凋亡調(diào)控基因BC12家族研究的新進展

1、凋亡調(diào)控基因BC12家族研究的新進展              摘要 凋亡的調(diào)控是細胞生理死亡和腫瘤發(fā)生的重要機制。對各種刺激誘導下細胞凋亡機制的分析有助于深入了解腫瘤細胞生物學及發(fā)現(xiàn)新的治療對策。凋亡調(diào)控基因BCL2家族成員可分為凋亡阻遏基因和凋亡促進基因。這些基因編碼的蛋白質(zhì)分子通過組成和/或影響同二聚體與異二聚體的不同比例而介導其對細胞存活的生物學效應。 關鍵詞 凋亡，BCL2家族，機制，BCL2/BAX  抗凋亡基因BCL2家族的發(fā)現(xiàn)開辟了新一類癌

2、基因凋亡調(diào)控基因的新紀元1。不同于一般的癌基因與抑癌基因，凋亡基因的生物學效應是調(diào)控細胞存活期，而不影響細胞增殖，已知BCL2家族至少包括10個成員，成員之間通過組成同二聚體、異二聚體而促進或抑制凋亡，從而與腫瘤消長關系密切2。 1 BCL2 BCL2家族的主要代表，通過多種途徑介導凋亡。 1.1 BCL2的作用需要一完整的膜結構 BCL2的羧基端為疏水性，含有一個由19個氨基酸伸展成的跨膜結構。亞細胞組分分析、免疫熒光及共聚焦顯微研究顯示BCL2是一個26ku的胞內(nèi)膜蛋白，其分布依細胞類型而定，在造血細胞表達水平最高，常位于線粒體、光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及核膜。BCL2的羧基末端作為信號錨（signal

3、 anchor）序列插入線粒體外膜，其胞漿多肽部分對蛋白酶敏感。缺乏信號錨序列的BCL2抗凋亡功能不完全，但仍可與BAX結合成異二聚體。BCL2功能的發(fā)揮依賴于其在亞細胞膜的定位，BCL2氨基末端的大部分暴露于胞漿，借此可與胞漿蛋白或其他同時錨定在線粒體的BCL2樣分子相互作用。BCL2可阻遏因缺乏線粒體DNA而不能攜帶電子傳遞的細胞凋亡，從而提示BCL2的功能并不需要一個完整的電子傳遞/氧化磷酸化鏈3。 1.2 BCL2能抑制氧化劑誘導的調(diào)亡 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體外膜及核膜是活性氧（reactive oxygen species, ROS）的產(chǎn)生部位。而BCL2也正存在于這些部位，這促使人們探討B(tài)

4、CL2與ROS在細胞凋亡中的作用關系，進而觀察到BCL2能抗H2O2、t-丁基或甲萘醌（menadione）對細胞凋亡的誘導。在低濃度時，這些氧化物主要是通過凋亡途徑殺死細胞。此外，BCL2可拮抗某些降低胞內(nèi)還原型谷胱甘肽含量的制劑誘發(fā)的凋亡4。上述結果提示ROS可能涉及能被BCL2阻遏的細胞凋亡途徑。近來研究反映抗氧化劑損傷為BCL2抗凋亡的原理之一，但在此途徑中BCL2是直接或間接作用仍未知。 1.3 BCL2 影響細胞內(nèi)鈣內(nèi)流 觀察BCL2功能的另一方面是其存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，而后者與胞內(nèi)鈣自穩(wěn)的調(diào)節(jié)有關，Ca2+影響凋亡，因為某些核小體DNA的降解為鈣依賴性，且Ca2+通道激活劑可誘導淋巴細

5、胞凋亡，盡管胞內(nèi)Ca2+總量的改變并不與凋亡的誘導一致，但可出現(xiàn)胞內(nèi)Ca2+的重新分布，觀察鈣泵抑制對凋亡的影響，人們發(fā)現(xiàn)凋亡與Ca2+流從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進入胞質(zhì)有關，且BCL2能阻斷這種鈣流5。胞內(nèi)Ca2+貯存的流動性可能僅為復雜凋亡程序的環(huán)節(jié)之一，尚未明確BCL2是直接還是間接影響鈣自穩(wěn)。 大量資料顯示BCL2可延長細胞存活期，抑制各種因素，包括物理、化學、生物因素等對細胞凋亡的誘導。BCL2的超常表達與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關。但是，BCL2并不能阻抑所有細胞的凋亡。鑒于BCL2能夠阻抑由如此多不同信號及細胞內(nèi)途徑造成的調(diào)亡，據(jù)此推測BCL2在凋亡途徑中作用必定在許多信號匯集后某個環(huán)節(jié)，因此，理論上細

