二恶英诱导细胞凋亡的机制.doc

二恶英诱导细胞凋亡的机制第23卷第3期20lo汕头大学医学院journalofshantoauniversitymedicalc0缸egvo1.23no.32o1o二恶英诱导细胞凋亡的机制闫克栋,张建军(汕头大学医学院公共卫生与预防医学教研室,广东汕头515041)【摘要二恶英类化合物是一类持久性环境有机污染物,由于其高毒性,难降解性,强脂溶性和生物蓄积性,对人类健康和环境安全构成极大威胁.二恶英毒性作用研究主要涉及生长发育毒性,免疫毒性,内分泌毒性,生殖毒性,以及致癌性等多方面.目前二恶英诱导细胞凋亡的研究有许多,但是,二恶英诱导细胞凋亡的机制研究较少,本文就二恶英诱导细胞凋亡的机制作一综述.关键词二恶英;细胞凋亡;线粒体;死亡受体;内质网中图分类号r994.6文献标识码a文章编号1007-4716(2010)03.0178.04二恶英是指结构和化学性质相似的多氯代二苯-并-二恶英和多氯代二苯-并一呋喃的总称,能与芳香烃受体(a职)结合,且对人类产生持久性危害.其中研究最多,毒性最强的二恶英类化合物是2,3,7,8.四氯代二苯.并一二恶英(tcdd).环境中的二恶英主要存在于城市的垃圾焚烧,矿石冶炼和含氯化合物及纸浆漂白等工业中.二恶英具有很强的亲脂性和难降解性,通过食物链在动物和人体内蓄积(主要分布在脂肪组织,其次是肝脏,脑组织,血液和胎盘等组织中).人体内的二恶英90%是通过饮食(肉类,奶类及其制品,鱼,贝类等n)摄入的.目前认为研究细胞凋亡的途径有线粒体介导,死亡受体(dr)介导l2j及内质网介导【3i.这3种途径都是最终通过激活caspase蛋白家族成员引起细胞凋亡.本文就二恶英诱导细胞凋亡的机制作一综述.1二恶英的作用机制ahr是存在于细胞质中的信使蛋白,是一种内源性的转录因子.当二恶英进入细胞质后,与ahr结合.形成配.受体复合物.该复合物与细胞质中的ahr核转位蛋白(ah鼢)结合形成异源性蛋白质二聚体,再将这一复合体转运至细胞核中,并与核中位于5荫上游区的dna特殊序列二恶英响应因子结合,改变dna的构象,引起下游特定的基因组表达紊乱.改变细胞的增殖与分化,产生相应的毒性效应及致癌性l4-5.目前已发现表达转录的主要有细胞色素p4501a12(cypiai一2),葡萄糖醛酸和谷胱甘肽转移酶等.其他类型基因的表达也可能直接或间接地受ahr的调节l6j.cypia1基因的基础表达水平极低,但经过ahr结合诱导后,表达水平大大提高.二恶英通过激活ahr后对机体造成相应毒性效应的过程,称为ahr依赖性途径.随着研究的不断深入,发现ahr不仅介导二恶英的毒性作用.还参与其他许多重要的生化过程.围产期暴露于tcdd,使得子代ahr杂交型雌鼠的空间记忆能力降低,提示ahr依赖是tc肋造成脑功能损伤的一个重要原因l17l.2二恶英诱导细胞凋亡的可能机制2.1二恶英经线粒体途径诱导细胞凋亡在细胞凋亡早期,线粒体形态无明显改变,但已产生一系列功能变化.tcdd暴露引起细胞内外ca2浓度紊乱,使细胞内c浓度增加【8j.膜外过高的ca2浓度又可刺激线粒体摄入ca2,致使线粒体内ca2超负荷.线粒体内过高的ca2浓度促使其膜上的通透性转换孔开放,导致线粒体破裂并释放出细胞色素c(cytc),凋亡诱导因子等进入膜外,进而激活caspase蛋白,从而启动细胞凋亡级联反应【9j9,导致细胞凋亡.其中,线粒体释放的cytc是参与细胞凋亡的主要分子,cytc与细胞凋亡蛋白酶活化因子.1(apaf-1)结合,在datp或atp存在的条件下形成蛋白复合物,从而激活capase.9,再激活下游caspase受体,进而诱导细胞凋亡p在线粒体介导细胞凋亡过程中也受到bcl一2蛋白家族成员的调控作用ll0.bcl-2与bax是机体内最常见的抑,促凋亡基因,bc1.2主要表达于线粒体,细胞核及内质网,其作用是清除损害dna及蛋白的氧自由基,调节细胞内ca2流量uu;bel-2对细胞凋亡的调节主要通过直接调节线粒体膜上ptp的收稿日期:2010一o407作者简介:闫克栋(1984一),男,山东省泰安市人,汕头大学医学院在读硕士生.