向軍軍 ，賴菁菁，胡躍強(qiáng)

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近3年線粒體介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的研究進(jìn)展

向軍軍1，賴菁菁1，胡躍強(qiáng)2

1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)2013級碩士研究生(南寧 530001)，E-mail：464674203@qq.com；2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院

摘要：線粒體是細(xì)胞活動的“動力工廠”，在調(diào)節(jié)細(xì)胞生存凋亡過程中發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。在細(xì)胞凋亡過程中，線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔過度的開放會促使線粒體跨膜電位降低，導(dǎo)致一些相關(guān)的促凋亡因子，如細(xì)胞色素C凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis inducing factor，AIF)、B 細(xì)胞淋巴瘤-2(Bcl-2)家族以及膜間隙中的Caspase 前體蛋白(procaspase)等從線粒體中釋放進(jìn)入胞質(zhì)，共同參與對細(xì)胞的調(diào)節(jié)。研究線粒體對細(xì)胞凋亡的機(jī)制，對于研究調(diào)控細(xì)胞凋亡具有極其重要的理論意義。本研究以線粒體對細(xì)胞凋亡作用近3年研究為基礎(chǔ)，對線粒體介導(dǎo)細(xì)胞凋亡中的作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：細(xì)胞凋亡；線粒體；跨膜電位；膜通透性轉(zhuǎn)變孔；線粒體蛋白

細(xì)胞凋亡(apoptosis)是一種主動的、程序性的由基因控制的細(xì)胞自主性死亡方式，又稱其為細(xì)胞程序性死亡(programmed cell death，PCD)[1]。近年來凋亡研究已細(xì)化到線粒體介導(dǎo)細(xì)胞死亡調(diào)控的模式。并發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞死亡的經(jīng)典表現(xiàn)出現(xiàn)前，線粒體在膜完整性已經(jīng)發(fā)生了改變，此改變包括了線粒體的內(nèi)膜和外膜。因此認(rèn)為線粒體對真核細(xì)胞在凋亡的調(diào)節(jié)中也發(fā)揮著重要作用。本研究從近3年線粒體跨膜電位、通透性轉(zhuǎn)換孔和線粒體相關(guān)蛋白方面進(jìn)行綜述，以期能為研究提供思路。

1線粒體膜通透性改變

線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔是存在于線粒體內(nèi)外膜之間的一組蛋白復(fù)合體和非特異性通道，其主要作用于線粒體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)換孔開放；當(dāng)轉(zhuǎn)換孔開放時，內(nèi)膜上離子平衡被打破，基質(zhì)水腫和外膜破裂，激活相關(guān)的凋亡因子，從而介導(dǎo)細(xì)胞死亡。線粒體通透性轉(zhuǎn)變孔與細(xì)胞凋亡線粒體通透性轉(zhuǎn)變孔(MPTP)同位于其內(nèi)外膜之間。其周期性開放對維持線粒體內(nèi)的穩(wěn)態(tài)及電生理化學(xué)平衡起著重要作用。20世紀(jì)50年代MPTP 于線粒體基質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度升高后出現(xiàn)廣泛可逆性水腫時首次觀察到[2]。目前研究認(rèn)為，MPTP 是細(xì)胞凋亡及壞死的共同通路。抑制線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔開放可改善心肌的舒縮及興奮恢復(fù)性質(zhì)，可能與其對衰竭心肌細(xì)胞能量代謝的影響有關(guān)[3]。最新研究顯示，陳亞妮等[4]通過觀察速效救心丸對心肌缺血/再灌注大鼠線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔及心肌細(xì)胞凋亡的影響，認(rèn)為速效救心丸對大鼠心肌缺血/再灌注損傷具有一定的保護(hù)作用，其機(jī)制可能與抑制MPTP 的開放有關(guān)。

