細(xì)胞凋亡主要途徑及其相關(guān)蛋白

1、細(xì)胞凋亡的主要途徑及其相細(xì)胞凋亡的主要途徑及其相關(guān)的主要蛋白關(guān)的主要蛋白 細(xì)胞凋亡概述 細(xì)胞凋亡是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細(xì)胞自主的有序的細(xì)胞凋亡是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細(xì)胞自主的有序的死亡。細(xì)胞凋亡涉及一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等的作用，它并死亡。細(xì)胞凋亡涉及一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等的作用，它并不是病理?xiàng)l件下，自體損傷的一種現(xiàn)象，而是為更好地適應(yīng)生存環(huán)境而不是病理?xiàng)l件下，自體損傷的一種現(xiàn)象，而是為更好地適應(yīng)生存環(huán)境而主動爭取的一種死亡過程。主動爭取的一種死亡過程。 具體表現(xiàn)為：細(xì)胞皺縮，出現(xiàn)凋亡小體；死亡的細(xì)胞及凋亡小體迅具體表現(xiàn)為：細(xì)胞皺縮，出現(xiàn)凋亡小體；死亡

2、的細(xì)胞及凋亡小體迅速被巨噬細(xì)胞吞噬，無炎性反應(yīng)；核濃縮，染色質(zhì)沿核膜凝集，速被巨噬細(xì)胞吞噬，無炎性反應(yīng)；核濃縮，染色質(zhì)沿核膜凝集，DNA裂裂解為解為180200bp片段，其電泳圖象呈梯狀。片段，其電泳圖象呈梯狀。 細(xì)胞凋亡是一把雙刃劍。一方面是機(jī)體發(fā)育的正常過程；另一方面細(xì)胞凋亡是一把雙刃劍。一方面是機(jī)體發(fā)育的正常過程；另一方面細(xì)胞凋亡過速，則會導(dǎo)致慢性退行性病變；相反如果細(xì)胞不凋亡就有可細(xì)胞凋亡過速，則會導(dǎo)致慢性退行性病變；相反如果細(xì)胞不凋亡就有可能導(dǎo)致癌變或?qū)煹牟幻舾小Ｄ軐?dǎo)致癌變或?qū)煹牟幻舾?。?xì)胞凋亡途徑概述細(xì)胞凋亡受到一系列相關(guān)基因嚴(yán)格調(diào)控。不同的凋亡信號在細(xì)胞中細(xì)胞凋亡受到一系

3、列相關(guān)基因嚴(yán)格調(diào)控。不同的凋亡信號在細(xì)胞中引發(fā)不同的凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。根據(jù)凋亡信號的來源可以將細(xì)胞凋引發(fā)不同的凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。根據(jù)凋亡信號的來源可以將細(xì)胞凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路分成兩條：外源通路亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路分成兩條：外源通路(死亡受體通路死亡受體通路)和內(nèi)源通路和內(nèi)源通路(線線粒體通路粒體通路)。這兩條通路最后都匯集于下游的效應(yīng)。這兩條通路最后都匯集于下游的效應(yīng)Caspase，即凋，即凋亡蛋白酶亡蛋白酶Casapse 的激活。活化的激活。活化Caspase 在細(xì)胞中能夠切割在細(xì)胞中能夠切割400 多種底物，如多種底物，如Lamins、信號分子如蛋白激酶、骨架蛋白、信號分子如蛋白激酶、骨架蛋白、D

4、NA修修復(fù)酶以及包括調(diào)控復(fù)酶以及包括調(diào)控mRNA剪切、剪切、DNA復(fù)制的功能蛋白。這些重要蛋復(fù)制的功能蛋白。這些重要蛋白質(zhì)的降解和核酸酶的激活最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。白質(zhì)的降解和核酸酶的激活最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。細(xì)胞凋亡的過程大致可分為以下幾個階段：細(xì)胞凋亡的過程大致可分為以下幾個階段：接受凋亡信號接受凋亡信號凋亡調(diào)控分子間的相互作用凋亡調(diào)控分子間的相互作用蛋白水解酶的活化（蛋白水解酶的活化（Caspase）進(jìn)入連續(xù)反進(jìn)入連續(xù)反應(yīng)過程。應(yīng)過程。細(xì)胞凋亡途徑死亡受體途徑1、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑2、線粒體途徑3、 死亡受體途徑一些多肽通過激活受體一些多肽通過激活受體(如如Fas，TNFRl，DR3Wsl1)而直接誘導(dǎo)

