糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)細胞凋亡的研究進展

項曉洪 胡景偉

內(nèi)蒙古醫(yī)科大學赤峰臨床醫(yī)學院兒內(nèi)科，赤峰 024000

糖皮質(zhì)激素（glucocorticoids，GC）是腎上腺皮質(zhì)分泌的一類甾體激素，也可人工合成，是臨床治療中主要用于抑制免疫應(yīng)答、抗炎、抗休克的藥物［1］。但GC 使用也受到不良反應(yīng)的限制，例如骨質(zhì)疏松、高血糖、心血管疾病、加重神經(jīng)損傷等。其機制可能是由GC誘導(dǎo)細胞凋亡引起。在GC敏感細胞中，細胞凋亡通過糖皮質(zhì)激素受體（glucocorticoid receptors，GR）來誘導(dǎo)的。然而，在不同組織細胞中，GC 誘導(dǎo)細胞凋亡信號通路機制不盡相同。本文將從各個器官系統(tǒng)層面講述其誘導(dǎo)凋亡信號傳導(dǎo)通路的研究成果，為臨床使用GC提供一定的理論基礎(chǔ)。

GC誘導(dǎo)細胞凋亡的一般機制

在GC敏感細胞中，細胞凋亡和其他細胞效應(yīng)是通過激活GR 來誘導(dǎo)的GR 是一種類固醇激素受體，與配體結(jié)合后移位到細胞核，發(fā)揮多種基因組和非基因組的效應(yīng)。GR 兩種主要的亞型：GRα 和GRβ。GRα 具有誘導(dǎo)細胞凋亡。雖然GRβ無法結(jié)合GC，但是其可通過競爭共調(diào)節(jié)因子或形成無活性的GRα/GRβ 異源二聚體抑制GRα［2］。GR 介導(dǎo)的基因激活對于GC誘導(dǎo)的細胞凋亡的啟動是必不可少的，因為后者在放線菌素D 和放線菌亞胺的存在下被阻斷，從而表明需要從頭轉(zhuǎn)錄和翻譯［3］。GC誘導(dǎo)細胞凋亡途徑主要包括外在途徑、內(nèi)在途徑及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endoplasmic reticulum stress，ERS），但是GC 誘導(dǎo)的細胞凋亡的經(jīng)典途徑涉及到外在和內(nèi)在的凋亡途徑的激活。具體見圖1。

圖1 GC誘導(dǎo)細胞凋亡的內(nèi)源性及外源性凋亡途徑

1、內(nèi)源性途徑

內(nèi)源性途徑是GR 信號誘導(dǎo)的和線粒體依賴地對各種內(nèi)源性刺激（如紫外線照射和饑餓）做出的反應(yīng)。Bcl2家族成員中抗凋亡成員：Bcl-2、Bcl-XL、Bcl-w，促凋亡成員：Bax、Bcl-Xs、Bad、Bak、Bik、Bid、Bim 等［4］。促凋亡和抗凋亡的Bcl2家族成員之間的相互作用密切調(diào)控著細胞的凋亡反應(yīng)。半胱天冬酶的家族成員（caspases）與凋亡相關(guān)的凋亡啟動因子和效應(yīng)因子。細胞凋亡啟動子：caspase-8、caspase-10、C-FLIPL、caspase-9、caspase-2；細胞凋亡效應(yīng)因子：caspase-3、caspase-7、caspase-6［5］。GC 信號通過上調(diào)促凋亡蛋白Bim 的表達，激活促凋亡蛋白Bak 與Bax，從而促進Bak、Bax形成Bax/Bak寡聚體。Bax/Bak破壞線粒體膜電位，導(dǎo)致細胞色素c和其他凋亡蛋白釋放至胞漿中。然而，這一過程遭到了抗凋亡的Bcl2的家族成員抵抗，如Bcl-2和Bcl-XL，它們結(jié)合并中和了促凋亡的對應(yīng)分子。細胞色素c 激活caspase-3通過形成細胞色素c/Apaf-1/caspase-9復(fù)合體介導(dǎo)。這最終導(dǎo)致細胞凋亡［3］。

