细胞凋亡受基因控制

细胞凋亡受基因控制,细胞癌变不受基因控制18381839年，Schleiden和Schwann分别从各自的研究工作中得出一切动物和植物都是由细胞构成的结论，从而创立了细胞学说。 1842 年，Vogt在蟾蜍发育过程中观察到正在死亡中的神经细胞。这是人类首次认识在正常生理条件下发生的细胞死亡现象。 1965 年，Lockshin和Williams在他们一系列论文中首次使用“编程性细胞死亡”(programmed cell death, PCD)这一术语，用来描述蚕蛾变态期间发生的受时间调节的节间肌退化。这一术语的意思是指存在着一个固有的遗传程序，在受控的时空被激活，导致细胞死亡。 1972 用最简单的话说，细胞坏死是细胞的病理性死亡方式；细胞凋亡则是细胞的生理性死亡方式，因此，细胞凋亡常与编程性细胞死亡作为同义词使用。 对多细胞生物来说，细胞凋亡负责在胚胎发育过程中清除对机体已经没有用的细胞 年，Kerr 等首次使用“细胞凋亡”(apoptosis)一词，用来描述一种与完全由外部因素引起的细胞坏死(necrosis)在本质上截然不同的细胞死亡方式的形态特征。apoptosis源自希腊语，意思是凋落或凋谢，如树叶掉落、毛发脱落等，都有选择性地除去一些个别部分而不影响其余部分的特点。(如构成缪勒氏管的细胞对男性是完全没有用的)；在成年机体中维持体内的稳定状态，也就是使细胞增殖与细胞消亡两个过程达到平衡；参与机体的防御机制，当受到病毒等病原体侵染时，通过诱导受累细胞的凋亡而减轻其危害。细胞凋亡受阻和细胞凋亡过度都会引起严重的后果，人类的许多严重疾病都与此有关。例如，白细胞凋亡受阻，该死的不死，与白血病有关；免疫活性细胞凋亡过度，不该死的死得太多，与艾滋病有关。 1 细胞凋亡的特征 细胞坏死与细胞凋亡的比较见表 1。 2 与细胞凋亡有关的主要基因及其产物 细胞凋亡是一种受基因调控的主动性编程反应。人的细胞凋亡机制十分复杂，研究起来十分困难，许多认识来自对秀丽隐杆线虫 (Caenorhabditis elegans)的遗传分析。C.elegans营自由生活，长1mm，在20培养时的生活周期为3.5天，透明的表皮使每个细胞均可见，最可贵的是细胞数目少且固定，在发育过程中总是产生1090个细胞，其中131个细胞注定要凋亡。用遗传学方法建立了影响C.elegans细胞凋亡的许多突变，从中鉴定了14种与C.elegans细胞凋亡有关的基因，其中，居中心地位的是抑制细胞凋亡的ced-9和促进细胞凋亡的ced-3、ced-4。它们的蛋白产物CED-9、CED-3、CED-4已相继被证明都有人类同源体。此外，哺乳类还发展了一些重要的细胞凋亡机制。 2 1 Bcl-2家族 1985 年，Tsujimoto等将人18q21上涉及滤泡性淋巴瘤的一个癌基因定名为BCL-2。1988年，Vaux等发现其蛋白产物Bcl-2的功能不是增加细胞的增殖能力而是使细胞凋亡受阻。这是人类第一次认识到细胞凋亡受阻与细胞增殖失控同样能使体内稳态平衡失调而导致肿瘤发生。1994年，Hengartner和Horvitz通过基因结构对比、蛋白结构对比与氨基酸序列对比，确定Bcl-2蛋白是CED-9蛋白的人类同源体。此后陆续鉴定的一些Bcl-2相关蛋白被归属为Bcl-2/CED-9家族或Bcl-2家族。迄今已鉴定的Bcl-2家族成员已达24种，其中，哺乳类有16种。不过，这16种中，只有5种是抑制细胞凋亡的，另外的11种是促进细胞凋亡的。 2 2 caspase家族 1993 年，袁钧英等通过几种序列资料库的查收，发现CED-3与人白介素1转换酶(interleukin 1 converting enzyme，ICE)的氨基酸序列相似、ICE是1989年鉴定的一种半胱氨酸蛋白酶，此前从未被认为与细胞凋亡有关。袁钧英等又以一系列实验证明ICE是CED-3的哺乳类同源体。很快就有一批类似于ICE的蛋白酶被鉴定，统称为ICECED-3家族或ICE家族。1996年，袁钧英等世界上七个实验室负责人共同建议，以他们创造的一个新词“caspase”作为人类这一蛋白酶家族的总称。