細(xì)胞凋亡關(guān)鍵啟動基因BAX與惡性腫瘤

劉大銳，李報春

(解放軍第960醫(yī)院泰安院區(qū)呼吸科，山東 泰安)

0 引言

細(xì)胞凋亡(apoptosis)是細(xì)胞內(nèi)預(yù)存的由相關(guān)基因調(diào)控的死亡程序，為了維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，被某種因素誘發(fā)，進(jìn)而引起細(xì)胞死亡的過程, 也稱為程序性細(xì)胞死亡(programmed cell death, PCD)[1]。細(xì)胞凋亡能夠清除機(jī)體損傷的、衰老的、異常的、多余的細(xì)胞，是機(jī)體保持正常生長發(fā)育和維持自身環(huán)境穩(wěn)定的重要生物學(xué)現(xiàn)象。然而機(jī)體不能維持自身細(xì)胞數(shù)量的適當(dāng)平衡是腫瘤的重要特征之一[2]。細(xì)胞凋亡不足常導(dǎo)致了惡性腫瘤、自身免疫性疾病的發(fā)生。細(xì)胞凋亡過度則導(dǎo)致退行性病變、免疫缺陷密切相關(guān)疾病的發(fā)生。細(xì)胞凋亡有兩條傳導(dǎo)通路[3]，其中重要的一條為線粒體傳導(dǎo)通路，也稱內(nèi)源性細(xì)胞凋亡傳導(dǎo)通路，這條通路中，BAX位于細(xì)胞凋亡啟動的關(guān)鍵位置，是激活Caspase家族成員的重要因子。它不但可以形成同聚體促進(jìn)細(xì)胞凋亡，而且可以與Bcl-2相結(jié)合形成雜二聚體，抑制Bcl-2的抗凋亡作用[4]。促進(jìn)Caspase家族的活化以及增加線粒體中細(xì)胞色素C的釋放是BAX促進(jìn)細(xì)胞凋亡的重要途徑[5]。

1 BAX

1.1 BAX的分子結(jié)構(gòu)

BAX (Bcl-2-associated X protein)是1993年由Oltvai等科學(xué)家在用免疫沉淀等實(shí)驗(yàn)方法研究IL-3依賴的細(xì)胞凋亡過程時首次發(fā)現(xiàn)，他們在人及鼠的B淋巴細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一種與Bcl-2蛋白一起發(fā)生沉淀的蛋白質(zhì)，命名為BAX基因[6]。BAX基因是Bcl-2基因家族中的一員，位于染色體19q13.3-19q13.4,由192個氨基酸組成，分子量為21 KD，基因含有6個外顯子，長度為4.5kL。在人體的多種組織細(xì)胞中廣泛分布著BAX基因，它具有高度保守性[7]。根據(jù)mRNA的剪接方式分類，Bax-mRNA共有αβδγσζ6個亞型。Bcl-2基因含有BH1、BH2和BH3三個保守區(qū)域，這些區(qū)域與BAX蛋白具有高度同源性。這些保守區(qū)域是參與細(xì)胞凋亡及凋亡調(diào)控，是BAX自身和與Bcl-2家族成員形成同型或異型二聚體的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。BH3區(qū)域?qū)?xì)胞凋亡抑制蛋白主要起拮抗作用。雜二聚化的BH3對于促進(jìn)細(xì)胞凋亡是必需的[8]。大量研究表明：細(xì)胞凋亡的發(fā)生是由BAX中的BH3區(qū)域與Bcl-2結(jié)合形成雜二聚體后進(jìn)一步參與的。BAX是一種可溶性蛋白，它主要分布在細(xì)胞漿中。當(dāng)細(xì)胞凋亡發(fā)生時，BAX基因從細(xì)胞漿轉(zhuǎn)移到線粒體外膜上，并與線粒體外膜結(jié)合，形成一個通道，從而啟動細(xì)胞凋亡[9]。