5、細(xì)胞凋亡。這而直接誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。這些多肽屬于腫瘤壞死因子些多肽屬于腫瘤壞死因子(TNF)家族，它們與相應(yīng)的腫瘤壞死因子受體家族，它們與相應(yīng)的腫瘤壞死因子受體(TNFR)家家族成員結(jié)合，從而在許多的細(xì)胞類型中誘導(dǎo)凋亡。其激活途徑為：配體與受體結(jié)族成員結(jié)合，從而在許多的細(xì)胞類型中誘導(dǎo)凋亡。其激活途徑為：配體與受體結(jié)合后，導(dǎo)致受體的三聚體化合后，導(dǎo)致受體的三聚體化(trimerization)。使得受體的胞漿部分與接頭蛋白。使得受體的胞漿部分與接頭蛋白(adapter protein)Fas相關(guān)死亡蛋白相關(guān)死亡蛋白(fasassociated protein with death domain，F(xiàn)A

6、DD)和和procaspase8結(jié)合，結(jié)合，procaspase8本身具有成熟的本身具有成熟的caspase8酶的酶的1-2的活性，聚集后的的活性，聚集后的procaspase8通過自身或相互之間通過自身或相互之間的切割產(chǎn)生成熟的的切割產(chǎn)生成熟的caspase8。caspase8可激活下游的可激活下游的caspases3，后者，后者水解水解ICAD而活化而活化CAD，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。caspase8同時也激活同時也激活Bcl2家族家族的促凋亡因子的促凋亡因子Bid(binding interface database)。正常狀態(tài)下，。正常狀態(tài)下，Bid以非活性方式以非活性

7、方式存在于胞漿內(nèi)，當(dāng)被存在于胞漿內(nèi)，當(dāng)被caspase8激活后，形成一種截短的激活后，形成一種截短的Bid(truncated Bid，tBid)，后者轉(zhuǎn)移到線粒體，破壞線粒體膜的穩(wěn)定性，導(dǎo)致細(xì)胞色素，后者轉(zhuǎn)移到線粒體，破壞線粒體膜的穩(wěn)定性，導(dǎo)致細(xì)胞色素C等釋放入胞等釋放入胞質(zhì)，激活質(zhì)，激活caspase9，進(jìn)一步強(qiáng)化了，進(jìn)一步強(qiáng)化了caspases級聯(lián)反應(yīng)。級聯(lián)反應(yīng)。 死亡受體FasFas是一種廣泛表達(dá)的糖基化的細(xì)胞表面分子是一種廣泛表達(dá)的糖基化的細(xì)胞表面分子,含有含有335個氨基酸殘基。個氨基酸殘基。Fas與其天然配基與其天然配基FasL結(jié)合來誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。這個過程的發(fā)生是因?yàn)榻Y(jié)合來誘導(dǎo)細(xì)

8、胞凋亡。這個過程的發(fā)生是因?yàn)镕as是一個同源三聚體分子，可誘導(dǎo)是一個同源三聚體分子，可誘導(dǎo)Fas三聚體化，導(dǎo)致三聚體化，導(dǎo)致Fas分子胞質(zhì)分子胞質(zhì)區(qū)的死亡結(jié)構(gòu)域區(qū)的死亡結(jié)構(gòu)域(death domain,DD)與一種具死亡域的與一種具死亡域的Fas相關(guān)蛋白相關(guān)蛋白FADD(Fas-associat-ed protein with death domain)結(jié)合，結(jié)合，F(xiàn)ADD通過自身的通過自身的DD與與Fas作用，而其死亡結(jié)構(gòu)域作用，而其死亡結(jié)構(gòu)域DED(death effectordomain)則與則與caspase-8或或caspase-10作用，由于作用，由于Fas的寡的寡聚化導(dǎo)致了聚化導(dǎo)

9、致了DISC(death-inducing signaling com-plex)的形成及的形成及caspase-8、10的寡聚化。的寡聚化。Caspase-8、10通過自身剪接作用被激活，通過自身剪接作用被激活，從而又可使從而又可使caspase-3和和caspase-7被激活，接下去被激活，接下去caspase-3又可又可激活激活caspase-6，如此啟動，如此啟動caspase的級聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。的級聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。細(xì)胞凋亡途徑關(guān)系圖Caspase家族CAS稱凋亡蛋白酶，它是含半胱氨酸的天門冬氨酸特異蛋白酶，是一組對底物稱凋亡蛋白酶，它是含半胱氨酸的天門冬氨酸特異蛋

