凋亡相關(guān)基因BaxBad和Bcl

1、凋亡相關(guān)基因Bax、Bad和Bcl-2與PTSD的相關(guān)性肖甄男 中國(guó)醫(yī)科大學(xué) 93期【摘要】 創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(PTSD)是指由于異常威脅性或?yàn)?zāi)難性心理創(chuàng)傷導(dǎo)致延遲出現(xiàn)和長(zhǎng)期持續(xù)的精神障礙。PTSD患者有強(qiáng)烈的恐懼和驚嚇?lè)磻?yīng)，血中糖皮質(zhì)激素濃度反常低下，下丘腦一垂體一腎上腺軸(HPA)軸調(diào)節(jié)紊亂，激活糖皮質(zhì)激素受體進(jìn)而上調(diào)促凋亡基因Bax，Bad引起海馬神經(jīng)元凋亡，海馬萎縮，體積縮小。從而影響記憶學(xué)習(xí)功能的發(fā)揮，造成不同的記憶損害甚至導(dǎo)致記憶缺失。杏仁核是大腦中的“恐懼中樞”，杏仁核和海馬的功能密切相關(guān)，海馬的功能受杏仁核的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)。 PTSD導(dǎo)致凋亡相關(guān)基因Bax和Bcl一2比值增大，使杏仁

2、核神經(jīng)元細(xì)胞出現(xiàn)凋亡，杏仁核變稀疏，功能減退。Bcl-2相關(guān)家族在海馬，杏仁核細(xì)胞凋亡中起到了關(guān)鍵性的作用The Relationship of Apoptosisrelated Genes Bax，Bad and Bcl-2 with Pathogenesis of Posttraumatic Stress DisorderXIAO Zhen-nan(93k, China Medical University)【Abstract】 Post-traumatic stress disorder(PTSD)is an anxiety disorder that can develop after

3、 exposure to one or more traumatic events threatened or caused grave physical harm PTSD patients have a strong sense of fear and startle response，abnormal low blood glucocorticoid concentration，disordered HPA axis, activation of glucocorticoid receptor and the expression of apoptosisrelated genes Ba

4、x，Bad is down-regulated. These changes cause neuronal apoptosis in hippocampus, hippocampus atrophy,volume decreased and affect the exertion of memory and learning function，inducing different memory impairment even memory lost. Amygdala nucleus is the brains “fear center”.The function of hippocampus

5、 is closely linked with amygdala and realized by the regulation of amygdala. PTSD increases the ratio of Bax/ Bc12 and induces neuronal apoptosis in amygdala, causing the amygdala sparse and hypofunction. Bcl-2 related family play an important role in the neuronal apoptosis in hippocampus and amygda

6、la.創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(posttraumatic stress disorder，PTSD)是指由于災(zāi)害、戰(zhàn)爭(zhēng)、恐怖事件、交通意外等引起的巨大痛苦或受驚嚇、遭受悲劇導(dǎo)致的精神、身心癥狀的持續(xù)狀態(tài)或焦慮綜合征。是應(yīng)激疾病中最為典型的一種1，嚴(yán)重影響人們的生存質(zhì)量 。PTSD患者有強(qiáng)烈的恐懼和驚嚇?lè)磻?yīng)；其血中糖皮質(zhì)激素濃度反常低下，HPA 軸調(diào)節(jié)紊亂。在嚴(yán)重創(chuàng)傷應(yīng)激急性期，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)皮質(zhì)邊緣區(qū)，特別是杏仁核、海馬和下丘腦等處短期內(nèi)神經(jīng)可塑性改變，提示這些腦區(qū)可能為CNS應(yīng)激應(yīng)答敏感區(qū)。研究表明，PTSD大鼠海馬萎縮2 ，海馬神經(jīng)元發(fā)生凋亡3，杏仁核和海馬的功能密切相關(guān)，海馬的部分功能

