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细胞凋亡和细胞增殖都是生命的基本现象，
是维持体内细胞数量动态平衡
的基本措施。
在胚胎发育阶段通过细胞凋亡清除多余的和已完成使命的细胞，
保证了胚胎的正常发育；
在
成年阶段通过细胞凋亡
清除衰老和病变的细胞，
保证了机体的健康。
和细胞增殖一样细
胞凋
亡也是受基因调控的精确过程，在这一节我们就细胞凋亡的分子机理作简要的介绍。
细胞凋亡的途径主要有两条，一条是通过胞外信号激活细胞内
的凋亡酶
caspase
、一
条是通过
线粒体释放凋亡酶激活因子激活
caspase
。这些活化的可
将细胞内的重要蛋白降
解，引起细胞凋亡。
一、凋亡相关的基因和蛋白
细胞凋亡
的调控涉及许多基因，包括一些与细胞增殖有关的原癌基因和抑癌基因。其
中研究较多的
有
ICE
、
Apaf-1
、
Bcl-2
、
Fas/A
PO-1
、
c-myc
、
p53
、
ATM
等。
1
．
Caspas
e
家族
Caspase
属于半胱氨酸蛋白酶，相当于线虫中的
ced-3
，
这些蛋白酶是引起细胞凋亡
的关键酶，
一旦被信号途径激活，能
将细胞内的蛋白质降解，
使细胞不可逆的走向死亡。它
们均有以
下特点：
①酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲核性；
②总是在天冬
氨酸之后切断底物，
所以命名为
caspase
（
cysteine aspartate-specific protea
se
）
，
方便起见本文称之为凋亡酶；
③都是由两大、
两小亚基组成的异四聚体，大、小亚基由同一基
因编码，前体被切割后产生
两个活性亚基。
< br>最早发现人类中与线虫
ced-3
同源的基因
[1]
是
ICE
，即：白
介素
-
1
β
转换酶
（
Interleukin-
1
β
-converting
enzy
me
）基因，因该酶能将白介素前体切割为活性分子，故
名。<
/p>
通过
cDNA
杂交和查找基因组数据库，
在人类细胞中已发现
11
个
ICE
同源物
[2]
，<
/p>
分为
2
个亚族（
subgroup
）
：
ICE
亚族和
CED-3
家族（图
15-6
）
，前者参与炎症反应，后者参与
细胞凋亡，又分为两类：一类为执行者（
executioner
或
effector
）
，如
caspase-3
、
6
、
7
，
它们可直接降解胞内
的结构蛋白和功能蛋白，
引起凋亡，
但不能通过自催化
（
autocatalytic
）
或自剪接的方式激活；另一类为启动者（
initiator
）
，如
caspase-8
、
9
，受到信号后，能通
过自剪接而激活
，然后引起
caspase
级联反应，如
caspase-8
可依次激活
caspase-3
、
6
、
7
。
细胞中还具有
casp
ase
的抑制因子，称为
IAPs
（<
/p>
inhibitors of apoptosis proteins
< br>）
，属
于一个庞大的蛋白家族。它们能通过
BIR
结构域（
baculovirus IAP
repeats domain
）
[3]
与
caspase
结合，抑制其活性，如
XIAP
。
图
< br>15-6
：
ICE
家族成员
A
：
3
类
caspase
：蓝色参与炎症反应，红色为
执行者，绿色为启
动者；
B
：
caspase-3
的结构模型；
C
：
caspase-3
的活化过程
引自
Katja C.
Zimmermann
等
2001
<
/p>
2
．
Apaf-1
Apaf-1
被称为凋亡酶激活因子
-1
（
apoptotic protease
activating factor-1
）
，在线虫中
的同源物为
ced-4
，在线粒体参与的凋亡
途径中具有重要作用，该基因敲除后，小鼠神经细
胞过多，脑畸形发育。
Apaf-1
含有
3
个不同的
结构域：①
CARD
（
caspase
recruitment
domain
）结构域，能召集
caspase-9
；②
< br>ced-4
同源结构域，能结合
ATP/dATP
；③
C
端结
构域，
含有色氨酸
/
天冬氨酸重复序列，
当细胞色素
c[4]
的结合到这一区域后，
能引起
Apaf-1
多聚化而激活。<
/p>
Apaf-1
具有激活
Caspase-
3
的作用，
而这一过程又需要细胞色素
c
（
Apaf-2
）
< br>和
caspase-9
（
Apa
f-3
）参与。
Apaf-1/
细胞色
素
c
复合体与
ATP/dATP
结合后，
Apaf-1
就
可以通过其
CARD
结构域召集
c
aspase-9
，形成凋亡体（
apoptosome
）
，激活
caspase-3
，
启动
caspase
级联反
应。
3
．
B
cl-2
家族
Bcl-2[5]
