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活性氧和细胞凋亡
进入九十年代以来，越来越
多的肿瘤、发育和神经生物学家、免疫学家和其他生
物学工作者以极大的热情致力于细胞
凋亡
(apoptosis)
或称细胞程序化死亡的研究，
使之成为当今生命科学研究中最引人注目的领域之一。许多研究显示活性氧
< br>(reactiveosygenspecies
,ROS
)
，即氧自由基及其衍生物与细胞凋亡密切相关。例
如，
低浓度的
H2O2
能诱导某些类型的细胞<
/p>
(
如血管内皮细胞、
HL60
细胞
)
凋亡，
氧
化的低密度脂蛋白可诱导淋巴细胞凋亡，
过氧亚硝基自由基可诱导胸腺细
胞凋亡，
等。
本文拟就
ROS
和细胞凋亡的关系作进一步综述。
1
ROS
和凋亡细胞的线粒体功能变化的关系
细胞游离系统
(cell
－
freesystem)
为认识细胞凋亡机制提供了良好的模型。
该系
统通过分离细
胞核和细胞浆，制备去核细胞
(cytoplast)
和无浆细
胞，可以独立分析
细胞浆和细胞核在细胞凋亡中的作用。
以此为
基础的两大发现强力地揭示线粒体在细
胞凋亡中的重要性：①细胞自发的受
Bcl-2
抑制的核固缩和
DNA
< br>裂解依赖线粒体的
存在；②
caspase
的活化依赖细胞色素
C
自线粒体释放。随后的研究显
示各种因素
诱导的细胞凋亡均出现线粒体功能紊乱，尤其是线粒体跨膜电位
(
△
ψm)
的破坏。业
已清楚，造成△
ψm
下降的主要原因是线粒
体膜通透性转运孔
(MPT)
的开放。
MPT
位于线粒体内、外膜之间，由一组蛋白复合体构成。许多因素可影响
MPT
的开关。
其中，定位于线粒体内膜的腺嘌呤核
苷酸转位蛋白
(ANT)
发挥重要作用。
ANT
分子
的构象改变，尤其是其相邻巯基的氧化还原状态明
显影响
MPT
的开关。当相邻巯基
氧化
为二硫键或类似于二硫键的交联复合物时，
MPT
开放。反之，
MPT
关闭〔
1
〕。
因此，
MPT
的开放及△
ψm
的破坏与细胞的氧化还原状态，如巯基氧化、细胞
GSH
缺少和
ROS
的堆积密
切相关。
Macho
等〔
2
〕在研究胸腺细胞凋亡机制中发现，早
期凋亡细胞胞内
GSH
下降和
ROS
含量轻度升高
。
后者进一步引起
NADH
和
NADPH
下降，
产生大量超氧阴离子自由基。
因此，
在凋亡过程中，
ROS
既是促发和加速
MPT
开放重要效应分子，
又是
MPT
开放的产物。
< br>这种正反馈机制使
MPT
开放具有自我放
大效应和
“
全
”
或
“
无
”
< br>的特点，
使线粒体△
ψm
的下降
进入不可逆过程，
细胞发生凋亡。
2 ROS
和凋亡信号传导分子
Ca2
＋的关系
自从
Kaiser
< br>等发现糖皮质激素诱导的胸腺细胞凋亡与
Ca2
＋离子内
流增加有关
以来，
越来越多的直接或间接证据表明胞浆
Ca2
＋浓度上升是细胞凋亡的一个重要事
件。
Ca2
＋作为第二信使或死亡信号传导分子，
< br>通过参与某些和细胞凋亡相关的蛋白
激酶和核酸酶的活化介导细胞凋亡。
实际上，
在细胞凋亡过程中胞内
Ca2
＋浓度上升
和
ROS
的
产生、堆积之间也存在密切联系，而且后者往往先于胞内
Ca2
＋浓度的上
升。例如，
Tan
等〔
3
〕发现神经细胞系
HT22
凋亡过程中，
ROS
的大量产生先于
胞内
Ca2
＋浓度的持续上升。进一步地，
