心磷脂復(fù)合體和氧化心磷脂及細(xì)胞凋亡

1、DOC格式論文，方便您的復(fù)制修改刪減細(xì)胞色素C/心磷脂復(fù)合體和氧化心磷脂及細(xì)胞凋亡(作者：?jiǎn)挝唬亨]編：)【關(guān)鍵詞】細(xì)胞色素C;心磷脂多年來(lái)，認(rèn)為脂質(zhì)通過(guò)構(gòu)成細(xì)胞膜疏水性核而保持其完整性；但一 直忽視了脂質(zhì)其他重要功能，尤其是信號(hào)機(jī)制。細(xì)胞內(nèi)顯著的多種類 脂質(zhì)和大量的特殊脂質(zhì)分子種類不能簡(jiǎn)單地運(yùn)用它們對(duì)適當(dāng)膜流動(dòng) 性的保持是必須的觀點(diǎn)加以解釋1。最近發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)，尤其是細(xì)胞信 號(hào)中不同修飾的脂質(zhì)，在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用2。事實(shí)上，膜脂質(zhì)是 許多合成的第二信使前身的來(lái)源，常通過(guò)水解從父代脂質(zhì)合成不同 的信號(hào)分子。促成脂質(zhì)分子種類多樣性主要在于它們的脂肪酸殘基與 極性頭部結(jié)構(gòu)不同組合。哺乳動(dòng)物中，許多脂質(zhì)含

2、有多不飽和脂肪酸 它們易被氧化。因此，巨大數(shù)量脂質(zhì)分子的氧化修飾也許存在。1線粒體中的心磷脂及其在凋亡早期局部含量的變化線粒體中心磷脂(cardiolipin, CL)約占所有脂質(zhì)的25%真核細(xì)胞內(nèi)心磷脂主要位于線粒體內(nèi)膜(inner mitocho ndrial membra ne,IMM),然而，至少65%勺CL存在于膜內(nèi)側(cè)從而形成了磷脂的主要成 分。每個(gè)CL分子含有4個(gè)脂肪酸殘基。因此，在理論上有大量可能 的CL分子種類。每個(gè)額外的對(duì)脂肪酸殘基的修飾(如對(duì)多不飽和脂肪 酸的過(guò)氧化)可以通過(guò)組合增加其數(shù)量。但令人驚訝的是，許多可能 的CL分子種類中僅有極少數(shù)存在于組織中。 哺乳動(dòng)物心臟CL

3、主要含 亞油酸(C18： 2) :3,而在一些海產(chǎn)雙殼類的 CL主要含二十二碳六 烯酸(C22 : 6) :4。人類淋巴細(xì)胞中CL有多個(gè)脂肪酸，其中包括油 酸(C18 : 1)和棕櫚油酸(C16 : 1) : 5。鼠腦CL富含長(zhǎng)鏈多不飽和脂 肪酸殘基，如花生四烯酸(C20 : 4),二十二碳四烯酸(C22 : 4)和二 十二碳六烯酸(C22 : 6) : 6。CL在程序性細(xì)胞死亡中起重要作用，是tBid誘導(dǎo)的線粒體生物能 學(xué)失穩(wěn)過(guò)程中的主要因子。凋亡相關(guān)蛋白如Bid和tBid含CL結(jié)合域 并顯示出與CL及其代謝產(chǎn)物，單和雙溶血CL的動(dòng)態(tài)作用7。這些 作用在線粒體內(nèi)膜和外膜作用位點(diǎn)可能是十分有效

4、的，可導(dǎo)致CL跨 膜分布的改變和其微結(jié)構(gòu)域的重組，從而形成易于細(xì)胞色素c(cytochrome c, cyt c )和其他促凋亡因子釋放的一個(gè)六邊形 Hn構(gòu) 象6。因此，凋亡時(shí)CL可明顯促進(jìn)外膜通透性增高和 cyt c的釋 放。正常細(xì)胞中，約80%勺CL存在于線粒體內(nèi)膜，其基質(zhì)面和膜間 隙表面的分布比例約為60 : 40 :7。盡管有約70倍過(guò)剩的CL易與 cyt c進(jìn)行化學(xué)當(dāng)量1 : 1的結(jié)合，但大部分CL不是游離8的而 是與線粒體電子傳遞鏈復(fù)合體相互作用。 然而凋亡細(xì)胞中，線粒體外 膜CL含量顯著升高至約40%勺水平。內(nèi)膜兩面的CL分布也發(fā)生改變， 外層幾乎有70%勺CL,而30%仍局限于

