微絲骨架調(diào)控因子與線粒體凋亡通路相關(guān)因子關(guān)聯(lián)性研究進(jìn)展

謝曉娟 綜述 劉開揚(yáng) 審校

(1.河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院感染管理處，河北 張家口 075000；2.河北北方學(xué)院生命科學(xué)研究中心，河北 張家口 075000)

1 微絲骨架介紹

微絲骨架呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起著支撐細(xì)胞形態(tài)和促進(jìn)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的作用，它可以調(diào)控細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、分裂、攝粒和排粒，并且影響軸突的物質(zhì)運(yùn)輸，也參與胞內(nèi)的各種信號(hào)傳遞，當(dāng)細(xì)胞出現(xiàn)分化和運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生重組。微絲骨架結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，它是由微絲、微管以及中間絲等組成，整體呈網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。其中，微絲是多聚體結(jié)構(gòu)，由球形肌動(dòng)蛋白構(gòu)成，它可在細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，胞質(zhì)分裂、肌肉收縮、信號(hào)傳遞等方面發(fā)揮作用。微管整體呈長(zhǎng)管狀結(jié)構(gòu)，由微管蛋白二聚體(α, β-tubulin)裝配而成，它可在維持細(xì)胞形態(tài)、物質(zhì)運(yùn)輸、染色體運(yùn)動(dòng)等方面發(fā)揮作用[1]。有研究證實(shí)，微絲和微管參與細(xì)胞凋亡的過(guò)程，它們?cè)诘蛲鲞^(guò)程中起著重要的作用。微絲、微管的解聚以及中間絲的破壞都會(huì)造成細(xì)胞凋亡[2]。微絲是凋亡通路的上游成分，有學(xué)者在研究酵母細(xì)胞時(shí)，發(fā)現(xiàn)微絲解聚與細(xì)胞凋亡發(fā)生有關(guān)[3]。另一學(xué)者在研究HL-60細(xì)胞時(shí)，也有類似發(fā)現(xiàn)[4]。細(xì)胞分裂過(guò)程中，微管的裝配受到抑制，從而使姐妹染色單體向兩級(jí)運(yùn)動(dòng)過(guò)程受到阻滯，影響細(xì)胞從分裂中期到后期的轉(zhuǎn)化，影響細(xì)胞周期，使細(xì)胞停滯在分裂期。周期蛋白B1(cyclin B1)和cdc2蛋白激酶活性不變，Bcl-2磷酸化，c-Jun氨基端激酶發(fā)生活化，細(xì)胞凋亡發(fā)生。反之，當(dāng)細(xì)胞發(fā)生凋亡時(shí)，細(xì)胞骨架又會(huì)遭到破壞，骨架內(nèi)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)解聚，凋亡微管網(wǎng)及凋亡小體出現(xiàn)，這一過(guò)程可影響腫瘤細(xì)胞的侵襲及遷移[5]。

2 線粒體凋亡途徑

線粒體途徑、死亡受體途徑以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑是目前最主要的三條凋亡途徑。其中線粒體途徑是最常見的一條。線粒體處于調(diào)控細(xì)胞生命活動(dòng)及細(xì)胞凋亡的中心位置，當(dāng)某些凋亡因素影響線粒體功能時(shí)，會(huì)導(dǎo)致跨膜電位降低，線粒體通透性增強(qiáng)，使得細(xì)胞色素C(Cyt C)和細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)釋放，從而激活線粒體半胱氨酸天冬酶(Caspase)依賴性及非依賴性途徑[6-7]。線粒體通過(guò)釋放凋亡蛋白，引起Caspase發(fā)生級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而損傷細(xì)胞蛋白質(zhì)、DNA等，造成細(xì)胞凋亡[8-9]。其中Bcl-2家族成員在線粒體凋亡途徑中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，它主要分為兩大類：促凋亡蛋白及抗凋亡蛋白。其中促凋亡蛋白包括BMF、Bak、Bax、Bid、Bad、PUMA等，抗凋亡蛋白包括Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w等[10]。有研究指出Bcl-2、Bcl-xL蛋白表達(dá)升高會(huì)抑制成骨細(xì)胞凋亡，而Bax、Bax蛋白表達(dá)升高則加速成骨細(xì)胞的凋亡[11]。