通信作者:张建军e-jmil:.ai旦塞笠二恶英诱导细胞凋亡的机通透性,阻止cytc从线粒体内释放到胞质中,bcl-2还直接与apaf-1结合,封闭其激活caspase一3的功能,抑制凋亡的发生.而bax表达水平高时则促进细胞凋亡.通常情况下,这两种蛋白表达量处于稳定状态,由于受到tcdd的刺激,使得促凋亡蛋白量表达增加,进而打破胞内蛋白平衡,促进细胞凋亡引.因此tcdd可以通过线粒体凋亡途径促进细胞凋亡.围产期暴露tcdd可能损害环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(creb)的上游调控因子,导致海马creb的活化降低.大脑在突触的发育期暴露tcdd会抑制n.甲基.d.天冬氨酸(nmda)受体活性,引起神经元凋亡以及神经退行性疾病u3l.creb的转录活性主要依赖于第133位丝氨酸残基(ser133)的磷酸化.磷酸化的creb(pcreb)能调节大量抑制神经元凋亡基因的表达,可促进抗凋亡基因bc1.2以及脑源性神经营养因子(bdnf)和神经生长因子的表达,还可促进nmda受体的活化【l4j.bdnf能与神经元上特异性高亲和力受体.酪氨酸激酶受体b结合,促进酪氨酸激酶(trkb)同源二聚体的形成,激活受体,诱导trk受体特异位点磷酸化.活化的trkb通过信号级联放大,调节基因表达,激活多种蛋白和酶,包括转录因子creb,上调抑凋亡基因bcl-2表达,抑制神经元凋亡【15j.因此,在creb与bdnfmrna问形成了一个正反馈环.creb的磷酸化可促进bdnfmrna表达,而后者表达升高又可诱导creb磷酸化,抑制神经元凋亡.bcl一2及bdnf蛋白表达下调,抑制神经元凋亡作用减弱,tcdd可能通过抑制creb磷酸化,下调bdnf及bc1.2表达,从而诱导新生大鼠海马神经元凋亡.creb的磷酸化不仅有环磷酸腺苷依赖性蛋白激酶这一信号通路,还有其他信号通路,如钙调素依赖性蛋白激酶,蛋白激酶c和丝裂原活化蛋白激酶(mapk),这表明creb是一个多信号传导通路的交汇点【16.所以,tcdd可能是通过多个信号传导通路抑制creb的活化,诱导细胞凋亡.2.2二恶英经dr途径诱导细胞凋亡dr(fas,tnfrl,dr35等)是指通过与相应的配体结合后引起细胞凋亡的一类跨膜受体.研究发现,tcdd能激活fas/fasl途径诱导t细胞凋亡17.tcdd还可通过激活fas/fasl途径,诱导att-20细胞凋亡【18.提示tcdd可通过dr介导的凋亡途径诱导细胞凋亡.fasl是同源三聚体,能与细胞膜上的3个fas分子结合,并通过其胞内域与细胞质中的fas死亡结构域相关蛋白(fadd)的死亡结构域(dd)结合,继而通过fadd末端死亡效应结构域(ded)与邻近caspase一8中的ded结合,使caspase一8寡聚化,自身裂解而激活caspase一8,进而激活下游caspase一3,使核dna有序片段化,诱导细胞凋亡.激活的caspase一8还能裂解bid,裂解产物的羧基端转移到线粒体后,能诱导线粒体释放cytc,激活caspase级联反应,将dr介导的细胞凋亡通路与线粒体介导的细胞凋亡通路联系起来,产生协同作用,能放大凋亡信号ll引.2.3二恶英经内质网应激途径诱导细胞凋亡内质网应激(ers)是指由于内质网内ce平衡紊乱以及过量未折叠蛋白质积累而造成的内质网稳态受到破坏的状态;由于内质网非常敏感,葡萄糖/营养素缺乏,蛋白质糖基化抑制,二硫键形成障碍,蛋白质转运异常,ca2耗竭等刺激都可致内质网功能失调,发生ers.内质网在维持细胞内ca2内环境稳定,以及膜蛋白的合成,修饰和折叠等方面发挥关键作用l20j.研究发现,tcdd暴露导致c57bl/6j小鼠滑面内质网肿胀以及线粒体的扩张改变,从而引起ers反应,导致ca2失衡,ca1.reticulin,calnexin,bip,grp94,chop等内质网相关蛋白表达失调【21j.