5、內(nèi)層基質(zhì)面。CL這種跨膜遷移 出現(xiàn)于凋亡早期，遠(yuǎn)遠(yuǎn)先于線粒體膜電位的改變和其他凋亡標(biāo)記 ，如質(zhì)膜磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine,PS)外翻，但晚于活性氧產(chǎn)生。凋亡時(shí)可與膜上cyt c緊密結(jié)合的CL數(shù)量發(fā)生了顯著變化。 凋亡時(shí)CL分布改變可能是由于其與tBid相互作用而改變。事實(shí)上， 額外的tBid體外加入小鼠肝線粒體中可導(dǎo)致內(nèi)外膜上 CL分布的顯著 變化和單溶血(mo no lyso)CL的集聚。此外低劑量外源性單溶血 CL和tBid加入離體線粒體時(shí)，可出現(xiàn)單溶血CL的集聚，同時(shí)出現(xiàn) tBid線粒體跨膜遷移和cyt c的釋放。2心磷脂與細(xì)胞色素c結(jié)合并改變其催化性質(zhì)生理?xiàng)l件

6、下cyt c是一個(gè)帶8個(gè)正凈電荷的堿性蛋白。因此，它易 與負(fù)電荷膜包括陰離子(磷)脂膜相結(jié)合。該結(jié)合賦予了 cyt c顯著的 過(guò)氧化酶活性。這是由于其部分展開(kāi)以及血紅素鐵與 Met80配位鍵弱 化引起的。因此，小分子如H2O2易接近c(diǎn)yt c亞鐵血紅素位點(diǎn)從而 激活其過(guò)氧化物酶活性。線粒體 cyt c/CL復(fù)合體過(guò)氧化物酶活性是 CL特異的過(guò)氧化物酶，可產(chǎn)生過(guò)氧化CJ靜息狀態(tài)線粒體中大部分 CL和 cyt c在空間上是分離的，因此，cyt c過(guò)氧化物酶活性很低。然而，凋亡時(shí)大量CL跨膜遷移可形成cyt c/CL復(fù)合體并顯著提高cyt c的過(guò)氧化物酶活性。事實(shí)上線粒體膜 間可利用的cyt c的數(shù)

7、量，決定了凋亡時(shí)cyt c/CL復(fù)合體過(guò)氧化物 酶水平，而IMM外層和OMM內(nèi)層的CL含量對(duì)此無(wú)重要影響。cyt c siRNA處理細(xì)胞可導(dǎo)致CL加氧酶水平的降低和與cyt c含量相稱的 對(duì)凋亡敏感性的降低。因此凋亡時(shí)如果有足夠水平的H2O2與過(guò)氧化物酶的激活所需的量相當(dāng)）,cyt c/CL復(fù)合體的過(guò)氧化物酶活性可產(chǎn)生 CL過(guò)氧化物。凋亡時(shí)H2O2 個(gè)重要來(lái)源是電子傳遞鏈?zhǔn)д{(diào)產(chǎn)生的高濃度超氧化物，后者自發(fā)或通過(guò)MnSO催化岐化可產(chǎn)生H2O2此外，與CL結(jié)合的cyt c有一個(gè)負(fù)的氧化還原電位，妨礙了其參與電子傳遞鏈作為線粒體復(fù) 合體III的電子受體。因此cyt c/CL復(fù)合體不能參與復(fù)合體III

8、和 IV間的電子傳遞。最近發(fā)現(xiàn)p66（正常情況下是酪氨酸激酶接頭蛋白） 可作為凋亡時(shí)H2O2的產(chǎn)生器，從而產(chǎn)生足夠的促氧化物促進(jìn)CL的氧 化9。因此，CL氧化可發(fā)生于各種細(xì)胞的凋亡時(shí)期。電離輻射是 促凋亡刺激之一，可觸發(fā)顯著的依賴cyt c水平的CL氧化。對(duì)小鼠 心臟線粒體進(jìn)行電離輻射可致CL氧化產(chǎn)物的積聚，可代表過(guò)氧化CL 總量和質(zhì)譜分析中多不飽和過(guò)氧化CL分子種類數(shù)量的升高。據(jù)此損傷因素（腦創(chuàng)傷損傷后）致組織中細(xì)胞凋亡時(shí)，CL過(guò)氧化物的積聚可 作為一個(gè)特征性的生物學(xué)標(biāo)記。3促凋亡因子的釋放需氧化 CL的參與CL氧化對(duì)于凋亡過(guò)程的意義在于該氧化磷脂對(duì)于促凋亡因子如 Smac/Diablo,