3 微絲骨架調(diào)控因子與線粒體凋亡途徑相關(guān)因子關(guān)聯(lián)性

3.1BMFBMF(Bcl-2-modifying factor) 為Bcl-2家族成員，有著強(qiáng)大的促凋亡的作用，并且靶向定位于細(xì)胞微絲骨架。當(dāng)微絲骨架受到損傷時(shí)，它迅速?gòu)陌麧{進(jìn)入線粒體，激活Bax和Bak，參與線粒體凋亡[12]。BMF的促凋亡作用在多種細(xì)胞中得到證實(shí)：BMF可以調(diào)控淋巴細(xì)胞凋亡及維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定[13]；在心肌細(xì)胞中，缺氧/再給氧條件下可以使BMF表達(dá)發(fā)生上調(diào)并且促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡，而miRNA通過(guò)下調(diào)BMF表達(dá)抑制細(xì)胞凋亡[14]。BMF的凋亡活性受磷酸化調(diào)控，JNK通過(guò)磷酸化BMF第74位絲氨酸從而提高其促凋亡活性[15]，ERK2通過(guò)磷酸化第77位絲氨酸使得促凋亡活性下降[16]。這些研究說(shuō)明微絲骨架的破壞及細(xì)胞凋亡與線粒體途徑中BMF關(guān)系密切，而阻斷線粒體通路的傳導(dǎo)可以是抗凋亡及減少微絲骨架損傷的一種手段。

3.2RhoA/ROCK信號(hào)通路 RhoA/ROCK通路是目前發(fā)現(xiàn)與微絲骨架改變關(guān)系最密切的信號(hào)途徑，影響著多種腫瘤的侵襲和遷移。ROCK屬于絲氨酸、蘇氨酸蛋白激酶中的一種，p-MYPT1的磷酸化代表著ROCK通路激活，p-MYPT1的磷酸化水平越高，ROCK的活性越高。RhoA轉(zhuǎn)導(dǎo)活化信號(hào)激活ROCK通路，ROCK激活后可調(diào)節(jié)下游的磷酸化反應(yīng)，然后通過(guò)聚合肌動(dòng)蛋白微絲骨架介導(dǎo)平滑肌細(xì)胞發(fā)生一系列改變，比如收縮、增殖和凋亡等[17-18]。Rho家族成員能夠調(diào)節(jié)F-actin聚合、并且影響細(xì)胞極性、細(xì)胞遷移和膜轉(zhuǎn)運(yùn)、胞內(nèi)連接裝配[19]。其中Rho、Rac能夠被胞外信號(hào)激活，誘導(dǎo)肌動(dòng)蛋白骨架的組裝，影響細(xì)胞形態(tài)。RhoA與應(yīng)力纖維形成相關(guān)；Racl誘導(dǎo)膜皺褶和板狀偽足形成；Cdc42(細(xì)胞分裂周期蛋白42)與絲狀偽足的形成有著密切的關(guān)系[20-21]。F-actin為微絲骨架主要組成部分，它是微絲蛋白的多聚體，由應(yīng)力纖維、絲狀偽足、板狀偽足、皮質(zhì)肌動(dòng)蛋白、膜皺褶等結(jié)構(gòu)組成，若F-actin遭到破壞，使得細(xì)胞形態(tài)及生長(zhǎng)狀態(tài)改變[22]。RhoA/ROCK通路通過(guò)調(diào)控F-actin重組，影響腫瘤細(xì)胞形態(tài)及侵襲遷移過(guò)程。目前發(fā)現(xiàn)與細(xì)胞微絲骨架相關(guān)的因子有Rho-GTP酶家族成員，包括GTpases、RhoA、RhoG、AKT、Racl、PKA、Caspase-3、Bcl-2等因子[23-24]。若RhoA/ROCK信號(hào)通路蛋白損傷，則可能會(huì)對(duì)細(xì)胞骨架完整性及其功能造成影響，促使細(xì)胞發(fā)生凋亡。有報(bào)道指出 RhoA/ROCK通路通過(guò)激活P53基因，使得Bax上調(diào)，從而讓Bax/Bcl-2比值出現(xiàn)變化，進(jìn)而激活caspase3造成凋亡的發(fā)生[25]。

3.3MAPK信號(hào)通路 有絲分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)是細(xì)胞內(nèi)重要的信號(hào)傳導(dǎo)途徑，它的三個(gè)主要成員是：JNK、ERK1/2和p38MAPK[26-27]。MAPK通路通過(guò)影響微絲骨架穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)與微絲骨架相關(guān)的生命活動(dòng)，包括細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、遷移、分化等。另一方面，微絲骨架中相關(guān)馬達(dá)蛋白可以激活MAPK通路[28]。MAPK通路通過(guò)對(duì)微絲骨架中微絲、微管、中間絲調(diào)節(jié)來(lái)影響相關(guān)的生命活動(dòng)。JNK、ERK1/2和p38MAPK激活能夠使微管相關(guān)蛋白過(guò)度磷酸化導(dǎo)致微管的重排從而影響微管功能[29]。J.Du等[30]研究發(fā)現(xiàn)p38MAPK通路激活影響到微絲的重排，導(dǎo)致腎細(xì)胞粘附性降低。p38MAPK通路通過(guò)影響角蛋白磷酸化狀態(tài)改變中間纖維排列從而改變細(xì)胞形態(tài)。P38MAPK活性升高，促使角蛋白顆粒形成，而活性降低則阻止角蛋白絲分解，此通路通過(guò)影響微絲骨架的結(jié)構(gòu)，在細(xì)胞凋亡中發(fā)揮作用[31]。JNK通路的激活主要由于ROS過(guò)量[32]，它通過(guò)降低線粒體跨膜電位，改變線粒體膜通透性，活化P53家族蛋白，以及上調(diào)Bax、Bad表達(dá)，下調(diào)Bcl-2表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[33-34]。

