细胞凋亡及相关因素的研究进展.doc

精品文档细胞凋亡及相关因素的研究进展论文摘要：细胞凋亡(Apoptosis)是一种生理性死亡Physiogicalcell death，PCD)，是细胞对内外信息刺激的应答反应，1它与细胞的生长、分化一样属于最基本的细胞学事件或过程它决定着生物体的基本特征和转归是胚胎发生和个体发育中清除细胞以维持细胞数目正常的调节机制。 2当组织细胞发生异常调亡时，即可引起疾病的发生。一般来讲凋亡过多会引起退行性变或早衰，调亡过少易诱发肿瘤。3 因此，细胞凋亡近年来引起生命科学研究领域的广泛关注。本文仅就细胞调亡的概念及相关因素作一简要的概述。【Summary】 Apoptosis is a kind of Physiogicalcell death and a reaction of cells to around informations stimulate .1 It is same as cells growth and differentiation which belong to the basic cell subjects incident or process.it decide living things essential character-Istics ,and used to clear away cells to keep it rgular numbers regulation mechanism in the procees of embryo occur and individual growth.2there will couse ill-Ness when the organization cells come into being particularly apoptosis .Generally speaking ,more cell Apoptosis can be lead to cell declin and fall .Howerer,oess apoptosis can be easy to cause tumor.3 therefore, cell apoptosis make study field of life scientifics widly attention.this thesis is only simply summarize for the concept of cell apoptosis and some related element.关键词：细胞调亡，相关因素,发生机制,细胞因子,自噬1 细胞凋亡的形态学及生化学特征细胞调亡是 Kerr 1972年首先提出的。许多研究者认为，它与 Lockshin 1965 年提出的程序性细胞死亡（Programmed cell deathPCD)可交互使用，具有等同的含义，但不是完全相同的现象。PCD是功能性概念它是由遗传控翩的，是在基因指导下进行的生理活动，APO是形态学概念。PCD主要由APO引起但有些不是APO引起。所以二者并不完全等同，有一定的区别。1.1 凋亡细胞的形态学特征细胞凋亡是对许多细胞有控变化的形态学描述。细胞调亡和细胞坏死是细胞死亡的两种形式。凋亡细胞的形态学特征是，细胞圆缩，表面结构(微绒毛等)消失，胞浆细胞器固缩，内质网扩张线粒体正常，核仁消失染色质聚集浓缩成一个或数个团块，但表面仍光滑完整有时可形成新月帽状最后出现于细胞外形成包膜包绕的小体被邻近细胞或巨噬细胞吞噬。它与细胞坏死不同在整个凋亡过程中不发生溶酶体、线粒体及细胞膜的破裂，只有细胞内含物外泄及局部微环境改变，不发生炎症反应及对周围组织的次级损伤。1.2 凋亡细胞的生化特征 细胞内DNA 被内源性核酸内切酶在核小体单位间降解，产生若干长度为180200个碱基对整数倍的寡核苷酸片段，即核小体重复单位的大小。