fù)合體，導(dǎo)致Caspases-9的激活，進而繼續(xù)激活下游效應(yīng)因子Caspases-3、Caspases-6、Caspases-7，使細胞進入凋亡[6]。有研究顯示穿心蓮內(nèi)酯可以抑制人SKOV3、A431、HL-60細胞增殖，并可誘導(dǎo)SKOV3、A431細胞凋亡，其誘導(dǎo)凋亡可能與線粒體膜電位(MMP)下降有關(guān)[7-8]。有研究推測苦參堿影響線粒體的跨膜電位的MMP通道，其會導(dǎo)致MMP通道打開，從而觸發(fā)細胞凋亡的發(fā)生[9]。谷牧人等[10]用苦參堿對人乳腺癌MCF-7 細胞促凋亡作用分析，其促凋亡作用可能是通過降低線粒體跨膜電位而使MMP的通道打開。向明燈等[11]通過四溴雙酚A 對HepG2細胞線粒體膜電位及凋亡的影響研究。隨TBBPA 處理濃度增加，HepG2細胞存活率相應(yīng)降低，線粒體跨膜膜電位下降，細胞凋亡率隨之增加，通過降低線粒體膜電位可引起細胞凋亡。多項研究表明在細胞凋亡中，都出現(xiàn)了膜電位的下降，且發(fā)生于細胞凋亡的形態(tài)學(xué)改變之前。此研究說明膜電位下降為凋亡的特異性改變，如果能保護線粒體膜電位的穩(wěn)態(tài)，則有可能減少細胞凋亡[12-13]。

3線粒體相關(guān)蛋白的影響

3.1細胞色素C細胞色素C釋放是目前研究比較清楚的細胞凋亡生物化學(xué)途徑。正常情況下Cyt-C存在于線粒體內(nèi)，參與線粒體呼吸鏈電子傳遞和細胞凋亡過程。在Bcl-2 等細胞凋亡因素刺激下，Cyt-C由線粒體內(nèi)釋放到細胞質(zhì)內(nèi)，當(dāng)Cyt-C由線粒體內(nèi)釋放到細胞質(zhì)中被認為是細胞凋亡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。潘曉青等[14]研究表明，低硒時Cyt-c通過從線粒體釋放入胞質(zhì)發(fā)揮凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，激活下游凋亡蛋白引起心肌細胞的凋亡。王雪芹等[15]研究顯示，當(dāng)線粒體外膜通透性改變和膜電位下降，使游離的 Cyt-C釋放至胞質(zhì)的含量增加，進入胞質(zhì)內(nèi)的Cyt-C 引起線粒體凋亡通路的下游基因蛋白發(fā)揮凋亡效應(yīng)。

3.2凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)凋亡誘導(dǎo)因子是一種主要的凋亡效應(yīng)蛋白，主要位于線粒體膜間隙。關(guān)于其機制研究，趙宏賢等[16]通過對大鼠小腸平滑肌細胞受到凋亡因素刺激研究，顯示小腸肌層平滑肌線粒體內(nèi)膜兩側(cè)電子梯度發(fā)生變化，引起線粒體膜電位下降，進而導(dǎo)致凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis in ducing factor，AIF)釋放進入胞質(zhì)，引起細胞凋亡。張道宮等[17]通過對PARP-1 介導(dǎo)的AIF 通路參與了慶大霉素內(nèi)耳損傷導(dǎo)致的前庭毛細胞凋亡的研究結(jié)果提示，其機制可能是通過PARP-1 活化而引起AIF 核轉(zhuǎn)位，誘導(dǎo)毛細胞的凋亡。徐勇剛等[18]實驗結(jié)果表明，在SDT 致大鼠C6 膠質(zhì)瘤細胞凋亡的過程中，AIF參與對細胞的凋亡作用。并推測其途徑可能為，SDT 使線粒體膜通透性增加，位于膜間隙的AIF 從線粒體轉(zhuǎn)位至細胞質(zhì)中，進而AIF 又轉(zhuǎn)位至膠質(zhì)瘤細胞周圍和細胞核中，引起大鼠C6 膠質(zhì)瘤細胞凋亡。

3.3Bcl-2家族蛋白B細胞淋巴瘤-2(Bcl-2)家族蛋白是線粒體凋亡途徑的關(guān)鍵，在細胞凋亡過程中有重要的作用[19]。主要是通過調(diào)節(jié)線粒體膜孔隙所形成的蛋白，進而調(diào)節(jié)線粒體促凋亡因子的釋放，參與線粒體介導(dǎo)的細胞凋亡。