6、胞凋亡的下游途徑可能不止一個，盡管BCL2阻遏凋亡的確切機制未明，業(yè)已了解其阻抑增殖期細胞的調(diào)亡，延長非增殖期細胞的存活時間6。 2 BAX BAX是重要的異二聚體伴分子，促進細胞凋亡，BAX因與BCL2蛋白共同免疫沉淀而被鑒定，是21ku蛋白，含一類似于存在BCL2的疏水性羧基末端，與 BCL2共存在于線粒體。BAX在組織中廣泛表達，包括在細胞正常成熟過程中發(fā)生死亡的許多部位。BAX與BCL2的同源區(qū)主要叢集在兩個保守區(qū)BH1和BH2，但BAX中BH2的一個外顯子接合點（exon juncture）是保守的。BAX與BCL2構成異二聚體，而BAX自身組成二聚體。BCL2蛋白中BH1和BH2的

7、定點突變（sitedirected mutagenesis）提示該結構域?qū)Y合BAX的重要性。當BCL2與BAX的結合點斷裂（disrupted），則BCL2對細胞的保護性消失，說明BCL2必須結合BAX才能發(fā)揮其作用，較能說明問題的實驗是，當BH1的單個氨基酸如甘氨酸（Gly145）被丙氨酸（Ala）或谷氨酸（Glu）取代及BH2的色氨酸（Trp188）被Ala替換時，BCL2與BAX的結合點完全消失，這時BCL2死亡阻遏效應不復存在7。BCL2與BAX蛋白量的比率決定異二聚體（BCL2/BAX）與同二聚體（BAX/BAX）的比值，這對決定細胞凋亡的易感性起關鍵作用。一般而言，BCL2的過度

8、表達與BAX形成異二聚體而阻抑凋亡。然而，BCL2與BAX的比值依細胞系的發(fā)育階段而異，BCL2/BAX比值的高低是判斷惡性腫瘤耐藥、復發(fā)的有用指標8。 3 BCL-X BCL-X類似于BCL2，但有不同的細胞系特異性， bCL-X是以BCL2為探針，采用低嚴緊型雜交所克隆的，與BCL2有44%的氨基酸同源。BCL-X基因有兩種不同的剪接方式，BCL-XL編碼233個氨基酸，并含高度保守的BH1和BH2結構域；而BCL-Xs缺乏含BH1和BH2結構域的63個氨基酸的伸展部分，BCL-XL含一個疏水性羧基末端的跨膜結構，且其作用及亞細胞分布類似于BCL29。在哺乳動物細胞，BCL-XL能與BAX

9、組成異二聚體，當前者的單一氨基酸被取代，則其結合BAX的性能消失，進而消除其對凋亡的阻抑效應10。表達 bCL-XL的轉(zhuǎn)基因小鼠（缺乏BCL2）的T細胞存活期延長，提示BCL-XL可取代BCL2的遺傳特性。BCL-Xs可分別于BCL2、 bCL-XL組成異二聚體10。 盡管BCL-XL與BCL2存在相似性，但兩者的性能不完全相同，有些細胞的凋亡可被BCL-XL抑制，但不受BCL2阻遏。外周T淋巴細胞的激活導致BCL-XL的快速產(chǎn)生，但非BCL2。在成人大腦細胞中，BCL-XL的表達顯著高于BCL2。其他試驗也提示BCL2與BCL-XL的表達方式有別11。因此，在不同類型細胞中，BCL-XL和BCL2的特異性作用也許不同，在兒童急性淋巴細胞白血病中，觀察到BCL-XL與BCL2的表達與調(diào)節(jié)作用均有所差別12。 4 MCL-1和A1 MCL-1和A1與BCL2同源，均為抗凋亡基因，MCL-1基因是髓性白血病細胞經(jīng)佛波醇酯誘導后所克隆，其與BCL2的同源區(qū)主要位于羧基端，含BH1及BH2結構域。但MCL-1的氨基末端異于BCL2，因前者含2個PEST序列13。A1基因是造血細胞在粒-巨噬細胞集落刺激因子和脂多糖誘導下產(chǎn)生的早期反應基因14。在酵母