与内皮细胞凋亡相关性的研究进展

1、您的文章的审稿意见是：1.部分英文书写不规范2.有些语句表达不清3.某些第一次出现的英文名词应给予解释4.展望部分涉及凋亡的关系过少，无关内容过多6.参考文献格式不规范。请您参照上述意见修改，修改后请您将文章的电子版标明修改稿、注明稿号给我们发到邮箱即可，您的文章的版面费是900元，请您尽快寄来，感谢您对本刊的支持。2007-1268UCP2与细胞凋亡施宏华，孙雅文 审阅：李稻上海交通大学医学院 病理生理学教研室 05级硕士 (上海，200025)【摘要】解偶联蛋白2 (uncoupling protein 2，UCP2)是线粒体内膜上的一种蛋白，基因定位于11号染色体上 (11q13)上，基

2、因全长8.4 k b，有8个外显子。它对线粒体的质子泵（proton pump）有调节的作用。它的调节能够从多种途径减缓，甚至抑制细胞的凋亡（apoptosis）和线粒体的损伤。其原因是UCP2能够减少m（线粒体跨膜电位）的变化，减少了线粒体Ca2+的沉积和活性氧类（reactive oxygen species，ROS）的产生，减少线粒体通透性转换孔（permeability transition pore，PTP）的开放和细胞色素C的释放。此外，UCP2还能抑制某些因素对NF-B通路系统的激活，从而阻止细胞的凋亡。【关键词】细胞凋亡 UCP2 LPC ROS mUCP2是线粒体内膜上的一种

3、质子转运蛋白。当它被激活的时候，可以产生质子的渗漏，降低线粒体在呼吸时形成的H+梯度，使氧化磷酸化解偶联，ATP合成降低，导致细胞代谢中的能量以钠泵的途径消耗和以热能的形式释放出来1。因此，该质子转运蛋白被称为解偶联蛋白(uncoupling proteins，UCPs)。近年来，人们研究发现，UCP2参与能量代谢、活性氧的产生、子宫内膜退化、衰老等过程。并且，UCP2与非乙醇性脂肪肝、动脉粥样硬化、局部缺血、缺血再灌注损伤、抗肥胖以及2型糖尿病等存在着密切的关联性，尤其与细胞凋亡的相关作用引起人们的广泛重视2。1UCPs结构与功能UCPs其本质是线粒体内膜上的H+通道，能影响线粒体跨膜电位（

4、m）。UCPs占整个线粒体蛋白68，占膜蛋白14。UCPs具有转运质子的活性，能引起质子经线粒体内膜回漏增加，使合成ATP所依赖的线粒体质子跨膜梯度降低，导致ADP磷酸化合成ATP效率下降，氧化与磷酸化解偶联。目前，已发现的UCPs有5个亚型：UCP1、UCP2、UCP3、UCP4和UCP53。 11 UCP2基因定位与分子结构UCPs的共同特征是每个单体具有6个跨膜域，由二聚体发挥转运功能。UCPs在氨基酸组成上具有一定程度的同源性。比如，UCP2与UCP1和UCP4分别存在55%和33%的同源性，而与UCP3的同源性高达73%。UCPs表达于不同的组织细胞，其发挥的作用也不尽相同。UCP2

5、由309个氨基酸组成，分子量33218。人的UCP2基因定位于11号染色体上 (11q13)上，基因全长8.4 kb，有8个外显子4。成年人体内UCP2分布比较广泛，如心、肾、骨骼肌、白色脂肪组织以及脾、淋巴结等处。12 UCP2 作用原理Echtay等人认为超氧化物与UCP2的相互作用可能是线粒体内活性氧浓度减少的机制，并提出两种模式：一种模式是超氧化物可通过别构效应激活质子转运机制进而增强质子的传递；另一种模式是UCP2可将内、外源性产生的超氧阴离子从基质转运到内外膜间隙（有研究认为UCP2属于阴离子转运载体），再通过抗氧化损伤物歧化酶或辅酶Q（CoQ）等作用或质子传递作用将超氧阴离子清除

