【《关于细胞凋亡的研究国内外文献综述》5200字】

关于细胞凋亡的研究国内外文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u11934关于细胞凋亡的研究国内外文献综述 1186871.1细胞凋亡的形态学 1188661.2细胞凋亡的生物化学特征 1290581.3细胞凋亡的机制 228680参考文献 6细胞死亡的主要形式是细胞凋亡和细胞坏死，其中细胞凋亡是最普遍的细胞死亡方式。细胞凋亡，是由基因严格控制的一种细胞有序死亡方式，包括基因激活、表达和调节，其具体过程有大量的蛋白酶和细胞因子参与。细胞凋亡并不是一种病理条件下的自体损伤过程，而是一种自我激励的死亡过程，其目的是为了更快地适应生存的环境[29]。1.1细胞凋亡的形态学细胞凋亡是一个不可逆转的细胞死亡过程，其结构损伤，细胞功能受到重要损伤且无法修复。细胞凋亡的过程可以分为几种形态变化，可通过光学或电子显微镜观察到。从细胞凋亡发生开始到出现可以看到明显的形态变化，这之间有一段时间间隔，根据细胞的类型和强度不同，这个时间间隔长短不等。在这个时期内，将要发生凋亡的细胞的内部会产生特异性的反应，这些反应分别为细胞凋亡途径的两个重要阶段：信号开始阶段和增强阶段。在光学显微镜下观察发生凋亡的细胞的形态变化，有研究发现，在细胞发生凋亡的前期，细胞形状慢慢的萎缩变小，细胞质渐渐浓缩，细胞器紧紧堆积在一起，细胞核的浓缩将会导致染色质渐渐堆积并慢慢的附着在细胞核膜的边缘[30]。随着细胞凋亡的过程不断进行，细胞内部的细胞核发生破裂，细胞核内的DNA被降解，随后，通过质膜起泡和发芽的方式形成一个球状体，然后分离下来以形成凋亡小体。凋亡小体内有细胞质和堆积在一起的细胞器，细胞器保存完整而且在完整的细胞质膜上面粘附着。之后，这些凋亡小体会被巨噬细胞等吞噬，被吞噬溶酶体降解。在细胞凋亡过程中，炎症是可以被预防的，这与细胞凋亡的形态变化有关，一方面，当细胞凋亡发生时，细胞不会将细胞内物质释放到周围的间质组织中，另一方面，凋亡细胞被周围细胞迅速吞噬，以防止继发性坏死；其次，吞噬细胞在吞噬过程中不产生抗炎因子[31]。1.2细胞凋亡的生物化学特征通过对细胞凋亡形态变化的深入调查和研究，人们逐渐了解了细胞发生凋亡后的生物化学变化，例如蛋白交叉偶联和蛋白质水解过程以及吞噬细胞的识别等。这些生化特征相结合，引起细胞结构的病理改变。当细胞凋亡的过程发生时，线粒体会开放通透性转换孔，这时，细胞溶质中的Ca离子和Mg离子的浓度会增加，这会导致细胞内的核酸内切酶被激活。核酸内切酶活化后，细胞核内的DNA将先被切割为长短不等的DNA片段，之后，在核小体的连接处被进一步切割为更小的片段，片段长度大约为200bp。经过琼脂糖凝胶电泳和被溴化乙锭染色后，在紫外光下形成梯状条带。到目前为止，梯状条带仍然是判断细胞是否凋亡的重要指标。在细胞发生凋亡的过程中，细胞内的蛋白质水解通常是通过活化的半胱氨酸蛋白酶（Cysteinylaspartatespecificproteinase，Caspase）来发生作用的。目前调查研究已发现了三种类型的Caspase：第一种类型为细胞发生凋亡过程中的起始因子，包括Caspase-2、Caspase-8、Caspase-9和Caspase-10，这些酶的作用是激活凋亡效应酶；第二种类型是凋亡效应因子，其包括Caspase-3、Caspase-6和Caspase-7，这些酶是由凋亡起始因子所激活，对特定的底物起作用，来使细胞的形态和细胞内部的生理化学发生变化，最终导致细胞发生凋亡；第三种类型是与炎症反应相关的蛋白因子，包括Caspase-1、Caspase-4和Caspase-5。在未凋亡的细胞中Caspase作为无活性的酶原存在，Caspases在被其它无活性的酶原激活后，使细胞内的凋亡蛋白酶级联反应开始启动，导致细胞凋亡的信号进一步放大，开始促使细胞发生凋亡。细胞内不同类型的Caspases可以产生不同的凋亡信号，Caspase-8对于死亡受体细胞凋亡信号的调节产生作用，而Caspase-9作用于线粒体中的凋亡信号，但最终它们都作用于Caspase-3，Caspase-3反过来促使细胞凋亡[32]。