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综述:细胞凋亡
人体内的细胞注定是要死亡的,<
/p>
有些死亡是生理性的,
有些死亡则是病理性的,
< br>有关细
胞死亡过程的研究,
近年来已成为生物学、医学研
究的一个热点,
到目前为此,人们已经知
道细胞的死亡起码有两
种方式,
即细胞坏死与细胞凋亡。
细胞坏死是早已被认识到的一
种细
胞死亡方式,而细胞凋亡则是近年逐渐被认识的一种细胞死亡方式。
细胞凋亡是细胞的一种基本生物学现象,
在多细胞生物去除不需要的或异常的细胞中起
着必要的作用。它在生物体的进化、内
环境的稳定以及多个系统的发育中起着重要的作用。
细胞凋亡不仅是一种特殊的细胞死亡
类型,
而且具有重要的生物学意义及复杂的分子生物学
机制。<
/p>
凋亡是多基因严格控制的过程。这些基因在种属之间非常保守
,如
Bcl-2
家族、
caspase
家族、
癌基因如
C-myc
、
抑癌基因
P53
等,<
/p>
随着分子生物学技术的发展对多种细胞凋亡的过
程有了相当的认识
,
但是迄今为止凋亡过程确切机制尚不完全清楚。
而凋亡过程的
紊乱可能
与许多疾病的发生有直接或间接的关系。
如肿瘤、
p>
自身免疫性疾病等,
能够诱发细胞凋亡的
因
素很多,如射线、药物等。
细胞凋亡的研究历史
1
.
细胞凋亡概念的形成
196
5
年澳大利亚科学家发现,结扎鼠门静脉后,电镜观察到肝实质组织中有一些散在
的死亡细胞这些的溶酶体并未被破坏,
显然不同于细胞坏死。
这些细胞体积收缩、
染色质凝
集从其周围的组织
中脱落并被吞噬机体无炎症反应。
1972
年
< br>Kerr
等三位科学家首次提出了
细胞凋亡的概念,宣告
了对细胞凋亡的真正探索的开始,在此之前,关于胚胎发育生物学、
免疫系统的研究,肝
细胞死亡的研究都为这一概念的提出奠定了基础。
2
.细胞凋亡的形态学及生物化学研究阶段:
(
1
972-1987
)
1
)利用光镜和电镜对形态学特征进行了详细的研究。
2
)染色体
DNA
的降解:细胞凋亡
的一个显著特征就是细胞染色质的
DNA
降解。
3
)
RNA/
蛋白质大分子的合成。
4
)钙离子变化,细胞内钙离子浓度的升高是细胞发生凋亡的一个重要条件。
5
)内源性核酸内切酶:细胞发生凋亡是需要这种核酸内切酶参与的。
p>
3
.细胞凋亡的分子生物学研究阶段,最
近几年
1
)与细胞凋亡的相关基因及调控
2
)细胞凋亡的信号转导
3
)与细胞凋亡的各种分子及其相互作用及相互关系
4
.细胞凋亡的临床应用基础研究阶段
p>
细胞凋亡的研究,
其生命力在于最终能够有利于疾病机制的阐明,<
/p>
以及新疗法的探索及
问世。
细胞凋亡的一般概念
p>
细胞凋亡是指为维持内环境稳定,
由基因控制的细胞自主的有序的死
亡。
细胞凋亡与细
胞坏死不同,细胞凋亡不是一件被动的过程,
而是主动过程,
它涉及一系列基因的激活、表
< br>达以及调控等的作用,
它并不是病理条件下,
自体损伤的
一种现象,
而是为更好地适应生存
环境而主动争取的一种死亡过
程。细胞发生凋亡时,就象树叶或花的自然凋落一样。
1
.
