細(xì)胞凋亡與胚胎食管發(fā)育的相關(guān)性研究

錢慶華(綜述)，劉學(xué)紅(審校)

(紹興文理學(xué)院醫(yī)學(xué)院，浙江紹興312000)

細(xì)胞凋亡和增殖在胚胎發(fā)育中受各種凋亡基因的調(diào)節(jié)與控制，如 Bcl-2、Bax、p53、熱休克蛋白 70(heat shock proteins，HSP70)等。尤其在消化道的發(fā)育過程中，細(xì)胞凋亡對消化道形態(tài)結(jié)構(gòu)的發(fā)生起到了至關(guān)重要的作用。因此，研究細(xì)胞凋亡有助于胚胎食管發(fā)育機(jī)制的闡明和先天食管畸形的預(yù)防。同時(shí)早期胚胎發(fā)育與腫瘤的發(fā)育有相似性，其主要集中在基因和蛋白質(zhì)水平［1］。因此，對胚胎食管發(fā)育機(jī)制的闡明及對食管腫瘤的治療也有重要的意義。

1 凋亡基因在胚胎食管發(fā)育過程中的作用

胚胎發(fā)育過程中細(xì)胞增殖和凋亡受各種生長因子或相關(guān)基因的調(diào)控。食管的發(fā)育過程中，細(xì)胞凋亡對食管形態(tài)結(jié)構(gòu)的發(fā)生起到了至關(guān)重要的作用。目前已有一些作者對凋亡蛋白 Bcl-2、Bax、HSP70、p53等進(jìn)行了相關(guān)性的研究。

1.1 Bcl-2 家族

1.1.1 Bcl-2家族成員及作用 Bcl-2家族被認(rèn)為與細(xì)胞凋亡有重要關(guān)系，根據(jù)其在細(xì)胞凋亡調(diào)控中的不同作用分為兩大類:①是抗凋亡蛋白，主要包括Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-L等;②是促凋亡蛋白，主要包括Bax、Bak、Bok 等［2］。Bcl-2 作為抗凋亡蛋白的重要一員，最早是從B細(xì)胞淋巴瘤染色體14和18易位斷裂點(diǎn) t(14∶18)中分離得到的［3］。Bcl-2 通過編碼Bcl-2蛋白發(fā)揮作用，從而抑制細(xì)胞凋亡基因。Bax與Bcl-2序列有21%的同源性，但主要作用為促進(jìn)細(xì)胞凋亡，Bax和Bcl-2相輔相成，共同表達(dá)以調(diào)整細(xì)胞凋亡。

1.1.2 Bcl-2家族與胚胎發(fā)育的關(guān)系 Novack等［4］報(bào)道Bcl-2在小鼠早期胚胎發(fā)育各個(gè)組織中均有表達(dá)，但在成熟后表達(dá)受限制。在胚胎食管中的研究發(fā)現(xiàn)，隨著胎齡的增加，Bcl-2在食管中的表達(dá)逐漸增強(qiáng)［5］。在胚胎發(fā)育過程中，Bcl-2參與細(xì)胞凋亡過程的作用機(jī)制復(fù)雜。Arnaud等［6］在斑驢中發(fā)現(xiàn)一種與Bcl-2有關(guān)的細(xì)胞凋亡蛋白，稱作Nrz。Nrz主要在原腸形成和體節(jié)發(fā)生的時(shí)候表達(dá)，剔除Nrz會(huì)使斑驢胚胎體節(jié)改變，即與細(xì)胞凋亡增加有關(guān)。此外在胚胎發(fā)育的早期，剔除Nrz會(huì)使鋅指轉(zhuǎn)錄因子Snail超家族成員Snail-1的表達(dá)增加。此時(shí)Nrz的作用通過表達(dá)Snail-1來實(shí)現(xiàn)，而與細(xì)胞凋亡無關(guān)。前期研究表明Bax在食管胚胎發(fā)育早期呈弱陽性，且隨著胎齡的增加表達(dá)逐漸減弱，顯示Bax在胚胎發(fā)育中起到促進(jìn)細(xì)胞凋亡的作用。Winseck等［7］報(bào)道在缺少Bax的胚鼠中，神經(jīng)鞘細(xì)胞程序性死亡依然發(fā)生，而在缺少運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元細(xì)胞程序性凋亡的Bax剔除胚鼠中，神經(jīng)鞘細(xì)胞程序性死亡減少，說明對于Bax介導(dǎo)的細(xì)胞程序性凋亡是復(fù)雜多變的，對其機(jī)制的了解還不是很清楚。

