细胞生物学论文.doc

细胞的凋亡摘要：细胞凋亡（apoptosis，APO）是新近提出的有关细胞死亡的一种模式，是生物界重要的生命现象之一。关键词：细胞凋亡 过程细胞凋亡是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。细胞凋亡与细胞坏死不同，细胞凋亡不是一件被动的过程，而是主动过程，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用，它并不是病理条件下，自体损伤的一种现象，而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。【1】早在 1972年 K err等 2已发现从细胞形态、 超微结构和生化变化等方面来分析, 细胞有二种死亡形式, 一种是早被熟知的细胞坏死( N ecrosis), 另一种是创新提出的程序性细胞死亡 ( Prog rammed cell death ,PCD)学说。但该学说到九十年代初才进入研究高潮, 进展极快, 现在普遍称之为细胞凋亡( Apoptosis)。细胞凋亡是象秋天树叶凋谢一样,细胞在一定的生理或病理条件下,遵循自身的程序, 自己结束其生命的生理性死亡。所以细胞凋亡是正常的生理过程,但是凋亡过多或过少都可引起疾病发生。因此, 近年来对于细胞凋亡的研究,已成为医学界的关注热点。细胞凋亡不足与过度并存。动脉粥样硬化(A s)是指动脉某些部位的内膜下有脂质沉积,同时有平滑肌细胞和纤维基质成分的增殖,逐步发展成粥样硬化性斑块。As的发生和发展是一个细胞异常增生和死亡相伴行的过程,其中细胞死亡形式是近年来研究的一个热点。细胞凋亡是正常血管壁基本的细胞学事件。B jorkerud等 3研究发现,正常血管全层及粥样硬化血管中膜、 外膜均存在凋亡细胞,但发生率远低于 A s病灶。A s病灶中细胞凋亡的类型主要是平滑肌细胞、 单核 /巨噬细胞和 T淋巴细胞, 此外还有一些内皮细胞。有人应用TUNEL法在粥样硬化的动脉标本的 As病灶中,能够检测到大量的凋亡细胞, 其发生率明显高于正常血管,并通过透射电镜证实为凋亡的平滑肌细胞,提示细胞凋亡是 As病灶中细胞 (尤其是平滑肌细胞 )死亡的主要形式。细胞凋亡受基因调控。B e nnett等利用转基因技术发现原癌基因 C - myc 、 bc L - 2 ,腺病毒基因 EIA和肿瘤抑制基因 p53参与调节 VS MC凋亡。有实验显示A s病例标本中凋亡细胞 bc L- 2蛋白表达明显减少, 而p53蛋白、 C- myc蛋白表达明显增加,提示上述基因表达在细胞凋亡的发生中具有重要的调控作用。Bc l- 2为凋亡抑制基因, 其作用可能与对抗 Bax引起的细胞毒作用有关,其与 Bax的比值决定了平滑肌细胞受到凋亡刺激因素的作用后, 是存活还是死亡 4, bcL- 2 /B ax 、 增加,细胞凋亡减少;反之,则触发细胞凋亡; bcL- 2还可能通过抑制氧化途径, 保护细胞免于过氧化氢和甲蔡醒诱导的细胞凋亡; bc L - 2还可通过改变细胞器的 ca2 + 流出而抑制凋亡 4。细胞内野生型 p53( w tp53)基因的表达对细胞凋亡起促进作用, p53蛋白是基因毒性损伤和其它病理因素所致的细胞凋亡所必需的其可直接下调 bcl- 2基因的表达,并能激活 Bax基因的表达。因此, As病灶中细胞内 bcL- 2蛋白表达减少, P53蛋白表达增加可能促使大量的细胞发生凋亡。C - myc基因是 myc癌基因家族( C - myc 、 N - myc)中最重要的一员, 其作用具有双重性,既可促进细胞增殖,也可促进细胞凋亡,取决于关健性的生长因子存在与否。因此, A s病灶中细胞内 C - myc蛋白表达增加的意义尚待进一步研究,由于 A s晚期细胞增殖明显减少,推测其可能参与促进细胞发生凋亡。 在细胞凋亡过程中，即将凋亡的细胞会激活一种内源机制以促进快速死亡。