2線粒體跨膜電位改變

細(xì)胞凋亡在細(xì)胞凋亡早期，線粒體外膜對蛋白質(zhì)的通透性增高，線粒體內(nèi)膜的跨膜潛能降低[5]。當(dāng)細(xì)胞凋亡信號傳遞至線粒體時，激活第 2 信使，如 Ca2+、Bcl-2(Bax)、神經(jīng)酰胺和活性氧等；使線粒體釋放出細(xì)胞色素C(Cyt-C)與凋亡蛋白酶激活因子1(Apaf-1)和 Caspases-9 形成復(fù)合體，導(dǎo)致Caspases-9的激活，進(jìn)而繼續(xù)激活下游效應(yīng)因子Caspases-3、Caspases-6、Caspases-7，使細(xì)胞進(jìn)入凋亡[6]。有研究顯示穿心蓮內(nèi)酯可以抑制人SKOV3、A431、HL-60細(xì)胞增殖，并可誘導(dǎo)SKOV3、A431細(xì)胞凋亡，其誘導(dǎo)凋亡可能與線粒體膜電位(MMP)下降有關(guān)[7-8]。有研究推測苦參堿影響線粒體的跨膜電位的MMP通道，其會導(dǎo)致MMP通道打開，從而觸發(fā)細(xì)胞凋亡的發(fā)生[9]。谷牧人等[10]用苦參堿對人乳腺癌MCF-7 細(xì)胞促凋亡作用分析，其促凋亡作用可能是通過降低線粒體跨膜電位而使MMP的通道打開。向明燈等[11]通過四溴雙酚A 對HepG2細(xì)胞線粒體膜電位及凋亡的影響研究。隨TBBPA 處理濃度增加，HepG2細(xì)胞存活率相應(yīng)降低，線粒體跨膜膜電位下降，細(xì)胞凋亡率隨之增加，通過降低線粒體膜電位可引起細(xì)胞凋亡。多項研究表明在細(xì)胞凋亡中，都出現(xiàn)了膜電位的下降，且發(fā)生于細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)改變之前。此研究說明膜電位下降為凋亡的特異性改變，如果能保護(hù)線粒體膜電位的穩(wěn)態(tài)，則有可能減少細(xì)胞凋亡[12-13]。

3線粒體相關(guān)蛋白的影響

3.1細(xì)胞色素C細(xì)胞色素C釋放是目前研究比較清楚的細(xì)胞凋亡生物化學(xué)途徑。正常情況下Cyt-C存在于線粒體內(nèi)，參與線粒體呼吸鏈電子傳遞和細(xì)胞凋亡過程。在Bcl-2 等細(xì)胞凋亡因素刺激下，Cyt-C由線粒體內(nèi)釋放到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，當(dāng)Cyt-C由線粒體內(nèi)釋放到細(xì)胞質(zhì)中被認(rèn)為是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。潘曉青等[14]研究表明，低硒時Cyt-c通過從線粒體釋放入胞質(zhì)發(fā)揮凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，激活下游凋亡蛋白引起心肌細(xì)胞的凋亡。王雪芹等[15]研究顯示，當(dāng)線粒體外膜通透性改變和膜電位下降，使游離的 Cyt-C釋放至胞質(zhì)的含量增加，進(jìn)入胞質(zhì)內(nèi)的Cyt-C 引起線粒體凋亡通路的下游基因蛋白發(fā)揮凋亡效應(yīng)。

3.2凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)凋亡誘導(dǎo)因子是一種主要的凋亡效應(yīng)蛋白，主要位于線粒體膜間隙。關(guān)于其機(jī)制研究，趙宏賢等[16]通過對大鼠小腸平滑肌細(xì)胞受到凋亡因素刺激研究，顯示小腸肌層平滑肌線粒體內(nèi)膜兩側(cè)電子梯度發(fā)生變化，引起線粒體膜電位下降，進(jìn)而導(dǎo)致凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis in ducing factor，AIF)釋放進(jìn)入胞質(zhì)，引起細(xì)胞凋亡。張道宮等[17]通過對PARP-1 介導(dǎo)的AIF 通路參與了慶大霉素內(nèi)耳損傷導(dǎo)致的前庭毛細(xì)胞凋亡的研究結(jié)果提示，其機(jī)制可能是通過PARP-1 活化而引起AIF 核轉(zhuǎn)位，誘導(dǎo)毛細(xì)胞的凋亡。徐勇剛等[18]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在SDT 致大鼠C6 膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡的過程中，AIF參與對細(xì)胞的凋亡作用。并推測其途徑可能為，SDT 使線粒體膜通透性增加，位于膜間隙的AIF 從線粒體轉(zhuǎn)位至細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)而AIF 又轉(zhuǎn)位至膠質(zhì)瘤細(xì)胞周圍和細(xì)胞核中，引起大鼠C6 膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡。

3.3Bcl-2家族蛋白B細(xì)胞淋巴瘤-2(Bcl-2)家族蛋白是線粒體凋亡途徑的關(guān)鍵，在細(xì)胞凋亡過程中有重要的作用[19]。主要是通過調(diào)節(jié)線粒體膜孔隙所形成的蛋白，進(jìn)而調(diào)節(jié)線粒體促凋亡因子的釋放，參與線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。

3.3.1抗凋亡蛋白B細(xì)胞淋巴瘤-2(Bcl-2)Bcl-2是重要的凋亡抑制蛋白，在即將凋亡的細(xì)胞中呈低表達(dá)。Bcl-2蛋白主要通過形成同源或異源二聚體，以及與胞內(nèi)蛋白因子的相互作用阻遏PCD，Bax及BH3類蛋白則促進(jìn)細(xì)胞凋亡。有研究顯示下調(diào)Bcl-2蛋白的表達(dá)，會促進(jìn)細(xì)胞凋亡[20]。戴焱焱等[21]通過長期對人細(xì)胞HEPG2藥物干預(yù)后檢測顯示，抗凋亡蛋白Bcl-2呈時間依賴性降低，促凋亡蛋白Bax呈時間依賴性增加。因此而證實(shí)線粒體中Bcl-2蛋白在細(xì)胞凋亡中起到重要的作用。