2、外源性途徑

外源性途徑是由腫瘤壞死因子受體超家族的死亡受體如Fas（CD95）和腫瘤壞死因子相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體（TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL）啟動的。配體與受體結(jié)合導(dǎo)致死亡受體寡聚，并通過招募適配分子FADD、caspase-8/10和抑制因子flip形成死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合體（death inducing signaling complex，DISC）［6］。在 DISC 復(fù)合體上，caspase-8/10 被自動催化激活后激活下游的caspase-3［5］。 同時 DISC 復(fù)合體 上的 caspase-8/10 介 導(dǎo) 的Bid被切割，它將Bid轉(zhuǎn)化為一種活性形式，從而觸發(fā)細胞色素c 從線粒體中釋放。細胞色素c 結(jié)合APAF-1，從而激活另一個啟動子caspase-9，進而激活效應(yīng)器caspase-3［6］。

循環(huán)系統(tǒng)

1、GC 可通過 ERS 或連接蛋白（junction-mediating and regulatory protein，JMY）誘導(dǎo)細胞凋亡和功能障礙來損傷血管內(nèi)皮細胞

雖然ERS是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中錯誤折疊的蛋白質(zhì)大量地積累引起，但是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可激活未折疊蛋白反應(yīng)來緩解這種壓力。在應(yīng)激狀態(tài)下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)最初試圖通過未折疊蛋白反應(yīng)（unfolded protein response，UPR）信號恢復(fù)內(nèi)環(huán)境平衡，如果UPR 誘導(dǎo)的各種機制不能緩解ERS，內(nèi)源性和外源性的細胞凋亡通路都可以被激活［7］。

1.1、蛋 白 激 酶 樣 ER 激 酶（PKR-like endoplasmic reticulum kinase，PERK）-eIF2α - 激 活 的 轉(zhuǎn) 錄 因 子4（activating transcription factor 4，ATF4）-轉(zhuǎn)錄因子C/EBP 同源蛋白（C/EBP homologous protein，CHOP）信號通路 ERS可激活應(yīng)激感受器，包括PERK、激活的轉(zhuǎn)錄因子6（ATF6）和肌醇需求激酶1（inositol-requiring enzyme 1，IRE1），參與細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)。已知ERS 激活3 個主要信號通路，即PERK-ATF4 軸、ATF6 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和 IRE1a 級聯(lián)反應(yīng)，對于血管內(nèi)皮細胞PERK-ATF4 通路起關(guān)鍵作用。當感受到ERS時，PERK寡聚并磷酸化自身和翻譯起始因子eIF2α，從而間接失活eIF2α 并抑制其翻譯。通過這種方式，PERK 有助于減少進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)流量，以緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力［8］。然而，強烈或持續(xù)的ERS 可能會破壞UPR 的動態(tài)平衡。隨后PERK-CHOP 信號通路被激活，誘導(dǎo)細胞凋亡［9］。而IRE1a級聯(lián)反應(yīng)不僅能誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞凋亡，還可以導(dǎo)致內(nèi)皮細胞自噬。IRE1α 信號的激活上調(diào)了X-box 結(jié)合蛋白的表達，且其與自噬、分化、耐藥、低氧耐受和細胞存活相關(guān)，從而對內(nèi)皮細胞的存活和增殖起到保護作用，避免了GC對細胞的進一步損傷［10］。

1.2、JMY 凋亡通路 最近有少數(shù)學者認為JMY 參與了內(nèi)皮細胞的凋亡。JMY 被發(fā)現(xiàn)是一種損傷反應(yīng)蛋白。GC處理的情況下，過表達JMY 可增加細胞的凋亡率，而下調(diào)JMY 可降低GC 誘導(dǎo)的內(nèi)皮細胞的凋亡率。當GC 處理后Bax 表達增加時，JMY 基因的下調(diào)可顯著降低GC 誘導(dǎo)的內(nèi)皮細胞中Bax 的表達，而JMY 基因的過表達可增加GC 誘導(dǎo)的內(nèi)皮細胞中Bax 的表達。因此，JMY 可通過上調(diào)凋亡蛋白Bax進一步誘導(dǎo)促凋亡途徑［11］。

