细胞凋亡相关蛋白的研究进展

#综述#讲座#细胞凋亡相关蛋白的研究进展=。,bcl-2、caspase、p53、survivin,,,。bcl-2、caspase、p53、survivin。=bcl-2caspasep53survivin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。细胞凋亡是多蛋白严格控制的过程,随着分子生物学技术的发展对多种细胞凋亡的过程有了较为深入的认识,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。细胞凋亡是一个主动过程,它涉及一系列蛋白的激活、表达以及调控等的作用。其中caspase家族蛋白、Bcl-2家族蛋白和p53蛋白、survivin等在凋亡的信号转导中扮演着重要角色。1caspasecaspase是半胱氨酸基天冬氨酸-特异性蛋白酶(cystei2nylaspartatespecificproteinase)即半胱氨酸天冬氨酸酶的缩写。它们是一组存在于胞浆中的半胱氨酸蛋白酶,其共同特点是特异性断开天冬氨酸残基后的肽键。到目前为止,在小鼠和人类中,已经发现caspase家族至少有14个成员。细胞中合成的caspase以无活性的酶原状态存在,经活化后方能执行其功能。caspase的活化是有顺序的多步水解的过程,caspase分子各异,但是它们活化的过程相似。首先在caspase前体的N-端前肽和大亚基之间的特定位点被水解去除N-端前肽,然后在大小亚基之间切割释放大小亚基,由大亚基和小亚基组成异源二聚体,再由两个二聚体形成有活性的四聚体。去除N-端前肽是caspase的活化的第一步,但是caspase-9的活化不需要去除N-端前肽caspase活化基本有两种机制,即同源活化和异源活化,这两种活化方式密切相关,一般来说后者是前者的结果,发生同源活化的caspase又被称为启动caspase,包括caspase-8,-10,-9,诱导凋亡后,起始caspase通过adaptor被募集到特定的起始活化复合体,形成同源二聚体构像改变,导致同源分子之间的酶切而自身活化,通常caspase-8,10,2介导死亡受体通路的细胞凋亡,分别被::(:30400591);(D2004-13,D200505);(2004AFQXJ035)作者单位:哈尔滨商业大学生命科学与环境科学研究中心,国家教育部抗肿瘤天然药物工程研究中心邮编150076收稿日期2008-03-06募集到Fas和TNFR1死亡受体复合物,而caspase-9参与线粒体通路的细胞凋亡,则被募集到Cytc/dATP/Apaf-1组成的凋亡体,再激活caspase-3、6、7,最终导致细胞凋亡[1-2]。2Bcl-2Bcl-2被认为是细胞凋亡蛋白家族中最重要的调控蛋白,和Bcl-2,Bax,Bad,Bak等共同组成了Bcl-2蛋白家族,Bcl-2的功能受其蛋白产物Bax和Bcl-xl蛋白调节。Bcl-2蛋白最早在人类滤泡样的细胞淋巴瘤中t(14;18)染色易位的断裂点克隆发现。在此易位中,bcl-2蛋白在正常的18q21易位到14q32与免疫球蛋白重链(IgH)并列形成头尾结构,这一异常结合导致淋巴瘤细胞中Bcl-2蛋白的转录激活和蛋白产物过度表达[3]。Bcl-2家族成员主要定位在核膜的胞质面、内质网及线粒体外膜上,与膜的结合对于其发挥功能是极其重要的。实验表明,失去膜定位能力的Bcl-2蛋白抗凋亡能力减弱了许多[4]。已知Bcl-2不像其它典型的癌蛋白那样破坏细胞正常的增殖调控机制,而是通过阻止凋亡而促进细胞存活。线粒体膜上的Bcl-2至少在三个水平上发挥功能来抑制凋亡[5]:1)线粒体膜上的Bcl-2能改变线粒体巯基的氧化还原状态来控制其膜电位从而调控细胞凋亡。在细胞凋亡中,线粒体的巯基可能组成了胞内氧化还原电位的传感器,Bcl-2可能是通过抑制谷胱甘肽(GSH)的外泄,降低胞内的氧化还原电位,来抑制细胞凋亡的;2)Bcl-2能调节线粒体膜对一些凋亡蛋白前体的通透性。