然后，凋亡细胞会被临近细胞或专门的吞噬细胞识别并吞噬降解。凋亡细胞的吞噬降解过程是整个细胞死亡程序中必不可少的一环。此环节障碍会引起诸如哮喘、类风湿性关节炎和狼疮等炎症疾病和自身免疫紊乱。迄今为止，关于凋亡细胞的吞噬已经有大量的研究结果，但是对吞噬小体的形成和成熟以凋亡细胞的降解过程仍不清楚。 北京生命科学院研究人员在线虫中克隆得到了基因 unc-108，它是人类基因 Rab GTPase2 在线虫中的同源基因。研究首先发现该基因与凋亡细胞的降解过程有关，unc-108 在吞噬细胞中表达并发挥功能，它主要影响凋亡细胞的降解而不是吞噬过程。他们还发现，与其他 Rab GTPases相类似，unc-108 会影响细胞内吞作用，它主要是在从早期内含体到晚期内含体以及晚期内含体到溶酶体的转运过程中起作用。unc-108 可与多个因子在吞噬小体上共定位，研究人员推断它可能通过介导吞噬小体的成熟来促进凋亡细胞的降解。 此次，我国研究人员发现了线虫中调控凋亡细胞降解的首个新基因unc-108。研究证实，小鼠 Rab2 在凋亡细胞的清除过程中可以替代线虫 unc-108 的功能，说明 Rab 蛋白是活体中清除凋亡细胞的潜在的调节因子，并且这一功能在哺乳动物中是保守的【5】。除了细胞凋亡的线粒体途径外，细胞内还存在另一种可引起细胞凋亡的死亡受体途径。死亡受体属于肿瘤坏死因子受体基因超家族成员，可传导由特定的死亡配体引起的凋亡信号，目前发现至少有 5 种死亡受体在细胞凋亡信号传导中发挥作用6。其中最典型的死亡受体有 CD95（称Fas 或 Apo1）和 TNFR1（称 p55 或 CD120a）。一旦细胞受到某些凋亡信号的刺激，Fas （CD95） 通过与其特异性配体FasL（CD95L）结合而在细胞膜表面发生聚合，形成的复合物 通 过 FADD 与 Caspase28 特 异 的 结 构 域 结 合 并 Caspase28 形成二聚体而自身激活， 进而引起细胞的Caspases 酶系级联反应以导致细胞凋亡7。实际上，细胞凋亡的线粒体途径与死亡受体途径并不能完全分开，两者可在 Caspase23 处会合并通过 Caspase23激活下游底物而呈现凋亡细胞的共同特点，但两条途径的另一个会合点是 bcl22s 基因产物8。 早期人们认为 bcl22和 bcl2xL 等 bcl22s 基因家族成员对死亡受体途径不起作用，但最近研究结果显示 bcl22 可通过干扰死亡受体途径而抑制细胞凋亡并提出一型细胞和二型细胞的概念bcl22 对死亡受体凋亡通路不起作用的细胞称为一型细胞 反之则称为二型细胞 二型细胞可通过死亡受体途径激活的 Caspase28 而酶切 bcl22 家族中 Bid 从而进入与细胞凋亡的线粒体依赖性途径 【9】【 10】另外 一型细胞和二型细胞可通过特异性基因的表达发生细胞类型间的转换 如细胞表达 XIAP 可使一型细胞向二型细胞转化 而胞浆中Smac DIABLO 的表达可引起二型细胞向一型细胞转化因此细胞凋亡的两条通路存在着互相联系及互相转化 【11】。 在上世纪七八十年代，科研人员利用光镜和电镜对形态学特征进行了详细的研究，细胞凋亡的研究主要停留在形态学及生物化学研究阶段。 最近几年，细胞凋亡进入分子生物学研究阶段，研究内容涉及到与细胞凋亡的相关基因及调控，细胞凋亡的信号转导，与细胞凋亡的各种分子及其相互作用及相互关系。 细胞凋亡之所以成为人们研究的一个热点，在很大程度上决定于细胞凋亡与临床的密切关系，因为凋亡及其机制的研究，阐明了一大类免疫病的发病机制。例如，人们发现，HIV病毒感染造成 CD4+细胞减少是通过细胞凋亡机制；肿瘤的发生是由于凋亡受阻所致；细胞凋亡与自身免疫病以及神经系统的退行性病变密切相关。细胞凋亡是机体的一种基本生理机制 。贯穿机体整个生命活动过程 。为机体正常细胞的更新和异常细胞的清除提供了手段 ，对维持个体正常生理过程和功能表达具重大生物学意义 细胞凋亡近年来已成为细胞生物学与分子生物学的研究热点。 