细胞凋
亡与细胞程序性死亡(
PCD
)
p>
其实从严格的词学意义上来说,
细胞程序性死亡与细胞凋亡是有很大
区别的。
细胞程序
性死亡的概念是
19
56
年提出的,
PCD
是个功能性概念
,描述在一个多细胞生物体中某些细
胞死亡是个体发育中的一个预定的,
并受到严格程序控制的正常组成部分。
例如蝌蚪变成青
蛙,其变态过程中尾部的消失伴随大量细胞死亡,高等哺乳类动物指间蹼的消失、颚融合、
视网膜发育以及免疫系统的正常发育都必须有细胞死亡的参与。
这些形形色色的在机体
发育
过程中出现的细胞死亡有一个共同特征
:
< br>即散在的、逐个地从正常组织中死亡和消失
,
机体无
p>
炎症反应,
而且对整个机体的发育是有利和必须的。
因此认为动物发育过程中存在的细胞程
序性死亡是一个发育学概念,
而细胞凋亡则是一个形态学的概念,
描述一件有着一整套形态
学特征的与坏死完全不同的细胞死亡形式。
但是一般认为凋亡和程序性死亡两
个概念可以交
互使用,具有同等意义。
2
.细胞凋亡与坏死的区别:
虽然凋亡与坏死的最终结果极为相似,但它们的过程与表现却
有很大差别。
坏死(
necrosi
s
)
:坏死是细胞受到强烈理化或生物因素作用引起细胞无序变
化的死亡过程。
表现为细胞
胀大,胞
膜破裂,细胞内容物外溢,核变化较慢,
DNA
降解不充分,引
起局部
严重的炎症反应。
凋亡是
细胞对环境的生理性病理性刺激信号,
环境条件的变化或缓和性损伤产生的应答
有序变化的死亡过程。其细胞及组织的变化与坏死有明显的不同。
细胞凋亡的生物学特征
1
.形态学变化
p>
形态学观察细胞凋亡的变化是多阶段的,
细胞凋亡往往涉及单个细胞
,
即便是一小部分
细胞也是非同步发生的。
首先出现的是细胞体积缩小,连接消失,
与周围的细胞脱离,
然后
是细胞质密度增加,线粒体膜电位消失,通透性改变,释放细胞色素
C
到胞浆,核质浓缩,
核膜核仁破碎,
DNA
降解成为约
180bp-200bp
片段;胞膜有小泡状形成,膜内侧磷脂酰丝
氨酸外翻到膜表面,胞膜结构
仍然完整,最终可将凋亡细胞遗骸分割包裹为几个凋亡小体,
无内容物外溢,
因此不引起周围的炎症反应,
凋亡小体可迅速被周围专职或非专职吞噬细胞
吞噬。
2
.生物化学变化
< br>1
)
DNA
的片段化
细胞凋亡的一个显著特点是细胞染色体的
DNA
降解,这是一个较普遍的现象。这种降
解非常特异并
有规律,所产生的不同长度的
DNA
片段约为
< br>180-200bp
的整倍数,而这正好
是缠绕组蛋白寡
聚体的长度,
提示染色体
DNA
恰好是
在核小体与核小体的连接部位被切断,
产生不同长度的寡聚核小体片段,实验证明,这种
DNA
的有控降解是一种内源性核酸内切
酶作用的结果,该酶在核小体连接部位切断染色体
DNA
,这
种降解表现在琼脂糖凝胶电泳
中就呈现特异的梯状
Ladder
图谱,而坏死呈弥漫的连续图谱。
2
)
大分子合成
细胞凋
亡的生化改变不仅仅是
DNA
的有控降解,在细胞凋亡的过程中
往往还有新的基
因的表达和某些生物大分子的合成作为调控因子。如我们实验室发现的<
/p>
TFAR-19
就是在细
胞凋亡时高表达
一种分子,再如在糖皮质激素诱导鼠胸腺细胞凋亡过程中,加入
RNA
< br>合成
抑制剂或蛋白质合成抑制剂即能抑制细胞凋亡的发生。
细胞凋亡的过程及机理
细胞凋亡的过程大致可分为以下几个阶段:
p>
接受凋亡信号
→
凋亡调控分子间的相互作用
→
含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶的活
化(
Caspase
)
→
进入连续反应过程
1
.凋亡的启动阶段
细胞凋亡的启动是细胞在感受到相应的信号刺激后胞内一系列
控制开关的开启或关
闭,
不同的外界因素启动凋亡的方式不同,
所引起的信号转导也不相同,
客观上说对细胞凋
亡过程中信号传递系统的认识还是不全面的,目前比较清楚的通路主要有:
<
/p>
1
)细胞凋亡的膜受体通路:各种外界因素是细胞凋亡的启动剂,
它们可以通过不同的信号
传递系统传递凋亡信号,引起细胞凋亡,我们以
Fas -FasL
为例:
Fas
是一种跨膜蛋白,属于肿瘤坏死因子受体超家族成员,它与
FasL
结合可以启动凋
亡信号的转导引起细胞凋亡。
它的活化包括一系列步骤:
首先配体诱导受体三聚体化,
然后
在细胞膜上形成凋亡诱导复合物,
这个复合物中
包括带有死亡结构域的
Fas
相关蛋白
FADD
。
Fas