6、5、6。在此过程中线粒体呼吸产生的大量活性氧也可通过UCP2转运到膜外，这可能是由于活性氧的过度生成而导致的反馈反应。13 UCP2对氧化磷酸化调控 氧化磷酸化就是将还原型烟酰胺嘌呤二核苷酸（NADH）和还原型黄素腺嘌呤二核苷酸（FA- DH2）通过氧化呼吸链的电子传递合成ATP过程。Brand等人提出UCP2调控氧化磷酸化和ATP合成的机制可能如下：在静息时，质子主要通过UCP2介导的跨膜内流降低质子电化学势能梯度（mH+），以限制安静时机体对能量的需求。当机体对能量的需求迅速增加时，ADP水平升高，质子通过F0-F1ATP合成酶的转运增强，使mH+降低。高mH+水平是UCP2介导质子转运的

7、驱动力。因此，当mH+降低即可使UCP2的通道作用关闭，以便提高和维持较高的mH+。mH+储存的能量能通过F0-F1ATP合成酶将ADP磷酸化转化为ATP。此时ATP合成迅速增加而无需增加燃料的代谢和线粒体的呼吸，这一假说是以大量燃料在静息时的浪费为代价7。Hong等人的研究也发现，当降低细胞内ADP/O比率和增强细胞的呼吸作用，UCP2的过度表达将有助于降低线粒体的氧化耦联和磷酸化作用8。 2UCP2对细胞凋亡的影响细胞凋亡（apoptosis）是细胞内预存的死亡程序被启动，其中线粒体途径是一个非常重要的通路系统。线粒体内外膜之间通透性转运孔（mitochondrial permeabili

8、ty transition pore, MPT）开放，可使线粒体膜的通透性增加、线粒体肿胀、Ym下降。线粒体膜通透性的增加和稳定性的破坏使细胞色素C等因子释放入胞浆9，继而引发细胞凋亡。UCP2作为线粒体内膜上的蛋白，具有抑制MPT开放，阻止线粒体途径的细胞凋亡发生。21 抑制ROS产生活性氧分子（reactive oxygen species，ROS）是指一类化学性质活泼的含氧物质。在生物体内ROS不断通过非酶反应与酶反应产生，每天约有13的摄入氧转变为超氧阴离子及其活性衍生物。因此，在生理状况下，由于抗氧化酶及抗氧化剂的协同作用下，ROS可维持在极低水平。但是在某些病理情况下（如糖尿病，动

9、脉硬化，局部缺血-再灌注损伤等），ROS的产生增多或被清除减弱，从而导致对机体的损伤。因此，当线粒体内膜电势升高，ROS产生增加时，由于UCP2具有很高的质子转运活性，能使质子直接进入基质而不参与ATP的合成，结果导致储存在质子电化学势能中的自由能以热能形式被消耗，降低了mH+，从而也抑制ROS的生成。例如，UCP2可以通过降低ROS防止心肌细胞或神经细胞的凋亡9。相反，当质子顺着电化学梯度很快通过线粒体内膜时，由于电子的传递比率是有限的，所以在线粒体呼吸链的氧化还原过程中就会产生大量ROS10。尽管，早先的研究已经发现位于线粒体内膜上的UCPs可部分降低m，但近来的实验进一步证实，UCP2可

10、以通过减少m和增加电子的传递比率来降低ROS的产生。而且，局部的解偶联可以降低线粒体内NADHNAD比率，为脱氢酶提供更多的NAD，加快底物氧化，使底物氧化还原反应过程中产生的ROS减少。所以，当细胞内ROS增加时，UCP2表达随之出现上调，因此UCPs对于细胞和组织来说是有利的，UCP2表达可减少了ROS的形成和阻止细胞凋亡的发生8、11 。22 LPC与亚油酸对UCP2的调控实验研究证实，过氧化氢酶（Catalase）、尿酸和过硫酸盐在细胞内被清除时，胞内DCF荧光标记的亚油酸和LPC有所增加。在细胞内亚油酸和LCP可刺激ROS的产生，并激活氧化还原敏感的转录因子，如NF-B 和AP-11