虽然ers途径诱导凋亡的详细机制目前还不清楚,但相关研究发现内质网发出的凋亡信号在进入凋亡的共同通路激活caspase3之前,可特异性地激活caspase.12,同时ca2异常也可直接激活caspase.12.进一步激活caspase.9,3.最终引起细胞凋亡.同时caspase.9还可正反馈地激活caspase12,进一步促进细胞凋亡作用.目前对二恶英诱导细胞凋亡的详细机制尚不清楚,但tcdd暴露可通过多种通路诱导细胞凋亡,在多种情况下各凋亡通路之间是相互联系的.如caspase-8可通过裂解bid把dr和线粒体通路联系起来;体内ca2的稳态同时受到内质网和线粒体的调节作用.因此细胞凋亡并非单一的凋亡通路所调控的,而是多种凋亡通路相互作用,相互联系,共同调控了细胞凋亡.研究发现,caspase在神经保护中也起到了重要作用【9l.caspase.3是细胞凋亡信号中最关键的因子之一,凋亡信号激活caspase.3的同时也激活热休克蛋白7o(hspto),caspase一3活化之后会进一步导致细胞凋亡,而hsp70的作用是保护神经细胞,因此两者共同作用决定了细胞的生存或凋亡.这表第3期闫克栋等.二恶英诱导细胞凋亡的机制明细胞凋亡并非单一进程,且细胞凋亡与细胞保护是同时存在的,细胞会同时激活相对立的凋亡和抑凋亡两个过程,两种作用的强弱对比决定细胞凋亡与否.3小结迄今对二恶英进行了大量研究,但许多机制尚不清楚.其原因主要是二恶英的生物半衰期长,其作用期间受多种因素影响.研究发现,线粒体在二恶英诱导细胞凋亡中起重要作用,决定细胞生存或凋亡,众多线粒体相关因素形成相互联系,影响的复杂调控网络.二恶英诱导细胞凋亡是多分子的级联反应,是一个复杂的调控过程,还有许多凋亡通路目前我们没有发现,需通过进一步研究凋亡相关蛋白的表达来发现这些凋亡通路及其调控机制.参考文献:1poianda,knuisonjc.2,3,7.8-tetmcldoredibenzo-p.dloxinandrelatedlmlogenateda.rolnatlchydrocarbons:exa-minatlonofthemechanismoftoxieityj.annurevpharma.coltoxicol,1982,22:517554.2】nm.pag,rolfem,harperjw.dragdiscoveryintileublqultln-proteasomesystemj.naturereviewsdrugdisco-very,2006,5(7):596613.3nakagawat,zhuh,morishiman,eta1.cpase.12mediatesendoplasmle-reficulum-specificapoptosisandcytotoxl-citybyamyloid-betaj.nature,2000,403(6765):98103.4harperp.tireahreceptorandthetoxicityofcldorinatedaromaticcompoandsa.injoseph),pdeds.moleculartoxi-eologyc.newyork&oxfo:oxforduniversitypress,l99r7.5okeyab,riddickds,harperpa.theahreceptor:mediatorofthetoxicityof2,3,7,8-tetraeldorodibenzo-p-dioxin(tcdd)andrelatedcompotmdsj.toxicollett,1994.70:122.6hoivikd,wilsonc,wangw,eta1.studiesonthere.1atlomhipbetweenestrogenreceptorcontent,glutatifiones-tralel-ase7cexpressi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