病毒与细胞凋亡

病毒与细胞凋亡 万文娟 2011302220031 摘要 细胞凋亡的概念 与细胞凋亡有关的病毒和基因 病毒调控细胞凋亡 的机制 关键词 病毒 细胞凋亡 1 细胞凋亡的概念细胞凋亡的概念 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 根据形态学特征 细胞凋亡可分为三个阶段 1 第一阶段为核碎裂阶段 此阶段细胞要经过核固缩 染色质凝聚 胞浆浓缩等变化 第二 阶段为凋亡小体形成阶段 包括细胞膜形成泡状突起 突起与胞体分离形成凋亡小体等过 程 第三阶段为凋亡小体被临近细胞吞噬或凋亡小体自行降解阶段 细胞凋亡的过程大致可分为以下几个阶段 接受凋亡信号 凋亡调控分子间的相互作 用 蛋白水解酶的活化 Caspase 进入连续反应过程 1 凋亡的启动阶段 细胞凋亡的启动是细胞在感受到相应的信号刺激后胞内一系列控制开关的开启或关 闭 客观上说对细胞凋亡过程中信号传递系统的认识还是不全面的 目前比较清楚的通路 主要有 1 细胞凋亡的膜受体通路 各种外界因素是细胞凋亡的启动剂 它们可以通过不同 的信号传递系统传递凋亡信号 引起细胞凋亡 2 细胞色素 C 释放和 Caspases 激活的生物化学途经 实验表明了细胞色素 C 从线 粒体释放是细胞凋亡的关键步骤 释放到细胞浆的细胞色素 C 在 dATP 存在的条件下能与 凋亡相关因子1 Apaf 1 结合 使其形成多聚体 并促使 caspase 9与其结合形成凋亡小 体 caspase 9被激活 被激活的 caspase 9能激活其它的 caspase 如 caspase 3等 从 而诱导细胞凋亡 2 凋亡的执行 尽管凋亡过程的详细机制尚不完全清楚 但是已经确定 Caspase 即半胱天冬蛋白酶在 凋亡过程中是起着必不可少的作用 细胞凋亡的过程实际上是 Caspase 不可逆有限水解底 物的级联放大反应过程 3 凋亡的调节 迄今为止 已发现多种凋亡抑制分子 包括 P35 CrmA IAPs FLIPs 以及 Bcl 2家族 的凋亡抑制分子 2 病毒感染与细胞凋亡综述病毒感染与细胞凋亡综述 迄今为止已发现17种以上的病毒可调节靶细胞凋亡 2 其机制较为复杂且各不相同 通 常病毒感染细胞后通过关闭或干扰宿主细胞正常合成代谢诱发细胞凋亡 或者由病毒编码 的蛋白质因子直接作用于细胞与凋亡有关的因子及蛋白水解酶而诱发凋亡 细胞凋亡可能 是宿主在细胞水平抵御病毒感染的一种机制 通过局部受染细胞的凋亡可限制病毒的感染 与传播 从而得以拯救整个器官和个体 另一方面 为了生长和繁衍 有些病毒进化获得 凋亡抑制基因 它们在感染早期即开始表达 抑制宿主细胞凋亡 使病毒顺利完成复制周 期 在这种情况下 病毒诱发的细胞凋亡和凋亡抑制同时存在于受染细胞 它们相互作用 协调着病毒与细胞的关系 使病毒在细胞内能顺利复制 3 与病毒感染有关的细胞凋亡因子与病毒感染有关的细胞凋亡因子 1 Fas Apo l 及 FasL 系统 Fas 是一种跨膜蛋白 属于肿瘤坏死因子受体超家族成员 它与 FasL 结合可以启动凋 亡信号的转导引起细胞凋亡 2 Caspase 家族 由上述细胞凋亡过程与机制中可见 caspase 在细胞凋亡中起着至关重要的作用 3 P53 途径 P53是肿瘤抑制基因 野生型 p53在细胞周期的 G1期其调控作用 当 DNA 受损时 其 编码的蛋白可阻止 DNA 复制而使细胞滞留在 G1期 从而使受损的 DNA 得到修复 如修 复失败 p53编码的蛋白积累 就会诱导细胞发生凋亡 3 4 TNF A TNFR1 系统 TNF A 是一种主要由单核 巨噬细胞分泌的具有多种生物学活性的多肽调节因子 其受 体为55kDa 的 TNFR1和75kDa 的 TNFR2 TNFR1 在结构上与 Fas 同源 同为 TNF NGF 受 体超家族成员 单独激活即可介导细胞凋亡 TNFR2 主要负责 TNF 诱导胸腺细胞内的增 殖信号传导 不参与介导细胞凋亡 病毒感染可导致 TNF A 产生增加 如非洲猪瘟病毒感 染后 巨噬细胞中 TNF A 表达水平升高 在体外病毒感染的细胞亦可引起 TNF A 表达增 加 培养上清液中的 TNF A 也可介导非感染的淋巴细胞凋亡 5 bc l 2 基因家族 bc l 2 基因家族成员很多 对细胞凋亡起重要调节作用的主要有 bc l 2 和 Bax 前者 抑制细胞凋亡 5 后者促进细胞凋亡 bc l 2 Bax 两蛋白之间的比例是决定对细胞凋亡抑 制或促进的关键因素 例如研究发现汉坦病毒可感染 HEK 293细胞并在其体内增殖 其损 伤机制可能与 Bcl 2表达减少和 Bax 蛋白表达上调 通过线粒体途径诱导 HEK 293细胞发生 凋亡有关 7 6 其它 很多病毒在感染过程中可通过调控宿主细胞 PI3K Akt TOR 信号通路来完成病毒的复 制 此外 