凋亡相關基因BaxBad和Bcl

1、凋亡相關基因Bax、Bad和Bcl-2與PTSD勺相關性 肖甄男中國醫(yī)科大學93 期【摘要】創(chuàng)傷后應激障礙（PTSD）是指由于異常威脅性或災難性心理創(chuàng)傷導致延遲出現和長期持續(xù)的精神障礙。PTSD1者有強烈的恐懼和驚嚇反應，血中糖皮質激素濃度反常低下， 下丘腦一垂體一腎上腺軸（HPA）軸調節(jié)紊亂，激活糖皮質激素受體進而上調促凋亡基因Bax,Bad引起海馬神經元凋亡，海馬萎縮，體積縮小。從而影響記憶學習功能的發(fā)揮，造成不同 的記憶損害甚至導致記憶缺失。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，海馬的功能受杏仁核的調節(jié)而實現。PTSD#致凋亡相關基因Bax和Bcl 2比值增大，使杏

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

3、op after exposure to one or more traumatic events threatened or caused gravephysical harm PTSD patients have a strong sense of fear and startle response，abnormal low blood glucocorticoid concentration， disordered HPA axis, activationof glucocorticoid receptor and the expression of apoptosis related

4、genes Bax ，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 brain s “ fear center ”.The function

5、of hippocampus is closely linked with amygdala and realized by the regulation of amygdala. PTSD increases the ratio ofBax/ Bc1 2 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 hippocam

6、pus and amygdala.創(chuàng)傷后應激障礙（posttraumatic stress disorder , PTSD尾指由于災害、戰(zhàn)爭、恐怖事件、交通意外等引起的巨大痛苦或受驚嚇、遭受悲劇導致的精神、身心癥狀的持續(xù)狀態(tài)或焦慮綜合征。是應激疾病中最為典型的一種1 ,嚴重影響人們的生存質量。PTSD1者有強烈的恐懼和驚嚇反應；其血中糖皮質激素濃度反常低下，HPA軸調節(jié)紊亂。在嚴重創(chuàng)傷應激急性期，在中樞神經系統(tǒng)（CNS）皮質邊緣區(qū)，特別是杏仁核、海馬和下丘腦等處短期內神經可塑性改 變，提示這些腦區(qū)可能為CNSZ激應答敏感區(qū)。研究表明，PTS改鼠海馬萎縮2 ,海馬神經元發(fā)生凋亡3 ，杏仁核和海馬

7、的功能密切相關，海馬的部分功能可由杏仁核的調節(jié)而實現4 ,杏仁核作為邊緣系統(tǒng)中重要的皮質下核團，在PTSD寸也發(fā)生細胞凋亡5。杏仁核與海馬神經元細胞的凋亡可能與PTSD勺發(fā)病密切相關。1. 細胞凋亡細胞凋亡是指為維持內環(huán)境穩(wěn)定而由基因控制的，機體正常細胞在受到生理和病理性刺激后出現的一種自發(fā)的，在自身基因調控下進行的一種主動死亡，是機體維持自身穩(wěn)定的一種基本生理機制。在生理條件下細胞凋亡主要是作為機體調節(jié)細胞群生長消亡平衡的重要手段， 與細胞增殖一起維持機體細胞群的自身穩(wěn)定。細胞凋亡與壞死有本質的不同，凋亡是一個有基因表達的主動死亡過程。細胞凋亡過程受到一系列相關基因的調節(jié)和控制：抗凋亡成員

8、( 又稱抗凋亡蛋白，antiapoptotic proteins) 有 Bcl-2 、 Bcl xL、 Bc1-w、 ced-9 等，促凋亡成員 ( 又稱凋亡前體蛋白，Proapoptotic proteins) 有 Bad、 Bax、 Bak、 Bid 、 Bik 、 Bim、Bcl-xs等。促凋亡成員又分為兩類：僅含BH3IW源區(qū)域(BH3 only Proreins)的成員，包括Bik ,Bid, Bad, Bim, Bm建；含多個同源區(qū)域(Bcl-2 homology domain , BH)的成員，包括 Bax、 Bak、Bcl-xs、Mtdo有研究者將凋亡發(fā)生過程分為四個步驟，即誘

