糖皮质激素及其受体与细胞凋亡的研究进展[1]

糖皮质激素及其受体与细胞凋亡的研究进展 摘 要 糖皮质激素（Glucocorticoid，Gc）可在细胞生长、发育、分化、自身稳定的调节 和细胞存活能力等多方面起重要作用。细胞凋亡（apoptosis）是细胞在分化与发育过程 中受一系列基因调控而发生的主动的自发性死亡过程。糖皮质激素与细胞凋亡的关系,以 及糖皮质激素受体（Gr）在糖皮质激素致细胞凋亡过程中的介导作用已受到广泛关注。 关键词：糖皮质激素 糖皮质激素受体 细胞凋亡 ABSTRACT Glucocorticoids (Glucocorticoid, Gc) in cell growth, development, differentiation, self- regulating and stable cell viability and other aspects play an important role. Apoptosis (apoptosis) and differentiation of cells during development in a series of gene regulation occurs by the spontaneous initiative of the death process. Corticosteroids and relationship to apoptosis and glucocorticoid receptor (Gr) in the glucocorticoid-induced apoptosis process mediated has received extensive attention. Key words：Glucocorticoid glucocorticoid receptor apoptosis 一 前言 细胞凋亡又称程序性死亡,是在生理或病理条件下细胞主动参与的“自杀”过程。糖 皮质激素( Glucocorticoid ,GC)具有调节细胞生长、发育、自身稳定和细胞死亡的作用 ,以 维持机体组织细胞的平衡及其功能。早在 1980 年就有报道,近生理浓度的糖皮质激素可 致数种正常和肿瘤淋巴样细胞死亡。GC 不仅可诱导未成熟胸腺细胞凋亡,而且对幼稚 B 淋巴细胞、嗜酸性粒细胞、急性白血病细胞、 淋巴瘤细胞、骨髓瘤细胞以及某些正常组 织细胞如肝细胞、海马神经颗粒细胞等均有促凋亡作用,诱发凋亡是应用糖皮质激素治疗 白血病的分子生物学基础。 二 本论 2.1 糖皮质激素与细胞凋亡 糖皮质激素是应激情况下分泌的类固醇激素（steroid hornone）其最主要的功能是 调节机体对应激的能量反应,并可影响细胞承受凋亡的能力1 。皮质酮（CORT）,是大 鼠肾上腺分泌的主要糖皮质激素2,在人体分泌的糖皮质激素中,最重要的是皮质醇，地 塞米松及甲基强的松龙,这些是基础研究及临床研究中所常用的人工合成的糖皮质激素。 糖皮质激素可诱导胸腺细胞和恶性淋巴瘤细胞的凋亡过程1,3,5-7，能够提高海马神经元 对死亡的敏感性。据报道,地塞米松可以部分拮抗某种抗癌药对神经胶质瘤的致凋亡作用 1 。 Mann 等3认为,决定细胞凋亡通路的方向有两个。其一是依靠基因表达和 caspase 的级联反应；其二则既不依赖于大分子合成也不依赖于 caspase 的活性。caspase 是细胞 凋亡过程中最重要的蛋白酶 ,直接水解激活,与 DNA 断裂等凋亡的特征性改变密切相关, 因此也被称为死亡蛋白酶 。在蛋白分解级联中被激活的 caspase 使各自的前体裂解为成 熟的、有活力的酶,这种级联放大与补体激活或血液凝固的过程相似。一旦 caspase 被激 活,随即发生凋亡的形态学改变,此消亡过程不能停止4。糖皮质激素诱导的细胞活性丧 失是依靠大分子合成和 caspase 的活性。大分子合成抑制剂可以阻止糖皮质激素诱导的 细胞凋亡。在糖皮质激素诱导的大鼠死亡胸腺细胞中,可以检测到 caspase 的活性 , 并 且 caspase 活性抑制剂可阻止胸腺细胞活性的缺失3。 Sato 等将鼠的胸腺细胞系稳定的转染于 ATP 酶-6 反义基因后,发现地塞米松诱导的细 胞凋亡过程被明显延迟。实验结果也支持在糖皮质激素诱导的细胞凋亡过程中,线粒体内 ATP 的合成是必须的, ATP 的消耗可阻止糖皮质激素诱导的胸腺细胞凋亡。线粒体膜电位 的改变通常是发生细胞凋亡的早期警报,可使线粒体的内容物漏入细胞浆,在那里它们激 活 caspases。在决定细胞是否有足够能量通过凋亡死亡,还是通过不耗能而坏死死亡时, ATP 能量水平可能具有关键作用4。而且 Stefanelli 等认为,使用寡霉素消耗 ATP 以阻 止糖皮质激素诱导胸腺细胞凋亡, 其发生机制与使糖皮质激素同胸腺细胞核上的糖皮质 激素受体结合减少有关。 实验证明,多胺代谢酶和多胺也参与了细胞凋亡过程。