7、可由杏仁核的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)4 ，杏仁核作為邊緣系統(tǒng)中重要的皮質(zhì)下核團(tuán)，在PTSD時(shí)也發(fā)生細(xì)胞凋亡5。杏仁核與海馬神經(jīng)元細(xì)胞的凋亡可能與PTSD的發(fā)病密切相關(guān)。1. 細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定而由基因控制的，機(jī)體正常細(xì)胞在受到生理和病理性刺激后出現(xiàn)的一種自發(fā)的，在自身基因調(diào)控下進(jìn)行的一種主動(dòng)死亡，是機(jī)體維持自身穩(wěn)定的一種基本生理機(jī)制。在生理?xiàng)l件下細(xì)胞凋亡主要是作為機(jī)體調(diào)節(jié)細(xì)胞群生長(zhǎng)消亡平衡的重要手段，與細(xì)胞增殖一起維持機(jī)體細(xì)胞群的自身穩(wěn)定。細(xì)胞凋亡與壞死有本質(zhì)的不同，凋亡是一個(gè)有基因表達(dá)的主動(dòng)死亡過(guò)程。細(xì)胞凋亡過(guò)程受到一系列相關(guān)基因的調(diào)節(jié)和控制：抗凋亡成員(又稱(chēng)抗凋亡蛋白，antiapop

8、totic proteins)有Bcl-2、BclxL、Bc1-w、ced-9等，促凋亡成員(又稱(chēng)凋亡前體蛋白，Proapoptotic proteins)有Bad、Bax、Bak、Bid、Bik、Bim、Bcl-xs等。促凋亡成員又分為兩類(lèi)：僅含BH3同源區(qū)域(BH3 only Proreins)的成員，包括Bik，Bid，Bad，Bim，Bmf等；含多個(gè)同源區(qū)域(Bcl-2 homology domain，BH)的成員，包括Bax、Bak、Bcl-xs、Mtd。有研究者【6】將凋亡發(fā)生過(guò)程分為四個(gè)步驟，即誘導(dǎo)凋亡刺激信號(hào)的出現(xiàn)、凋亡誘導(dǎo)階段、凋亡執(zhí)行階段和細(xì)胞死亡后解體階段。而凋亡基因Bc

9、l-2家族主要在凋亡執(zhí)行階段發(fā)揮作用。2. 凋亡基因Bcl-2家族細(xì)胞凋亡途徑中存在FasFasL介導(dǎo)的死亡受體通路7-8和Bcl一2家族調(diào)節(jié)的線粒體通路【9】。細(xì)胞凋亡過(guò)程十分復(fù)雜，涉及不同基因及其產(chǎn)物的調(diào)控和細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)。各種刺激凋亡發(fā)生的因素均可破壞線粒體膜，開(kāi)放線粒體膜孔道、使跨膜電位下降及滲透性增加，并使線粒體內(nèi)的細(xì)胞色素C(Cyt-c)等凋亡因子外溢而激活細(xì)胞質(zhì)內(nèi)特異性凋亡酶，即半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶（caspases），進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。近年來(lái)研究表明，Bcl一2家族成員的構(gòu)成比例是上述兩種凋亡通路的核心機(jī)制之一，尤其這一家族的2個(gè)代表性成員Bax和Bcl-2， 是目前公

10、認(rèn)的哺乳動(dòng)物細(xì)胞凋亡過(guò)程中的正、負(fù)調(diào)控劑10。Bcl-2Bax基因主要在凋亡執(zhí)行階段發(fā)揮作用, Bax基因與Bcl-2基因同源，二者可形成異二聚體或Bax與自身形成二聚體，通過(guò)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和基因轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，Bc1-2對(duì)細(xì)胞凋亡具有明顯的抑制作用，而B(niǎo)ax拮抗Bc1-2，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。因此Bcl-2與Bax的比例決定著細(xì)胞受凋亡因素刺激后的生存與凋亡，一切促進(jìn)或抑制凋亡基因?qū)?xì)胞凋亡的影響最終歸結(jié)為Bax與Bcl一2比值的改變。2.1 Bcl-2與BaxBcl一2家族成員含有14個(gè)同源結(jié)構(gòu)域，現(xiàn)已至少發(fā)現(xiàn)19個(gè)同源物。根據(jù)蛋白在細(xì)胞凋亡中的功能可將Bcl一2基因家族分為兩類(lèi)：一類(lèi)是抗凋亡的，

11、如Bcl一2、Bclxl、BclW、Mcll；一類(lèi)是促進(jìn)凋亡的，如Bax、Bak、Bad、Bid、Bim 11。其中Bcl一2是B細(xì)胞淋巴瘤白血病-2(B-celllymphoma leukemia-2)的縮寫(xiě)。定位于人染色體18q213，在正常組織中低表達(dá)。1985年,Tsujimoto等【12】研究濾泡性非霍奇金B(yǎng)細(xì)胞淋巴瘤時(shí)，從其染色體斷裂易位點(diǎn)初克隆而得。Bcl一2是第一個(gè)被確認(rèn)有抑制凋亡作用的基因13，Bc1-2抑制氧自由基的產(chǎn)生或起到抗氧化劑的作用而阻斷細(xì)胞凋亡14。Bcl-2是一種直接調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的線粒體膜蛋白，其C末端含有1個(gè)由l9個(gè)氨基酸組成的疏水跨膜區(qū)，作為信號(hào)錨定序列，負(fù)