2、血管平緩肌的相關(guān)凋亡通路

Price 等［12］在其小鼠模型中證實地塞米松可能通過抑制核因子κB 的作用，誘導(dǎo)大鼠肺動脈高壓大鼠肺動脈平滑肌細胞發(fā)生凋亡，從而發(fā)揮抗血管重塑的作用。另一些學者發(fā)現(xiàn)GC 通過抑制了miR-25 的表達，同時增加了活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生介導(dǎo)血管平滑肌細胞凋亡［13］。

神經(jīng)系統(tǒng)

1、GR/鹽皮質(zhì)激素受體（mineralocorticoid receptor，MR）表達和激活的失衡通路

一些數(shù)據(jù)表明，至少在海馬體中，這些效應(yīng)是由不同的細胞內(nèi)受體亞型介導(dǎo)的：GR 和 MR［14］。GR/MR 表達和激活的平衡被發(fā)現(xiàn)是維持海馬神經(jīng)元正常功能和結(jié)構(gòu)的先決條件。GR激活過多或持續(xù)時間過長或MR激活和表達不足會抑制海馬神經(jīng)元的神經(jīng)發(fā)生，促進細胞凋亡和樹突萎縮，導(dǎo)致認知、情緒和神經(jīng)內(nèi)分泌障礙及空間記憶功能障礙［15］。GC 和血漿皮質(zhì)酮對下丘腦室旁核細胞的存活與否具有相反的作用，并且GC的有害作用具有劑量和時間依賴性。大劑量GC 上調(diào)GR 的表達和活化，但不能上調(diào)MR 的表達，破壞了GR/MR 平衡，從而導(dǎo)致下丘腦室旁核中的細胞凋亡。相反，低劑量皮質(zhì)醇或是血漿皮質(zhì)酮通過上調(diào)MR的表達和激活發(fā)揮抗凋亡作用［16］。許多研究報道了GC 和信號通路之間的串連［17］。已有的應(yīng)激模型說明了慢性應(yīng)激或長期外源性GC 給藥抑制海馬腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）和 cAMP 反 應(yīng) 元 件 結(jié) 合 蛋 白（cAMP responsive element binding protein，CREB）的表達，導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡；大劑量MP 對GR 的激活作用主要是通過上調(diào)Bax 表達、降低Bc1-2 表達和激活Bad 來實現(xiàn)的，而小劑量的皮質(zhì)醇替代通過增加Bax 表達、滅活Bad 和降低Bax 表達來激活 MR，綜上說明 GR 和 MR 通過 Akt/CREB/BDNF 通路調(diào)節(jié)海馬細胞的凋亡與抗凋亡作用［16］。因此，GR 的激活可顯著抑制蛋白激酶 B（protein kinase B，Akt）/CREB 的激活，降低BDNF 和Bcl2 的表達。相反，低劑量皮質(zhì)醇對MR的激活增加了Akt/CREB 的激活，并增加了BDNF 和Bcl2 的表達。RU486 和SPIRO 分別拮抗MP 的促凋亡作用和血漿皮質(zhì)酮的抗凋亡作用，也驗證了它們的促凋亡即抗凋亡作用是通過GR和MR介導(dǎo)的［16］。

2、ERS途徑

已有研究表面，血液中高濃度的GC 可以穿過血腦屏障，導(dǎo)致神經(jīng)元損傷甚至死亡。當ERS 持續(xù)存在時，PERK和IRE1可以被激活。激活的PERK在自身磷酸化形成低聚體后，啟動下游的ATF4-CHOP途徑。過量的ERS可以導(dǎo)致IRE1 的自磷酸化，然后通過其磷酸激酶活性啟動下游信號通路。作為凋亡因子，CHOP持續(xù)表達可通過阻斷細胞周期和誘導(dǎo)細胞凋亡而導(dǎo)致機體損傷［18］。然而GC 也具有保護神經(jīng)細胞的作用。GC 誘導(dǎo)的亮氨酸拉鏈多肽可防止視網(wǎng)膜上的光感受器細胞凋亡的作用，具有保護視網(wǎng)膜功能免于退化，因此是治療退行性視網(wǎng)膜疾病的潛在選擇［19］。

運動系統(tǒng)