Hedardt 等5在糖皮质激素诱 导的胸腺皮质细胞凋亡中,发现多胺分解代谢酶精眯/精胺 N（1）-乙酞转移酶活性明显升 高,而多胺生物合成酶腺昔蛋氮酸脱梭酶活性降低。 2.2 糖皮质激素受体介导的细胞凋亡的机制 分子遗传学研究证明,细胞内 GR 是致 GC 凋亡的介导者。目前认为有两种作用机制,即 河北大学 2009 级本科生学年论文（课程设计） 3 基因组机制和非基因效应。 2.2.1 受体介导的基因组机制 GC 是一种磷脂类物质,易进入细胞胞浆内,与 GR 结合,GR 存在 2 种亚型: GRa 和 GRb。GRa 活化后产生经典激素效应,而 GRb 不具备与激素结合的能力,而作 GRa 的拮抗体 起作用, 在不存在配体的状态下,GRa 在胞浆内与热休克蛋白( HSPs)结成复合体,当与 GC 结合后,启动下述两步过程:第一步是暴露受体的 DNA 结合位点,称作激活或转化,发生构 象性变化;第二步,HSPs 与 GRa 分离,随之类固醇受体复合物易位进入细胞核,在细胞核内 与糖皮质激素反应要素(GRE)的 DNA 位点(激素反应性片段)结合,启动基因转录,同时以空 间位阻方式抑制其他基因的转录水平,如 TNFa、IL-2 和 IL-6 以及 NO 合酶和环氧化酶 2(COX-2)的合成, 这些细胞因子和酶都可能在细胞凋亡中发挥调节作用。适宜的运动,引 起机体外周血中的 GC 浓度适度升高,细胞胞浆中的 GR 浓度下降,此时在允许的范围内,通 过影响基因的转录或转录后水平,来改变启动凋亡因子和抑制凋亡因子之间的比例,达到 运动时抑制免疫功能, 发挥抗炎作用,同时促进对 GC 敏感组织细胞的更新,提高机体的适 应能力。但若过度应激, 将会影响 GR 介导的基因转录水平,诱导细胞凋亡因子合成增强, 还可诱导具有溶解功能的溶解基因产物,或抑制生长所需的基本基因产物,并在其它凋亡 途径协同作用下,引起机体内组织细胞的过度凋亡,甚至发生病变。 Dieken 和 Miesfeld 通过转染方法对 GR 各功能区在介导淋巴样细胞凋亡中作用的 研究发现,在 S49 小鼠淋巴样细胞系统 GR 的氨基端转录激活区对诱发细胞凋亡很重要。 然而另一项研究发现,GRE 特异性 DNA 结合区被删除的 GR 与完整的 GR 加配体对细胞杀伤 具有完全相同的功能活性,删除大部分的转录激活区剩下的 GR 片断仍有较强的细胞致死 性。这提示可能是与不同种类细胞类型或系统有关,或者还有其它的非基因介导机制的参 与。 2.2.2 非基因受体介导效应 近年来关于细胞膜上存在类固醇受体的证据日益增多,人们很早就发现血浆内的 GC 与 ACTH 之间的负反馈机制对细胞的作用,发生于数分钟内,很显然不是基因效应的结果。 1974 年在分离突触时证实了 GC 的直接膜效应。Gametchu 在人体淋巴瘤细胞中已检测到 糖皮质激素受体样抗原,并且发现其与细胞死亡有关,可能参与了细胞程序化死亡过程。 这种非基因的受体介导途径具有起效快(潜伏期从数秒至数分钟),对转录和蛋白合成抑制 不敏感的特点。Buttgereit 等近来证实,在刀豆球蛋白刺激的胸腺细胞中,糖皮质激素可 以不通过减少细胞内 ATP 的产生而直接 抑制阳离子循环,证实了 GC 对细胞能量代谢的短 期效应。另有研究证明:GC 能直接降低线粒体内 ATPase 活性。进 一步表明这种非基因生 化效应可以影响不同系统的氧化磷 酸化过程,引起细胞内钙离子超载,并触发线粒体释放 细胞色素 C 来促进细胞凋亡过程。运动应激时外周血 GC 浓度升高可能在这种机制中扮演 着重要角色。但还需要深入研究。 2.3 GC 诱导凋亡对免疫系统的影响 在 T 细胞发育成熟过程中,95%以上的胸腺细胞经历凋亡,GC 对胸腺细胞发育的作用目 前还未有定论 ,一般认为有重要作用。胸腺细胞发育的阳性与阴性选择在胎儿时期即存 在,然而此时胎儿血循环中 GC 浓度很低,有人认为在胸腺可自身产生 GC,已确知培养的胸 腺上皮细胞(Thymic epithelial cell , TEC)的确可产生脱氢皮质酮,且 ACTH 调节。实 验证实胸腺 CD4-CD8-TCR-DN(Double negative)细胞 GR 表达水平最高,在经历从 CD4- CD8+TCR-发育为 CD4+CD8+TCRlow DP 胸腺细胞的过程中, GR 表达水平逐渐降低 ,然而 DP 细胞对 GR 却具最高敏感性8。研究发现 Bcl-2 在 DP 细胞表达量很低,而 CD4+或 CD8+T 细胞则有所表达,提示 GR 和抗凋亡分子的相对比率是决定细胞是否凋亡的主要因素。DP 细胞与自身 MHC2 肽复合物有高亲和力者经历活化诱导的细胞凋亡,其 GR 水平也远低于细 胞表面 TCR 水平;而与 MHC2 肽复合物有过低亲和力者则经历 GC 介导的细胞凋亡,相对应 的其 GR 水平也高于细胞表面 TCR 水平,表明 GR 与 TCR 具拮抗作用。