9、導凋亡刺激信號的出 現、凋亡誘導階段、凋亡執(zhí)行階段和細胞死亡后解體階段。而凋亡基因Bcl-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 家族細胞凋亡途徑中存在 Fas/Fas L介導的死亡受體通路7-8和Bcl -2家族調節(jié)的線粒體通路 【 9】 。細胞凋亡過程十分復雜，涉及不同基因及其產物的調控和細胞因子的調節(jié)。各種刺激凋亡發(fā)生的因素均可破壞線粒體膜，開放線粒體膜孔道、使跨膜電位下降及滲透性增加，并使線粒體內的細胞色素C(Cyt-c) 等凋亡因子外溢而激活細胞質內特異性凋亡酶，即半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶(caspases )，進而導致細胞凋亡。近年來研究表明，Bcl 一

10、2家族成員的構成比例是上述兩種凋亡通路的核心機制之一，尤其這一家族的2個代表性成員Bax和Bcl-2 ,是目前公認的哺乳動物細胞凋亡過程中的正、負調控劑阿。Bcl-2 /Bax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，通過轉基因動物和基因轉染實驗研究發(fā)現，Bc1-2對細胞凋亡具有明顯的抑制作用，而Ba附抗Bc1-2 ,促進細胞凋亡。因此Bcl-2與Bax的比例決定著細胞受凋亡因素刺激后 的生存與凋亡，一切促進或抑制凋亡基因對細胞凋亡的影響最終歸結為Bax與Bcl 2比值的改變。2.1 Bcl-2 與 BaxBcl 2家族成員含有

11、14個同源結構域，現已至少發(fā)現19個同源物。根據蛋白在細胞凋亡 中的功能可將Bcl 一 2基因家族分為兩類：一類是抗凋亡的，如Bcl 一 2、 Bcl xl 、 Bcl W、Mcl-l ; 一類是促進凋亡的，如 Bax、Bak、Bad、Bid、Bim 11。其中Bcl 2是B細胞淋巴瘤 白血病-2(B-celllymphoma leukemia-2) 的縮寫。定位于人染色體18q21 3，在正常組織中低表達。1985年,Tsujimoto等【研究濾泡性非霍奇金 國田胞淋巴瘤時，從其染色體斷 裂易位點初克隆而得。Bcl -2是第一個被確認有抑制凋亡作用的基因13 , Bc1-2抑制氧自由基的產生

12、或起到抗氧化劑的作用而阻斷細胞凋亡14。Bcl-2是一種直接調節(jié)細胞凋亡的線粒體膜蛋白，其CC端含有 1 個由 l9 個氨基酸組成的疏水跨膜區(qū)，作為信號錨定序列，負責定位和插入到線粒體外膜，抑制細胞凋亡，其表達可對抗細胞內外的氧自由基對細胞的毒害與損傷作用，其在細胞內表達增強可以抑制或防止多種因素或因子誘發(fā)的細胞凋亡，延長細胞的壽命，是許多生理或病理凋亡的關鍵性調節(jié)因子。Bax是最早發(fā)現的促凋亡因子，其中 21%的氮基酸與Bcl 2同源。Bax分子結構中含有 類似于抗凋亡成員的疏水 C端，然而亞細胞分級和免疫組織化學實驗均表明Bax在正常細胞中主要定位于細胞漿。 雖然在線粒體上也發(fā)現有部分 B

13、ax存在，但Bax分子并非插入線粒體 外膜內而是附著于線粒體表面15。Bcl-2家族成員復雜的相互作用通過控制線粒體外膜的透化作用(MOMP而實現的。Ba/組織器官中的表達比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，在凋亡信號誘導下，胞質內的Bax接到死亡信息使其構象發(fā)生改變，由胞質移位并插入到線粒體膜中，并在此形成微孔結構的低聚物Bax- Ba x同源二聚體，然后激動 MOMP ,開啟線粒體通透性轉換孔引起線粒體跨膜電位下降，釋放凋亡前因子包括細胞色素C、 omi htra2 、 Smac/DIABLO口核酸內切酶 G釋放的細胞色素 CW凋亡蛋白活化因子(apopt