1、股骨頭壞死是臨床常見病，致殘率高

大劑量短期或長期小劑量GC 誘導(dǎo)的骨細胞及成骨細胞凋亡是可通過蛋白激酶C-β（PKCβ）-p66（shc）-c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）或是ERS 通路。其原理也成為激素性股骨頭缺血壞死的一些生物學基礎(chǔ)［20］。

1.1、PKCβ-p66（shc）-JNK 信號通路 GC 通過 GR 依賴機制激活促凋亡蛋白酪氨酸激酶2（proline-rich tyrosine kinase 2，PYK2）和JNK促進骨細胞的凋亡，從而對抗整合素誘導(dǎo)的存活，這種快速的細胞內(nèi)信號向細胞外傳導(dǎo)導(dǎo)致細胞脫離是由于細胞凋亡導(dǎo)致的［21］。Wang等［22］發(fā)現(xiàn)GC 可通過 PKCβ/p66（shc）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生 ROS，而 ROS 可以激活JNK；p66（shc）為一種線粒體中產(chǎn)生過氧化氫的放大因子，從而增加ROS。由此可以推斷GC 對細胞的促凋亡作用需要 PKCβ/p66（shc）/JNK 信號級聯(lián)的激活的ROS 導(dǎo)致骨細胞凋亡。同時在ROS 作用下，F(xiàn)orkhead box O（FOXO）轉(zhuǎn)錄因子的活性也升高，F(xiàn)OXO 的激活不僅抑制Akt的磷酸化以及Wnt 誘導(dǎo)的增殖和成骨細胞分化，因而ROS 的激活不僅促進細胞凋亡而且通過JNK介導(dǎo)的ROS誘導(dǎo)得細胞凋亡［23］。

1.2、ERS 途徑 最近的研究表明，大劑量的GC 可以引起內(nèi)質(zhì)膜鈣通道的改變，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子耗竭或超載，從而擾亂內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)的合成、折疊和修飾導(dǎo)致錯誤折疊的蛋白質(zhì)增多導(dǎo)致 ERS。在 ERS 時，不僅 IRE1、PERK 和ATF-6 的激活通路都可以促進CHOP 的表達，而且ATF4 和ATF3 的合成增加，也促進 CHOP 的表達［24］。CHOP 的過量表達促進促凋亡基因的表達來誘導(dǎo)細胞凋亡，也因此可以抑制抗凋亡基因的表達來誘導(dǎo)細胞凋亡［25］。高水平的CHOP 激活了細胞的凋亡途徑，加速骨細胞凋亡，導(dǎo)致了骨質(zhì)疏松［24］。

2、骨髓間充質(zhì)干細胞PERK-核因子E2 相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）凋亡通路

GC 也可導(dǎo)致骨髓間充質(zhì)干細胞凋亡。GC 可激活PERK-Nrf2 通路促進ERS，最終影響骨髓間充質(zhì)干細胞的增殖和凋亡。Nrf2是一種存續(xù)轉(zhuǎn)錄因子，被PERK磷酸化后從細胞質(zhì)移動到細胞核，磷酸化后的Nrf2 可抑制蛋白質(zhì)翻譯，誘導(dǎo)氧化還原動態(tài)平衡基因，從而誘導(dǎo)細胞凋亡［26］。

消化系統(tǒng)