3.3.2促凋亡蛋白Bax促凋亡蛋白Bax 在正常情況下其主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，當(dāng)細(xì)胞受到凋亡刺激后才轉(zhuǎn)位至線粒體上，作用于線粒體，促使線粒體產(chǎn)生系列變化介導(dǎo)細(xì)胞凋亡。關(guān)于Bax蛋白對細(xì)胞凋亡的研究較多，其中Zhang 等[22]在研究PHB 蛋白表達(dá)與人體胃癌細(xì)胞系BGC823 細(xì)胞凋亡之間的聯(lián)系時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Bax 表達(dá)上調(diào)時，細(xì)胞凋亡率升高。Sehrawat 等[23]通過對花姜酮作用于人乳腺癌細(xì)胞(MCF-7、MDA-MB-231)研究，發(fā)現(xiàn)該藥物能同時促進(jìn)Bax的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡。Goloudina等[24]研究指出，在癌細(xì)胞中，當(dāng)Wip1 磷酸酶過表達(dá)時，能促進(jìn)Bax 表達(dá)，二者協(xié)同促進(jìn)癌細(xì)胞的凋亡。全超等[25]通過研究磷脂氫谷胱甘肽過氧化物酶(PHGPx)對p，p’-DDE 誘導(dǎo)大鼠睪丸生精細(xì)胞凋亡的作用時發(fā)現(xiàn)，一定劑量的p，p’-DDE 可以促使Bax 表達(dá)水平顯著升高。國內(nèi)外研究均證實(shí)了Bax表達(dá)量的上調(diào)與細(xì)胞凋亡呈正相關(guān)。

3.4半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)家族Caspase家族是近年來最新發(fā)現(xiàn)存在于胞質(zhì)溶膠中結(jié)構(gòu)相關(guān)的半胱氨酸蛋白酶，主要位于細(xì)胞凋亡調(diào)控的下游。其家族共分三類：凋亡啟動因子、凋亡執(zhí)行因子以及炎癥介導(dǎo)因子。其中凋亡啟動因子主要位于級聯(lián)反應(yīng)的上游，其中包括Caspase-2、Caspase-8 和Caspase-9 等，然后在相關(guān)蛋白的輔助作用下發(fā)生活化，進(jìn)而識別及激活下游的Caspase。此類研究國內(nèi)外較多，Cheng 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)雄黃作用于宮頸癌細(xì)胞后，通過促進(jìn)細(xì)胞色素C的釋放，并激活Caspase-3，使細(xì)胞進(jìn)入不可逆的凋亡階段。Imre 等[27]通過觀察金黃色葡萄球菌α-毒素及氣單胞菌溶素誘導(dǎo)的上皮細(xì)胞凋亡研究時發(fā)現(xiàn)，Caspase-2 為凋亡啟動因子并促使細(xì)胞發(fā)生凋亡，同時研究還發(fā)現(xiàn)Caspase-2 的表達(dá)下調(diào)可以抑制細(xì)菌成孔毒素介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。

4小結(jié)與展望

細(xì)胞凋亡與線粒體關(guān)系密切。在細(xì)胞凋亡過程中，當(dāng)內(nèi)外凋亡刺激作用于線粒體后，引起線粒體通透膜及相關(guān)蛋白的釋放，促使細(xì)胞進(jìn)入凋亡程序。近年來對細(xì)胞凋亡的研究主要集中在線粒體上，關(guān)于其與細(xì)胞凋亡的相互作用機(jī)制已漸進(jìn)成熟。但對于凋亡刺激作用后，凋亡蛋白的如何整合至線粒體及上下游蛋白的表達(dá)機(jī)制或許可以能有更全面的認(rèn)識。進(jìn)一步研究線粒體在細(xì)胞凋亡中的作用，有助于深入了解細(xì)胞凋亡的機(jī)制。一方面，可嘗試通過作用于線粒體通路中諸多調(diào)控蛋白在細(xì)胞凋亡過程中的作用靶點(diǎn)來阻斷凋亡繼續(xù)進(jìn)行，從而治療相關(guān)疾病。另一方面，可利用其凋亡機(jī)制深入探索干預(yù)癌癥細(xì)胞的治療，促使癌細(xì)胞凋亡，以達(dá)到治愈癌癥的目的。線粒體與細(xì)胞凋亡的研究在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展有著重要意義。

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(本文編輯王雅潔)

基金項目：廣西高等學(xué)校優(yōu)秀中青年骨干教師培養(yǎng)工程資助成果(No.重2012046)

通訊作者：胡躍強(qiáng)，E-mail：shitousay111@tom.com

中圖分類號：R329.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1672-1349.2016.13.018

文章編號：1672-1349(2016)13-1497-03

(收稿日期：2015-11-30)