PI3K Akt TOR 信号通路的参与还参与了肿瘤坏死因子 tumornecrosis factor TNF 放线菌素 D actinomycin D ActD 等细胞外因子诱导的细胞凋亡 6 病毒感染的副产物 dsRNA 既可介导 INF 表达 又可激活 dsRNA 依赖的蛋白激酶 dsR NA dependentproteinkinase PKR PKR 可磷酸化 NF IL6 后者激活 Fas 基因表达 同时活 化的 PKR 还可参与核转录因子 NF kB 的激活 活化的 NF kB 可介导 FasmRNA 在转录水 平的表达升高 6 病毒感染刺激机体产生的 IFN 与 dsRNA 一起调节 DISC death induced signa ling complex 的活性 通过 FADD Caspase8 死亡信号途径的激活介导细胞凋亡 病 毒感染激活 CTL 细胞介导细胞凋亡 麻疹病毒感染可介导人并指状细胞 Trial Tumornecrosisfactor re latedapotosis inducingligand 的表达与其受体 DR4 deathreceptor4 和 DR5 结合 受体的 DD 与 FADD 的 DD 结合 FADD 的 DED 结合 Caspase 8 介导凋亡 4 病毒感染调控细胞凋亡的机制病毒感染调控细胞凋亡的机制 概括地说 病毒调节靶细胞凋亡的途径主要有两种 经免疫系统介导或病毒本身具有 凋亡调节基因 病毒凋亡调节基因通过模仿或调节细胞凋亡途径中某些保守成份而发挥 作用 1 1 经免疫系统介导凋亡 CTL 能介导靶细胞凋亡 小鼠肝炎病毒 Mouse Hipati tis Vi rus MHV 主要是以此机制 介导凋亡的 将病毒特异性 CD8 CTL 加入 MHV 感染细胞后 1h 靶细胞即发生凋亡 加 入后 4h 病毒复制被完全抑制 由此证明 CTL 介导的凋亡是机体的抗病毒机制之一 还有 一种是因病毒激活的 T 细胞自身发生凋亡所致 该过程称为激活诱导的细胞死亡 Activa ted Induced Cell Death AICD HIV 感染患者体内 CD4 z T 细胞严重衰竭就是因其囊膜糖 蛋白 gp120 与 gp160 诱导 T 细胞凋亡所致 体外培养的小鼠脾脏 T 细胞感染 LCMV 后 可发生凋亡 感染 6 天 10 天期间 T 细胞母细胞化 blastogenesis 减少 对有丝分裂原不反 应 并广泛发生凋亡性死亡 而体内感染时 此时期机体正处在免疫抑制阶段 T 细胞感染 EB 病毒也发生 AICD 1 2 病毒直接调节凋亡 1 2 1 病毒感染诱导凋亡 病毒的一种或多种蛋白诱导凋亡 4 靶细胞凋亡可能是宿主细胞的一种抗病毒机制 如杆状病毒 P35 突变型感染 SF SpodopteraFrugiperda 幼虫时 因靶细胞凋亡抑制病毒基因 的转录与复制 其对幼虫的半数致死量比野生型高 1000 倍 细胞凋亡对病毒感染的意义与 病毒所处的增殖周期有关 4 如果细胞在病毒复制早期发生凋亡 病毒的增殖则被阻止 反之 如 果细胞凋亡时病毒已经成熟 凋亡则有利于扩散 1 2 2 病毒感染抑制凋亡 宿主细胞感染病毒后获得凋亡抗性而长期存活 致使病毒能持续复制 病毒的持续感染 及病毒宿主细胞的肿瘤转化可能与该机制有关 例如研究山羊痘病毒抗凋亡蛋白基因在 Vero 细胞中的表达 结果显示 病毒感染 Vero 细胞 24 h 时没有检测到凋亡现象 山羊痘病毒 抗凋亡蛋白基因的 mRNA 水平最高 感染 48 h 时 Vero 细胞的凋亡率上升到 13 山羊痘 病毒抗凋亡蛋白基因的表达量随之下降 结果表明 山羊痘病毒抗凋亡蛋白基因的表达量与 Vero 细胞的凋亡呈负相关 有助于病毒在细胞内的生存和侵染等过程 5 病毒发挥诱导或抑制功能与感染条件有关 如脊髓灰质炎病毒在生产性感染 Pro fuct iveinfection 时以抑制凋亡为主 而在非允许 non permissive 条件下的感染则以诱导凋亡 为主 辛德毕斯病毒感染非神经原细胞时诱导凋亡 而感染神经原细胞时抑制凋亡 从而呈持 续感染 另外 EB 病毒的潜伏基因 latentgene 只有 EBNA 表达时 靶细胞发生凋亡 如果 8 基因全部表达则可抵抗凋亡 腺病毒在感染过程的不同阶段产生不同的凋亡调节蛋白 早期 产生抑制蛋白 抑制靶细胞凋亡并促进病毒增殖 晚期产生凋亡诱导蛋白 致使靶细胞死亡并 促进扩散 参考文献 1 王新玲 李月彩 自由基 细胞凋亡与衰老关系的研究进展 J 中国老年学杂志 2 郭爱珍 陆承平 病毒感染调控细胞凋亡 J 中国兽医杂志 1998 24 7 4647 3 Lakin N D Jackson S P Regulation of P53 in response to DNA damage J Oncogene 19