1.2 BAX促進(jìn)細(xì)胞凋亡的具體作用機(jī)制

目前科學(xué)家認(rèn)為，BAX通常以單體的形式存在于細(xì)胞漿中，當(dāng)受到機(jī)體內(nèi)外某種因素的刺激時，線粒體外膜滲透性會明顯增加，BAX轉(zhuǎn)移至線粒體外膜，并形成寡聚體。Bornor等學(xué)者[10]提出可能存在以下兩種作用機(jī)制。BAX蛋白在受到某種凋亡刺激后，它的構(gòu)象發(fā)生了相應(yīng)變化，經(jīng)過此變化后，可能作用于線粒體膜上已存在的通道，如腺嘌呤轉(zhuǎn)運(yùn)通道(ANT)、電壓依賴性陰離子通道(VDAC)，也可能在線粒體膜上形成某種新的通道。已存在的通道孔徑擴(kuò)大，線粒體內(nèi)相對分子量較大的因子釋放出來。促凋亡因子如：核酸內(nèi)切酶G、Cyt-c、Smac/Diablo釋放細(xì)胞色素C到胞漿中，細(xì)胞色素C參與了由Apaf-1和Caspase-9酶原組成的信號復(fù)合體的形成，Caspase-9活化，從而激活下游細(xì)胞凋亡相關(guān)基因Caspase-7、Caspase-3等，進(jìn)一步啟動細(xì)胞凋亡級聯(lián)反應(yīng)。Smac/Diablo、HtrA2/Om等細(xì)胞凋亡因子通過對凋亡抑制蛋白(IAP)的抑制作用，調(diào)節(jié)Caspase酶原的活化。因此，BAX蛋白的主要功能是直接調(diào)節(jié)線粒體膜的通透性，參與促細(xì)胞凋亡因子的釋放，從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡的產(chǎn)生。

影響B(tài)AX基因啟動細(xì)胞凋亡的主要因素有：①細(xì)胞內(nèi)Mg2+和Ca2+濃度：有學(xué)者認(rèn)為，BAX基因誘導(dǎo)細(xì)胞色素C的釋放，對Mg2+濃度有高度依賴性，Ca2+對BAX有協(xié)同作用。②酸性環(huán)境：酸性環(huán)境可促進(jìn)BAX基因表達(dá)、抑制細(xì)胞存活，加速細(xì)胞凋亡。Park等學(xué)者[11]報道輻射誘導(dǎo)的人直腸癌細(xì)胞凋亡中，培養(yǎng)環(huán)境pH6.6時的BAX蛋白表達(dá)量，比pH7.5時顯著增加。③細(xì)胞因子：細(xì)胞因子使細(xì)胞內(nèi)BAX基因濃度降低，抑制細(xì)胞色素C釋放，BAX基因的C末端區(qū)域產(chǎn)生磷酸化，影響B(tài)AX基因同源二聚體形成，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)pH值等。NakagamiH等學(xué)者[12]報道，肝細(xì)胞生長因子保護(hù)高濃度葡萄糖對血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷，與抑制BAX基因從胞質(zhì)轉(zhuǎn)位到線粒體有關(guān)。

2 BAX與惡性腫瘤

BAX基因在人體內(nèi)廣泛分布，尤其是在胃腺體、肝臟、心肌、淋巴結(jié)、神經(jīng)元、附睪、生發(fā)中心等組織器官中表達(dá)較高[13]。相關(guān)研究表明，BAX在腫瘤發(fā)生、發(fā)展、治療、預(yù)后等諸多方面起著至關(guān)重要的作用，雖然來自不同組織的腫瘤的結(jié)論不完全一致。進(jìn)一步的研究表明，一些腫瘤的體細(xì)胞中有BAX基因的閱讀框架移位突變，例如在結(jié)腸腺癌中約50%的微衛(wèi)星突變子的表現(xiàn)型有BAX基因的閱讀框架移位突變。在胃癌發(fā)生過程中，BAX基因閱讀框架移位突變起重要作用，60%的胃癌高度微衛(wèi)星不穩(wěn)定腫瘤中發(fā)現(xiàn)有BAX基因的閱讀框架移位突變。