细胞凋亡是单个细胞的丢失，结局是被吞噬细胞和邻周细胞吞噬或自然脱落离开生物体 。细胞凋亡在生物体的发育过程中具有重要作用，它与有丝分裂共同诃节细胞数目和组织形态，无论低等动物或高等动物都是如此。例如，某些昆虫从卵蜕变为成虫，蛙从蝌蚪发育为成蛙。人体许多器官形态的形成也与细胞凋亡有关，如口腔中牙龈与唇的分开，手指与脚趾的分开等，细胞凋亡规律一旦失常，个体即不能正常发育。人类免疫系统淋巴细胞发育过程中也伴随着细胞凋亡，若凋亡发生障碍，可导致自身免疫性疾病的发生。机体还可以利用细胞凋亡机制清除肿瘤细胞，实现抗肿瘤作用。2 细胞调亡的相关因素2.1 细胞因子与细胞凋亡细胞因子是由免疫细胞和非免疫细胞合成和分撼的小分多肽类因子，其分类方法尚未统一，根据其主要功能不同可以分为：白细胞介素、集落刺激因子、干扰素、肿瘤坏死因子、转化生长因子、趋化因子家族及其它细胞因子(如表皮生长因子等)。细胞因子具有广泛的生物学活性：促进靶细胞的增殖分化，增强抗感染和细胞杀伤效应促进或抑制其他细胞因子和膜表面分子的表达，促进炎症过程，影响细胞代谢等z3,3。近年来，随着细胞凋亡分子机制的研究进展，学者们发现有些细胞因子可以影响细胞凋亡。本文仅扼要介绍几种与凋亡有关的细胞因子对凋亡的影响作用。2.1.1 细胞介素(Interleukin，1L)与细胞凋亡白细胞介素是由淋巴细胞、单核细胞等产生的细胞因子，在细胞间相互作用、免疫调节、造血及炎症过程中起重要作用。2.1.1.1 白细胞介素一2(IL一2)与细胞凋亡： IL一2主要由活化的T细胞产生，它可以促进T和B细胞增殖分化增强NK 细胞和单核细胞杀伤活性。IL2还可抑制多种细胞发生凋亡。1993年，DengL5一研究发现IL一2可以促进杀伤性T细胞系CTLL2细胞中原癌基因Bc|一2的表达，Bc|一2基因是一种公认的抑制细胞凋亡的基因，因此IL一2是通过促进Bcl一2基因的表达来抑制细胞凋亡的。CTLL2细胞是IL一2依赖性T 细胞，培养时撤除II 一2，凋亡很快发生，加入IL一2则可抑制凋亡发生。此外，经转基因表达Bcl一2的细胞，撤腺IL 2，凋亡程度下降，也证实了Bcl一2基因对细胞凋亡的抑制作用。1996年，Mor_6 经实验证明IL一2可以抑制抗原特异性T 细胞因放射线照射或地塞米松所诱发的细胞凋亡，且与IL一2水平呈正相关，在此过程中，IL一2抑制细胞凋亡也是通过上调Bcl一2基因表达来实现的。同年，Gomez口 发现IL 2可以通过激活小分子鸟嘌呤核苷酸(Ras)来抑制TS1 细胞(IL一2依赖性细胞)凋亡。2.1.1.2 白细胞介素一3(IL一3)与细胞凋亡：IL一3主要由活化的T 细胞或T 细胞克隆产生，可以刺激多能于细胞和多种祖细胞增殖分化，又称多重集落刺激因子。1993年，Mekori 研究发现IL 3可以抑制IL一3依赖性肥大细胞发生凋亡。骨髓来源培养的肥大细胞系BMCMC和生长因子依赖性肥大细胞系MCP5均是IL一3依赖性细胞，IL一3撤除可以导致细胞凋亡，证实了IL一3有阻止肥大细胞凋亡的作用。同年，ItohL9 发现IL一3撤除还可导致FDCPl细胞(IL一3依赖性细胞系)凋亡，Bel一2基因表达可以抑制凋亡发生，但尚无证据表明IL一3抑制细胞罚亡是通过促进Bcl一2基因表达实现的。2.1.1.3 白细胞介素一4(IL一4)与细胞凋亡：IL一4主要由活化的T 细胞产生它对于B细胞、T 细胞肥大细胞、巨噬细胞和造血细胞都有免疫调节作用。1996年，Zamorano_l 研究发现IL一4可以通过胰岛素受体底物(IRS)途径来保护细胞免于凋亡骨髓祖细胞系32D细胞是IL一3依赣性细胞撤除IL一3，细胞凋亡大量发生，IL 4可以通过IRS一1途径来抑制细胞凋亡。