Caspase-3、Caspase-8和Caspase-9在细胞凋亡的过程中起到了重要作用。当细胞凋亡发生时，将有谷氨酰胺酶激活的催化蛋白质翻译后修饰，促进蛋白质交叉耦联；细胞膜的表面的磷脂酰丝氨酸暴露出来，磷脂酰丝氨酸可以改变其生化特性并且可以被吞噬细胞特异性识别，促进邻近正常细胞的快速吞噬降解，以减小对周围组织的损害。1.3细胞凋亡的机制细胞发生凋亡的作用机制是非常复杂的，发生凋亡的过程涉及到细胞内部一系列的反应，如图2所示。细胞内凋亡的过程大致可以分为两个阶段：诱导阶段和效应阶段。诱导阶段的过程为细胞内部诱导死亡的信号，来激活促进凋亡信号使其转换成级联信号。促使细胞发生凋亡的途径主要有以下几种：细胞凋亡的外部途径（死亡受体途径）、细胞凋亡的内部途径（线粒体途径）以及颗粒酶B介导的途径。有调查和研究发现，细胞凋亡的内部途径和外部途径是相互影响的，在一条途径中的因素可能会影响到另一种途径发生变化[33]。目前的研究发现，主要有四个蛋白质分子家族参与细胞凋亡机制的形成，即衔接蛋白（adapterproteins）、Bcl-2、细胞凋亡蛋白酶（caspases）和凋亡抑制蛋白（IAPs）[34]。细胞凋亡的这几种途径中，虽然不同的途径启动细胞凋亡的机制不同，但其凋亡过程中的机制是相同的，它们引发细胞凋亡的机制汇集在一起激活Caspase-3，促进Caspase-3的级联反应，从而通过蛋白酶激活引起内源性核酸酶激活，DNA的裂解和细胞骨架蛋白和核蛋白的激活，蛋白质经历细胞凋亡生化特征的变化，例如交叉耦联，然后形成凋亡小体，最终被巨噬细胞消化吸收[35]。图2细胞凋亡信号Fig.2Apoptoticsignal1.3.1死亡受体介导的外部凋亡途径死亡受体是肿瘤坏死因子（Tumornecrosisfactor，TNF）受体超家族成员的跨膜蛋白受体，通过与相关配体结合发生寡聚化和结构变化，与衔接蛋白结合的死亡结构域（deathdomain，DD）暴露，聚集并激活衔接蛋白，触发下游半胱天冬酶的激活，导致细胞凋亡[36]。最具代表性的死亡配体及其相对应的死亡受体包括TNF-α/TNFR1，Fas/FasL等，它们作用于不同的死亡配体，使其重新表达，以达到使死亡受体激活的目的[37]。在Fas/FasL的死亡通路中，Fas配体与受体相互作用，使Fas受体发生三聚体的而活化，活化的Fas可通过其DD结合并聚集形成衔接蛋白Fas相关死亡结构域（Fas-associatingproteinwithanoveldeathdomain，FADD），FADD可以在DED-DED模式下通过其自身的死亡效应结构域（DED）和具有同源结构的caspase-8激活caspase-8，形成一个死亡诱导的信号复合物（Death-inducingsignalingcomplex，DISC）[38]。该复合物作用类似于凋亡小体，当DISC的生成足够时，活化的Caspase-8可以直接使下游的Caspase-3激活，从而使细胞的形态结构和生化功能发生改变，进而导致细胞发生凋亡[39]。而当生成的DISC含量较少时，活化的Caspase-8则会将线粒体上的Bid蛋白切割成tBid蛋白，这种蛋白在细胞质中是以游离的形式存在的，它的作用具有高强度的促进细胞凋亡的作用，它在线粒体膜的表面起作用，通过改变线粒体膜的生化特性来促使线粒体释放出细胞色素C（Cytochromec，Cyt-c），Cyt-c将会与和凋亡蛋白酶激活因子1（apoptoticproteaseactivatingfacter-1，Apaf-1）发生作用，Caspase-9前体会被激活蛋白酶Caspase-9激活，Caspase-9激活Caspase-3，从而引起发生细胞凋亡[40]。在TNF-α/TNFR1的死亡通路中，TNF-α受体与配体发生作用后，受体上的DD聚集在一起并且发生活化，然后将其与TNFR相关的死亡结构域（TNFR-associateddeathdomain，TRADD）相结合，此时的TRADD可以和不同的信号结合形成两种不同的复合物Ⅰ和Ⅱ。