ROS
的产生被
FCCP(
一种能够抑制线粒体
呼吸链产生
ROS
的芳香族化合物
)
阻断后，胞内
Ca
2
＋水平升高不明显。反之，当
Ca2
＋的内流被钴阻断时，胞内
ROS
的产生和堆积也受到抑制。因
此，他们认为在
凋亡早期贮存于内质网或线粒体的
Ca2
＋释放引起胞内
Ca2
＋水平轻度升高，并协
同其它因素
(
如
GSH
的下降等
)
引发线粒体大量产
生
ROS
，而
ROS
< br>进一步促进胞内
Ca2
＋浓度持续升高。
David
〔
4
〕等发现抗氧
化剂和
MPT
抑制剂能够抑制糖皮质激
素诱导的胸腺细胞内
Ca2
＋水平的升高，
进而抑制凋亡。
他们认为凋亡中产生的
ROS
可能引起细胞内贮存
Ca2
＋的细胞器如内质网、线
粒体膜和胞膜的破坏，导致胞内
Ca2
＋重分布和胞外
Ca2
＋的内流，从而引起细胞内持续的
Ca2
＋水平升高。总之，
ROS
的产生堆积
和
Ca2
＋水平的升高都是细胞凋亡中的重要事件，
且两者相互促进，
在细胞凋亡中发挥重要作用。
3 ROS
与调亡调控蛋白
Bcl-2
关系
Bcl-2
基因所编码的蛋白质属于胞内膜整合蛋白。
它对大多数因素诱导的细胞凋
亡具有负性调节作用。
Bcl-2
家族则包括诱导凋
亡和抑制凋亡两大亚家族。前者如
Bax
、
Bcl-xs
、
Bik
、
Bak
等，后者除
Bcl-2
< br>外，还有
Bcl-XL
、
Ced
-9
等。
Bcl-2
家族成员大多数由
C
端跨膜结构域
(TM)
和
1
－
4
< br>个
BH(Bcl-2Homology)
结构域构
成。近来在对
Bcl-2
作用机制研究中发现
Bcl-2
抑制细胞凋亡作用可能涉及
Bcl-2
对凋亡过程中
ROS
产生的
影响。
Hochman
〔
5
〕
等发现敲除
Bcl-2
基因的小鼠神经
细胞内氧化蛋白含量明显升高，
而且对各种氧应
激特别敏，
表明失去
Bcl-2
导致细
胞
氧化损伤增加和抗氧化能力的下降。
Kane
〔
6
〕等发现表达
Bcl-2
的
GT1
－
7
神经
细胞在去除
GSH
时，胞膜脂质过氧化等氧化损伤无明显增加，而且胞内
ROS
< br>水平
也无明显升高。
Hochman
等认为
Bcl-2
蛋白是一种
RO
S
清除剂，能有效清除超氧
阴离子等氧自由基，抑制过氧化物产
生及
ROS
对细胞的损伤。同时，
Bc
l-2
蛋白能
够调节并维持细胞内抗氧化剂的活性，并根据
Bcl-2
蛋白主要位于细胞内
ROS
产生
的部位，如线粒体膜，内质网膜，核膜等，推测
Bcl-2
蛋白能够调节细胞尤其是线粒
体内
ROS
的产生。
此外，
Bcl-2
蛋白可能阻断
ROS
对线粒
体膜通诱性的影响及由于
膜通透性下降引起的细胞色素
C
、凋亡诱导因子
(AIF)
等释放。但是，<
/p>
Satho
等〔
7
〕
发现在
PC12
细胞，
Bcl-2
并不能降低氧应激引起的
ROS
产生，但能阻止线粒体△
ψm
的下降。
Motyl
等
〔
8<
/p>
〕
报道
TGF-
β1
诱导小鼠淋巴细胞性白血病细胞系
L1210
胞内
Bcl-2
水平下降和胞内
ROS
水平升高，
且出现于
TGF
-
β1
加入后
24
～
48
小时，
但在此之前胞内已有
一次
ROS
含量的增加。显然，第一次
ROS
升高与
Bcl-2
下降
无关。综上所述，
Bcl-2
作为凋亡负性调控
基因，可能并不能抑制凋亡诱导因子引起