9、cyt c、凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）等釋放是必須的10。 cyt c缺失細(xì)胞中，CL氧化不能發(fā)生，促凋亡因子也不能釋放。此外， 外源性奇氯（ClOx）加入cyt c缺失細(xì)胞的線粒體中可促使促凋亡因 子Smac/Diablo釋放，是在正常線粒體促凋亡機(jī)制中 ClOx的重要作 用。目前，仍不清楚ClOx是否依賴或與其他促凋亡分子如 Bax、Bak 關(guān)聯(lián)來(lái)觸發(fā)這些因子逸至胞質(zhì)。因此，兩個(gè)促凋亡通路、CL跨膜遷 移和cyt c/CL復(fù)合體形成，產(chǎn)生了一個(gè)新的信號(hào)，即氧化的CL,其 對(duì)于促凋亡因子由線粒體釋放至胞質(zhì)是必須的。4心磷脂二十二碳六烯酸或亞油酸修飾對(duì)凋亡的影響CL氧化是凋亡程序的早期事件，刺激C

10、L氧化可能會(huì)提高細(xì)胞的凋 亡應(yīng)答；相反，抑制CL氧化也可相應(yīng)降低其對(duì)凋亡的敏感性。人工 細(xì)胞中可檢測(cè)到CL脂肪酸修飾可改變其對(duì)氧化的敏感性?，F(xiàn)已證實(shí) 四油酰CL(tetraoleoyl . CL)對(duì)cyt c催化的氧化高度耐受，而四亞 油酰CL和CL更多不飽和分子對(duì)促氧化刺激高度敏感。利用含有非常 豐富CL分子的HL 60細(xì)胞，其中含有極易被氧化的 C22： 6。這些 細(xì)胞對(duì)十字孢堿的促凋亡刺激變得十分敏感。相反，含高含量油酸和 飽和脂肪酸殘基CL的細(xì)胞對(duì)凋亡刺激有較高耐受。可以推測(cè)改變CL對(duì)氧化的敏感性也許是未分化細(xì)胞(如神經(jīng)干細(xì)胞或腫瘤細(xì)胞)為了 獲得對(duì)促凋亡信號(hào)的耐受而依賴的途徑之一。相

11、反，根除腫瘤細(xì)胞的藥物開(kāi)發(fā)可通過(guò)融合多不飽和脂肪酸殘基至CL上而刺激線粒體CL氧化。方法之一可通過(guò)使用多不飽和脂肪酸殘基作為一種無(wú)毒的營(yíng)養(yǎng)方 法。5線粒體心磷脂氧化的調(diào)節(jié)與細(xì)胞凋亡的控制CL氧化是凋亡早期事件，cyt c/CL復(fù)合體形成也許可成為控制凋亡 的重要靶點(diǎn)。CL可利用性是cyt c活化為CL加氧酶的重要階段，對(duì) CL在線粒體中遷移的調(diào)節(jié)可作為靶點(diǎn)。凋亡線粒體中tBid可刺激CL 重新分布，因此tBid與線粒體相互作用也可作為靶點(diǎn)11?？刂朴?利于cyt c/CL過(guò)氧化酶活性形成的氧化還原環(huán)境是另一個(gè)影響凋亡 CL氧化的方法之一。cyt c/CL過(guò)氧化酶中間物的高氧化性電位易被 內(nèi)源性

12、底物或外源性物質(zhì)還原12?？箟难?，半胱氨酸，GSH和 其它低分子量的硫氫基，維生素E同系物是一種類型，而酚類和含 SH藥物代表另一種類型。然而該設(shè)想沒(méi)有考慮重要的結(jié)構(gòu)因素 ，它 也許可影響大分子還原物質(zhì)與只能與小分子作用的 cyt c催化位點(diǎn)靠 近。研究發(fā)現(xiàn)丙泊酚可抑制 CL的氧化，小分子NO,它可作為cyt c/CL過(guò)氧化物酶復(fù)合物活性中間物的還原劑。因此，NO和可釋放NO 的化合物也許可通過(guò)cyt c/CL復(fù)合體而調(diào)節(jié)CL氧化13。此外，可 推測(cè)線粒體NOS參與了 cyt c/CL復(fù)合體過(guò)氧化物酶活性的調(diào)節(jié)，從 而阻止CL氧化。由于cyt c/CL復(fù)合體過(guò)氧化物酶需要H2O2或有機(jī)（脂質(zhì)