14、osis proteinaseactivating factor-1 , Apaf-1)、dAT吸 caspase - 9前體結合形成凋亡小體而發(fā)生凋亡17-19 Bcl-2存在于線粒體外膜，其表達可競爭性地與Bax蛋白結合，形成比Bax/Bax同源二聚體更穩(wěn)定的Bax/Bcl -2異源二聚體，從而“中和Bax/Bax誘導凋亡的作用，終止細胞凋亡的發(fā)生。 Oltvai et al 20認為， 決定細胞命運的關鍵因素是抑制與促進二者間的比率，Bc1-2、Bax分別是凋亡抑制和促進因子，其比值與細胞凋亡的發(fā)生直接相關，如二者表達量平衡則細胞生存期正常; 當 Bcl-2 表達量較高時, 形成異源二聚

15、體Bcl 一 2 Bax, 抑制細胞凋亡；當 Bax表達量較高時，形成同源二聚體Bax/Bax,通過抑制Bcl-2的抗凋亡作用而促進細胞凋亡的發(fā)生,因此有學者將Bc1-2和Bax的比值稱作“凋亡開關”1221 o2.2 BadBad因首先從鼠的cDNAC庫中克隆鑒定出，其后又克隆出人的同源基因，由Yang等于1995年發(fā)現，其編碼一個含 204個氨基酸的蛋白質。雙雜交和序列分析發(fā)現，Bad可與Bc1-2和Bcl-xL 結合形成異源二聚體，具有促進細胞凋亡作用，故名Bad(Bcl-xL Bcl-2 associateddeath promoter) 。BadB離于胞漿而不是固定于線粒體外膜，不含

16、信號錨定蛋白的結構特 點決定了它接受多種細胞外傳入的信號，并傳遞到線粒體外膜與其他Bcl-2 家族成員相互作用，從而調節(jié)細胞的生長或凋亡【 23】 。Bad在內源性線粒體凋亡途徑中發(fā)揮了中樞作用24-26凋亡信號和藥物處理信號都由Bad整理并轉呈至線粒體外膜，藉此觸發(fā)caspase依賴性凋亡進程127-291 o Bad三個磷酸化部位在Ser112、 Set 136 和 Ser 155【 30-32】 , 線粒體相關蛋白激酶(mitochondria associated proteinkinase , PKA)、RaL絲裂原激活的蛋白激酶(Ras-mitogen-activated prot

17、ein kinase , RSK)及P21激活的蛋白激酶(P21 activated kinase 1, PAK1)誘導Ser112磷酸化；PAKl或AT書賴的酪氨酸激酶AKT (又稱蛋白激酶B)誘導Set136磷酸化；RS娥PKA誘導Ser155磷酸化。在生理 狀態(tài)下，磷酸化的Bad與伴侶蛋白14-3-3結合，干擾了 Bad Bcl一城Bc1-xL的結合從而抑制 細胞凋亡。接受凋亡信號刺激后，鈣調磷酸酶等誘導Bad去磷酸化，Ba政生構象變化并自轉位至線粒體外膜。去磷酸化Bad強烈干擾Bcl-xL-Bax聚合物的穩(wěn)定性，將Bax從中置換出來。解離后的Bax作用于線粒體外膜形成通透性改變孔道，導

18、致線粒體膜電位變化和Cyt- c、AIF外流,Bax結合Apaf-1并與ATR procaspase- 9、Cyt-c一起形成凋亡體，觸發(fā)整個凋亡事件 的發(fā)生。Bad可以說是Bcl-2 /Bax和Bcl-xL /Bax異二聚體的負調控基因，依靠自身的強結合力，以濃度依賴性方式替換 Bcl-2 /Bax, Bcl-xl/Bax 二聚體中的Bax,使BaxB離后成為二聚體而促 進凋亡，當一細胞系所有細胞中的Bax同源二聚體含量80%,再加上適當的信號誘導，細胞就出現凋亡33,這表明Bad!過調節(jié)Bax同二聚體與異二聚體的比值介導凋亡。2.3 caspase細胞凋亡后期的共同途徑是半胱氨酸天冬氨酸特