3.3.1抗凋亡蛋白B細胞淋巴瘤-2(Bcl-2)Bcl-2是重要的凋亡抑制蛋白，在即將凋亡的細胞中呈低表達。Bcl-2蛋白主要通過形成同源或異源二聚體，以及與胞內(nèi)蛋白因子的相互作用阻遏PCD，Bax及BH3類蛋白則促進細胞凋亡。有研究顯示下調(diào)Bcl-2蛋白的表達，會促進細胞凋亡[20]。戴焱焱等[21]通過長期對人細胞HEPG2藥物干預(yù)后檢測顯示，抗凋亡蛋白Bcl-2呈時間依賴性降低，促凋亡蛋白Bax呈時間依賴性增加。因此而證實線粒體中Bcl-2蛋白在細胞凋亡中起到重要的作用。

3.3.2促凋亡蛋白Bax促凋亡蛋白Bax 在正常情況下其主要存在于細胞質(zhì)中，當(dāng)細胞受到凋亡刺激后才轉(zhuǎn)位至線粒體上，作用于線粒體，促使線粒體產(chǎn)生系列變化介導(dǎo)細胞凋亡。關(guān)于Bax蛋白對細胞凋亡的研究較多，其中Zhang 等[22]在研究PHB 蛋白表達與人體胃癌細胞系BGC823 細胞凋亡之間的聯(lián)系時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Bax 表達上調(diào)時，細胞凋亡率升高。Sehrawat 等[23]通過對花姜酮作用于人乳腺癌細胞(MCF-7、MDA-MB-231)研究，發(fā)現(xiàn)該藥物能同時促進Bax的表達，誘導(dǎo)細胞發(fā)生凋亡。Goloudina等[24]研究指出，在癌細胞中，當(dāng)Wip1 磷酸酶過表達時，能促進Bax 表達，二者協(xié)同促進癌細胞的凋亡。全超等[25]通過研究磷脂氫谷胱甘肽過氧化物酶(PHGPx)對p，p’-DDE 誘導(dǎo)大鼠睪丸生精細胞凋亡的作用時發(fā)現(xiàn)，一定劑量的p，p’-DDE 可以促使Bax 表達水平顯著升高。國內(nèi)外研究均證實了Bax表達量的上調(diào)與細胞凋亡呈正相關(guān)。

3.4半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)家族Caspase家族是近年來最新發(fā)現(xiàn)存在于胞質(zhì)溶膠中結(jié)構(gòu)相關(guān)的半胱氨酸蛋白酶，主要位于細胞凋亡調(diào)控的下游。其家族共分三類：凋亡啟動因子、凋亡執(zhí)行因子以及炎癥介導(dǎo)因子。其中凋亡啟動因子主要位于級聯(lián)反應(yīng)的上游，其中包括Caspase-2、Caspase-8 和Caspase-9 等，然后在相關(guān)蛋白的輔助作用下發(fā)生活化，進而識別及激活下游的Caspase。此類研究國內(nèi)外較多，Cheng 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)雄黃作用于宮頸癌細胞后，通過促進細胞色素C的釋放，并激活Caspase-3，使細胞進入不可逆的凋亡階段。Imre 等[27]通過觀察金黃色葡萄球菌α-毒素及氣單胞菌溶素誘導(dǎo)的上皮細胞凋亡研究時發(fā)現(xiàn)，Caspase-2 為凋亡啟動因子并促使細胞發(fā)生凋亡，同時研究還發(fā)現(xiàn)Caspase-2 的表達下調(diào)可以抑制細菌成孔毒素介導(dǎo)的細胞凋亡。

4小結(jié)與展望

細胞凋亡與線粒體關(guān)系密切。在細胞凋亡過程中，當(dāng)內(nèi)外凋亡刺激作用于線粒體后，引起線粒體通透膜及相關(guān)蛋白的釋放，促使細胞進入凋亡程序。近年來對細胞凋亡的研究主要集中在線粒體上，關(guān)于其與細胞凋亡的相互作用機制已漸進成熟。但對于凋亡刺激作用后，凋亡蛋白的如何整合至線粒體及上下游蛋白的表達機制或許可以能有更全面的認識。進一步研究線粒體在細胞凋亡中的作用，有助于深入了解細胞凋亡的機制。一方面，可嘗試通過作用于線粒體通路中諸多調(diào)控蛋白在細胞凋亡過程中的作用靶點來阻斷凋亡繼續(xù)進行，從而治療相關(guān)疾病。另一方面，可利用其凋亡機制深入探索干預(yù)癌癥細胞的治療，促使癌細胞凋亡，以達到治愈癌癥的目的。線粒體與細胞凋亡的研究在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展有著重要意義。

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(本文編輯王雅潔)

基金項目：廣西高等學(xué)校優(yōu)秀中青年骨干教師培養(yǎng)工程資助成果(No.重2012046)

通訊作者：胡躍強，E-mail：shitousay111@tom.com

中圖分類號：R329.5

文獻標識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1672-1349.2016.13.018

文章編號：1672-1349(2016)13-1497-03

(收稿日期：2015-11-30)