1.2 HSP70

1.2.1 HSP70的結(jié)構(gòu)及作用 HSP70又稱為熱休克蛋白，由熱休克應(yīng)激引起轉(zhuǎn)錄合成的一種蛋白質(zhì)。人類HSP70家族具有顯著的差異，其差異主要來自高表達(dá)基因HSPA8復(fù)雜多變的復(fù)制和反轉(zhuǎn)錄。HSP70根據(jù)氨基酸的一級結(jié)構(gòu)可分為3個(gè)功能區(qū):①相對分子質(zhì)量為44×103的氨基酸序列組成的三磷酸腺苷酶活性區(qū);②相對分子質(zhì)量為18×103的氨基酸序列組成的多肽結(jié)合區(qū);③相對分子質(zhì)量為10×103的氨基酸序列組成的功能不明區(qū)。HSP70主要通過釋放和結(jié)合酶底物來折疊多肽從而發(fā)揮分子伴侶的作用［8］。

1.2.2 HSP70與胚胎發(fā)育的關(guān)系 早期研究發(fā)現(xiàn)在脊椎動(dòng)物中HSP70分為兩類:Rl-Hsc70和Rl-HSP70，其90%的序列是相同的。目前研究發(fā)現(xiàn)［9］，熱誘導(dǎo)在胚胎發(fā)育過程中Rl-Hsc70和Rl-HSP70的mRNA表達(dá)是不同的，Rl-HSP70在熱誘導(dǎo)的胚胎中被感應(yīng)，而Rl-Hsc70在不受壓力的胚胎下才能被感應(yīng)調(diào)節(jié)，對于熱誘導(dǎo)的胚胎沒有感應(yīng)。Mortensen等［10］報(bào)道，在熱暴露下HSP70蛋白在馬胚泡體外的表達(dá)明顯大于在體內(nèi)的表達(dá)，說明馬胚泡對熱敏感，HSP70蛋白具有對抗熱傷害的作用。另據(jù)報(bào)道，HSP70作為分子伴侶參與Bcl-2家族對細(xì)胞凋亡的調(diào)控作用。同時(shí)，HSP70也參與c-myc癌基因和p53抑癌基因的表達(dá)來調(diào)控細(xì)胞的增殖與凋亡［11］。Bonaventura 等［12］報(bào)道，用紫外線照射海膽胚胎，可延遲胚胎的發(fā)育，甚至引起胚胎發(fā)育畸形，檢測到HSP70在蛋白質(zhì)水平和基因水平的表達(dá)均增高。

1.3 p53 基因

1.3.1 p53的結(jié)構(gòu)及作用 p53是一種抑癌基因，可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，使細(xì)胞生長受到阻滯。它位于17p13，有11個(gè)外顯子和10個(gè)內(nèi)含子。目前認(rèn)為p53對細(xì)胞生長調(diào)控作用表現(xiàn)在從G0～G1或G1～S期。p53蛋白可通過調(diào)控Cipt基因表達(dá)而調(diào)控細(xì)胞生長，即p53蛋白可刺激Cipt基因產(chǎn)生相對分子質(zhì)量為21×103的蛋白，這種蛋白能夠有效抑制某些酶的活性，這些酶通過對細(xì)胞周期的調(diào)控使細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂，從而抑制細(xì)胞生長。

1.3.2 p53與胚胎發(fā)育的關(guān)系 一般認(rèn)為p53的表達(dá)與細(xì)胞凋亡有關(guān)。Lee等［13］報(bào)道，在斑驢胚胎中p53突變顯示了p53蛋白的積聚，但是完全缺少了p53下游獨(dú)立基因的表達(dá)。在這個(gè)系統(tǒng)中p53基因被定義為獨(dú)立基因。Femandez-Diaz等［14］發(fā)現(xiàn)在缺少Prep1的胚鼠會(huì)引起p53在外胚層的獨(dú)立性表達(dá)，當(dāng)胚鼠局部需要最大限度的擴(kuò)大時(shí)，有Prep1的表達(dá)，而沒有p53的表達(dá)。提示胚胎發(fā)育中p53異常凋亡可能與Prep1的異常表達(dá)有關(guān)，因此深入了解p53的表達(dá)機(jī)制十分重要。為了更好地探究p53基因的功能，Tong等［15］通過胚胎干細(xì)胞的同源重組建立了缺少p53基因的模型，可以為研究人類疾病提供一個(gè)更好的平臺(tái)。

