-
凋亡相关基因
Bax
、
Bad
和
Bcl-2
与
PTSD
的相关性
肖甄男
中国医科大学
93
期
【摘要】
创伤后应激障碍
(PTSD)
是指由于异常威胁性或灾难性心理创伤导致延迟出现和
p>
长期持续的精神障碍。
PTSD
患者有强烈
的恐惧和惊吓反应,血中糖皮质激素浓度反常低下,
下丘脑一垂体一肾上腺轴
(HPA)
轴调节紊乱,激活糖皮质激素受体进而上调促凋亡基因
Bax
,
Bad
引起海
马神经元凋亡,海马萎缩,体积缩小。从而影响记忆学习功能的发挥,造成不同
的记忆损
害甚至导致记忆缺失。
杏仁核是大脑中的
“恐惧中枢”,杏仁核
和海马的功能密切
相关,海马的功能受杏仁核的调节而实现。
PTSD
导致凋亡相关基因
Bax
和<
/p>
Bcl
一
2
比值
增大,
使杏仁核神经元细胞出现凋亡,杏仁核变稀疏,功能减退。
Bcl-2
相关家族在海马,杏仁核
细胞凋亡中起到了关键性
的作用
The Relationship of
Apoptosis
—
related Genes
Bax
,
Bad and Bcl-2 with
Pathogenesis
of
Post
—
traumatic Stress
Disorder
XIAO Zhen-nan
(93k,
China Medical University)
【
Abstract
】
Post-
traumatic
stress
disorder(PTSD)is
an
anxiety
disorder
that
can
develop
after exposure to one or more traumatic events
threatened or caused grave
physical
harm
.
PTSD patients have a
strong sense of fear and startle
response
,
abnormal low blood
glucocorticoid
concentration
,
disordered HPA
axis, activation
of glucocorticoid
receptor and the expression of
apoptosis
—
related genes
Bax
,
Bad is down-regulated.
These changes cause neuronal apoptosis in
hippocampus,
hippocampus
atrophy,volume
decreased
and
affect
the
exertion
of
memory
and
learning
function
,
inducing
different memory impairment
even memory
lost. Amygdala nucleus
is the
brain
’
s
“
fear
center
”
.The function of
hippocampus is closely linked with
amygdala and realized by the regulation
of amygdala. PTSD increases the ratio of
Bax/
Bc1
—
2
and
induces
neuronal
apoptosis
in
amygdala,
causing
the
amygdala
sparse
and hypofunction. Bcl-2 related family
play an important role in the neuronal
apoptosis in hippocampus and amygdala.
创伤后应激障碍
(posttraumatic
stress
disorder
,<
/p>
PTSD)
是指由于灾害、战争、恐怖事件、
交通意外等引起的巨大痛苦或受惊吓、
遭受悲剧导致的精神、
身心症状的持续状态或焦虑综
[1]
合征。是应激疾病中最为
典型的一种
,严重影响人们的生存质量
。
PTSD
患者有强烈的恐
惧和惊吓
反应;
其血中糖皮质激素浓度反常低下,
HPA
轴调节紊乱。
在严重创伤应激急性期,
在中枢神经系
统
(CNS)
皮质边缘区,特别是杏仁核、海马和下丘脑等处短
期内神经可塑性改
[2]
变,提示这些脑区可能为
CNS
应激应答敏感区。研究表明,
PTSD
大鼠海马萎缩
,海马神经
< br>[3]
元发生凋亡
,杏仁核和海马的功能密切相关,海马
的部分功能可由杏仁核的调节而实现
[4]
[5]
,杏仁核作为边缘系统中重要的皮质下核团,在
P
TSD
时也发生细胞凋亡
。杏仁核与海
马神经元细胞的凋亡可能与
PTSD
的发病密切相关。
1.