12、責(zé)定位和插入到線粒體外膜，抑制細(xì)胞凋亡，其表達(dá)可對(duì)抗細(xì)胞內(nèi)外的氧自由基對(duì)細(xì)胞的毒害與損傷作用，其在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)增強(qiáng)可以抑制或防止多種因素或因子誘發(fā)的細(xì)胞凋亡，延長(zhǎng)細(xì)胞的壽命，是許多生理或病理凋亡的關(guān)鍵性調(diào)節(jié)因子。Bax是最早發(fā)現(xiàn)的促凋亡因子，其中21的氮基酸與Bcl一2同源。Bax分子結(jié)構(gòu)中含有類(lèi)似于抗凋亡成員的疏水C端，然而亞細(xì)胞分級(jí)和免疫組織化學(xué)實(shí)驗(yàn)均表明Bax在正常細(xì)胞中主要定位于細(xì)胞漿。雖然在線粒體上也發(fā)現(xiàn)有部分Bax存在，但Bax分子并非插入線粒體外膜內(nèi)而是附著于線粒體表面 15。Bcl-2家族成員復(fù)雜的相互作用通過(guò)控制線粒體外膜的透化作用(MOMP)而實(shí)現(xiàn)的。Bax在組織器官中的表達(dá)

13、比Bcl-2更加廣泛,主要分布在線粒體外膜上。正常情況Bax位于胞質(zhì)，在凋亡信號(hào)誘導(dǎo)下，胞質(zhì)內(nèi)的Bax接到死亡信息使其構(gòu)象發(fā)生改變，由胞質(zhì)移位并插入到線粒體膜中，并在此形成微孔結(jié)構(gòu)的低聚物BaxBa x同源二聚體，然后激動(dòng)MOMP16，開(kāi)啟線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔引起線粒體跨膜電位下降，釋放凋亡前因子包括細(xì)胞色素C、omihtra2、SmacDIABLO和核酸內(nèi)切酶G，釋放的細(xì)胞色素C與凋亡蛋白活化因子（apoptosis proteinase activating factor-1， Apaf-1)、dATP及 caspase一9前體結(jié)合形成凋亡小體而發(fā)生凋亡 17-19Bcl-2存在于線粒體外膜

14、，其表達(dá)可競(jìng)爭(zhēng)性地與Bax蛋白結(jié)合，形成比Bax/Bax同源二聚體更穩(wěn)定的Bax/Bcl一2異源二聚體，從而“中和”Bax/Bax誘導(dǎo)凋亡的作用，終止細(xì)胞凋亡的發(fā)生。Oltvai et al20認(rèn)為，決定細(xì)胞命運(yùn)的關(guān)鍵因素是抑制與促進(jìn)二者間的比率，Bc1-2、Bax分別是凋亡抑制和促進(jìn)因子，其比值與細(xì)胞凋亡的發(fā)生直接相關(guān)，如二者表達(dá)量平衡則細(xì)胞生存期正常;當(dāng)Bcl-2表達(dá)量較高時(shí),形成異源二聚體Bcl一2Bax,抑制細(xì)胞凋亡；當(dāng)Bax表達(dá)量較高時(shí)，形成同源二聚體BaxBax，通過(guò)抑制Bcl-2的抗凋亡作用而促進(jìn)細(xì)胞凋亡的發(fā)生【21】。因此有學(xué)者將Bc1-2和Bax的比值稱(chēng)作“凋亡開(kāi)關(guān)”【22】

15、。2.2 BadBad基因首先從鼠的cDNA文庫(kù)中克隆鑒定出 ，其后又克隆出人的同源基因，由Yang等于1995年發(fā)現(xiàn)，其編碼一個(gè)含204個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)。雙雜交和序列分析發(fā)現(xiàn)，Bad可與Bc1-2和Bcl-xL結(jié)合形成異源二聚體，具有促進(jìn)細(xì)胞凋亡作用，故名Bad(Bcl-xLBcl-2 associated death promoter) 。Bad游離于胞漿而不是固定于線粒體外膜，不含信號(hào)錨定蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它接受多種細(xì)胞外傳入的信號(hào)，并傳遞到線粒體外膜與其他Bcl-2家族成員相互作用，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)或凋亡【23】。Bad在內(nèi)源性線粒體凋亡途徑中發(fā)揮了中樞作用24-26凋亡信號(hào)和藥物

