细胞凋亡和肿瘤的关系研究进展

当代医学　2009年6月第15卷第16期总第171期　ContemporaryMedicine,Jun.2009,Vol.15No.16IssueNo.171综述Summarize13多细胞机体，包括人，均存在着细胞增殖与死亡的平衡，以维持机体的稳态，二者是一个矛盾的两个方面，此矛盾的运动发展推动着机体的生、老、病、死。细胞凋亡是多细胞生物体的一种重要的自稳机制。它可以主动地清除多余的特异性或分化能力与机体不相适应的，以及已经完成功能而又不再应用的细胞；清除有潜在危险的细胞，如自身反应性淋巴细胞，DNA损伤又得不到修复有癌化危险的细胞等。故凋亡是调节生物体正常发育不可缺少的一种机制，此种调节一旦失败会导致机体疾病，肿瘤的发生甚至死亡。细胞的死亡有两种形式，一种是病理性死亡，称为坏死(necrosis)。它是由于多种致病因子如局部缺血、理化因素及生物因子的作用所致的细胞急速死亡。其重要的特点是细胞肿胀、溶解、释放出裂解产物,使周围组织产生炎症反应。另一种多发生于生理情况下，故称为生理性死亡——凋亡(apoptosis)，又称程序性死亡(programmedcelldeath，PCD)。1972年Kerr最先提出这一概念。肿瘤细胞是永生性细胞，肿瘤的发生不仅与细胞的异常增殖和分化有关，也与细胞凋亡的异常有关。1972年Kerr等人在提出凋亡概念的同时预测:恶性肿瘤中的自发凋亡可能会涉及到导致肿瘤消退的治疗作用[1]。1细胞凋亡细胞凋亡属诱发行为，其诱因很多，如DNA损伤、生长因子撤除、糖皮质激素作用、FasL以及TNF作用、细胞间接触等。细胞凋亡的机制极为复杂，除了涉及诸如凋亡因子、受体、适配蛋白、启动蛋白、效应蛋白、抑制蛋白等多种蛋白的相互作用外，还涉及到线粒体和内质网。研究发现细胞凋亡主要有2条独立的凋亡途径。一条是通过死亡受体激活途径。死亡受体即细胞膜表面的某些蛋白质，它们能与携带凋亡信号的专一性配基结合，并迅速将凋亡信号转导至细胞内而诱导细胞凋亡。另一条通路是线粒体-细胞色素C途径。线粒体释放的细胞色素C能与Apaf-1及Caspase-9形成复合体(凋亡小体)，在dATP、ATP存在下激活caspase-3，启动caspase级联细胞凋亡和肿瘤的关系研究进展李娜高俊岩刘敏[摘要]细胞凋亡的过程极为复杂，是调节机体正常发育的重要机制，涉及一系列调控因子。这些调控因子在维持细胞自稳中发挥重要作用。肿瘤的发生，发展与治疗也受到与多凋亡调控蛋白的调控。本文综述了关于细胞凋亡及肿瘤的一些调控机制，望从对凋亡调控蛋白的研究中，进一步阐明凋亡的作用机理，为肿瘤以及其它一些恶性疾病的治疗提供理想的途径。[关键词]细胞凋亡；肿瘤[Abstract]Apoptosisisaverycomplexprocess.Itaccommodatesthebodytogrownormallybymanyregulators.Itisimportantthatbytheseregulatorsthebodycankeepsteady.Alsobytheseregulatorswecancontrolthetumorandcurethetumor.Thisreviewsummarizedsomeregulationsofapoptosisandtumor.Bythisstudywewanttoknowmoreaboutthemechanismofapoptosisandofferperfecttherapyfortumor.[Keywords]Apoptosis;tumor反应，诱导细胞凋亡[2]。1.1死亡受体途径及其调控凋亡细胞表面有特定的感应器即死亡受体,死亡受体可以接受胞外的死亡信号而激活细胞内的凋亡。细胞受到某些凋亡信号的刺激,Fas(CD95)通过与其特异性配体FasL(CD95L)结合而在细胞膜表面发生聚合,形成的复合物通过FADD与Caspase-8特异的结构域结合并使Caspase-8形成二聚体而自身激活，Caspase-8释放到胞浆中激活效应型Caspase-3,6,7,导致细胞凋亡。