细胞凋亡
<
/p>
细胞凋亡是指为维持内环境稳定而由基因控制的,
机体正常细胞在
受到生理和病理性刺激
后出现的一种自发的,
在自身基因调控下
进行的一种主动死亡,
是机体维持自身稳定的一种
基本生理机制
。在生理条件下细胞凋亡主要是作为机体调节细胞群生长消亡平衡的重要手
段,
与细胞增殖一起维持机体细胞群的自身稳定。
细胞凋亡与坏死有本质的不
同,
凋亡是一
个有基因表达的主动死亡过程。
< br>细胞凋亡过程受到一系列相关基因的调节和控制:
抗凋亡成
员
(
又称抗凋亡蛋白,
antiap
optotic
proteins)
有
Bcl-2
、
Bcl
—
xL
、
Bc1-w
、
ced-9
等,促凋
亡成员
< br>(
又称凋亡前体蛋白,
Proapoptotic pr
oteins)
有
Bad
、
Bax
、
Bak
、
Bid
、
Bik
、<
/p>
Bim
、
Bcl-xs
< br>等。
促凋亡成员又分为两类:
仅含
BH3
同源区域
(BH3
only
Proreins)
的成员,
包括
p>
Bik
,
Bid
,
Bad
,
Bim
,
Bmf
等;含多个同源区域
(Bc
l-2 homology domain
,
BH)
的成员,包括
Bax
、
【
6
】
Bak
、
Bcl-xs
、
Mtd
。有研究者
将凋亡发生过程分为四个步骤,即诱导凋亡刺激信号的出
现、凋亡诱导阶段、凋亡执行阶段和细胞死亡后解体阶段。而凋亡基因
Bc
l-2
家族主要在凋
亡执行阶段发挥作用。
2.
凋亡基因
Bcl-2
p>
家族
[7-8]
细胞凋亡途径中存在
Fas
/
Fas<
/p>
—
L
介导的死亡受体通路
和
Bcl
一
2
家族调节的线粒体通
【
9
】<
/p>
路
。细胞凋亡过程十分复杂,涉及不同基因及其产物的调控和细胞
因子的调节。各种刺
激凋亡发生的因素均可破坏线粒体膜,开放线粒体膜孔道、使跨膜电
位下降及渗透性增加,
并使线粒体内的细胞色素
C(Cyt-c
)
等凋亡因子外溢而激活细胞质内特异性凋亡酶,
即半胱氨
p>
酸天冬氨酸特异性蛋白酶(
caspases
),进而导致细胞凋亡。近年来研究表明,
Bcl
一
2
家族
成员的构成比例是上述两种凋亡通路的核
心机制之一,尤其这一家族的
2
个代表性成员
< br>Bax
[10]
和
Bcl-2<
/p>
,
是目前公认的哺乳动物细胞凋亡过程
中的正、
负调控剂
。
Bcl-2
/
Bax
基因主要
在
凋亡执行阶段发挥作用
, Bax
基因与
Bcl-2
基因同源,二者可形成异二聚体或
Bax
与自身形
成二聚体,通过转基因动物和基因转染实验研究发现,
Bc1-2
对细胞凋亡具有明显的抑制作
用,<
/p>
而
Bax
拮抗
B
c1-2
,
促进细胞凋亡。
因此
Bcl-2
与
Bax
的比例决定着细胞受凋亡因素刺激后
的生存与凋亡,一切促进或抑制凋亡基因对细胞凋亡
的影响最终归结为
Bax
与
Bcl
p>
一
2
比值的
改变。
2.1
Bcl-2
与
Bax
Bcl
一
2
家族成员含有
1<
/p>
~
4
个同源结构域,
现已至少发现
19
个同源物。
根据
蛋白在细胞凋亡
中的功能可将
Bcl
一
2
基因家族分为两类:一类是抗凋亡的,如
Bcl
一
2
、
Bcl
—
xl
、
< br>Bcl
—
W
、
< br>[11]
Mcl
—
l
;一类是促进凋亡的,如
Bax
、
Bak
、
Bad
、
Bid
、
Bim
。其中
Bcl
一
2
是
B
细胞淋巴瘤
/白血病
-2(B-celllymphoma
/
leuke
mia-2)
的缩写。定位于人染色体
18q21
.