caspase是“半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶”(cysteinyl aspartate-specific proteinase)的缩写，表示它们是半胱氨酸蛋白酶，又具有在天冬氨酸之后的切割能力。从此，ICE家族就改称为caspase家族，小鼠中发现的相关蛋白也参与caspase家族编号，迄今已鉴定的caspase家族成员有14种，其中，人类12种(无caspase-11、-12)，小鼠9种(无caspase-4、-5、-9、-10、-13)。不参加caspase编序的有C.elegans的7种蛋白酶和果蝇的5种蛋白酶。所有这些蛋白酶在细胞凋亡中都起着关键的“刽子手”作用。 2 首先指出细胞色素 3 Apaf-1 家族c在细胞凋亡中起重要作用的是王晓东实验室。1997年，邹铧等报告他们实验室新鉴定的一种“细胞凋亡蛋白酶激活因子-1”(apoptotic protease activating factor-1，Apaf-1)是与CED-4同源的人蛋白。同年，李蓬等在进一步的实验中提出：Bcl-2可阻止细胞色素c从线粒体释放出来；线粒体在受到凋亡刺激信号后，如此时Bcl-2失活，细胞色素c就被释放；在存在dATP时，细胞色素c激活Apaf-1；活化的Apaf-1又激活caspase -9；活化的caspase-9起始caspase级联反应，最终导致caspase-3的激活，完成细胞凋亡途径。1999年，邹铧等又进一步证明在caspase-9的激活途径中，Apat-1与细胞色素c形成复合物是主要的支持步骤。1999年，Bertin等报告他们鉴定了一种新的Apaf-1/CED-4家族成员人 CARD4蛋白 2 人体大多数细胞的存活在很大程度上依赖于所处的环境。能提高或降低凋亡敏感性的外源性因子包括生长因子、细胞因子、白细胞介素、糖皮质激素、雄激素和雌激素，以及神经递质。影响细胞凋亡敏感性的细胞膜受体中最大的一个家族是肿瘤坏死因子 促凋亡受体又称死亡受体 阻凋亡受体包括 4 TNF受体家族(tumor necrosisfactor,TNF)受体家族。迄今已鉴定的该受体家族成员已超过20种。其中，有的促进细胞凋亡、有的促进细胞存活。(death receptor, DR)，因为这类受体与细胞外相应的配体结合后几秒钟之内即可激活caspases，几小时内就能引起细胞凋亡。死亡受体都是跨膜蛋白，其胞内区都有一段氨基酸序列与细胞凋亡信号的传递密切相关，被称为死亡结构域(death domain,DD)。在死亡受体中，研究得最深入的有Fas、TNFR1、DR3、DR4、DR5、DR6等。当各种死亡受体与相应的配体结合而被激活后，其死亡结构域就能与细胞内同样含有死亡结构域的相应衔接子(adaptor)结合。通过酵母双杂交技术(yeast two-hybrid system)于1995年至今已从细胞质中分离了TRADD、FADD、RIP、CRADD、MADD等衔接子。以FADD为例，它的N端氨基酸序列被称为死亡效应结构域(death effector domain, DED)。当死亡受体Fas被激活后，FADD一方面通过它的DD与Fas的DD结合，另一方面又通过它的DED与caspase-8前体的DED结合，使caspase-8激活，引发caspase级联反应而完成细胞凋亡。TNFR2、CD30、CD40等。它们与细胞内一个被称为TRAF的蛋白家族成员(包括TRAF1、TRAF2、TRAF3、CART1、TRAF5、TRAF6等)相互作用。 2 5 IAP家族 20 世纪90年代后期相继在病毒和真核生物中鉴定了40种以上被称为“细胞凋亡抑制剂”(inhibitor of apoptosis IAP)的蛋白家族。已鉴定的人类IAP家族成员有5种，其中，1997年由Ambrosini等鉴定的存活蛋白(survivin)是IAP家族参与癌症发生的最有力证据。 2 6 p53家族 p53 是由肿瘤抑制基因TP53编码的蛋白。1997年以来陆续发现了与P53惊人相似的p73、KET、p40、p51、p73L、p63、p53CP、NBP等，组成了p53家族。 p53 在细胞凋亡中的作用是