还有研究发现，Caspase-8可把bcl-2家族的Bid切割成tBid,tBid能促进线粒体释放细胞色素c。释放到胞浆的cytc激活caspase-9，caspase-9再激活效应caspase，导致细胞凋亡[3]。TNFR的衔接子是TRADD。TRADD又可与另两个衔接子结合：一个是FADD，另一个是RIP，RIP与TRAF2结合后进入核，通过信息的不同通路，可能经NFkB因其凋亡。1.2线粒体-细胞色素C途径当线粒体受到氧化剂、神经酰胺、钙离子、某些胱天酶、Bax等刺激后，释放出细胞色素-C，从而活化Apaf-1[4]。活化的Apaf-1通过与CARD-CARD的相互作用活化Caspase-9，随即Caspase-9酶切Caspase-3原，导致细胞凋亡。大量证据表明，细胞色素C从线粒体释放至胞质是引发凋亡的关键步骤。凋亡过程中细胞色素C的释放是线粒体外膜通透性增高的结果。关于细胞色素C释放的具体机制，目前主要有两种假说：①线粒体外膜蛋白聚合形成膜通透转运孔(PTP)复合体，导致外膜非特异性断裂；②Bcl-2家族蛋白形成通道，调控细胞色素C释放。2肿瘤的调控正常人体组织、细胞的生长受到精确的调控。而肿瘤细胞具有无限生长的特性。通过研究证实，肿瘤细胞的无限生长是肿瘤细胞凋亡受抑制的结果，因而凋亡障碍同肿瘤的发生、发展具有密切的关系。凋亡是体内细胞平衡的一个关键要素，通过消除不健康的细胞而达到平衡。2.1抗凋亡因素的调控2.1.1Bcl-2与肿瘤细胞凋亡调控Bcl-2家族成员都含有1～4个Bcl-2同源结构域(BH1～4)。其中BH4是抗凋亡蛋白所特有的结构域，BH3是与促进凋亡有关的结构域。根据功能和结构可作者单位：100037海军总医院检验科(李娜刘敏)100053北京卫生学校(高俊岩)当代医学　2009年6月第15卷第16期总第171期　ContemporaryMedicine,Jun.2009,Vol.15No.16IssueNo.17114综述Summarize将Bcl-2基因家族分为两类，一类是抗凋亡的(anti-apoptotic)，如：Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1；一类是促进凋亡的(pro-apoptotic)，如：Bax、Bak、Bad、Bid、Bim，在促凋亡蛋白中还有一类仅含BH3结构，如Bid、Bad。具有抑制凋亡作用的Bcl-2和Bcl-xL可抑制Caspase-3或类似蛋白酶的活性进而抑制凋亡[5]。高水平的Bc1-2蛋白可抑制细胞死亡延长细胞寿命，是目前公认的抗凋亡基因，Bc1-2的存在有利于保持正常细胞的增殖能力，Bc1-2的异常表达在重度异型增生区及癌变区明显增加，使已经发生癌变的及有明显癌变倾向的细胞寿命延长、堆积,从而形成癌性瘤块。2.1.2凋亡抑制剂IAPS与肿瘤细胞凋亡调控IAPSN端有1-3个BIR(baculoviralIAPrepeat)其保守结构：CX2CX6WX3DX5HX6C。这个保守结构对凋亡抑制作用发挥具重要意义。已知IAP家族成员有:cIAP1、cIAP2、XIAP、NIAP、survivin和livivin等，是否所有的IAP都有调节凋亡的作用目前还不清楚。2.1.2.1XIAP与肿瘤细胞凋亡调控XIAP是IAPS的一种，它能结合Caspase-9并抑制Caspase-9的蛋白酶活性，因而能阻止凋亡发生。XIAP也可以结合并抑制Caspase-3的活性，Caspase-3同XIAP结合，受到IAP的BIR区调节，这对于IAP的功能发挥是必要的。IAPSC端富含Cys的锌指结构域：RING结构参与蛋白质分子间相互作用，在增殖分化调控中发挥功能。可以促进XIAP和已经结合了XIAP的Caspase的降解，可能还存在其他一些IAP分子，通过结合、抑制、降解Caspase而抑制凋亡发生[6]。