16、處理信號(hào)都由Bad整理并轉(zhuǎn)呈至線粒體外膜，藉此觸發(fā)caspase依賴(lài)性凋亡進(jìn)程【27-29】。Bad三個(gè)磷酸化部位在Ser112、Set136 和Ser155【30-32】 ,線粒體相關(guān)蛋白激酶（mitochondriaassociated protein kinase，PKA)、Ras一絲裂原激活的蛋白激酶(Ras-mitogen-activated protein kinase，RSK)及P21激活的蛋白激酶(P21 activated kinase 1，PAK1)誘導(dǎo)Ser112 磷酸化；PAKl或ATP依賴(lài)的酪氨酸激酶AKT（又稱(chēng)蛋白激酶B)誘導(dǎo)Set136 磷酸化；RSK或PKA誘導(dǎo)

17、Ser155 磷酸化。在生理狀態(tài)下，磷酸化的Bad與伴侶蛋白14-3-3結(jié)合，干擾了Bad與Bcl一2或Bc1-xL的結(jié)合從而抑制細(xì)胞凋亡。接受凋亡信號(hào)刺激后,鈣調(diào)磷酸酶等誘導(dǎo)Bad去磷酸化，Bad發(fā)生構(gòu)象變化并自轉(zhuǎn)位至線粒體外膜。去磷酸化Bad強(qiáng)烈干擾Bcl-xL-Bax聚合物的穩(wěn)定性,將Bax從中置換出來(lái)。解離后的Bax作用于線粒體外膜形成通透性改變孔道，導(dǎo)致線粒體膜電位變化和Cyt- c 、AIF外流,Bax結(jié)合Apaf-1并與ATP、procaspase- 9、Cyt-c一起形成凋亡體，觸發(fā)整個(gè)凋亡事件的發(fā)生。Bad可以說(shuō)是Bcl-2Bax和Bcl-xLBax異二聚體的負(fù)調(diào)控基因，依靠

18、自身的強(qiáng)結(jié)合力，以濃度依賴(lài)性方式替換Bcl-2Bax，Bcl-xl/Bax二聚體中的Bax，使Bax游離后成為二聚體而促進(jìn)凋亡，當(dāng)一細(xì)胞系所有細(xì)胞中的Bax同源二聚體含量>80，再加上適當(dāng)?shù)男盘?hào)誘導(dǎo)，細(xì)胞就出現(xiàn)凋亡33，這表明Bad通過(guò)調(diào)節(jié)Bax同二聚體與異二聚體的比值介導(dǎo)凋亡。2.3 caspase細(xì)胞凋亡后期的共同途徑是半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶（caspases）的激活。caspases 直接參與了凋亡早期啟動(dòng)、凋亡信號(hào)的傳遞以及凋亡晚期作用于不同凋亡底物( 主要是一些D N A 酶和一些細(xì)胞骨架蛋白)并產(chǎn)生細(xì)胞皺縮、核分裂、DNA 斷裂等等凋亡特征現(xiàn)象。c aspases處于凋

19、亡誘導(dǎo)信號(hào)傳遞、caspases級(jí)聯(lián)反應(yīng)、下游效應(yīng)因子作用這一凋亡過(guò)程的中心位置。當(dāng)?shù)蛲銎鹗夹盘?hào)作用于線粒體后，引起線粒體釋放細(xì)胞色素C(Cyt-c)，接著Cyt-c與凋亡蛋白酶活化因子1(Apaf-1)結(jié)合并使Apaf-1改變構(gòu)象形成八聚體，后者與caspase一9結(jié)合并誘導(dǎo)其發(fā)生自我催化，活化的caspase一9進(jìn)一步激活下游的caspase，使級(jí)聯(lián)反應(yīng)進(jìn)一步放大。因此，caspase-9是細(xì)胞線粒體依賴(lài)的凋亡途徑中重要起始因子而caspase一3被證明是凋亡的關(guān)鍵執(zhí)行者，激活的caspase一3能裂解大量底物使細(xì)胞凋亡。 3. 凋亡基因與PTSD創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(PTSD)是指由于異常威脅