10、白酶，是一組對底物天門冬氨酸部位有特異水解作用、活性中心含半胱氨酸的蛋白酶。目前已發(fā)現(xiàn)天門冬氨酸部位有特異水解作用、活性中心含半胱氨酸的蛋白酶。目前已發(fā)現(xiàn)該蛋白酶家族共有該蛋白酶家族共有13個個(caspase113)，其中起凋亡啟動子作用的有，其中起凋亡啟動子作用的有caspase8、9、10，起凋亡效應(yīng)子作用的有，起凋亡效應(yīng)子作用的有caspase3、6、7。效應(yīng)子。效應(yīng)子caspase能分解細(xì)胞能分解細(xì)胞蛋白，起凋亡執(zhí)行器的作用。蛋白，起凋亡執(zhí)行器的作用。caspases家族在凋亡中起到重要的調(diào)控作用，幾家族在凋亡中起到重要的調(diào)控作用，幾乎所有的凋亡都有凋亡酶的參與?，F(xiàn)已能確定細(xì)胞凋亡的

11、過程實(shí)際上是乎所有的凋亡都有凋亡酶的參與。現(xiàn)已能確定細(xì)胞凋亡的過程實(shí)際上是Caspase不可逆有限水解底物的級聯(lián)放大反應(yīng)過程。不可逆有限水解底物的級聯(lián)放大反應(yīng)過程。caspases平時以無活性的酶原形式存在，其激活的途經(jīng)有二條：受體激活途平時以無活性的酶原形式存在，其激活的途經(jīng)有二條：受體激活途經(jīng)：即死亡信號經(jīng)：即死亡信號(如如TNF等等)通過與細(xì)胞表面的相應(yīng)受體結(jié)合而激活。線粒體通過與細(xì)胞表面的相應(yīng)受體結(jié)合而激活。線粒體激活途徑：在死亡信號作用下，線粒體膜受損，釋放細(xì)胞色素激活途徑：在死亡信號作用下，線粒體膜受損，釋放細(xì)胞色素C進(jìn)入胞漿與凋進(jìn)入胞漿與凋亡激活因子、亡激活因子、ATP、casp

12、ase9等形成復(fù)合物，最后使等形成復(fù)合物，最后使caspase3激活。激活。Caspase的級聯(lián)反應(yīng) Caspase-9處于處于Caspase“瀑布式瀑布式”激活的頂端，激活的頂端，Caspase-9酶原酶原經(jīng)蛋白酶水解成大小亞單位，在細(xì)胞色素經(jīng)蛋白酶水解成大小亞單位，在細(xì)胞色素C、凋亡蛋白酶活化因子、凋亡蛋白酶活化因子-1(Apaf-1)和和dATP的參與下形成有活性的二聚體，直接或間接激活下的參與下形成有活性的二聚體，直接或間接激活下游的游的Caspase效應(yīng)分子效應(yīng)分子Caspase-3，6，7，而激活的，而激活的Caspase-3，6，7去分解去分解lamins，PARP(poly A

13、DP-ribose polymeras)等，再激活核等，再激活核酸內(nèi)切酶，導(dǎo)致酸內(nèi)切酶，導(dǎo)致DNA片斷化。激活的片斷化。激活的Caspase-9切割切割Caspase-3酶原，酶原，使使Caspase-3激活，引發(fā)激活，引發(fā)caspase級聯(lián)反應(yīng)，裂解核蛋白、細(xì)胞骨架、級聯(lián)反應(yīng)，裂解核蛋白、細(xì)胞骨架、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等，造成凋亡典型的形態(tài)學(xué)改變，如細(xì)胞核染色體固縮和裂解，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等，造成凋亡典型的形態(tài)學(xué)改變，如細(xì)胞核染色體固縮和裂解，染色質(zhì)密度增高，核和胞體分離，形成多個凋亡小體染色質(zhì)密度增高，核和胞體分離，形成多個凋亡小體。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的主要場所，同時也是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的

14、主要場所，同時也是Ca2+的主要儲存的主要儲存庫。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對細(xì)胞凋亡的作用表現(xiàn)在兩個方面：一是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對庫。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對細(xì)胞凋亡的作用表現(xiàn)在兩個方面：一是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對Ca2+的調(diào)控，二是凋亡酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的激活。的調(diào)控，二是凋亡酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的激活。當(dāng)當(dāng)Ca2+平衡態(tài)受到破壞或在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上積累過多的蛋白質(zhì)時，能夠激平衡態(tài)受到破壞或在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上積累過多的蛋白質(zhì)時，能夠激活凋亡酶引起細(xì)胞凋亡?；畹蛲雒敢鸺?xì)胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)caspase家族中的家族中的caspase-12定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子動態(tài)平衡破壞或過多蛋白積聚時內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可激活離子動態(tài)平衡破壞或過多蛋白積聚時內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可激活ca