Bcl-2蛋白可能是线粒体PT孔道的组成成分,它在较高的pH条件下形成离子通道,而Bax则能在较为广泛的pH范围内形成孔道。Bax能允许一些离子和小分子如细胞色素C等穿过线粒体膜,进入细胞质,从而引起细胞凋亡,而Bcl-2的作用正好相反,它能封闭Bax形成孔道的活性,使一些小分子不能自由通透,从而保护细胞凋亡;3)Bcl-2能将凋亡蛋白前体Apaf-1等定位至线粒体膜上,使其不能发挥凋亡作用。Bcl-2除对凋亡的影响外,还能抑制细胞周期。3p53肿瘤抑制蛋白p53在维持蛋白组的完整性中起着重要的作用。p53作为一个转录因子对DNA损伤做出反应,并诱导下游蛋白如p21,Mdm2和Bax的表达,这些下游蛋白可以调节细胞周期和凋亡。正常的p53在细胞里的功能有多种,但目前研究最多的有两种,一种是抑制细胞分裂,让其停留在细胞周期的Gl期,另一种是使细胞凋亡,此两种功能与p53转#1361#齐齐哈尔医学院学报2008年第29卷第11期录的能力均有一定程度的联系。p53介导凋亡的机制可能是通过以下几点:1)在凋亡过程中线粒体膜失去完整性,接着细胞色素C释放入胞浆,引起caspase断裂激活。抗凋亡蛋白bcl-2和促凋亡蛋白bax可调节细胞色素C释放。Bax显示在它的促进子内有某些p53结合位点,它对DNA损伤的上调反应并增加p53[6]。p53介导的细胞凋亡能被Bcl-2/Bcl-x抑制。活性氧(ROS)是线粒体损伤和凋亡的有力的激活剂。许多蛋白能增加ROS的产生,因此氧化应激能被p53诱导[7-8]。Fas通过FasL三聚化作用被激活继而导致caspase激活。Fas过度表达能引起凋亡且被认为是p53依赖的,但是机制尚不清楚[9]。p53可以上调Fas并诱导Fas介导的死亡[10]。p53在维持细胞正常生长、抑制恶性增殖过程中起着重要作用。它通过停止细胞生长和诱导细胞凋亡而发挥其肿瘤抑制者的功能[11-12]。它是细胞生长的/监控器0,是细胞生长重要的负调节蛋白,在细胞受到射线或某些药物作用发生DNA损伤的情况下,p53蛋白能阻止细胞周期停滞在Gl期,使细胞有足够的时间修复损伤,恢复正常状态,重新进入细胞周期[13-14]。若损伤不能修复,它可启动细胞的程序性死亡过程引起细胞凋亡,从而保证有癌变倾向的细胞不再存活下去。在正常细胞里p53的表达量很低,因此它不足以使细胞停止生长或死亡。然而当细胞受到某种损伤如DNA损伤或缺氧后,p53的表达会急剧升高,从而使细胞停止在Gl期,使受损细胞修复或发生凋亡。4survivin凋亡抑制蛋白(IAP)是凋亡抑制蛋白家族之一,survivin是新近发现的该蛋白家族的最小成员,也是迄今发现最强的凋亡抑制因子,在凋亡和细胞周期的蛋白调控中发挥重要的作用。由于一身兼有抑制线粒体途径细胞凋亡和参与细胞有丝分裂的双重作用,并且还具有独特的肿瘤特异性,survivin日益受到重视[15-16]。survivin是一个受p53调控的下游蛋白。若干数据显示p53能够抑制survivin的转录。有报道表明p53对survivin的转录抑制作用主要是通过p21完成的[17]。研究认为Sur2vivin是细胞凋亡与细胞周期检查点之间的界面分子。Sur2vivin可能主要通过两条途径来抑制细胞凋亡:一是通过直接抑制凋亡终末效应器caspase-3和caspase-7的活性,阻断各种刺激诱导的细胞凋亡过程;二是Survivin与细胞周期蛋白激酶CDK4、p34cdc2相互作用阻断凋亡信号转导通路。最近还发现Survivin是细胞周期蛋白激酶p34cdc2-cyclinB1的有丝分裂期底物,SurvivinThr34位点磷酸化后与caspase-9结合并抑制其活性,阻断caspase-9依赖性的细胞凋亡信号传导。近来又有研究发现[18],生存素可能通过中间结合蛋白间接抑制caspase-9的活性。