20、性或?yàn)?zāi)難性心理創(chuàng)傷導(dǎo)致延遲出現(xiàn)和長(zhǎng)期持續(xù)的精神障礙。PTSD患者有強(qiáng)烈的恐懼和驚嚇?lè)磻?yīng)。其特征性的癥狀為病理性重現(xiàn)創(chuàng)傷體驗(yàn)、持續(xù)性警覺(jué)增高、持續(xù)性回避、對(duì)創(chuàng)傷性經(jīng)歷的選擇性遺忘等的臨床精神癥狀. 是應(yīng)激疾病中最為典型的一種，,嚴(yán)重影響人們的生存質(zhì)量。海馬，杏仁核的損傷有PTSD的發(fā)生有著緊密的關(guān)系。海馬富含各種信使受體，是應(yīng)激激素作用的一個(gè)靶區(qū)，因此是調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)并受應(yīng)激影響最重要的腦部結(jié)構(gòu)之一。海馬是大腦的重要結(jié)構(gòu)，在學(xué)習(xí)和記憶功能以及調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌和自主神經(jīng)活動(dòng)中起重要作用。Bremner等【34】。用磁共振測(cè)量了26例診斷為PTSD越戰(zhàn)老兵的海馬體積，發(fā)現(xiàn)患者右側(cè)海馬體積較對(duì)照組縮小8，

21、而其他腦區(qū)體積未發(fā)現(xiàn)差異。在創(chuàng)傷性應(yīng)激反應(yīng)中海馬的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，主要表現(xiàn)：海馬體積縮小35 、功能減退36。李曉明等人的前期研究發(fā)現(xiàn)，PTSD樣大鼠海馬萎縮是由于海馬神經(jīng)元發(fā)生凋亡，PTSD大鼠海馬神經(jīng)元凋亡細(xì)胞數(shù)量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增多，于SPS刺激后7d達(dá)高峰；Bcl-2蛋白于SPS刺激后4d達(dá)高峰；Bax蛋白于SPS刺激后7d達(dá)高峰，之后逐漸下降。Bcl一2Bax的比值于SPS刺激后一過(guò)性增加，以后隨時(shí)間延長(zhǎng)比值下降。由此我們推測(cè)，Bc1-2和Bax蛋白含量增加以及兩者比值失衡可能是導(dǎo)致PTSD大鼠海馬神經(jīng)元發(fā)生凋亡的機(jī)制之一。杏仁核是邊緣系統(tǒng)中重要的皮質(zhì)下核團(tuán)，主司恐懼,位

22、于中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)皮質(zhì)邊緣區(qū)，其功能和應(yīng)激關(guān)系密切，因此杏仁核在PTSD的發(fā)病中可能起重要作用37。有研究報(bào)道PTSD杏仁核體積變小，杏仁核的變化與PTSD癥狀的嚴(yán)重程度成正相關(guān)38。丁金蘭等人通過(guò)大鼠PTSDSPS模型研究表明大PTSDSPS后，Bax、Bcl一2表達(dá)均增強(qiáng)，BaxBcl-2比值升高，超微結(jié)構(gòu)改變39 ， PTSD大鼠杏仁核細(xì)胞凋亡率升高，杏仁核神經(jīng)元發(fā)生了凋亡，杏仁核神經(jīng)元凋亡導(dǎo)致杏仁核功能異常40,41。以上資料表明，凋亡相關(guān)基因Bax，Bad，Bcl-2等家族參與了PTSD的發(fā)生，在誘導(dǎo)海馬，杏仁核神經(jīng)元細(xì)胞凋亡，引起實(shí)質(zhì)萎縮，功能減退并進(jìn)一步導(dǎo)致患者產(chǎn)生強(qiáng)烈的恐

23、懼和驚嚇?lè)磻?yīng)，持續(xù)性警覺(jué)增高，對(duì)創(chuàng)傷性經(jīng)歷的選擇性遺忘等臨床精神癥狀中，Bax，Bad的上調(diào)和Bcl-2的下調(diào)起到了關(guān)鍵性的作用。1.Vanitallie T BStress：a risk factor for serious illnessJMetabolism，2002，51(6)：40-452 Lindauer R J，Vlieger E J，Jalink M，et a1Effectsof psychotherapy on hippocampal volume in outpatients with post traumaticstress disorder：a MRI investig

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