为凋亡抑制基因，是膜的整合蛋白，其功能相当于线虫中的
ced-
9
。现已发现
至少
19
个同源物，它们在线粒体参与的凋亡途径中起调控作用，能控制线粒体中细胞色素
c
等凋亡因子的释放。
Bcl-2
家族成员都含有
1-4
个
Bcl-2
同源结构域
（
B
H1-4
）
，
并且通常有一个羧端跨膜
结
构域
(transmembrane region ,TM
)
。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。根据功能和结构可将
Bcl-2
基因家族分为两类（图<
/p>
15-7
）
，一类是抗
< br>凋亡的
（
anti-apoptotic
）
，
如：
Bcl-2
、
Bcl-xl
、
Bc
l-w
、
Mcl-1
；
一类是促进凋亡的
（
pro-apoptotic
）
，
如：
Bax<
/p>
、
Bak
、
Ba
d
、
Bid
、
Bim
，在促凋亡蛋白中还有一类仅含
BH3
< br>结构，如
Bid
、
Bad
。
虽然
Bcl-2
蛋白存在于线粒体膜、内质网膜以及外核膜上，但主要定位于线粒体外膜，
它拮抗促凋亡蛋白的功能。
而大多数促凋亡蛋白则主要定位于细胞质，
一旦细胞受到凋亡因
子的诱导，它们可以向线粒体转位，通过寡聚化在
线粒体外膜形成跨膜通道
，或者开启线
粒体的
PT
孔，从而导致线粒体中的凋亡因子释放，激活
caspase
，导致细胞凋亡。
胞质中的促凋亡蛋白可通过不同的方式被激活，包括去磷酸化，如
Ba
d
；被
caspase
加工为活性分子
，如
Bid
；从结合蛋白上释放出来，如
Bim
是与微管蛋白结合在一起的。
图
15-7
Bcl-2
家族
引自
Katja C.
Zimmermann
等
2001
4
．
Fas
Fas
又称作
APO-1/CD95<
/p>
，属
TNF
受体家族。
< br>Fas
基因编码产物为分子量
45KD
< br>的跨
膜蛋白，分布于胸腺细胞，激活的
T
和
B
淋巴细胞，巨噬细胞，肝、脾、肺、心、脑、肠、
睾丸和卵巢细胞等。
Fas
蛋白与
Fas
配体结合后，会激活
caspase
，导致靶细胞走向凋亡。
5
．
p53
是一种抑癌基因，其生物学功能是在
G
期监视
DNA
的完整性。如有损伤，则抑制细
< br>胞增殖，直到
DNA
修复完成。如果
DNA
不能被修复，则诱导其调亡，研究发现丧失
p53<
/p>
功能的小鼠胸腺细胞对糖皮质激素诱导的调亡反应和正常细胞相同，
而对辐射诱导的调亡不
敏感。
6
．
myc
在许多人类恶性肿瘤细胞中都发现有
c-myc
的过度表达，它能促进细胞增殖、抑制分
化。
在凋亡细胞中
c-myc
也是高表达，作为转
录调控因子，一方面它能激活那些控制细胞
增殖的基因，另一方面也激活促进细胞凋亡的
基因，给细胞两种选择：
增殖或凋亡。当生长
因子存在，
Bcl-2
基因表达时，促进细胞增殖，反之细胞凋亡。
ATM
（
ataxia
telangiectasia-mutated gene
）
是与
DNA
损伤检验有关的一个重要基因。
最早发现于毛细血管扩张性共济失调症患者，
人类中大约有
1%
的人是
ATM
缺失的杂合子，
表现出对电离辐射敏感和易患癌症。正常细胞经放射处理后，
DNA
损伤会激活修复机制，
如
DNA
不能修复则诱导细胞凋亡。
ATM
是
DNA
损伤检验点的一个重要的蛋白激酶（参见
第十三章第四节）
二、
Fas
介导的细胞凋亡
细胞表面的凋亡受体是属于
肿瘤坏死因子受体（
TNFR
）家族的跨膜蛋白，它们包括
Fas
（
Apo-1/CD95
）
、
TNFR1
、
DR3/WSL
、
DR4/TRAIL-R1
和
DR5/TRAIL-R2
。其配体
属
于
TNF
家族，目前已比较清楚的是
Fas
介导的细胞凋亡途径。
Fas
具有三个富含半胱氨酸的胞外区和一个称为死亡结构域（
Death domain
，
DD
，图
15-8
）的胞内区。
Fas
的配体
FasL
（
Fas ligand
）与
Fas
结合后，
Fas
三聚化使胞内的
DD
区构象改变，然后与接头蛋白
FADD
< br>（
Fasassociated death domain
）的
DD
区结合，而后
FADD<
/p>
的
N
端
DED<
/p>
区
（
death effector d
omain
）
就能与
Caspase-
8
（或
-10
）
前体蛋白结合，
形成
DISC (death-
inducing signaling complex )[6]
，
引起
caspase-8
、
10
通过自身剪激活，
它们启动
cas
pase
的级联反应，使
caspase-3
< br>、
-6
、
-7
< br>激活，这几种
Caspase
可降解胞内
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