对细胞凋亡机理的深入探讨可对一些疾病包括癌症提供新的治疗方法和途径 。目前药物开发多是从病理过程中的分子机制 ，正常生理过程起作用的因子来寻找新药。 肿瘤 心脑血管病 慢性炎症 免疫系统疾病等都是以细胞损伤和失控为关键环节。所以细胞保护 调节药物比杀伤药物的前景要广阔得多 。如果把细胞凋亡的基础性研究与药物开发的应用性研究结合在一起， 会缩短基础与临床应用的差距。 利用细胞凋亡的相关基因研究 ，开展基因治疗是一种富有成果的途径 在以细胞凋亡研究为主体的基因治疗研究中 。应突破专一基因的研究 ，而应把相关基因结合起来研究 ，可能会更加有效从抑制 调节异常基因表达过程设计新药可进一步提高药物的选择和有效性 。另外， 也多利用 研究中细胞因子或细胞保护因子开发新药 。如肿瘤死亡因子， 集落刺激因子等。 还可以对参与细胞凋亡的受体进行研究 ，开发受体激动性或拮抗性药物 。在受体水平或受体传递环节上切断或干扰细胞凋亡过程， 从而阻断疾病的发生 发展的某一环节， 达到治疗或预防疾病的目的。随着对凋亡研究的深入,还将揭示许多未知的凋亡调节机制,这些机制会有助于认识许多生命现象和疾病发生的过程,使人们从能够找到治疗疾病的新的切入点。【1】亚太传统医药报，第 6卷第 3 期2010 年3月，张玉龙，马 佳，李志军 。 2 Kerr J F, W y lli e AH, Currie ARApop t o si s : a basic b i o log i ca lpheno m enon w ith w ide- rang ing i m pli cations i n tissue k i net ics Br J C ancer 1972 Aug ; 26( 4) : 239- 57 3 B jorkerud S , B jorkerud BApoptos i s i s abundant i n hum anathero sc l erotic l esions , espec i a lly i n i nfl amm atory ce lls( m ac rophages and T cell s), and m ay con tri bute to t he accum ula tion o f grue l and Plaque i nstab ility J Am J Patho, l 1996 ,149 : 367- 380 4W y lli e AHG l uco co rticod- induced t hymocyte apop t o si s isassoc i a ted w ith endogenous endonuc l ease ac tivati on J Na t ure 1980 Apr ; 284( 5756): 555- 6 5Wu J , Zhou T, Zhang J , e t a l Co rrection o f auto i mm une d i s ease i n CD2 fas transgen i c m ice Proc NatlA cad Sc iU S A,1994 , 91 : 2344【6】中国医药报/2008 年/4 月/29 日/第B05版，洪敏。【7】 W GT.Programmed cell death apoptosison cogenesis J .Cell 2003 65 6 109.【8】姚登高.细胞凋亡与谷光甘肽2S2转移酶关系的研究 J .解剖学报 2005 26 4 32.【9】 T CB.Apoptosisin the patho genesis and treatment ofdisease J .Science 2005 2 6 1456.【10 】LOCK SHINRA.Programmed cell death J .Jul trastruct Res2004 46 1