3.4AKT信號(hào)通路 AKT又稱為蛋白激酶B(PKB)，屬于絲氨酸/蘇氨酸激酶的一種，主要通過(guò)PI3K-AKT途徑參與細(xì)胞的增殖、侵襲等[35]。有研究指出AKT影響乳腺癌細(xì)胞的遷移，并且主要與微絲骨架的重新構(gòu)建相關(guān)[36]。有研究指出微絲骨架受到多種微絲交聯(lián)蛋白調(diào)控，如：Girdin、families、fimbrin、villin、scruin等。AKT能夠磷酸化Girdin蛋白C-末端區(qū)域的ser-1416位點(diǎn)，造成微絲骨架的重新構(gòu)建[37]。有多項(xiàng)研究證明Girdin與腫瘤細(xì)胞的侵襲及遷移關(guān)系密切。在研究膠質(zhì)瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移中發(fā)現(xiàn)，Girdin可通過(guò)PI3K-AKT途徑發(fā)揮作用[38-39]。在小鼠受精卵中Girdin蛋白受AKT調(diào)控，它的改變影響受精卵的微絲骨架聚集[40]。當(dāng)PI3K/AKT通路激活，使得促凋亡蛋白Bax、Bad等表達(dá)降低，抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-xL等表達(dá)升高，減少經(jīng)線粒體途徑凋亡的發(fā)生[41-42]。

3.5FAK/mTOR通路 FAK是一種非受體酪氨酸激酶，屬于黏著斑激酶的一種。它的變化與微絲骨架的改變有著極大的關(guān)系，并且影響著黏著斑的解離，還能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞活性，抑制細(xì)胞凋亡，在腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲以及有絲分裂過(guò)程中扮演著重要的角色[43-44]。當(dāng)細(xì)胞收到外來(lái)刺激時(shí)，F(xiàn)AK可通過(guò)一系列復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)對(duì)細(xì)胞骨架黏著斑和細(xì)胞膜產(chǎn)生巨大的影響，這些作用最終影響細(xì)胞的遷移和侵襲過(guò)程[45-46]；FAK與其他蛋白偶聯(lián)構(gòu)成的FAK/PI3K-AKT/RAC、FAK/PI3K-AKT/mTOR等信號(hào)通路影響細(xì)胞骨架的重新構(gòu)建，以及黏著斑等結(jié)構(gòu)的形成[47]。FAK能夠整合來(lái)自生長(zhǎng)因子、整合素和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體的信號(hào)，激活PI3K/AKT、MAPK等下游信號(hào)通路，參與細(xì)胞的增殖、遷移和凋亡等。FAK抑制細(xì)胞發(fā)生凋亡，主要通過(guò)介導(dǎo)AKT和NF-kB通路[48-49]。有學(xué)者研究小鼠骨肉瘤中FAK表達(dá)時(shí)發(fā)現(xiàn)，它的失活與半胱天冬酶(Caspase)介導(dǎo)的凋亡通路有關(guān)[50]。在FAK介導(dǎo)的生存信號(hào)通路中，Ras發(fā)揮重要的作用，當(dāng)激活PI3K通路后，活化Bad、NF-κB、Survivin等下游信號(hào)分子，造成Bcl-2表達(dá)上調(diào)[51]。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，微絲骨架調(diào)控因子與線粒體凋亡途徑相關(guān)的眾多因子都有關(guān)聯(lián)，其中線粒體通路中BMF蛋白以及RhoA/ROCK信號(hào)通路以及MAPK信號(hào)通路對(duì)微絲骨架因子的調(diào)控呈正相關(guān)，而 AKT信號(hào)通路和FAK/mTOR通路對(duì)微絲骨架因子的調(diào)控成負(fù)相關(guān)。越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，微絲骨架與腫瘤細(xì)胞的侵襲、遷移以及凋亡中發(fā)揮重要的作用，但其相關(guān)機(jī)制還未完全了解，隨著對(duì)微絲骨架調(diào)控因子與凋亡通路相關(guān)因子關(guān)聯(lián)性研究的深入，將會(huì)在抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展及治療中提供新的思路。