TRADD与TNFR相关蛋白2和相互作用受体蛋白1结合后使受体蛋白1泛素化形成复合物Ⅰ，激活核转录因子κB（NuclearfactorκB，NF-κB），在NF-κB进入细胞核后，NF-κB激活多种基因，导致细胞凋亡；复合物II是TRADD与FADD的组合，其促进Caspase-8的激活，引起下游Caspase的激活，致使细胞凋亡[41]。此外，研究发现caspase-8不会直接激活某些细胞中的caspase-3，但是需要通过激活BH3-only蛋白，促进Bax、Bak介导的线粒体外膜的透化形成及后续的级联反应，导致细胞通过内部线粒体途径形式凋亡[42]。1.3.2细胞凋亡的内部线粒体途径细胞凋亡的内部线粒体途径启动凋亡时，细胞产生多种刺激，这些刺激通过受体的介导，随后是细胞内部的凋亡信号，最后，这些信号通过线粒体传播，直接作用于细胞内相关的靶目标。当细胞受到内部凋亡刺激物的影响时，如癌基因激活、细胞缺氧、细胞生长因子丢失、DNA损伤等，会使细胞内的线粒体凋亡途径被激活，导致细胞发生凋亡[43]。这些刺激促使线粒体膜的通透性增加，导致线粒体跨膜电位丧失，从线粒体膜间隙释放出Cyt-c，Cyt-c在线粒体凋亡途径中起关键作用，然后Cyt-c进入Apaf-1的C端并将其激活，然后与辅因子ATP/dATP结合形成凋亡小体，并通过Apaf-1的N端集合前体Caspase-9寡聚，在前体Caspase-9发生自我激活后，再下游的凋亡效应酶Caspase-3和Caspase-7被进一步激活，进而促进细胞凋亡[44]。除了线粒体内膜的生化特性可以发生变化外，还可以通过改变线粒体外膜的生化特性来释放Cyt-c。其中，在通过改变线粒体外膜的通透性来影响Cyt-c的释放的过程中，Bcl2蛋白家族起到了重要的作用。Bcl2蛋白家族可以分为两大类：一类是抑制凋亡蛋白，包括Bcl-2，Bcl-XL，Bcl-x等；另一类是促凋亡蛋白，包括Bax，Bad等。Bcl-2蛋白属于膜结合蛋白，其主要分散在细胞质和由C末端疏水性氨基酸线粒体的外膜[45]。细胞质中的Bax可以促进线粒体外膜的电压依赖性阴离子通道打开，它将线粒体的结构和功能的功能障碍，导致线粒体的外膜通透性增加和线粒体外的基质流入，导致渗透压的不平衡，基质肿胀，内外膜依次裂解，然后释放Cyt-c，然后激活Caspase-9，使Caspase-3活化，从而发生级联反应，引起细胞凋亡。而外膜上的Bcl-2可以关闭线粒体通道并导致Cyt-c的释放量降低，从而来抑制细胞凋亡。Bcl-2与Bax的结合形成异源二聚体来限制VDAC开放，活性氧簇（Reactionoxygenspecies，ROS）会对细胞产生损伤，Bcl-2可以抑制这种情况发生，从而抑制线粒体通道的开放；另外，Bcl-2还可以通过提高线粒体内质子外流含量，来保持PH的基本稳定，从而减少Cyt-C从线粒体中的释放量，间接的抑制了细胞的凋亡[46]。此外，还发现基因毒性细胞因子刺激的细胞，可激活caspase-2，即起始凋亡蛋白酶，后者与具备DD的P53诱导蛋白（PIDD）及RAIDD（RIP-associatedICH1/CED3-homologousproteinwithdeathdomain）共同形成复合物PIDDosome，Bid分子可以被该复合物激活裂解，Bax蛋白也可通过该复合物发生作用，通过激活Bcl-2家族促凋亡蛋白，促使线粒体凋亡机制发生作用[47]。线粒体除了释放Cyt-c因子外，还会释放出其它的凋亡刺激来刺激线粒体，比如细胞凋亡诱导因子、Smac/DIABLO以及Caspase激活的DNA酶等，随后这些蛋白同样通过依赖Caspase的凋亡级联反应，从而引起细胞凋亡[48-49]。另外还存在另一种凋亡途径，其不依赖与Caspase，即凋亡诱导因子（AIF）蛋白介导的细胞凋亡。AIF通常是位于线粒体内，一旦细胞受到内部凋亡刺激信号后，AIF就会被释放出来，最终进入细胞核导致DNA的损伤，导致细胞发生凋亡[50]。1.3.3颗粒酶途径介导的细胞凋亡细胞毒性淋巴细胞，如细胞毒性T细胞、自然杀伤细胞、淋巴细胞因子激活的杀伤细胞等，可以通过多种机制来诱导靶细胞的凋亡。由CTL和NK分泌的穿孔素诱导靶细胞质膜中孔的形成，颗粒酶A和B则通过这些形成的小孔进入靶细胞，从而引起细胞的凋亡[51,52]。