< br>又称
CD95
,
是由
325
个氨基酸组成的受体分子,
Fas
一旦和配体
FasL
结合,
可通过
Fas
分子启动致死性信号转导,最终引起细胞一系
列特征性变化,使细胞死亡。
Fas
作为一种普
遍表达的受体分子,可出现于多种细胞表面,但
FasL
的表达却有其特点,通常只出现于活
化的
T
< br>细胞和
NK
细胞(自然杀伤细胞)
,因而已被活化的杀伤性免疫细胞,往往能够最有
效地以凋亡途径置靶细胞于死地。<
/p>
Fas
分子胞内段带有特殊的死亡结构
域(
DD,
death
domai
n
)
。三聚化的
Fas
和
FasL
结合后,使三个
F
as
分子的死亡结构域相聚成簇,吸引了胞
浆中另一种带有相同
死亡结构域的蛋白
FADD
。
FADD
是死亡信号转录中的一个连接蛋白,
它由两部分组成:
C
端(
DD
结构域)和
N
端(
DED
)部分。
DD
结构域负责和
Fas
p>
分子胞
内段上的
DD
结构域结合,该蛋白再以
DED
连接另一个带有
DED
(效应结构域)的后续成
分,由此引起
N
段
DED
随即与无
活性的半胱氨酸蛋白酶
8
(
caspa
se8
)酶原发生同嗜性交
联,聚合多个
caspase8
的分子,
caspase8
分子逐由单链酶原转成有活性的双链蛋白,进而引
起随后的级联反应
(
从细胞表面受体接收外部信号到最后作出综合性应答是一个将
信号逐步放大的过程,称为信号的级联放大反应或级联反应。
)
,即
Caspases
,后
者作为酶原而被激活,引起下面的级联反应。细胞发生凋亡。
因而
TNF
诱导的细胞凋亡途径与
此类似。
TNF-
α
介导的信号传导主要通过两个结构不同的受体进行:
1
型受体(
TNFR1
,又称作
p60
,
p55
,
CD120a
)和
2
型受
体(
TNFR2
,又称作
p80
,
p75
,
CD12
0b
)
。两种受体都是跨
膜的糖蛋白,
膜外
N
端区域具有多个半光
氨酸丰富的重复序列。虽然这两种受体的膜外部
分有结构和功能上的同源
性,
但细胞膜内部分却完全不同,
他们所介导的信号传导通路有
所
重叠,但也区别明显。两个受体膜内部分最主要的区别在于
T
NFR1
上面有一个死亡区域,
TNFR2
上没有,
这一死亡区域是一段约
70
个氨基酸的序列,
这一区域对
TNF-
α
启动的细胞
凋亡是必须的。
与
p>
Fas
蛋白的死亡区域相似,
这一细胞内的
区域是种附属信号蛋白的结合位
点,这些蛋白包括
Fas
相关死亡区段结合蛋白(
FADD
)
,
TNFR-1
相关死亡区段结合蛋白
(
TRADD
)和
TN
FR
相关因子
2
(
TRAF-2
)
。
TRADD
p>
和
TRAF-2
是
TNFR1
信号传导通路
中的分歧点,在这个点上
TNFR1
的信号的两个方向一个是导致细胞凋亡,另一个是引起炎
症的发生,这也是
TNFR1
信号通路的主要特
征。
在生理情况下,
TNFR1
的信号传导主要是启动炎症反应通路,
并参与休克相关的
TNF-
α
的功能。
TNFR
1
基因缺失的小鼠表现出对内毒素诱导死亡的拮抗作用,
而
p>
TNFR2
基因缺失
的小鼠对此依然敏感。
而
TNF-
α
的其它功能则多是与这两
个受体同时相关。
T
细胞介导的
肝损伤
在不同受体缺失两种的小鼠中都有症状减轻的现象。在膜结合
TNF-
< br>α
过量表达所引
起的类风湿关节炎中,
< br>TNFR1
或者
TNFR2
的缺
失都会使症状缓解。
所有有核细胞都表达
TNF
的受体,虽然它们的分布因不同的细胞而有所变化。
< br>TNFR1
在大部分细胞上是结构性表达的,而
TNFR
2
则是可诱导的。另外,
TNFR2
只
在某些特定的
细胞表面表达,并且能区分不同种属的
TNF-<
/p>
α
分子。虽然两种受体都被认为对
TNF
-
α
分子
有着很高的特异性和集合力,
但是它们集合动力学特征是明显不同的。
TNF-
α
的三聚体与
TNFR1
的结合被认为是不可逆转的
,而三具体
和
TNFR2
的结合却是可逆的,这一点引起
了有关
TNFR2
可能只是一个传递受体的假说的研究,该假说认为
TNFR2<
/p>
可能只是起到一
个将
TNF-
α
分子传递给
TNFR1
的作用。然而就
TNFR2
在
T
细胞上的功能而言实际情况可
-
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