实验证明，IL一4可以介导IRS磷酸化，使与之相结合的磷脂酰肌醇一3激酶活性增强来抑制细胞凋亡。2.1.2 集落刺激因子(CSF)与细胞凋亡CSF可以刺激不同的造血干细胞在半固体培养基中形成细胞集落。不同的CSF对不同发育阶段的的干细胞起到促进增殖分化的作用。近年来研究表明，有些CSF还可抑制细胞凋亡。2.1.2.1 粒细胞和巨噬细胞CSF(GMCSF)与细胞凋亡：GM-CSF 主要由T 细胞、B 细胞、巨噬细胞和成纤维细胞等产生，可以刺激粒细胞、巨噬细胞集落形成刺激粒细胞功能。1996年，WeiE“ 研究发现多形核白细胞(PMN)单独培养时很快凋亡，加入GMCSF培养时凋亡明显减少。PMN 内存在酪氨酸蛋白激酶Src家族，Lyn是其成员之一，GMCSF可以激活Lyn，PMN经过对Lyn抗敏感性处理后，GMCSF对PMN 的保护作用下降，证实GMCSF可以抑制中性粒细胞凋亡，并且在此过程中Lyn起了重要作用。2.1.2.2 干细胞因子(SCF)与细胞凋亡：SCF 又称肥大细胞生长因子，主要由肝细胞产生，它可以促进IL一3依赖性早期造血前体细胞增殖与分化，促进肥大细胞增殖。1993年，Mekori 发现，SCF可以抑制肥大细胞凋亡。肥大细胞可表达ckit。SCF是ckit的配体，它与肥大细胞表面的ckit结合后，可以激活其内的酪氨酸激酶，从而抑制细胞凋亡。2.1.2.3 红细胞生成素(Epo)与细胞凋亡：Epo是主要由肾细胞产生的一种糖蛋白，可以刺激红系造血祖细胞分化发育。在红细胞生成过程中，有一段时期需依赖Epo，包括红细胞样集落形成单位(CFUE)期和原红细胞期。1990年，Koury1 从感染致贫血抹病毒的小鼠脾内分离出FAV 细胞(与红系造血祖细胞同种且Epo依赖性与正常CFUE 类似)。体外培养时，Epo存在，FAV 细胞存活并分化为网织红细胞，反之，则FAV 细胞内DNA 断裂导致凋亡发生。体内实验证明，低浓度的Epo可使CFUE数目减少，高浓度的Epo可使CFUE数目增加，以上结果证明在红细胞生成过程中，Epo可阻止红系造血祖细胞DNA 断裂而阻止细胞凋亡的发生.2.1.3 肿瘤坏死因子(TNF)与细胞凋亡TNF分为两种：TNFa和TNFp。前者是一种单核因子，主要由单核细胞和巨噬细胞产生，后者是一种淋巴因子，主要由活化的T 细胞产生。1995年，Martin口 研究发现TNF-a可以抑制HT一29细胞凋亡，TNFd和干扰素在促进细胞凋亡时有协同作用。HT一29细胞是一种来源于结肠癌且分化良好的上皮细胞，细胞表面可以表达TNFa受体，干扰素通过促进细胞TNFa受体表达来促进细胞凋亡的发生 1996年，LenL1 发现TNF在控制人类B细胞凋亡时具有双重作用。Romas B细胞来源于人类Burkitt淋巴瘤细胞系，细胞表面可以表达TNF受体，抗IgM 单克隆抗体与B细胞表面受体(BCR)结台后诱发细胞凋亡，加人TNF可大量减步细胞凋亡。在B细胞表面存在FasApo-表面抗原，Apo一1单克隆抗体与抗原结台后可造成细胞凋亡轻微而缓慢发生，TNF可通过增加FasApo-的表达来促进细胞凋亡的发生。2.1.4 转化生长因子一(TGF一口)与细胞凋亡TGF一8来源于多种细胞，如破骨细胞、肾脏和骨髓的造血细胞等，对细胞的生长分化和免疫功能具有重要作用。TGF一8既可以促进某些细胞凋亡，叉可抑制某些细胞凋亡。1995年，Lomo153研究发现TGFp可以促进人类成熟的静息期B细胞凋亡。新鲜分离的外周血B细胞体外培养时，细胞凋亡缓慢且速率稳定，而加人TGF一口与B细胞共同培养时，细胞凋亡显著增加且与剂量呈正比。Cerwenka研究表明TGFp还可抑制活化的T细胞凋亡。TGFp可以增强T 细胞对Fas抗原介导的细胞凋亡的耐受性，延缓细胞由捅亡耐受型向凋亡敏感型的转换时期，从而抑制细胞捅亡。