最近研究表明胸腺细 胞 TCR 前体(pre-TCR)活化后可诱导 GR 下调 ,进一步证实 GC 对胸腺细胞发育有作用。关 于 GC 对胸腺细胞阴性和阳性选择的作用还没有统一意见,一般的观点是 GC 拮抗 TCR 的作 用而影响胸腺细胞的发育。 DP 胸腺细胞对 GC 诱导的凋亡十分敏感,在应激状态下即可诱导凋亡,而外周血 T 细胞 则对 GC 有抗性。TCR 表达水平增加的同时通常伴有 GR 表达增加,丝裂原激活后的 S 及 S 后期,GR 数量增加 23 倍,SRBC 免疫后小鼠,脾细胞的 GR 含量明显升高,说明免疫应答可 促进淋巴细胞表达 GR。GR 与 TCR 在一般情况下互相拮抗,TCR 活化后通过 Ras 促进 c-myc 的稳定性,并引发 MEK/ERK 级连反应,抑制 GC 诱导的细胞凋亡。而 GC 也可诱导亮氨酸拉 链蛋白 GI LZ( G lu-cocorticoid-induced leucine zipper)的表达,稳定表达的 GILZ 可 阻止 T 细胞活化后诱导的 FasL 上调及后续的细胞凋亡9 ,GILZ 还可抑制 TCR 介导的 IL-2/IL-2R 的表达,并通过蛋白相互作用抑制 NF-B 的核转位与转录激活活性10 。激 活淋巴 细胞 GR 表达增加的意义可能是提高淋巴细胞对 GC 的敏感性,以免过强的免疫应 河北大学 2009 级本科生学年论文（课程设计） 5 答导致对自身的损伤作用;或通过调 节 T 细胞活化,而实现免疫自稳。 三 结论 由于糖皮质激素作用的多靶点特性 ,对糖皮质激素与细胞凋亡的研究虽然近期获得一 些进展,但细胞凋亡信号的传递、GR 活化及其对靶基因的调控等是较为复杂的过程,至今 仍有许多问题没有解决。譬如糖皮质激素诱导的基因激活 在凋亡中的具体作用机制是什 么? 何为启动细胞凋亡的关键因素?由于细胞在不同状态下 GC 作用的效果不同,不同的实 验条件下常会产生相互矛盾的结果 ,在一些特定的情况下(如缺血再灌注)甚至现 GC 具抗 凋亡作用。因此,建立一种较好的实验模型也是亟待解决的问题。目前普遍认为激素诱导 的凋亡类似细胞在应激状态下产生的凋亡 ,线粒体在介导此类凋亡过程中起主要作用,然 而对该类非死亡受体介导的细胞凋亡具体机制仍不十分清楚,可能是多因素共同作用的结 果。对糖皮质激素介导凋亡机制的研究将有助于了解此类凋亡的特点和机制,同时可以加 深对细胞凋亡过程中各种因素所扮演角色的认识。 参考文献 【1】Gorman AM,Hirt UA,Oriunies S.et al.Dexamethasone pre-treatment interferes with apoptotic death in glioma cells.Neuroscoence,2000,96:417-425. 【2】de kloet er,van aerker sa,sihug rm,et al.bram mineraloeorticord receptors and centrally regulated functions.kidney int,2000,57:1329-1336. 【3】mann cl,Hughes fm jr,cidlowski ja,et al.dehneatorn of the signalmg path ways involved in glucocorticord-included and spontaneous apoptosis of rat thymocytes.endocrinology,2000,141:528-538. 【4】Hetts W-To die or not to die:an overview of apotosis and its role in disease.JAMA,1998,279:300- 307. 【5】hegardt c,andersson g,oredsson sm.changes in polyamine metabolism during glncocoticord-induced programmed cell death in mouse thymus.cell biol int,2000.24:871-880. 【6】sato m.matsuki y.guma t,et al.inhubition of glucocorticoid-induced apoptosis by the expression of antisense gene of mitochondrial atpase subunit 6(1).febs lett,2000.478:34-38. 【7】kohzdey m,matuszyk j,ziolo e,et al.changes in glucocorticoid-induced apopto