3
,在正常组
【
12
】
织中低表达。
1
985
年
,Tsujimoto
等
p>
研究滤泡性非霍奇金
B
细胞淋巴瘤时,从其
染色体断
裂易位点初克隆而得。
[1
3]
Bcl
一
2
是第一个被确认有抑制凋亡作用的基因
,
Bc1-2
抑制氧自由基的产生或起到抗氧
[14]
化剂的
作用而阻断细胞凋亡
。
Bcl-2
是一
种直接调节细胞凋亡的线粒体膜蛋白,
其
C
末端含
有
1
个由
< br>l9
个氨基酸组成的疏水跨膜区,
作为信号锚定序列,<
/p>
负责定位和插入到线粒体外膜,
抑制细胞凋亡,
< br>其表达可对抗细胞内外的氧自由基对细胞的毒害与损伤作用,
其在细胞内表
达增强可以抑制或防止多种因素或因子诱发的细胞凋亡,
延长细胞的寿
命,
是许多生理或病
理凋亡的关键性调节因子。
Bax
是最早发现的促凋亡因子,其中
21
%的氮基酸与
Bcl
一
2
同源。
Bax
分子结构中含有
类似于抗凋亡成员的疏水
C
< br>端,
然而亚细胞分级和免疫组织化学实验均表明
Bax<
/p>
在正常细胞
中主要定位于细胞浆。
虽然在
线粒体上也发现有部分
Bax
存在,
但
Bax
分子并非插入线粒体
[15]<
/p>
外膜内而是附着于线粒体表面
。
Bcl-2
家族成员复杂的相互作用通过控制线粒体外膜的透化作用
(MOMP)
而实现的。
Bax
在组
织器官
中的表达比
Bcl-2
更加广泛
,
p>
主要分布在线粒体外膜上。正常情况
Bax
位于胞质,在凋
亡信号诱导下,胞质内的
Bax
接到死亡信息使其构象发生改变,由胞质移位并插入到线粒体
[16]
膜中,并在此形成微孔结构的低聚物
Bax
—<
/p>
Ba x
同源二聚体,然后激动
MOMP
,开启线粒体
通透性转换孔引起线粒体跨膜电位下降,
释放凋亡前因子包括细胞色素
C
、
omi
/
htra2
、
p>
Smac
/
DIABLO
< br>和核酸内切酶
G
,释放的细胞色素
C
与凋亡蛋白活化因子(
apoptosis
proteinase
activating
factor-1
,
Apaf-1)
、
dATP
及
caspase
一
9
前体结合形成凋亡小体而发生凋亡
[17-19]
Bcl-2
存在于线粒体外膜,其表达可竞争性地与
Bax
蛋白结
合,形成比
Bax/Bax
同源二聚
体
更稳定的
Bax/Bcl
一
2
异源二聚体,从而“中和”
Bax/Bax
诱导
凋亡的作用,终止细胞凋亡
[20]
的发生。
< br>Oltvai
et
al
认为
,
决定细胞命运的关键因素是抑制与促进二者间的比率,
Bc1
-2
、
Bax
分别是凋亡抑制和促进因
子,其比值与细胞凋亡的发生直接相关,如二者表达量平衡则
细胞生存期正常
;
当
Bcl-2
表达量较
高时
,
形成异源二聚体
Bcl
一
2
/
Bax,
抑制细胞凋亡;
当
Bax
表达量较高时,形成同源二聚体
Bax
/
< br>Bax
,通过抑制
Bcl-2
的
抗凋亡作用而促进细胞凋亡的
【
21
】
【
22
】
发生
。因此有学者将
Bc1-2
和
Bax
的比值称作“凋亡开关”
。
2.2 Bad
Bad
基因首先从鼠的
cDNA
文库中克隆鉴定出
,
其后又克隆出人的同源基因,
由
Yang
等于
1995
年发现,其编码一个含
204
个氨基酸的蛋白质。双
杂交和序列分析发现,
Bad
可与
Bc
1-2
和
Bcl-xL
结合形成异源二
聚体,具有促进细胞凋亡作用,故名
Bad(Bcl-
xL
/
Bcl-2
associated
death promoter) <
/p>
。
Bad
游离于胞浆而不是固定于线粒体
外膜,不含信号锚定蛋白的结构特
点决定了它接受多种细胞外传入的信号,并传递到线粒
体外膜与其他
Bcl-2
家族成员相互作
【
23