研究表明，颗粒酶B可以分解不同的蛋白质，形成天冬氨酸残基，激活Caspase-10并分解抑制Caspase活化的DNase的因子，从而达到诱导细胞凋亡的目的[53]。此外，凋亡效应因子Caspase-3还可以被颗粒酶B直接激活从而达到引起细胞的凋亡的目的[54]。还发现颗粒酶B能够将Bid蛋白分解，从而释放线粒体中的Cyt-c蛋白因子，并通过细胞内部线粒体途径促进细胞的凋亡[55]。颗粒酶A在CTL诱导的细胞凋亡中起重要作用，其促进不依赖Caspase的细胞中的细胞凋亡。颗粒酶A一旦进入细胞内，就会通过活化的DNA酶NM23-HI使DNA产生损伤，促使细胞内的DNA片段分解[56]。此外，颗粒酶A可以分解SET复合物，所以，颗粒酶A似乎还能通过维持染色质的完整性以及阻断DNA的分解来促进细胞的凋亡[57]。参考文献魏登邦,张宝琛.动物体内共轭亚油酸产生机制及影响含量的因素[J].青岛大学学报,2002,20(5):38-40.邵群,张慧.功能性油脂-共轭亚油酸研究进展[J].食品科学,2002,23(2):164-166.ChinSF,LiuW,StorksonJM,etal.Dietarysourcesofconjugateddienoicisomersoflinoleicacid,anewlyrecognizedclassofanticarcinogens[J].JournalofFoodCompositionandAnalysis,1992,5(3):185-197.JiangJ,JoerckBL,FondenR,etal.Occurrenceofconjugatedcis-9,trans-11octadecadienoicacidinbovinemilk:effectsoffeedanddietaryregimen[J].J.DairyScience,1996,79:438-445.SchmidA,CollombM,SieberR,etal.Conjugatedlinoleicacidinmeatandmeatproducts:Areview[J].MeatScience,2006,73(1):29-41.Kepler,CR,Tove,SB.Biohydrogenationofunsaturatedfattyacids.Ⅲ.Purificationandproductionofcis-9,trans-11CLA[J].JournalofNutritionalBiochemistry,2001,12:622-630.KritchevskyD,TepperSA,WrightS,etal.Influenceofconjugatedlinoleicacid(CLA)onestablishmentandprogressionofatherosclerosisinrabbits[J].JournaloftheAmericanCollegeofNutrition.2000,19(4):472-477.郗艳菊．共轭亚油酸对肉鸡肌肉品质、脂类代谢和免疫机能影响的研究[D].河北石家庄,河北农业大学,2009.NicolosiR,RogersE,KritchevskyD,etal.Dietaryconjugatedlinoleicacidreducesplasmalipoproteinsandearlyaorticatherosclerosisinhypercholesterolemichamsters[J].Artery.1996,22(5):266-277.DuM,Ahn,D.U.DietaryConjugatedLinoleicAcidEffectsLipidMetabolisminBroilerChick[J],2004,38(5):505-511.AnB,ShinnK,KobayashiY,etal.Excessivedietaryconjugatedlinoleicacidaffectshepaticlipidcontentandmuscularfattyacidcompositioninyoungchicks[J],Asainaustralasianjournalofanimalsciences.2003,16(8):1171-1176.McNeelR,MersmannH.EffectsofConjugatedlinoleicacidonporcineadipocytesgrowthanddifferentiation[J].JNutrBiochem,2003,14:266-274.ParkY,StorksonJM,AlbrightKJ,etal.Evidencethatthetraps-10,cis-12isomerofconjugatedlinoleicacidinducesbodycompositionchangesinmice[J].Lipids.1999,34(3):235-241.MirandPP.Arnal-BaenardM-A,MosoniL,etal.Cis-9,traps-11andtraps-10,cis-12conjugatedlinoleicacidisomersdonotmodifybodycompositioninadultsedentaryorexercisedrats[J].TheJournalofnutrition.2004,134(9):2263-2269.ChoiJS,JungMH,ParkHS,etal.EffectofconjugatedlinoleicacidisomersoninsulinresistanceandmRNAlevelsofgenesregulatingenergymetabolisminhigh-fat–fedrats[J].Nutrition.2004,20(11):1008-1017.NagaoK,WangY-M,moueN,etal.Thetrans-10,cis-12isomerofconjugatedlinoleicacidpromotesenergymetabolisminOLETFrats[J].Nutrition.2003,19(7):652-656.WangY,JonesPJ.Dietaryconjugatedlinoleicacidandbodycomposition[J].TheAmericanjournalofclinicalnutrition.2004,79(6):1153S-1158S.LinY,KreeftA,SchuurbiersJAetal.Different.effectsofconjugatedlinoleicacidisomersonlipoproteinlipaseactivityin3T3-LIadipocytes[J].TheJournalofnutritionalbiochemistry.2001,12(3):183-189.PaulCohen;MakotoMiyazaki;NicholasD.Socci,etal.Roleforstearoyl-CoAdesaturase-1inleptin-mediatedweightloss[J].Science.2002,297(5579):240-243.ChoiY,ParkY,StorksonJM,etal.Inhibitionofstearoyl-CoAdesaturaseactivitybythecis-9,trans-11isomerandthetrans-10,cis-12isomerofconjugatedlinoleicacidinMDA-MB-231andMCF-7humanbreastcancercells[J].Biochemicalandbiophysicalresearchcommunications.2002,294(4):785-790.GranlundL,PedersenJI,NebbHI.Impairedlipidaccumulationbytrans10,cis12CLAduringadipocytedifferentiationisdependentontimingandlengthoftreatment[J].BiochimicaetBiophysicaActa(BBA)-MolecularandCellBiologyofLipids.2005,1687(1):11-22.ParkHS,RyuJH,HaYL,etal.Dietarycougat