Ingo等[19]证实,survivin能抑制Fas,bax及caspase-7诱导的细胞凋亡。而在已凋亡的细胞中,SurvivinmRNA表达显著下调。Ambrosln等[20],在survivin依赖性前B细胞(Pre-Bcell)中去除IL-3,Survivln能抑制Taxol诱导NIH3T3的细胞凋亡,能抑制Fas,Bax诱导293细胞的凋亡。将反义Survivin导入293细胞,细胞凋亡增加,细胞增殖受到抑制。目前较公认的关于survivin抑制细胞凋亡的机制总结如下[21-23]。1)survivin直接作用于caspase,主要抑制凋亡终末效应期caspase-3和caspase-7的活性或干扰caspase-9的活性,阻断各种刺激诱导的下游细胞凋亡的共同通路。2)sur2vivin与细胞周期调控因子细胞周期蛋白激酶CDK4和p34cdc2相互作用阻断凋亡信号转导通路,抑制细胞凋亡。¹Survivin依赖细胞增殖信号进入核内CDK4结合,形成Survivin-CDK4复合物,导致CDK2/cyclin-E激活和Rb磷酸化,Rb磷酸化后启动细胞进入周期,加快G1-S期的转换,同时使p21Wafl/cipl从Survivin-CDK4复合物中释放出来,释放出来的p21wafl/cip1易位到线粒体与procaspase-3结合形成复合物,抑制caspase-3的活性,阻止线粒体释放细胞色素C,从而抑制细胞凋亡。ºSurvlvin是细胞周期蛋白激酶p34cdc2-cyclinBl的有丝分裂期底物,SurvivinThr34位点磷酸化后与caspase-9结合并抑制其活性,阻断caspase-9依赖性的细胞凋亡信号传导。综上所述,细胞凋亡发生的信号转导途径是多样的,这些途径之间彼此间相互促进或制约,形成了错综复杂的调控网络。目前,细胞凋亡的发生机制尚不完全明确,不同药物诱导细胞凋亡的途径不同,并且参与调节的蛋白也各不相同。因此,深入研究细胞凋亡的发生机制及蛋白调节机制,可以为相关疾病的治疗以及药物的开发提供新的思路。[1]ThomberryNA,LazebnikY.Caspases:Enemieswithin[J].Science,2005(281):1312-1316[2]TsujimotoY,FingerLR,YunisJ,etal.Cloningofthechro2mosomebreakpointofneoplasticBcellswiththet(14:18)chromosometrattslocation[J].Science,2004(226):1097-1099[3]BornerC,MartinouI,MattmannC,etal.Theproteinbcl-2alphadoesnotrequiremembraneattachmentbuttwocon2serveddomainstosuppressapoptosis[J].CellBiol,2004(126):1059-1068[4]ReedJC.Bcl-2familyproteinsandmitochondria[J].Bio2chemBiophysAota,2006(1366):127-137[5]MiyashitaT,ReedJC.Thmoursupressorp53isadirecttran2scriptionalactivatorofthehumanbaxgene[J].Cell,2005(80):293-299[6]LotemJ,Peled-KM,GronerY,etal.Cellularoxidativestressandthecontrolofapoptosisbywild-typep53cytotoxiccompoundsandcytokines[J].ProcNatlAcadSciUSA,2006(93):9166-9171[7]JohnsonTM,YuZ,f