2.1 BAX與食管癌

Sarbia等學(xué)者[14]用免疫組織化學(xué)的方法研究發(fā)現(xiàn)，食管癌中BAX基因表達(dá)與食管癌的臨床病理分級呈明顯的負(fù)相關(guān)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，而與腫瘤的大小、臨床分期等無明顯相關(guān)性(P＞0.05)。張明等學(xué)者[15]用流式免疫熒光的方法研究發(fā)現(xiàn)，BAX基因表達(dá)與腫瘤的臨床分期、臨床病理分級以及是否發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移無明顯相關(guān)性(P＞0.05)，從而提示BAX基因暫時還不能成為我們判斷食道癌治療及預(yù)后的關(guān)鍵參數(shù)，但相關(guān)研究同時發(fā)現(xiàn)，BAX基因陽性表達(dá)者其平均凋亡指數(shù)值明顯高于BAX陰性表達(dá)者，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，從而說明BAX基因在食管癌的發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用，BAX基因參與了食管癌發(fā)生或發(fā)展中的細(xì)胞凋亡過程。

2.2 BAX與胃癌

岑延增等學(xué)者[16]研究表明BAX在低分化癌中的表達(dá)率明顯低于高分化癌，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05), 無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移者明顯低于有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移者表達(dá)率，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，而與胃癌患者的年齡、性別以及胃癌的lauren分型無明顯相關(guān)性(P＞0.05)。Komastsu等學(xué)者[17]研究發(fā)現(xiàn)，用免疫組織化學(xué)的方法胃粘膜組織病變中BAX基因表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)BAX基因在胃癌組織組織的表達(dá)明顯低于非胃癌組織的表達(dá)率，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。在胃粘膜組織發(fā)生癌變的早期，如萎縮性胃炎伴腸化、萎縮性胃炎伴不典型增生時就已經(jīng)發(fā)生了BAX基因的異常表達(dá)。BAX基因與胃癌分化程度及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)，與胃癌的組織學(xué)分類無明顯相關(guān)性(P＞0.05)。Koshida等學(xué)者[18]研究表明，低分化胃癌中BAX基因的表達(dá)明顯低于高分化胃癌，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，而與腫瘤浸潤程度、大小、及是否發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移無明顯相關(guān)性(P＜0.05)。

胃癌組織中BAX基因低表達(dá)，BAX促凋亡作用減弱，細(xì)胞凋亡減少，使得一些受損的胃粘膜細(xì)胞逃避了機(jī)體細(xì)胞的正常凋亡過程，使之成為增殖迅速的細(xì)胞，進(jìn)一步發(fā)展可能形成惡性腫瘤細(xì)胞。BAX蛋白在胃癌組織中的低表達(dá)可能由基因突變引起[19]。胃癌組織中BAX基因的激活在凋亡調(diào)控中起重要作用，能增加胃癌細(xì)胞對化療的療效，將BAX基因?qū)胛赴┘?xì)胞系中可以增強(qiáng)對化療藥物DDP、Vpa53誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的敏感性，同時細(xì)胞凋亡增多，增殖減少，凋亡的調(diào)控障礙與惡性腫瘤的發(fā)展及抗藥、耐藥性密切相關(guān)。Gil等學(xué)者[20]研究發(fā)現(xiàn)，胃癌發(fā)生過程中，BAX基因的第169號密碼子存在錯義突變，產(chǎn)生的蛋氨酸或丙氨酸替換了BAX基因中的蘇氨酸，進(jìn)而降低了蛋白抑制細(xì)胞的凋亡能力，最終導(dǎo)致胃癌的發(fā)生。

綜上，BAX基因在細(xì)胞凋亡傳導(dǎo)通路中處于關(guān)鍵啟動位置，BAX基因的啟動異常直接導(dǎo)致惡性腫瘤等疾病的發(fā)生。隨著對BAX基因的更深入研究，將為未來疾病的診斷治療提供突破口。