2.1.2.2Survivin蛋白与肿瘤细胞凋亡调控Survivin蛋白是IAP家族的“明星”分子，是细胞凋亡的重要调控基因，其表达过度可使细胞凋亡明显减少[7]。它的N端仅有1个Cys/His为基础的锌指结构－BIR重复单元，它由1个反向平行的β片层和4个小α螺旋组成，BIR区中有Cys-pro-Thr插入；C端缺乏介导蛋白－蛋白相互作用，显示泛素化E3-连接酶活性的RINGmotif，代之以一个特征性的长42个Aa的α-螺旋motif，为survivin同微管结合所必需。Survivin蛋白借助分子中唯一的BIR结构直接同线粒体活化因子Smac/DIABL相作用间接地抑制Caspases的级联反应，阻断其线粒体依赖的凋亡途径；有效地对抗胞外，如FasL、TNF和胞内，如肿瘤化疗药物、电离辐射等基因毒对细胞的凋亡诱导。2.1.3死亡受体阻断分子正常组织在生理条件下有一种假性受体(DcRs)的膜蛋白存在。DcRs是一种糖磷脂膜锚定蛋白，与功能型受体DR4、DR5结构同源，在胞外有TRAIL(肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体)结合区，含有一跨膜区，但其胞内信号区缺失或突变，因此可以阻断TRAIL诱发的细胞凋亡。DcRs主要表达在正常细胞，而在肿瘤组织中不表达。由于DcRs和TRAIL结构上的部分同源性及表达特点，有可能通过选择性表达TRAIL来诱导肿瘤细胞凋亡。2.2促凋亡因素的调控2.2.1p53基因野生型p53是肿瘤抑癌基因，它与细胞的生长阻滞和凋亡有关，因此它能促进放、化疗剂的杀伤作用。野生型p53蛋白在功能上可分为位于氨基端的酸性活化基团，位于羧基端的碱性非特异性的DNA结合基团，及位于中央的具有序列特异性的DNA结合基团。野生型p53蛋白通过其分子中部的序列特异性DNA结合基团在G1晚期与DNA的特别序列结合，使细胞周期减慢，出现G1停顿。借助转录依赖和不依赖的机制调控凋亡，诱导线粒体蛋白表达：Apaf-1，Bax，Noxa，p53AIP1，p53DINP1，mtCLIC，Pidd，PUMA，引发Cyt-c释放，Caspase活化，细胞凋亡。所以p53基因是促凋亡基因,野生型p53蛋白被称为“分子卫兵”，对机体起保护作用。2.2.2C-myc以往的研究认为C-myc作用在于促进细胞增殖，它可活化p53，此作用可为bcl-2抑制。近来则发现C-myc过表达也可诱导某些细胞凋亡，抑制其增殖，它可出现于细胞周期的各个时相。C-myc的促增殖与诱导凋亡的功能区域是相同的。其表达增强时,具体作用取决于所接受的外来信号。有研究表明,在一些促生长类生长因子存在时，C-myc的高表达促使细胞增殖；而缺乏促生长类生长因子时，C-myc高表达促使细胞进入凋亡。C-myc和bcl-2协同作用可封闭p53蛋白进入核中，从而阻断p53诱导的凋亡和生长停止[8]。2.2.3p16基因p16基因又称多肿瘤抑制基因(MTS1)，p16蛋白能特异抑制CDK4活性，p16蛋白能与CDK4结合，能阻止细胞生长分裂，进而促进细胞凋亡，推测它在细胞凋亡的发生中可能具有重要作用。p16蛋白还可以通过调控细胞周期发挥抑癌功能，体外研究证实，p16蛋白能特异抑制CDK4活性，使之不能解除Rb基因对转录因子的抑制，从而阻止细胞从G1期进入S期，抑制细胞增殖进而达到抑癌目的。3结论综上所述，细胞凋亡是一种很复杂的生理及病理现象，大量的实验表明，不同的诱导因素可通过相同的信号传导途径诱发细胞凋亡；并且不同的信号传导途径也不是孤立发挥作用，而是紧密联系和相互作用的，整个信号传导系统呈现复杂的网状调控结构。随着生命科学的发展，我们越来越重视研究细胞凋亡在肿瘤治疗中的重要性，今后我们应该看到从凋亡发生通路中找到更多、更有效的治疗肿瘤的切入点，并且有效拮抗凋亡抑制因子的作用，最大限度地选择性地诱导肿瘤细胞凋亡，有效地利用诱导凋亡来控制肿瘤。参考文献[1]汪仁,薛绍白,柳惠图.细胞生物学[M].第二版北京:北京师范大学出版社,199