11、2。同时，亚油酸和LCP增加也将带来过氧化氢和亚硝酸盐的产物增加13。另外，LCP和亚油酸引起线粒体Ca2+的沉积，线粒体膜出现暂时的超极化（伴随着去极化），减少氧的消耗量和促进细胞色素C释放，导致细胞凋亡。近来研究发现，LCP和亚油酸也能上调UCP2基因的表达，使细胞的线粒体中UCP2含量增加。UCP2高表达可抑制caspase活性和LCP与亚油酸有关的细胞凋亡，并防止LCP诱导产生的受损血管内皮的舒张10。相反，抑制内源性的UCP2的表达，可增强亚油酸和LCP诱导的casepase活化和细胞的凋亡。另外，用腺病毒将UCP2基因转染细胞后，细胞的线粒体上UCP2表达增加同时，可显著地抑制RO

12、S产生，抑制NF-B的活性和ET-1mRNA的表达，以及增强eNOS的转录。在人类UCP2基因转录起始部位的启动子区域中，包含结合AP-114、9。这一发现也有力地证明，UCP2基因的转录是受到细胞内ROS和AP-1的激活程度有关。Paradis等人的类似研究表明，LPC和亚油酸可以使UCP2 mRNA的转录增加三倍。然而，这个增加可能并不能抵消LPC/亚油酸所引起的ROS增长。只有，当UCP2过度表达到足够强时，才能压制LCP和亚油酸诱导所引起的ROS增长，反之则不能够完全压制ROS的产生15。与这个理论相一致是，最新实验证实，在多数组织中存在过氧化物活化UCP家族16。因此，可以设想ROS

13、诱导UCP2是抵消细胞内氧化压的代偿机制。23 阻止m下降目前已知，UCP2过表达可反馈性抑制LPC和亚油酸诱导的内皮细胞凋亡和caspase活化17。另外，实验证实，采用iRNA技术抑制细胞内UCP2表达，可增强LPC和亚油酸诱导的caspase活化和细胞的凋亡。Kashemsant等人提出，UCP2过表达阻止细胞凋亡途径可能与抑制了由LPC和亚油酸引起的m的下降和减少了线粒体内Ca2+沉积，进而使ROS的产生，PTP的开放和细胞色素C释放的减少。在细胞中，LPC和亚油酸能够引起线粒体的瞬时超极化，并伴随着m的下降。m下降可显示出线粒体内Ca2+的蓄积程度。众所周知，m的减少是凋亡细胞的一个

14、标志，现有人提出m的显著下降是早期细胞死亡的先决表现18。UCP2降低m是一个最基本的机制来防止一系列导致细胞凋亡的反应。24 阻止线粒体内Ca2+超载m的下降被证明是限制了线粒体内Ca2+的沉积12。线粒体内Ca2+的沉积与ROS的产生是相互联系在一起的16，17，并且导致了线粒体的细胞色素C和别的分子的渗透率的增加，最终通过发动链级的反应导致细胞死亡。UCP2能够减少由LPC和亚油酸引起的m的变化和减少了线粒体内Ca2+蓄积，以及ROS的产生、PTP的开放和细胞色素C释放的减少。这也表明UCP2保护细胞是与抑制线粒体Ca2+的过载有关。另外，LCP和亚油酸可激活人动脉内皮细胞的NF-B通路

15、系统，从而诱导细胞的凋亡。因此，UCP2高表达可抑制内皮细胞内NF-B活化12。3 展望 UCP2在许多重要疾病中作为潜在的治疗目标吸引了人们越来越多的关注。众多研究表明，UCP2在调节ROS、抑制细胞的死亡中有重要作用。最近有人证明，UCP2在人结肠癌的细胞中有明显的增加，而且癌细胞的恶化程度与UPC2的含量成正比关系。由此可见，癌症细胞内UCP2可能作为一种自适应工具，减少氧化压力，从而抵抗细胞凋亡19。因此，尽管UCP2对氧化呼吸链的调节可能对细胞的代谢有一定的作用，但其在抗细胞凋亡过程中的作用研究和其调控基因的发现将有助于肿瘤疾病的防治。【参考资料】1 Gable DR, Stephe

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