19、異性蛋白酶( caspases ) 的激活。 caspases直接參與了凋亡早期啟動、凋亡信號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酶和一些細胞骨架蛋白)并產生細胞皺縮、核分裂、DNA斷裂等等凋亡特征現象。caspases處于凋亡誘導信號傳遞、caspases級聯(lián)反應、下游效應因子作用這一凋亡過程的中心位置。當凋亡起始信號作用于線粒體后，引起線粒體釋放細胞色素C(Cyt-c) ，接著 Cyt-c與凋亡蛋白酶活化因子1(Apaf-1) 結合并使Apaf-1 改變構象形成八聚體，后者與caspase 一 9結合并誘導其發(fā)生自我催化，活化的caspase 一 9進一步激活下游的

20、caspase ，使級聯(lián)反應進一步放大。因此，caspase-9 是細胞線粒體依賴的凋亡途徑中重要起始因子而caspase 一 3被證明是凋亡的關鍵執(zhí)行者，激活的caspase 一 3能裂解大量底物使細胞凋亡。3. 凋亡基因與PTSD創(chuàng)傷后應激障礙(PTSD)是指由于異常威脅性或災難性心理創(chuàng)傷導致延遲出現和長期持續(xù) 的精神障礙。PTS述者有強烈的恐懼和驚嚇反應。其特征性的癥狀為病理性重現創(chuàng)傷體驗、持續(xù)性警覺增高、持續(xù)性回避、對創(chuàng)傷性經歷的選擇性遺忘等的臨床精神癥狀. 是應激疾病中最為典型的一種，嚴重影響人們的生存質量。海馬，杏仁核的損傷有PTSD勺發(fā)生有著緊密的關系。海馬富含各種信使受體，是應

21、激激素作用的一個靶區(qū)，因此是調節(jié)應激反應并受應激影響最重要的腦部結構之一。海馬是大腦的重要結構，在學習和記憶功能以及調節(jié)神經內分泌和自主神經活動中起重要作用。Bremner等用磁共振測量了 26例診斷為PTS迎戰(zhàn)老兵的海馬體積，發(fā)現患者右側海馬體積較對照組縮小8，而其他腦區(qū)體積未發(fā)現差異。在創(chuàng)傷性應激反應中海馬的形態(tài)結構發(fā)生了明顯的變化，主要表現：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， PTS醉大鼠海馬萎縮是由于海馬神經元發(fā)生凋亡，PTSD大鼠海馬神經元凋亡細胞數量隨時間的延長而逐漸增多，于SPSM激后7d達高峰；Bcl-2蛋白于SP洲激后4d達高峰；Ba婿白于SP喇激后

22、7d達高峰，之后逐漸下降。8&-2/82*的比值 于SPSJ激后一過性增加，以后隨時間延長比值下降。由此我們推測，Bc1-2和Bax蛋白含量增加以及兩者比值失衡可能是導致 PTSD：鼠海馬神經元發(fā)生凋亡的機制之一。杏仁核是邊緣系統(tǒng)中重要的皮質下核團，主司恐懼，位于中樞神經系統(tǒng)（CNS）皮質邊緣區(qū)，其功能和應激關系密切，因此杏仁核在PTSD勺發(fā)病中可能起重要作用即。有研究報道PTSD杏仁核體積變小，杏仁核的變化與PTS%狀的嚴重程度成正相關網。丁金蘭等人通過大鼠PTSD-SPSM型研究表明大 PTSD-SP赤,Bax、Bcl 2表達均增強，Bax/Bcl-2比值升高， 超微結構改變39 , PT

23、SD鼠杏仁核細胞凋亡率升高，杏仁核神經元發(fā)生了凋亡，杏仁核神 經元凋亡導致杏仁核功能異常40，41 。以上資料表明，凋亡相關基因 Bax, Bad, Bcl-2等家族參與了 PTSD勺發(fā)生，在誘導海馬，杏仁核神經元細胞凋亡，引起實質萎縮，功能減退并進一步導致患者產生強烈的恐懼和驚嚇反應，持續(xù)性警覺增高，對創(chuàng)傷性經歷的選擇性遺忘等臨床精神癥狀中，Bax, Bad的上調和Bcl-2 的下調起到了關鍵性的作用。1 .Vanitallie T B Stress ： a risk factor for serious illnessJ Metabolism ， 2002， 51(6) ： 40-45 2

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