】
用,从而调节细胞的生长或
凋亡
。
[24-26]
Bad
在内源性线粒体凋亡途径中发挥了中枢作用
凋
亡信号和药物处理信号都由
Bad
整
【
27-29
】
理并转呈至线粒体外膜,
藉此触发
caspase
依赖性凋亡进程
。
Bad
三个磷酸化部位在
112<
/p>
136
155
【
30-32
】
Ser
、
Set
和
Ser
,
线粒体相关蛋白激酶(
mitochondria
—
associated protein
kinase
< br>,
PKA)
、
Ras
一丝裂原激活的蛋白激酶
(Ras-mitogen-activated
protein
kinase
,
p>
RSK)
21
21
112
及
P
激活的蛋白激酶
(P
activated kinase 1
,
PAK1)
诱导
Ser
磷酸化;
PAKl
或
AT
P
依赖的
136
155
酪氨酸激酶
AKT
(又称蛋白激酶
B)
诱导
Set
磷酸化;
RSK
或
PKA
p>
诱导
Ser
磷酸
化。在生理
状态下,
磷酸化的
Bad<
/p>
与伴侣蛋白
14-3-3
结合,
干扰了
Bad
与
Bcl
一
2
或
Bc1
-xL
的结合从而抑制
细胞凋亡。接受凋亡信号刺激后
,
钙调磷酸酶等诱导
Bad
去磷酸化,
Bad
发生构象变化并自转
位至线粒体外膜。去磷酸化
Bad
强烈干扰
Bcl-xL-Bax
聚合物的稳定性
,
将
Bax
从中置换出来。
解
离后的
Bax
作用于线粒体外膜形成通透性改变孔道,
导致线粒体膜电位变化和
Cyt-
c
、
AIF
外流
,Ba
x
结合
Apaf-1
并与
ATP
、
procaspase- 9
、
Cyt-c
一起形成凋亡体,触发整个凋亡事件<
/p>
的发生。
Bad
可以说是
Bcl-2
/
Bax
和
Bcl-xL
/
B
ax
异二聚体的负调控基因,
依靠自身的强结合力,
以
浓度依赖性方式替换
Bcl-2
/
Bax
,
Bcl-xl/B
ax
二聚体中的
Bax
,
使
Bax
游离后成为二聚体而促
进凋亡,
当一细胞系所有细胞中的
Bax
< br>同源二聚体含量
>80
%,
再加
上适当的信号诱导,
细胞
[33]
就出
现凋亡
,这表明
Bad
通过调节
Bax
同二聚体与异二聚体的比值介导凋亡。
2.3 caspase
细胞凋亡后期的共同途径是半胱氨酸
天冬氨酸特异性蛋白酶
(
caspases
)
的激活。
caspases
直
接参与了凋亡早期启动、
凋亡信号的传递以及凋亡晚期作用于不同凋亡底物
(
主要是一些
D N A
酶和一些细胞骨架蛋白
)
并产生细胞皱缩、核分裂、
DNA
断裂等等凋亡特征现象。
c
aspases
处于凋亡诱导信号传递、
cas
pases
级联反应、下游效应因子作用这一凋亡过程的中
心位
置。当凋亡起始信号作用于线粒体后,引起线粒体释放细胞色素
C(Cyt-c)
,接着
Cyt-c
与凋亡蛋白酶活化因子
p>
1(Apaf-1)
结合并使
Apaf-1
改变构象形成八聚体,后者与
caspase
< br>一
9
结合并诱导其发生自我催化,活化的
caspase
一
9
进一步激
活下游的
caspase
,使级联反应进
一步放大。因此,
caspase-9
是细胞线粒体依赖的凋
亡途径中重要起始因子而
caspase
一
3
被
证明是凋亡的关键执行者,激活的
caspase
一
3
能裂解大量底
物使细胞凋亡。
3.
凋亡基因与
PTSD
创伤后应激障碍
(PTSD)
是指由于异常威胁性或灾难性心理创伤导致延迟出
现和长期持续
的精神障碍。
PTSD
患
者有强烈的恐惧和惊吓反应。其特征性的症状为病理性重现创伤体验、
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