13、） 過(guò)氧化物，除去這些氧化性物質(zhì)同樣可抑制 CL加氧酶活性。GSH依 賴機(jī)制（GSHS氧化物酶）14,硫氧還蛋白以及過(guò)氧化氫還原劑15 也許可通過(guò)各自的酶通路有效移除過(guò)氧化物。 凋亡時(shí)阻斷電子傳遞可 影響超氧游離基形成16。超氧游離基自發(fā)或通過(guò) MnSOD勺催化岐 化可產(chǎn)生H2O2,從而促進(jìn)cyt c/CL復(fù)合體過(guò)氧化酶反應(yīng)。因此，阻 止超氧化物產(chǎn)物也許是抑制 CL氧化的潛在機(jī)制。氧化亞氮基團(tuán)也許 是理想的清除線粒體超氧化物的物質(zhì)。它可控制超氧游離基和H2O2首先，它們易被電子傳遞還原產(chǎn)生羥胺，從而阻止氧還原為超氧游 離基。羥胺基可作為自由基清除劑而產(chǎn)生氧化亞氮，從而進(jìn)行循環(huán)。 第二，氧化亞氮

14、基團(tuán)可發(fā)揮其類似 SOD舌性并岐化超氧游離基17。 第三，氧化亞氮的過(guò)氧化氫酶活性可直接清除H2O2然而這些特性需要線粒體中有較高濃度的氧化亞氮。這一直影響了氧化亞氮抗凋亡方法的利用性。最近的研究表明氧化亞氮顯著的抗凋亡活性可通過(guò)不 同的方法將它們有效導(dǎo)入線粒體而獲得18, 19 。線粒體凋亡過(guò)程與CL氧化產(chǎn)物有關(guān)，能抑制CL過(guò)氧化反應(yīng)的脂質(zhì) 抗氧化劑也許可作為抗凋亡因子。鬼臼乙叉甙，一個(gè)凋亡誘導(dǎo)劑，同 時(shí)是一個(gè)有效的脂質(zhì)基團(tuán)清除劑和脂質(zhì)抗氧化劑。凋亡時(shí)CL氧化由緊密結(jié)合的cyt c/CL復(fù)合體過(guò)氧（化）物酶催化，這可抑制鬼臼乙叉 甙與該過(guò)程產(chǎn)生的中間物作用。然而鬼臼乙叉甙可作為過(guò)氧化物酶底

15、物而競(jìng)爭(zhēng)抑制cyt c催化的CL氧化反應(yīng)，這種抑制濃度遠(yuǎn)比其誘導(dǎo) 凋亡的濃度高。因此cyt c/CL過(guò)氧化物酶復(fù)合體催化的 CL氧化不能 被這種藥物促凋亡濃度所抑制。6結(jié)語(yǔ)線粒體凋亡時(shí)膜間隙主要蛋白之一 cyt c可與主要膜磷脂CL相互作 用，形成的復(fù)合體不能作為呼吸鏈電子穿梭體，但可作為CL特異的 加氧酶。CL氧化也許是凋亡一個(gè)必須的機(jī)制，當(dāng)CL氧化如同缺乏CL 酵母細(xì)胞一樣變得不可能或無(wú)效時(shí)，旁路途徑也許起作用。cyt c/CL 復(fù)合體過(guò)氧化物酶激活對(duì)于凋亡是必須的。氧化CL可促進(jìn)促凋亡因子由線粒體釋放至胞質(zhì)。cyt c這種特性依賴其氧化還原屬性。cyt c 氧化還原屬性以及其與不同CL分

16、子相互作用的特性對(duì)于CL氧化及其 參與細(xì)胞（包括腫瘤細(xì)胞）對(duì)凋亡敏感性的調(diào)節(jié)是重要的。這種凋亡早 期的發(fā)現(xiàn)也為藥物開(kāi)發(fā)提供了新的靶點(diǎn)。【參考文獻(xiàn)】1 Serhan CN. Mediator lipidomics J . ProstaglandinsOther Lipid Mediat, 2005, 77(1-4): 4-14.2 Wenk MR. The emerging field of lipidomics J . Nat Rev Drug Discov, 2005, 4(7): 594-610.3 Schlame M, Shanske S, Doty S, et al. Microana

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