TGF一8在抑制细胞凋亡时并不影响Fas抗原和Bcl一2基因的表达。2.2 自噬对细胞存活和死亡的影响2.2.1 自噬对细胞存活的作用Hourdry于1977年首次在即将死亡的细胞中发现了自噬象，提出自噬能促进细胞存活。后来的研究表明，某些细胞的死亡与一些重要自噬相关基因的缺陷有关。2.2.1.1 营养缺乏时自噬对细胞存活的维持作用：细胞缺乏营养时，自噬途径被激活，诱导自噬体形成，并由溶酶体介导降解膜磷脂和胞质内蛋白质等，这有助于为细提供能量和维持细胞的主要合成代谢。在饥饿状态下，肝细胞发生自噬，降解细胞质内的蛋白质，进行糖酵解，从而为脑细胞和红细胞提供能量。近来研究发现，营养缺乏时骨骼肌细胞的自噬虽然没有肝细胞明显，但在维持能量代谢方面起着重要作用。有人提出，哺乳动物饥饿3天以上时，细胞噬水平开始降低，其原因可能是酮体替代葡萄糖作为大脑能量的来源。然而，较长时间饥饿条件下自噬被抑制的机制未被阐明(Mizushima等2004)。对新生鼠出生时能量来源的研究进一步证实了饥饿时自噬对机体细胞存活的维持作用。有人用GFP-LC3检测新生鼠各个器官的自噬，观察到除肝脏外，心、肺、胰和膈等的细胞自噬增强，这表明白噬有利于稳定新生鼠的能量代谢和维持生存能力(Kuma等2004)。2.2.1.2 自噬相关基因与细胞存活的关系：某些细胞的死亡机制与细胞内一些重要的自噬相关基因的缺陷有关。在饥饿条件下，自噬基因缺陷细胞比野生型细胞更易发生死亡。敲除植物细胞的自噬基因如At 、Atg7、At 后，营养缺乏可导致叶绿素的丢失及细胞老化加速_】 。At 是Atgl2的受体分子，两者共同诱导自噬的起始。在新生鼠，胎盘的血供中断。如鼠缺失At ，自噬过程则不能启动，导致细胞内ATP浓度下降，死于能量缺乏 。用siRNA干扰beclinl、Atg5、Atgl0、Atgl2时，饥饿诱导的细胞凋亡增强，这说明在营养缺乏时自噬相关基因可能参与凋亡的抑制 。这些研究资料提示，自噬相关基因的正常表达对维持细胞乃至整体存活至关重要。生长因子缺乏时，细胞不能利用外源性营养物质，且生长因子缺乏导致细胞表面的与营养转移相关的受体比如葡萄糖受体、低密度脂蛋白受体、氨基酰转运蛋白及转铁蛋白等相应减少，从而细胞不能有效地摄取营养物质，致使细胞内的营养物质缺乏。此时，自噬对维持细胞的生存是必需的。由于生长因子的缺乏常导致细胞的快速凋亡。最近，对凋亡缺陷的Bak 一Bax 一细胞研究揭示了自噬相关基因在IL3缺乏时对维持细胞存活的重要作用。当IL3缺乏时，鼠骨髓的Bak Bax 一细胞逐渐发生萎缩。细胞开始变化不明显，但在12周后细胞数目减少、体积减小和活性降低较显著 。在IL-3缺乏的条件下，用抗ATG5的独立shRNA结构hp-2和hp-7阻断ATG5的作用后，细胞在培养96小时内全部死亡。同时加入自噬抑制剂3一甲基腺嘌呤、氯奎和膜通透性营养物质甲基丙酮酸，细胞不发生自噬，也不死亡。这提示甲基丙酮酸能够为细胞提供能量，而生长因子的作用在于介导营养物质的转运。2.2.2 自噬对细胞死亡的作用 在许多处于死亡过程中的细胞都可以观察到自噬体的在。在发育过程中或成年人维持内环境稳态时，机体需要清除大量分化异常的细胞或老化细胞。一些化学治疗药物可诱导哺乳动物组织和肿瘤细胞系的自噬l生细胞死亡。但在许多情况下，凋亡性死亡、自噬性死亡和坏死性死亡可并存于同一细胞中。如果细胞死亡是自噬引起的，通过药物或反义基因阻断自噬可避免细胞的死亡 16。3甲基腺嘌呤能阻断PI3K的活性，从而阻断自噬途径，可延缓或部分地抑止细胞自噬性死亡。在致癌物处理的鼠肝细胞、抗雌激素处理的人乳腺癌细胞LCC9、氯奎处理的皮质神经元和神经生长因子缺乏的交感神经元，3-甲基腺嘌呤能够抑制细胞死亡。实际上，