2 細(xì)胞凋亡與食管疾病的發(fā)生

2.1 細(xì)胞凋亡與食管腫瘤的發(fā)生 早期胚胎發(fā)育與腫瘤形成在基因水平上具有相似性。早在1892年法國生物學(xué)家Lobstein和Recamier首次提出腫瘤胚胎性起源的概念，即認(rèn)為腫瘤的發(fā)生是由于體內(nèi)的胚胎細(xì)胞增殖而形成的［1］。隨后，人們開始從發(fā)育生物學(xué)角度關(guān)注胚胎到腫瘤、再從腫瘤回到胚胎，通過對二者之間的相關(guān)性研究探知它們之間的發(fā)生機(jī)制。希望通過胚胎食管發(fā)育的研究，探尋食管癌的預(yù)防和治療的新途徑。食管癌放射療法被認(rèn)為是目前治療食管癌有效方法之一。近年來，一些關(guān)于細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡的基因，如p53和Bax等已被證明與輻射的敏感性有關(guān)。p53的變異增加了對輻射的敏感性，過度表達(dá)Bcl-2提高了腫瘤細(xì)胞的耐輻射性，不利于食管癌的放射治療，Bax與Bcl-2作用正好相反，即降低了腫瘤細(xì)胞的耐輻射性，有利于食管癌的治療［16］。Murakaml等［17］報(bào)道組蛋白脫乙酰基酶抑制劑能夠在食管癌中誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，還會(huì)上調(diào)Bax/Bcl-2的比值。因此，檢測腫瘤組織中Bcl-2及Bax的表達(dá)具有重要意義，不但可以判斷患者預(yù)后情況，更重要的是可以指導(dǎo)食管癌的治療。關(guān)于HSP70在癌組織中的研究也越來越多，有報(bào)道稱在癌組織中HSP70的基因轉(zhuǎn)錄大大增強(qiáng)，尤其在消化道腫瘤的發(fā)生中發(fā)揮重要作用，其表達(dá)量較其他癌組織和正常組織豐富［18］。

2.2 細(xì)胞凋亡與食管發(fā)育畸形 胚胎發(fā)育過程中食管的發(fā)育存在廣泛的細(xì)胞凋亡。Williams等［19］報(bào)道在正常胚胎發(fā)育過程中食管、氣管的分離在12～12.5 d之間有明顯的細(xì)胞凋亡，但到13 d細(xì)胞凋亡不明顯，而食管、氣管分離即將完成。而在阿霉素誘導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)組中起初沒有細(xì)胞凋亡，直到13 d在后部前腸食管間充質(zhì)和前部前腸喉部間充質(zhì)之間才可以觀察到明顯的細(xì)胞凋亡。因此推論，導(dǎo)致食管閉鎖并氣管、食管瘺(或氣管發(fā)育不全)的決定性損傷發(fā)生在更早的時(shí)期或與凋亡無關(guān)［19］。Li等［20］構(gòu)立了與阿霉素誘導(dǎo)相似的模型，即缺少Nog基因的模型，發(fā)現(xiàn)缺少Nog的胚胎會(huì)引食管閉鎖并氣管、食管瘺，但缺少Nog的胚胎背部前腸未見明顯的凋亡，而是通過激活Bmp7引起食管閉鎖并氣管、食管瘺。這也說明細(xì)胞凋亡與食管閉鎖并氣管、食管瘺無關(guān)。

3 展望

細(xì)胞凋亡在胚胎發(fā)育和癌癥方面的研究已有許多報(bào)道，有學(xué)者認(rèn)為胚胎發(fā)育與癌癥發(fā)生相似，設(shè)想可以通過研究胚胎發(fā)育過程中細(xì)胞增殖與凋亡機(jī)制，探尋治療癌癥的新途徑。當(dāng)然細(xì)胞凋亡在胚胎發(fā)育過程中起到重要作用，凋亡異常畸形兒的發(fā)生有著密不可分的聯(lián)系。尤其是食管、氣管的發(fā)生，由實(shí)性器官到管道的發(fā)育成熟，存在著大量凋亡。相信深入研究胚胎食管發(fā)育對于臨床治療食管癌、食管畸形會(huì)有新的啟示，也是一個(gè)新的發(fā)展方向。

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