15、spase-12，活，活化的化的caspase-12可進(jìn)一步剪切可進(jìn)一步剪切caspase-3而參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑引起的細(xì)而參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑引起的細(xì)胞凋亡胞凋亡,但在線粒體信號途徑和死亡受體途徑中都沒發(fā)現(xiàn)有但在線粒體信號途徑和死亡受體途徑中都沒發(fā)現(xiàn)有caspase-12的激活和參與。這些都表明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑在凋亡中有獨(dú)特的作用。的激活和參與。這些都表明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑在凋亡中有獨(dú)特的作用。線粒體途徑線粒體是細(xì)胞生命活動控制中心，它不僅是細(xì)胞呼吸鏈和氧化磷酸化線粒體是細(xì)胞生命活動控制中心，它不僅是細(xì)胞呼吸鏈和氧化磷酸化的中心，而且是細(xì)胞凋亡調(diào)控中心的中心，而且是細(xì)胞凋亡調(diào)控中心。研究表明細(xì)胞色素研究表明細(xì)胞色素

16、C從線粒體釋放是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵步驟。釋放到細(xì)從線粒體釋放是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵步驟。釋放到細(xì)胞質(zhì)中的細(xì)胞色素胞質(zhì)中的細(xì)胞色素C在在dATP存在的條件下能與凋亡蛋白酶活化因存在的條件下能與凋亡蛋白酶活化因 子子1(Apaf一一1)結(jié)合，使其形成多聚體，并促使半胱天冬蛋白酶與其結(jié)結(jié)合，使其形成多聚體，并促使半胱天冬蛋白酶與其結(jié)合形成凋亡小合形成凋亡小體體。細(xì)胞色素細(xì)胞色素C是線粒體呼吸鏈的重要組成部分。細(xì)胞色素是線粒體呼吸鏈的重要組成部分。細(xì)胞色素C缺乏時，電缺乏時，電子傳遞鏈被阻斷，將導(dǎo)致兩方面的后果：子傳遞鏈被阻斷，將導(dǎo)致兩方面的后果：ATP合成減少及不完全氧化合成減少及不完全氧化造成的超氧陰離子造

17、成的超氧陰離子(ROS)過度生成，而過度生成，而ROS是誘導(dǎo)凋亡的重要因素是誘導(dǎo)凋亡的重要因素。在凋亡因子的刺激下，線粒體釋放出不同促凋亡因子如細(xì)胞色素在凋亡因子的刺激下，線粒體釋放出不同促凋亡因子如細(xì)胞色素C、Smac（線粒體促凋亡蛋白）等，激活細(xì)胞內(nèi)凋亡蛋白酶（線粒體促凋亡蛋白）等，激活細(xì)胞內(nèi)凋亡蛋白酶Caspase。我們發(fā)現(xiàn)，活化后的我們發(fā)現(xiàn)，活化后的Caspase 可以反過來作用于線粒體，引發(fā)更大可以反過來作用于線粒體，引發(fā)更大量線粒體細(xì)胞色素量線粒體細(xì)胞色素C 的釋放，構(gòu)成細(xì)胞色素的釋放，構(gòu)成細(xì)胞色素C 釋放的正反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，釋放的正反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，從而導(dǎo)致電子傳遞鏈的中斷、膜電勢的喪

18、失、胞內(nèi)從而導(dǎo)致電子傳遞鏈的中斷、膜電勢的喪失、胞內(nèi)ROS 的升高以及的升高以及線粒體產(chǎn)生線粒體產(chǎn)生ATP 功能的完全喪失。功能的完全喪失。線粒體途徑 一些凋亡刺激因素如射線、化療藥物等，經(jīng)過一些目前尚未充分了解一些凋亡刺激因素如射線、化療藥物等，經(jīng)過一些目前尚未充分了解的途徑，促使線粒體釋放凋亡啟動因子的途徑，促使線粒體釋放凋亡啟動因子(CytoC、AIF、Apaf1)、Smac和和pro-caspase3入胞質(zhì)。上述因子通過下述多種機(jī)制導(dǎo)致細(xì)胞凋入胞質(zhì)。上述因子通過下述多種機(jī)制導(dǎo)致細(xì)胞凋亡：亡：CytoC在在dATP存在的情況下，與存在的情況下，與Apaf1結(jié)合，使結(jié)合，使Apaf1暴露暴露其上的其上的CARD結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域(caspase activation and recruitment domain)，并，并與與procaspase9的的CARD結(jié)合形成凋亡復(fù)合體結(jié)合形成凋亡復(fù)合體(apoptosome)，導(dǎo)致，導(dǎo)致procaspase9激活