長期服用地塞米松——一種合成的GC 藥物。GC 會導(dǎo)致高血糖或類固醇誘導(dǎo)的糖尿病。有研究表明地塞米松直接誘導(dǎo)胰腺β 細胞凋亡，但其分子機制尚不清楚。Suksri等［27］認為地塞米松通過與 GR 結(jié)合，誘導(dǎo) TRAIL 死亡受體（DR5）和TRAIL 途徑，誘導(dǎo)胰腺β 細胞發(fā)生凋亡。其在小鼠研究中發(fā)現(xiàn)GC不僅可上調(diào)TRAIL基因和蛋白表達，還能上調(diào)DR5 蛋白，但抑制誘騙受體蛋白。敲除DR5 可降低地塞米松誘導(dǎo)的 caspase-3 活性，caspase-8 和 caspase-9 抑制劑可保護胰腺β 細胞免受地塞米松促進誘導(dǎo)細胞凋亡，說明了地塞米松可能通過TRAIL 途徑誘導(dǎo)胰腺β-細胞凋亡。而相關(guān)研究證明了糖原合成酶激酶3（glycogen synthase kinase-3，GSK3）參與了 GC 誘導(dǎo)的 β 細胞死亡和胰島素分泌障礙。GSK3有兩個亞型：GSK3α和GSK3β。GSK3β的下調(diào)導(dǎo)致了GR 在β細胞中的表達顯著降低，單獨敲除GSK3β可導(dǎo)致GC 促凋亡作用的消除，其揭示了β 細胞中GR-GSK3 串連的一些機制，并確定GSK3β 是導(dǎo)致GC 誘導(dǎo)的β 細胞死亡的主要亞型。有趣的是在小鼠實驗中，哺乳高峰期的小鼠在接受地塞米松治療后胰腺β 細胞質(zhì)量增加。其被證實為GC 通過刺激細胞增殖和β 細胞新生，加劇了妊娠相關(guān)的大鼠胰腺β細胞質(zhì)量的增加［28］。

生殖系統(tǒng)

GC可能通過激活Fas系統(tǒng)而誘導(dǎo)卵母細胞和卵巢細胞凋亡的假說。在體內(nèi)和/或體外暴露于GC 后，卵母細胞的功能明顯受損，并引發(fā)細胞凋亡，氧化應(yīng)激增加，腫瘤壞死因子-α 和腫瘤壞死因子受體的表達增強。在體外，用RNA干擾或在體內(nèi)敲除Fas可顯著減輕GC對卵母細胞和卵巢壁層顆粒細胞的不利影響。然而，在體外，GC 顯著下調(diào)輸卵管上皮細胞腫瘤壞死因子α 的表達。因而Yuan 等［29］認為GC 對腫瘤壞死因子-α 表達的影響可能因細胞類型而異。有趣的是Zheng 等［30］在小鼠實驗證實內(nèi)源性GC 水平增高Fas系統(tǒng)激活增加。

免疫系統(tǒng)

多年來，人們對GC在免疫系統(tǒng)細胞中的凋亡作用進行了深入的研究，并已知GC 具有多種多效性。眾所周知，大劑量的GC可誘導(dǎo)T細胞、B細胞、巨噬細胞、嗜酸性粒細胞、NK 細胞和胸腺細胞的凋亡［31］。有趣的是，GC 對中性粒細胞有相反的作用，實際上保護這些細胞免受凋亡［32］。

雖然許多已知的GC 誘導(dǎo)細胞凋亡的效應(yīng)和具體機制已經(jīng)在文獻中得到了廣泛的報道，但我們將在這里重點介紹一些關(guān)于凋亡的調(diào)節(jié)性T 細胞（regulatory T cells，Treg）分子作用機制。Treg 細胞對GC 誘導(dǎo)的體內(nèi)凋亡具有一定水平的抵抗力。在Treg 細胞中，GC 誘導(dǎo)的Bcl-2 表達上調(diào)導(dǎo)致內(nèi)源性凋亡途徑的抑制，從而促進其存活。與其他胸腺細胞相比，Treg 細胞中原本較高的基礎(chǔ)鈣水平的進一步升高可能解釋了它們對TCR 介導(dǎo)的信號的相對抵抗［33］。此外，生理性的GC 刺激表達的巨噬細胞移動抑制因子逆轉(zhuǎn)GC 的免疫抑制作用，部分是通過減少激活誘導(dǎo)的細胞凋亡和維持炎癥信號［34］。

小結(jié)與展望

GC 可通過外源性途徑、內(nèi)源性途徑及ERS 等途徑誘導(dǎo)細胞凋亡。臨床使用GC不可避免地出現(xiàn)相關(guān)不良反應(yīng)，但是作為臨床醫(yī)生充分認識GC誘導(dǎo)凋亡機制過程，有利于指導(dǎo)臨床使用GC。雖然現(xiàn)有研究已經(jīng)說明GC 具有誘導(dǎo)細胞凋亡的作用，但其具體機制仍舊不清楚。因此，我們?nèi)孕枰μ剿餮芯繛檠兄菩碌牟涣挤磻?yīng)更少的藥物提供新的理論依據(jù)。